Лидар ұғым ретінде ондаған жылдар бойы болды. Алайда, соңғы жылдары бұл технологияға деген қызығушылық күрт өсті, өйткені датчиктер кішірейіп, күрделене бастады және лидар технологиясы бар өнімдердің ауқымы кеңейе түсті.
Лидар сөзі - LIDAR (Жарықты анықтау және ауқымын өзгерту) транслитерациясы. Бұл мөлдір және жартылай мөлдір ортада жарықтың шағылуы мен шашырау құбылыстарын қолданатын белсенді оптикалық жүйелердің көмегімен алыстағы объектілер туралы ақпаратты алу мен өңдеу технологиясы. Лидар құрылғы ретінде радарға ұқсас, сондықтан оның қолданылуы бақылау мен анықтау болып табылады, бірақ радио толқындардың орнына, радардағыдай, көп жағдайда лазермен шығарылатын жарықты қолданады. Лидар термині жиі Ladar -мен алмастырылады, ол лазерлік анықтау мен диапазонды білдіреді, дегенмен Джо Бак, Локхид Мартиннің ғарыштық жүйелер бөлімшесінің құрамына кіретін Coherent Technologies -тің ғылыми жетекшісі, бұл екі ұғымның техникалық тұрғыдан әр түрлі екенін айтады. «Сіз ауадағы бөлшектер немесе аэрозоль тәрізді жұмсақ зат деп санауға болатын нәрсені қараған кезде, сарапшылар бұл заттарды табу туралы айтқанда лидарды қолданады. Егер сіз машина немесе ағаш сияқты қатты, қатты заттарды қарасаңыз, онда сіз Ладар терминіне қарай ұмтыласыз ». Ғылыми тұрғыдан лидар туралы қосымша ақпарат алу үшін «Лидар: қалай жұмыс істейді» бөлімін қараңыз.
«Лидар 1960 -шы жылдардың басында құрылғаннан бері ондаған жылдар бойы зерттеу тақырыбы болды», - деп жалғастырды Бак. Алайда, оған қызығушылық осы ғасырдың басынан бастап, ең алдымен, технологиялық прогрестің арқасында айтарлықтай өсті. Ол мысал ретінде синтетикалық диафрагманы қолданды. Телескоп неғұрлым үлкен болса, соғұрлым объектінің ажыратымдылығын алуға болады. Егер сізге өте жоғары ажыратымдылық қажет болса, онда әлдеқайда үлкен оптикалық жүйе қажет болуы мүмкін, бұл практикалық тұрғыдан өте практикалық болмауы мүмкін. Синтетикалық диафрагмалық бейнелеу бұл мәселені физикалық диафрагмадан әлдеқайда үлкен болатын нақты диафрагма алу үшін жылжымалы платформа мен сигналды өңдеу арқылы шешеді. Синтетикалық диафрагма радарлары (SAR) көптеген ондаған жылдар бойы қолданылып келеді. Алайда, 2000 -шы жылдардың басында ғана лазерлер кеңінен қолданылғанына қарамастан, синтетикалық диафрагмалық оптикалық бейнелеудің практикалық көрсетілімдері басталды. «Шын мәнінде, кең ауқымды реттеу кезінде жеткілікті тұрақтылыққа ие болатын оптикалық көздерді әзірлеу үшін көп уақыт қажет болды … Материалдарды, жарық көздерін және детекторларды (лидарларда қолданылатын) жетілдіру жалғасуда. Енді сізде бұл өлшемдерді алу мүмкіндігі ғана емес, сіз оларды шағын блоктарда жасай аласыз, бұл жүйені өлшемі, салмағы мен қуатын тұтыну тұрғысынан практикалық етеді ».
