Kā koncepts lidar ir pastāvējis gadu desmitiem. Tomēr interese par šo tehnoloģiju pēdējos gados ir strauji pieaugusi, jo sensori kļūst mazāki, sarežģītāki, un produktu klāsts ar lidar tehnoloģiju arvien vairāk paplašinās.
Vārds lidar ir LIDAR (gaismas noteikšanas un diapazona) transliterācija. Šī ir tehnoloģija informācijas iegūšanai un apstrādei par attāliem objektiem, izmantojot aktīvās optiskās sistēmas, kas izmanto gaismas atstarošanas un izkliedes parādības caurspīdīgos un daļēji caurspīdīgos nesējos. Lidārs kā ierīce ir līdzīgs radaram, tāpēc tā pielietojums ir novērošana un noteikšana, bet radioviļņu vietā, kā radarā, tā izmanto gaismu, ko lielākajā daļā gadījumu rada lāzers. Termins lidārs bieži tiek lietots savstarpēji aizstājams ar Ladar, kas apzīmē lāzera noteikšanu un diapazonu, lai gan Džo Baks, pētniecības vadītājs Coherent Technologies, kas ir daļa no Lockheed Martin kosmosa sistēmu nodaļas, saka, ka abi jēdzieni ir atšķirīgi no tehniskā viedokļa. "Kad paskatās uz kaut ko, ko varētu uzskatīt par mīkstu priekšmetu, piemēram, daļiņas vai aerosolu gaisā, eksperti mēdz izmantot lidaru, runājot par šo objektu noteikšanu. Kad skatāties uz cietiem, cietiem priekšmetiem, piemēram, automašīnu vai koku, jums ir tendence noliekties uz terminu Ladar. " Lai iegūtu vairāk informācijas par lidaru no zinātniskā viedokļa, skatiet sadaļu "Lidar: kā tas darbojas".
"Lidars ir pētīts daudzus gadu desmitus kopš tā izveides 1960. gadu sākumā," turpināja Buks. Tomēr interese par to manāmi pieauga kopš šī gadsimta sākuma, pirmkārt, pateicoties tehnoloģiskajam progresam. Viņš kā piemēru izmantoja sintētiskās diafragmas atveidojumu. Jo lielāks teleskops, jo augstāku objekta izšķirtspēju var iegūt. Ja jums nepieciešama ārkārtīgi augsta izšķirtspēja, tad var būt nepieciešama daudz lielāka optiskā sistēma, kas no praktiskā viedokļa var nebūt ļoti praktiska. Sintētiskās apertūras attēlveidošana atrisina šo problēmu, izmantojot kustīgu platformu un signālu apstrādi, lai iegūtu faktisko diafragmu, kas var būt daudz lielāka par fizisko. Sintētiskās diafragmas radari (SAR) ir izmantoti daudzus gadu desmitus. Tomēr tikai 2000. gadu sākumā tika sākta praktiska sintētiskās diafragmas optiskās attēlveidošanas demonstrācija, neskatoties uz to, ka tolaik jau plaši tika izmantoti lāzeri. “Patiesībā bija vajadzīgs vairāk laika, lai izstrādātu optiskos avotus, kuriem būtu pietiekama stabilitāte plašā regulēšanas diapazonā … Materiālu, gaismas avotu un detektoru (ko izmanto lidmašīnās) uzlabošana turpinās. Tagad jūs ne tikai varat veikt šos mērījumus, bet arī veikt tos mazos blokos, padarot sistēmas praktiskas izmēru, svara un enerģijas patēriņa ziņā."
