Лидар. Применение технологии LiDAR. Карты и беспилотные автомобили
Gistroy — портативное оборудование
Все что нужно знать
Лидар (LiDAR) — это технология дистанционного зондирования, которая использует лазерный импульс для сбора измерений, которые затем можно использовать для создания 3D-моделей, карт объектов и окружающей среды.
Технология существует с 1960-х годов, когда лазерные сканеры были установлены на самолетах. Лишь в конце 1980-х годов, с появлением коммерчески жизнеспособных систем GPS, данные с лидаров стали полезным инструментом для обеспечения точных геопространственных измерений.
LiDAR является аббревиатурой от Light Detection and Ranging — обнаружение света и дальности (расстояния).
Лидар принцип работы
Он работает аналогично радару и сонару, но использует световые волны от лазера вместо радио или звуковых волн.
Система лидар рассчитывает, сколько времени требуется свету, для попадания в объект и отражения обратно в сканер. Расстояние рассчитывается с использованием скорости света.
- Скорость света составляет 299 792 458 метров в секунду.
Системы могут генерировать около 1 000 000 импульсов в секунду. Каждое из этих измерений или результатов может затем быть преобразовано в трехмерную визуализацию, которая представляет собой облако точек.
Использование технологии Lidar. Система чаще всего используются для геодезических задач. Благодаря своей способности собирать трехмерные измерения, системы лазерного сканирования стали активно использоваться для съемки искусственной среды (например: зданий, дорожных сетей и железных дорог), а также для создания цифровых моделей рельефа (DTM) и рельефа конкретных ландшафтов (DEM).
Лазерное сканирование является популярным методом обнаружения риска наводнений, накопления углерода в лесном хозяйстве и мониторинга береговой эрозии.
С использованием данной технологии также наблюдается повышенный уровень внедрения приложений автоматизации. Многие производители автомобилей используют сканеры меньшего диапазона и с более низкой дальностью, чтобы помочь в навигации автономных транспортных средств. Именно с использованием этой технологии работают системы автоматического управления в автомобилях Тесла и им подобных.
Применение лидаров
На сегодняшний день наиболее распространенными сферами использования системы лидар являются приложения для географического и атмосферного картографирования. Такие организации, как USGS (Геологическая служба США), NOAA (Национальное управление океанографии и атмосферы) и NASA, десятилетиями использовали лидар для создания карт Земли и космоса.
- Климатологи используют его, чтобы исследовать состав атмосферы и изучать облака, испарения и глобальное потепление
- Океанографы используют его для отслеживания береговой эрозии
- Ботаники используют лидары, чтобы измерить постоянно меняющиеся структуры лесов Земли
Мы также можем использовать Lidar для изучения газового состава атмосферы.
Разные газы поглощают световые волны различной длины в необходимом количестве, поэтому мы можем дистанционно изучать газы в определенном месте, запустив в него два лазерных луча с различной длиной волны из самолета или вертолета, сравнив потом, сколько из каждой длины волны поглощено или отражено. Эта система называется LiDAR с дифференциальным поглощением (DIAL), может использоваться для всего: от обнаружения утечек газопроводов, до измерения загрязнения воздуха.
Одним из наиболее распространенных применений является полицейское оборудование для измерения скорости автомобилей, хотя мы обычно думаем, что это радар.
Портативные приборы гораздо чаще используют лазеры с длиной волны 905 нм, которые дешевые, безопасные и очень эффективные.
У лидаров большое будущее, так как данная технология не стоит на месте, постоянно развивая приложения и утилиты. От базовых приложений для датчиков до систем 3D печати, 3D сканирования, моделирования и умных городов. Lidar трансформирует мир разными способами.
Лидар в дополненной реальности (AR)
LiDAR Augmented reality — это технология, которая позволяет пользователю просматривать виртуальный контент так же, как он существовал бы в реальном мире. LiDAR повышает четкость и конечный результат AR систем. Сканер лидара предлагает высококачественное «3D-картирование», которое позволяет другим AR-системам размещать данные поверх карты с высоким разрешением, используя облако точек хорошо дополняя его.
Также ведутся исследования по применению «доплеровского ветра», который позволил бы ясно видеть движение ветра. Этот подход был бы очень полезен для авиационной безопасности, визуализации атмосферных данных, прогнозирования погоды и готовности к стихийным бедствиям.