Сондай -ақ, лидардан (немесе лидар жинаған ақпаратты) деректерді жинау оңай әрі практикалық болады. Дәстүр бойынша, ол ұшақ сенсорларынан жиналған, - дейді BAE Systems компаниясының геокеңістіктік эксплуатация өнімдері тобының жетекшісі Ник Розенгартен. Алайда, бүгінгі күні сенсорларды жерүсті көліктерге немесе тіпті рюкзактарға орнатуға болады, бұл адам туралы мәліметтерді жинауды білдіреді. «Бұл көптеген мүмкіндіктерді ашады, енді мәліметтерді үй ішінде де, сыртта да жинауға болады», - деп түсіндірді Росенгартен. Мэтт Моррис, Textron Systems компаниясының геокеңістіктік шешімдерінің жетекшісі: «Лидар - бұл таңғажайып деректер жиынтығы, себебі ол жер бетіндегі ең егжей -тегжейлі мәліметтерді береді. Бұл жер бетінің белгілі бір нүктелерде көтерілуі туралы ақпарат беретін DTED (Digital Terrain Elevation Data) технологиясынан гөрі әлдеқайда егжей -тегжейлі және, былайша айтқанда, тоналды сурет береді. Мүмкін, мен біздің әскери тапсырыс берушілерден естіген ең күшті жағдайлардың бірі - бейтаныс жерге орналастыру сценарийі, өйткені олар қайда баратындарын білуі керек … шатырға шығу немесе дуалға шығу. DTED деректері мұны көруге мүмкіндік бермейді. Сіз тіпті ғимараттарды көрмейсіз ».
Моррис тіпті кейбір дәстүрлі жоғары рельефтік рельеф деректері бұл мүмкіндіктерді көруге мүмкіндік бермейтінін атап өтті. Бірақ лидар мұны «позициялар аралығы» арқасында жасауға мүмкіндік береді - бұл деректер массивінде дәл көрсетуге болатын позициялар арасындағы қашықтықты сипаттайтын термин. Лидар жағдайында «қадамды» сантиметрге дейін қысқартуға болады, «осылайша сіз ғимарат төбесінің биіктігін немесе қабырғаның биіктігін немесе ағаш биіктігін дәл біле аласыз. Бұл шын мәнінде үш өлшемді (3D) ситуациялық хабардарлық деңгейін арттырады ». Сонымен қатар, лидар сенсорларының бағасы олардың көлеміне қарай төмендейді, бұл оларды қолжетімді етеді. «Он жыл бұрын лидар сенсорлық жүйелері өте үлкен және өте қымбат болды. Олар шынымен де жоғары энергия тұтынуға ие болды. Бірақ олар дамыған сайын технологиялар жақсарды, платформалар әлдеқайда кішірейді, энергия шығыны азайып, олар жасаған мәліметтердің сапасы артты ».
Моррис лидардың әскери салада негізгі қолданылуы 3D жоспарлау мен жауынгерлік тапсырмаларды үйрету екенін айтты. Мысалы, оның компаниясының Lidar Analyst ұшу модельдеу өнімі пайдаланушыларға үлкен көлемдегі деректерді қабылдауға және «осы 3D модельдерді тез шығаруға мүмкіндік береді, сонда олар өз миссияларын өте дәл жоспарлай алады». Бұл жердегі операцияларға да қатысты. Моррис түсіндірді: «Біздің өнім мақсатты аймаққа кіру және шығу маршруттарын жоспарлау үшін пайдаланылады, ал бастапқы деректер жоғары ажыратымдылыққа ие болғандықтан, жағдайды көру сызығында өте дәл талдауға болады».
Lidar Analyst -пен бірге Textron RemoteView - АҚШ -тың әскери және барлау агенттіктері үшін кескінді талдау бағдарламалық жасақтамасын жасады. RemoteView бағдарламалық қамтамасыз ету лидар деректерін қоса алғанда, әр түрлі деректер көздерін қолдана алады. BAE Systems сонымен қатар геокеңістіктік талдауға арналған бағдарламалық қамтамасыз етуді ұсынады, оның негізгі өнімі - бұл SOCET GXP, ол көптеген мүмкіндіктерді, соның ішінде lidar деректерін пайдалануды қамтамасыз етеді. Сонымен қатар, Росенгартен компания мәліметтерді басқаруға арналған GXP Xplorer технологиясын жасағанын түсіндірді. Бұл технологиялар әскери мақсатта қолдануға өте ыңғайлы. Мысалы, Росенгартен SOCET GXP бағдарламалық жасақтамасына кіретін тікұшақтың қону аймағын есептеу құралы туралы айтты. «Бұл лидар деректерін қабылдай алады және пайдаланушыларға тікұшақтың қонуы үшін жеткілікті болуы мүмкін жердегі аймақтар туралы ақпарат бере алады». Мысалы, ол жолда ағаштар сияқты тік кедергілер бар -жоғын айта алады: «Адамдар бұл құралды гуманитарлық дағдарыс кезінде эвакуациялық нүкте ретінде қолайлы болатын жерлерді анықтау үшін қолдана алады». Розенгартен сонымен қатар плитканың мүмкіндігіне назар аударды, онда бірнеше лидарлық деректер жиынтығы белгілі бір аймақтан жиналып, бір -біріне тігіледі. Бұл «гео -кеңістіктік деректерді пайдалана отырып есептелген метадеректерді жердегі дәл аймақтарға айналдыра алатын BAE Systems SOCET GXP қосымшасы сияқты бағдарламалық қамтамасыз етумен бірге лидар сенсорының метадеректерінің сенімділігін жоғарылату арқасында мүмкін болды. Процесс лидар деректеріне негізделген және бұл мәліметтер қалай жиналатынына байланысты емес ».