Kļūst arī vieglāk un praktiskāk apkopot datus no lidar (vai lidar savākto informāciju). Tradicionāli tas ir salikts no lidmašīnu sensoriem, stāsta BAE Systems Ģeotelpiskās izmantošanas produktu grupas vadītājs Niks Rozengartens. Tomēr mūsdienās sensorus var uzstādīt sauszemes transportlīdzekļos vai pat mugursomās, kas nozīmē cilvēku datu vākšanu. "Tas paver daudzas iespējas, tagad datus var apkopot gan iekštelpās, gan ārpus tām," skaidroja Rozengartens. Mets Moriss, Textron Systems ģeotelpisko risinājumu vadītājs, saka: “Lidārs ir patiesi pārsteidzoša datu kopa, jo tā sniedz visdetalizētāko informāciju uz Zemes virsmas. Tas sniedz daudz detalizētāku un, tā sakot, tonētāku attēlu nekā DTED (Digital Terrain Elevation Data) tehnoloģija, kas sniedz informāciju par zemes virsmas pacēlumu noteiktos punktos. Varbūt viens no visspēcīgākajiem izmantošanas gadījumiem, ko esmu dzirdējis no mūsu militārajiem klientiem, ir izvietošanas nepazīstamā apvidū scenārijs, jo viņiem ir jāzina, kur viņi gatavojas doties … lai uzkāptos uz jumta vai kāptos žogā. DTED dati neļauj jums to redzēt. Jūs pat neredzēsiet ēkas."
Moriss atzīmēja, ka pat daži tradicionālie augstas izšķirtspējas reljefa pacēluma dati neļaus jums redzēt šīs funkcijas. Bet lidar ļauj to izdarīt, pateicoties "atstarpēm starp pozīcijām" - termins, kas apraksta attālumu starp pozīcijām, kuras var precīzi parādīt datu masīvā. Lidara gadījumā “slīpumu” var samazināt līdz centimetriem, “lai jūs varētu precīzi zināt ēkas jumta augstumu vai sienas augstumu vai koka augstumu. Tas patiešām palielina trīsdimensiju (3D) situācijas izpratnes līmeni. " Turklāt lidar sensoru izmaksas samazinās, kā arī to izmēri, padarot tos pieejamākus. “Pirms desmit gadiem lidar sensoru sistēmas bija ļoti lielas un ļoti dārgas. Viņiem patiešām bija liels enerģijas patēriņš. Bet, attīstoties, tehnoloģijas uzlabojās, platformas kļuva daudz mazākas, samazinājās enerģijas patēriņš un palielinājās to radīto datu kvalitāte."
Moriss teica, ka galvenais lidāra pielietojums militārajā jomā ir 3D plānošana un kaujas misiju apmācība. Piemēram, viņa uzņēmuma Lidar Analyst lidojuma simulācijas produkts ļauj lietotājiem uzņemt lielu datu apjomu un "ātri ģenerēt šos 3D modeļus, tad viņi var ļoti precīzi plānot savus uzdevumus". Tas pats attiecas uz operācijām uz zemes. Moriss paskaidroja: "Mūsu produkts tiek izmantots, lai plānotu ieceļošanas un izceļošanas maršrutus uz mērķa apgabalu, un, tā kā neapstrādātie dati ir augstas izšķirtspējas, ir iespējams veikt ļoti precīzu situācijas redzesloka analīzi."
Kopā ar Lidar Analyst Textron ir izstrādājis RemoteView - attēlu analīzes programmatūras produktu ASV militārajām un izlūkošanas aģentūrām. Programmatūra RemoteView var izmantot dažādus datu avotus, tostarp lidar datus. BAE Systems nodrošina arī programmatūru ģeotelpiskajai analīzei, tās vadošais produkts šeit ir SOCET GXP, kas nodrošina daudzas iespējas, tostarp lidar datu izmantošanu. Turklāt Rozengartens paskaidroja, ka uzņēmums ir izstrādājis tehnoloģiju GXP Xplorer, kas ir datu pārvaldības lietojumprogramma. Šīs tehnoloģijas ir diezgan piemērotas militārām vajadzībām. Rozengartens, piemēram, minēja rīku helikoptera nosēšanās zonas aprēķināšanai, kas ir daļa no programmatūras SOCET GXP. "Tas var iegūt lidar datus un sniegt lietotājiem informāciju par vietām uz zemes, kas var būt pietiekama, lai helikopters varētu nolaisties." Piemēram, viņš var viņiem pateikt, vai ceļā ir vertikāli šķēršļi, piemēram, koki: "Cilvēki var izmantot šo rīku, lai noteiktu apgabalus, kas varētu būt vislabāk piemēroti kā evakuācijas punkts humānās krīzes laikā." Rozengartens arī uzsvēra flīzēšanas potenciālu, kad no konkrētas vietas tiek savāktas un savienotas vairākas lidar datu kopas. To padara iespējamu “palielināta lidar sensora metadatu precizitāte kombinācijā ar programmatūru, piemēram, BAE Systems SOCET GXP lietojumprogrammu, kas var pārvērst metadatus precīzās zonās uz zemes, aprēķinot, izmantojot ģeotelpiskos datus. Process ir balstīts uz lidar datiem un nav atkarīgs no tā, kā dati tiek vākti."