Технология в автономных транспортных средствах
Ожидается, что автономные автомобили скоро появятся на дорогах, которые произведут революцию в автомобильном секторе. Без лидара автономные транспортные средства перестанут существовать.
Лидар следует называть глазами автономного транспортного средства, поскольку он смотрит на окружение, вычисляет расстояние, определяет препятствия впереди, освещает объекты лазером, а затем создает цифровое изображение высокого разрешения. Он также используется для предотвращения столкновений, путем измерения расстояния между автомобилем и любым другим препятствием перед ним. Это делается путем установки модуля на бампер или крышу. Адаптивная система круиз-контроля в автономном автомобиле получает информацию от датчиков, с помощью которых она решает, когда включать тормоза, замедляться либо ускоряться.
Lidar и изменение климата
Сверхвысокое разрешение и точные изображения захвата подчеркивают даже мельчайшие детали. По этой причине ученые и геологи все чаще отдают предпочтение данной технологии. Лидар может помочь отслеживать процессы ведения сельского хозяйства более эффективно, чем любой другой метод.
LiDAR в космосе
НАСА разработало для международной космической станции инструмент под названием GEDI (исследование динамики глобальной экосистемы), который обеспечивает уникальное трехмерное изображение лесов Земли и помогает предоставить информацию об углеродном цикле, который ранее не был доступен.
GEDI предоставляет жизненно важную информацию о влиянии деревьев на количество углерода в атмосфере. Используя эту информацию, ученые теперь могут определить точный уровень углерода, который хранится в лесах, и количество деревьев, которые необходимо посадить, чтобы компенсировать влияние выбросов парниковых газов.
Геодезия
Геодезия является одной из самых известных областей применения технологии. Съемка используется в областях строительства, городского планирования и изучения топографии региона. При съемке материалы собираются очень быстро, превосходя обычные методы. Пространственные модели, созданные с использованием LiDAR, имеют незначительную погрешность, экономят деньги и позволяют принимать решения быстрее. При съемке точки преобразуются в цифровую модель рельефа (ЦМР). ЦМР может иметь любую текстуру в зависимости от области применения и плотности.
Археология
Для исследование старых археологических раскопок, здесь лидар полезен из-за исключительной детализации, которую он может сделать.
При этом экономится время, а также усилия археологов, позволяя им «воскрешать» объекты, которые раньше было практически невозможно создать.
Потрясающие трехмерные изображения древнего города майя, были созданы двумя археологами с помощью лидара. Эта модель позволила совершенно по-другому взглянуть на структуру города и назначение отдельных зданий.
Карты лидара
LiDAR Mapping (Карты лидара). При картировании используется лазерная сканирующая система со встроенным инерциальным измерительным блоком (IMU) и приемником GNSS, который позволяет осуществлять географическую привязку каждого измерения или точки. Каждая точка объединяется с другими для создания трехмерного представления объекта или области.
Карты лидара могут использоваться для определения точности позиционирования.
Материалы LiDAR в форме или облаке точек можно использовать для создания карт целых городов, с точностью до миллиметра. Элементы и объекты, такие как дорожные сети, мосты, растительность, могут быть классифицированы и нанесены на трехмерные карты.
Карты LiDAR также можно использовать для выделения изменений и отклонений, таких как эрозия земли, изменения наклона почвы и рост растительности.
Лидары для автомобилей
Использование лидара на автомобилях без водителя. Как следует из названия, LiDAR работает как радар (радиоволновая навигация, используемая на кораблях и самолетах) и гидролокатор (подводное обнаружение при помощи звука, в основном используемое подводными лодками), хотя он имеет совершенно иные применения, от роботов заводского уровня и автоматических автомобилей, до «картирования» местности и измерений уровня роста лесных массивов.
Основная идея работы навигационного лидара
автомобиль с автономным управлением испускает лазерные лучи в пространство вокруг себя, они отражаются от различных препятствий и улавливаются специальными приемниками. Время, необходимое для возвращения луча, говорит нам, как далеко находится каждое препятствие от машины.
Таким образом, LiDAR создает трехмерное изображение среды вокруг автомобиля. Причем Lidar реагирует и получает информацию гораздо быстрее, чем любой водитель. Полученные материалы обрабатывает центральный процессор, который на основании заложенных в него алгоритмов управляет автомобилем. Также он на основании местоположения благодаря системе GPS прокладывает маршрут и движется к точке назначения.