Бұл қалай жұмыс істейді: лидар
Лидар нысанды жарықпен жарықтандыру арқылы жұмыс істейді. Лидар жарықты көрінетін, ультракүлгін немесе инфрақызыл диапазонында қолдана алады. Лидар жұмыс принципі қарапайым. Нысан (бет) қысқа жарық импульсімен жарықтандырылады, сигналдың көзге қайту уақыты өлшенеді. Лидар секундына 150 000 импульстік жиілікке дейінгі объектіге (бетіне) лазерлік сәулеленудің қысқа қысқа импульстарын жібереді. Құрылғыдағы сенсор 299792 км / с тұрақты жарық жылдамдығын ескере отырып, жарық импульсінің берілуі мен оның шағылу арасындағы уақытты өлшейді. Осы уақыт аралығын өлшей отырып, лидар мен объектінің бөлек бөлігі арасындағы қашықтықты есептеуге болады, демек, лидарға қатысты орналасуына қарай объектінің бейнесін құруға болады.
Жел қайшы
Бұл арада Бак Lockheed Martin's WindTracer технологиясының мүмкін болатын әскери қосымшаларын көрсетті. WindTracer коммерциялық технологиясы әуежайларда желдің ығысуын өлшеу үшін лидар пайдаланады. Сол процесті әскери салада қолдануға болады, мысалы, дәл ұшатын аэродромдар үшін. «Жеткізуді жеткілікті биіктіктен тастау керек, ол үшін оларды паллеттерге салып, парашютпен тастаңыз. Енді көрейік, олар қайда қонады? Сіз олардың қайда баратынын болжап көре аласыз, бірақ мәселе мынада: сіз төмен түскенде желдің ығысуы әр түрлі биіктікте бағытын өзгертеді », - деп түсіндірді ол. - Ал содан кейін паллет қай жерге түсетінін қалай болжауға болады? Егер сіз желді өлшеп, траекторияны оңтайландыра алсаңыз, онда сіз материалдарды өте жоғары дәлдікпен жеткізе аласыз ».
Лидар ұшқышсыз жер үсті көліктерінде де қолданылады. Мысалы, автоматты жерүсті автокөліктерді (AHAs) өндіруші Roboteam Top Layer деп аталатын құралды жасады. Бұл lidar қолданатын 3D картасы мен автономды навигация технологиясы. Top Layer лидарды екі түрде қолданады, - дейді Roboteam басшысы Шахар Абухазира. Біріншісі жабық кеңістікті нақты уақытта бейнелеуге мүмкіндік береді. «Кейде бейне жер асты жағдайында жеткіліксіз болады, мысалы, тым қараңғы болуы мүмкін немесе шаң мен түтіннің әсерінен көру нашарлайды», - деп қосты Абухазира. - Лидар мүмкіндіктері нөлдік бағдар мен қоршаған ортаны түсіну жағдайынан шығуға мүмкіндік береді … енді ол бөлмені, туннельді картадан көрсетеді. Сіз ештеңені көрмесеңіз де, қайда екеніңізді білмесеңіз де, жағдайды бірден түсіне аласыз ».