Kā tas darbojas: lidar
Lidar darbojas, apgaismojot mērķi ar gaismu. Lidars var izmantot gaismu redzamā, ultravioletā vai infrasarkanā diapazonā. Lidara darbības princips ir vienkāršs. Objekts (virsma) tiek izgaismots ar īsu gaismas impulsu, tiek mērīts laiks, pēc kura signāls atgriežas avotā. Lidar palaiž objektā (virsmā) ātrus īsus lāzera starojuma impulsus ar frekvenci līdz 150 000 impulsiem sekundē. Ierīces sensors mēra laiku starp gaismas impulsa pārraidi un tā atstarošanu, pieņemot nemainīgu gaismas ātrumu 299792 km / s. Izmērot šo laika intervālu, ir iespējams aprēķināt attālumu starp lidaru un atsevišķu objekta daļu un līdz ar to izveidot objekta attēlu, pamatojoties uz tā stāvokli attiecībā pret lidaru.
Vēja bīdes
Tikmēr Buks norādīja uz iespējamiem Lockheed Martin WindTracer tehnoloģijas militāriem pielietojumiem. Komerciālā tehnoloģija WindTracer izmanto lidaru vēja bīdes mērīšanai lidostās. To pašu procesu var izmantot militārajā jomā, piemēram, precīziem gaisa pilieniem. “Jums ir jāizmet krājumi no pietiekami liela augstuma, lai tos noliktu uz paliktņiem un nomestu no izpletņa. Tagad redzēsim, kur viņi nolaižas? Jūs varat mēģināt paredzēt, kur viņi dosies, bet problēma ir tā, ka, nolaižoties lejā, vēja bīdes mainīs virzienu dažādos augstumos,”viņš paskaidroja. - Un kā tad jūs prognozējat, kur palete nonāks? Ja jūs varat izmērīt vēju un optimizēt trajektoriju, tad jūs varat piegādāt krājumus ar ļoti augstu precizitāti.”
Lidar tiek izmantots arī bezpilota sauszemes transportlīdzekļos. Piemēram, automātisko sauszemes transportlīdzekļu (AHA) ražotājs Roboteam ir izveidojis rīku ar nosaukumu Top Layer. Tā ir 3D kartēšana un autonoma navigācijas tehnoloģija, kas izmanto lidaru. Top Layer izmanto lidaru divos veidos, saka Roboteam vadītājs Šahars Abukhazira. Pirmais ļauj reālā laikā kartēt slēgtas telpas. "Dažreiz video ir nepietiekams pazemes apstākļos, piemēram, tas var būt pārāk tumšs vai redzamība ir pasliktinājusies putekļu vai dūmu dēļ," piebilda Abukhazira. - Lidara iespējas ļauj izkļūt no situācijas ar nulles orientāciju un vides izpratni … tagad viņš kartē telpu, viņš kartē tuneli. Jūs uzreiz varat saprast situāciju, pat ja neko neredzat un pat ja nezināt, kur atrodaties."