То, что вы видите своими глазами — это трехмерная цветная карта вашего окружения, которую ваш мозг построил в режиме реального времени, используя лучи света, воспринятые вашими глазами. Если бы вы были роботом с парой цифровых камер, прикрепленных к вашей голове, вы могли бы составить себе карту комнаты почти таким же образом, но это было бы не так информативно и полезно. Вы бы не знали, что один объект ближе, чем другой. Как человек, вы знаете эти вещи, потому что ваш мозг обрабатывает визуальную информацию, и анализирует поступающие в него материалы, а у роботов нет «жизненного опыта», так что они находятся в естественном неблагоприятном положении, когда дело доходит до «видения» мира.
Вот почему автономные роботы (например, автономный погрузчик) и автомобили с автоматическим управлением часто предпочитают смотреть на мир по-другому, используя системы LIDAR вместо камер.
Чтобы создать изображение с помощью этой технологии, нужен лазер и что-то, что улавливает отраженный свет. Также необходимо перемещать лазерный луч и заставлять его сканировать все вокруг, вся эта система должна комплектоваться GPS приёмником, чтобы Вы могли выяснить свое местоположение.
Как правило, Lidar, состоит из полупроводникового диодного лазера, похожего на тот, который используется в лазерных граверах или проигрывателе компакт-дисков, только более мощного. Вместо того, чтобы излучать видимый свет (длина волны которого составляет около 400 – 700 нм), автомобиль с автоматическим управлением, будет использовать невидимый спектр, близкий к инфракрасному диапазону (около 900 –1100 нм)
В подводных сканерах LIDAR используется зеленый лазерный свет с более короткими длинами волн (около 530 нм) в середине видимого диапазона.
Чем дальше лазер лидара должен проникать, тем больше длина волны у него должна быть, потому что свет с большой длиной волны имеет более низкую частоту и меньшую энергию. Самые последние беспилотные автомобили, оснащенные лазерными лидарами с автоматическим приводом, используют волны с длиной 1550 нм для сканирования на расстоянии до 200 метров. Предыдущие модели, работающие на длине волны 905 нм сканировали на расстоянии 30 — 40 метров.
Статья о классификации лазеров и степени их опасности.
Фотоприемник в системе — это своего рода фотоэлемент, изготовленный из арсенида кремния или галлия, который спроектирован с максимальной чувствительностью для любой длины волны, испускаемой лазером. Различные типы детекторов используются в зависимости от диапазона, в котором работает система. Системы ближнего действия обычно используют простые кремниевые фотодиоды. В системах дальнего радиуса действия используются так называемые лавинные фотодиоды (APD). Они работают как детекторы встречного излучения Гейгера, превращая один входящий фотон света в измеримый поток электронов (электрический ток, который можно измерить), так можно обнаружить более низкие уровни света.
Сотни APD могут быть встроены в одну микросхему для создания площадки детекторов, называемой многопиксельным счетчиком фотонов (MPPC).
В современных системах Лидар используются микроскопические движущиеся зеркала, основанные на технологии MEMS (MicroElectroMechanical Systems), установленные на микрочипах и аналогичные тем, которые вы найдете в цифровых проекторах, другие типы устройств используют большие зеркала размером с монету.
На практике это выглядит не так громоздко, так как современные лидары имеют тенденцию использовать очень маленькие микроскопические зеркала, основанные на технологии MEMS. Каждый крошечный зеркальный сегмент устанавливается на шарнир, притягиваемый электрически заряженными пластинами.
Какие материалы вы получаете?
Данные с лидара могут быть использованы сами по себе или объединены с другими материалами, собранными другими способами
- В случае воздушной карты системы обычно используют GPS (спутниковая навигация).
- В автомобилях с автоматическим управлением, используется вместе с GPS, бортовыми датчиками (например, акселерометрами, спидометрами), инерциальными системами наведения и гирокомпасами, а также навигационными материалами с сохраненными картами (например, Google Street View). То, что в итоге получается, называется «облаком точек», трехмерный массив измерений лидара, связанный с конкретными GPS координатами.
Преимущества лидара
Преимущества
- Высокая скорость и точность сбора
- Высокое проникновение
- Не зависит от интенсивности света в окружающей среде и может использоваться ночью или на солнце.
- Высокое разрешение изображения по сравнению с другими методами.
- Отсутствие геометрических искажений
- Легко интегрируется с другими методами сбора
- ЛИДАР имеет минимальную зависимость от человека, что хорошо в определенных сферах, где человеческая ошибка стоит дорого
Недостатки лидара
Недостатки
- Стоимость лидара достаточно высока.