Лидардың екінші қолданылуы - бұл автономия, ол операторға кез келген уақытта бірнеше жүйені басқаруға көмектеседі. «Бір оператор бір AHA-ны басқара алады, бірақ адам басқаратын автокөлікті бақылайтын және қадағалайтын басқа екі АХА бар»,-деп түсіндірді ол. Сол сияқты, сарбаз үйге кіре алады, ал АНА оның соңынан ереді, яғни аппаратты басқару үшін қаруды қоюдың қажеті жоқ. «Бұл жұмысты қарапайым және интуитивті етеді». Roboteam -дің үлкенірек AHA Probot -тың бортында ұзақ қашықтыққа баруға көмектесетін лидар бар. «Сіз оператордан үш күн қатарынан түймені басуды талап ете алмайсыз … сіз лидар сенсорын қолданып, сарбаздардың артынан жүруді, немесе машинаның соңынан жүруді, тіпті автоматты түрде бір нүктеден екінші нүктеге ауысуды қолдана аласыз. бұл жағдайлар. кедергілерден аулақ болыңыз ». Абухазира болашақта бұл салада үлкен жетістіктер болады деп күтеді. Мысалы, пайдаланушылар адам мен АНА екі жауынгер сияқты әсер ететін жағдайға ие болғысы келді. «Сіз бір -біріңізді бақылай алмайсыз. Сіз бір -біріңізге қарайсыз, бір -біріңізге қоңырау шаласыз және дәл солай әрекет етесіз. Менің ойымша, біз адамдар мен жүйелер арасындағы байланыс деңгейіне қол жеткіземіз. Бұл тиімдірек болады. Лидарлар бізді осы бағытқа жетелейді деп ойлаймын ».
Жер астына барайық
Абухазира сонымен қатар лидар сенсорлары қауіпті жерасты ортасында жұмысын жақсартады деп үміттенеді. Лидар сенсорлары туннельдерді картаға түсіргенде қосымша ақпарат береді. Сонымен қатар, ол кейде шағын және қараңғы туннельде оператор AHA дұрыс емес бағытта келе жатқанын түсінбеуі мүмкін екенін байқады. «Лидар сенсорлары нақты уақытта GPS сияқты жұмыс істейді және бұл процесті бейне ойынға айналдырады. Сіз өз жүйеңізді туннельден көре аласыз, нақты уақытта қайда бара жатқаныңызды білесіз ».
Айта кету керек, лидар сенсорлары басқа ақпарат көзі болып табылады және оларды радардың тікелей алмастырушысы деп санауға болмайды. Бак өзінің артықшылықтары мен кемшіліктері бар екі технологияның толқын ұзындығында үлкен айырмашылық бар екенін байқады. Көбінесе ең жақсы шешім - бұл екі технологияны қолдану, мысалы, аэрозольды бұлтпен жел параметрлерін өлшеу. Оптикалық сенсорлардың қысқа толқын ұзындығы РЖ сенсорының (радардың) толқын ұзындығымен салыстырғанда жақсы бағытты анықтауды қамтамасыз етеді. Датчиктердің екі түрі үшін атмосфераның берілу қасиеттері біршама ерекшеленеді. «Радар бұлттардың кейбір түрлерінен өтуге қабілетті, олар лидар үшін қиын болады. Бірақ тұман кезінде, мысалы, лидар радарға қарағанда сәл жақсы жұмыс жасай алады ».
Розенгартеннің айтуынша, лидарды панроматикалық деректер сияқты басқа жарық көздерімен біріктіру (жарық толқынының ұзындығының кең диапазонын пайдаланып бейнелеу кезінде) қызығушылық аймағының толық бейнесін береді. Бұған жақсы мысал - тікұшақтың қону алаңын анықтау. Лидар аймақты сканерлеп, көлге қарап тұрғанына қарамастан, оның көлбеуі нөл деп айта алады. Ақпараттың бұл түрін басқа жарық көздерін қолдану арқылы алуға болады. Розенгартен индустрия ақыр соңында әртүрлі визуалды және басқа да жарық көздерін біріктіретін технологияларды біріктіреді деп санайды. «Ол барлық деректерді бір қолшатырдың астына жинаудың жолдарын табады … Дәл және толық ақпарат алу - бұл тек лидар деректерін қолданумен шектелмейді, бірақ барлық қол жетімді технологияларды қамтитын күрделі тапсырма».