Otrs lidar lietojums ir tā autonomija, palīdzot operatoram jebkurā brīdī kontrolēt vairāk nekā vienu sistēmu. "Viens operators var kontrolēt vienu AHA, bet ir divi citi AHA, kas vienkārši izseko un seko cilvēka vadītajam transportlīdzeklim," viņš paskaidroja. Tāpat karavīrs var iekļūt telpās, un ANA viņam vienkārši seko, tas ir, nav nepieciešams nolikt malā ieročus, lai darbinātu aparātu. "Tas padara darbu vienkāršu un intuitīvu." Roboteam lielākajā AHA probot ir arī lidar, kas palīdz ceļot lielos attālumos. “Jūs nevarat prasīt operatoram trīs dienas pēc kārtas nospiest pogu … jūs izmantojat lidar sensoru, lai vienkārši sekotu karavīriem vai sekotu automašīnai vai pat automātiski pārvietotos no viena punkta uz otru, lidar palīdzēs izvairīties no šķēršļiem. " Abuhazira nākotnē sagaida lielus sasniegumus šajā jomā. Piemēram, lietotāji vēlējās izveidot situāciju, kurā cilvēks un ANA mijiedarbojas kā divi karavīri. "Jūs nekontrolējat viens otru. Jūs skatāties viens uz otru, zvanāt viens otram un rīkojaties tieši tā, kā vajadzētu. Es uzskatu, ka savā ziņā mēs iegūsim šādu komunikācijas līmeni starp cilvēkiem un sistēmām. Tas būs efektīvāk. Es uzskatu, ka lidmašīnas ved mūs šajā virzienā."
Iesim pazemē
Abukhazira arī cer, ka lidar sensori uzlabos darbību bīstamā pazemes vidē. Lidar sensori sniedz papildu informāciju, kartējot tuneļus. Turklāt viņš pamanīja, ka dažreiz nelielā un tumšā tunelī operators var pat neapzināties, ka AHA ved nepareizā virzienā. “Lidar sensori reālā laikā darbojas kā GPS un liek procesam justies kā videospēlei. Jūs varat redzēt savu sistēmu tunelī, jūs zināt, kurp dodaties reālā laikā."
Ir vērts atzīmēt, ka lidar sensori ir vēl viens datu avots, un tos nevajadzētu uzskatīt par tiešu radara aizstājēju. Buks pamanīja, ka starp abām tehnoloģijām ir lielas viļņu garuma atšķirības, kurām ir savas priekšrocības un trūkumi. Bieži vien labākais risinājums ir abu tehnoloģiju izmantošana, piemēram, vēja parametru mērīšana ar aerosola mākoni. Īsāki optisko sensoru viļņu garumi nodrošina labāku virziena noteikšanu, salīdzinot ar garākiem RF sensora (radara) viļņu garumiem. Tomēr abu veidu sensoru atmosfēras pārraides īpašības ir ļoti atšķirīgas. “Radars spēj iziet cauri noteikta veida mākoņiem, ar kuriem lidarim būtu grūti tikt galā. Bet miglā, piemēram, lidar var darboties nedaudz labāk nekā radars."
Rozengartens sacīja, ka lidar apvienošana ar citiem gaismas avotiem, piemēram, pankromatiskiem datiem (attēlojot, izmantojot plašu gaismas viļņu garumu diapazonu), sniegs pilnīgu priekšstatu par interesējošo jomu. Labs piemērs šeit ir helikoptera nosēšanās vietas definīcija. Lidars var skenēt teritoriju un teikt, ka tai ir nulles slīpums, neatkarīgi no tā, ka viņš patiesībā skatās uz ezeru. Šāda veida informāciju var iegūt, izmantojot citus gaismas avotus. Rozengartens uzskata, ka nozare galu galā sapludinās tehnoloģijas, apvienojot dažādus vizuālo un citu gaismas datu avotus. "Tas atradīs veidus, kā visus datus apvienot vienā lietussargā … Precīzas un visaptverošas informācijas iegūšana ir kas vairāk nekā tikai lidar datu izmantošana, bet sarežģīts uzdevums, kas ietver visas pieejamās tehnoloģijas."