- Системы LIDAR плохо работают в условиях сильного дождя, тумана или снега.
- Системы LIDAR генерируют большие наборы материалов, которые требуют больших вычислительных ресурсов для обработки.
- Ненадежные результаты в турбулентных водных условиях.
- В зависимости от принятой длины волны рабочие характеристики систем ограничены по высоте, поскольку импульсы, генерируемые в определенных типах, становятся неэффективными на определенных высотах.
Обработка данных лидара
USGS является источником достоверных бесплатных материалов, которые были собраны в рамках партнерства по разработке программы 3D Elevation Program (3DEP). Основная цель 3DEP — систематически собирать расширенные данные высот в форме высококачественных данных LiDAR по разным территориям Гавайев и США. Там собраны данные полученные за восьмилетний период. Информация представляет собой дискретные данные, классифицированные в облаке точек, предоставленные в формате LAS.
Наборы NOAA LiDAR являются одними из наиболее часто используемых. Поскольку они часто обновляются, являются достоверными и бесплатными для использования. 600 с лишним наборов занимают около 890 000 кв. км
NOAA — это хранилище, содержащее топографические данные США, собранные многими группами с использованием различных датчиков.
Межведомственная инвентаризация высот США (USIEI) — это совместная работа USGS и NOAA с участием других федеральных агентств. Это полный общенациональный список известных высокоточных топографических и батиметрических данных по стране. Инвентаризация поддерживает программу 3D-рельефа и комплексное картирование океана и прибрежных районов.
В качестве средства сбора данных, финансируемого NSF, основной упор в OpenTopography делается на данные, связанные с науками о Земле, исследованиями, топографией и батиметрическими данными. OpenTopography содержит большой объем материалов, который доступен в формате облака точек для загрузки и обработки (например, для создания пользовательских ЦМР).
Портал также предоставляет информацию по требованию, которое позволяет пользователям определять интересующую область. Пользователи могут скачать результаты в двоичном облачном формате ASCII или LAS. Система также генерирует геоморфологические метрики, такие как карты склонов и гор, и будет динамически генерировать визуализации данных для отображения в веб-браузере или Google Earth.
Консорциум Puget Sound LiDAR (PSLC), созданный в 1999 году, представляет собой неформальную группу сотрудников различных агентств и федеральных ученых, занимающихся разработкой общедоступных карт высокого разрешения. PSLC уже более десяти лет собирает высококачественные данные в тихоокеанском северо-западном регионе. Большая часть этого набора данных достаточна для определения рисков наводнений, геологического картографирования, гидрологического моделирования, определения углов наклона, моделирования радиоволновой передачи и аналогичного использования, соответствующим горизонтальному масштабу 1: 12000 или меньше.
В хранилище правительства США, data.gov, есть раздел, в котором вы можете найти данные о высотах, которые можно загрузить с помощью выбора областей, коробочных рисунков, многоугольной графики или многоугольников ГИС. Однако эти данные предназначены только для неформальных целей и не могут использоваться для навигации.
В 2015 году Агентство по охране окружающей среды Великобритании предоставило свои материалы для свободного использования, чтобы побудить компании и сообщества строить модели риска наводнений. Архив Агентства окружающей среды содержит цифровые материалы о высоте, полученные в результате исследований, проведенных специализированной группой Агентства по дистанционному зондированию. Точные высот доступны для более чем 70% территории Англии, которые были объединены. Данные, которые доступны с разрешением 2 метра, 1 метра, 50 см и 25 см, могут быть предоставлены как DSM или как DTM, полученные путем удаления объектов из цифровой модели поверхности.
Текущий файл высот Нидерландов или Actueel Hoogtebestand Nederland (AHN) представляет собой цифровую карту высот для всей страны.
Он содержит подробные и точные высоты, в среднем восемь измерений высоты на квадратный метр. Как растровые данные, так и облака точек могут быть загружены через PDOK и NationalGeoregister.
Центр загрузки Национального географического института Испании предоставляет материалы, охватывающие всю территорию Испании облаками точек с координатами X, Y, Z и такими атрибутами, как классификация или цвет, полученными с помощью бортовых датчиков. Плотность точек составляет 0,5 балла за кв. метр в первом покрытии и 1 балл за кв. метр во втором покрытии. Приложения проекта охватывают широкий спектр изображений.
Национальная земельная служба Финляндии собирает измерения лазерного сканирования для получения моделей рельефа и сбора информации о лесных ресурсах. В настоящее время данные лазерного сканирования доступны только в некоторых частях Финляндии, и цель состоит в том, чтобы охватить всю страну в течение нескольких лет. Все материалы лазерного сканирования доступны в виде версии, в которой точки, представляющие поверхность земли, автоматически классифицируются в файловой службе открытых данных NLS.
не путать с радаром! / Амперка
Сканирование местности — одна из главных задач для беспилотных роботов, которые самостоятельно прокладывают путь из точки А в Б. Решать её можно по-разному: всё зависит от бюджета и поставленных целей, но общая суть инженерного подхода остаётся похожей. Лидарные системы стали стандартом де-факто для беспилотных автомобилей и роботов. А ещё лидар можно приладить к своему проекту на Arduino!
Как это работает
Название LiDAR расшифровывается как «Light Identification Detection and Ranging» — дословно, система световой идентификации, обнаружения и определения дальности. Из названия понятно, что лидар имеет что-то общее с радаром. Вся разница в том, что вместо СВЧ-радиоволн здесь используются волны оптического диапазона.
Давайте вспомним общий принцип работы подобных систем: у нас есть устройство, которое посылает наружу направленное излучение, затем ловит отражённые волны и строит исходя из этого картину пространства. Именно так и работает лидар: в качестве активного источника используют инфракрасный светодиод или лазер, лучи которого мгновенно распространяются в среде.
Рядом с излучателем расположен светочувствительный приёмник — он и улавливает отражения.
Обозначения: D — измеренное расстояние; c — скорость света в оптической среде; f — частота сканирующих импульсов; Δφ — фазовый сдвиг.
Получив время, за которое вернулась отражённая волна, мы можем определить расстояние до объекта в поле зрения датчика. Подобный принцип определения дистанции называют времяпролётным — от английского Time-of-flight (ToF). А что дальше? У вас появляются разные возможности, как распорядиться этими данными.
Оптический дальномер
Дальномер — это частный случай лидара, у которого сравнительно узкий угол наблюдения. Устройство смотрит вперёд в узком сегменте и не получает посторонних данных, кроме удалённости объектов. Так работает оптический дальномер, основанный на принципе ToF. Рабочая дистанция зависит от используемого источника света: для ИК-светодиодов это десятки метров, а лазерные лидары способны стрелять лучом на километры вперёд.
Неудивительно, что эти приборы прижились в беспилотных летающих аппаратах (БПЛА) и метеорологических установках.
Однако быстродействующий дальномер может пригодиться и в самодельных роботах на Arduino и Raspberry Pi: лидары не боятся засветки солнцем, а скорость реакции у них выше, чем у ультразвуковых датчиков. Используя лидар в качестве датчика пространства, ваше детище сможет видеть препятствия на увеличенной дистанции. Разные модели отличаются дальностью работы и степенью защиты. Модификации в герметичном корпусе позволят роботу работать на улице.
Лидарная камера
Следующая ступень развития — лидар в роли 3D-камеры. Добавляем к одномерному лучу систему развёртки и получаем прибор, который может построить модель пространства из облака точек в определённой зоне обзора. Для перемещения сканирующего луча чего только не применяют: от поворотных зеркал и призм до микроэлектромеханических систем (МЭМС). Подобные решения используют, например, для быстрого построения 3D-карты местности или оцифровки архитектурных объектов.
Сканирующий лидар с круговым обзором
Вот и мечта любого автопроизводителя — главный сенсор, который заменяет беспилотной машине почти все глаза. Здесь мы имеем комбинацию излучателей и приёмников, установленных на поворотной платформе, которая вращается со скоростью в сотни оборотов в минуту. Плотность генерируемых точек такова, что лидар строит полноценную картину местности, в которой видно другие машины, пешеходов, столбы и деревья на обочине, и даже изъяны дорожного покрытия или рельефную разметку!
Лидары с круговым обзором 360° — наиболее сложные и дорогие из всех разновидностей, но и самые желанные для разработчиков, поэтому они часто встречаются на прототипах беспилотных автомобилей, где вопрос стоимости не стоит слишком остро.
В заключение
Дожидаться светлого беспилотного будущего совсем необязательно, ведь можно начать собственные эксперименты с инфракрасным лидаром на Arduino или Raspberry Pi уже сейчас. Если вам нужен дальномер с рабочей дистанцией до 40 метров и моментальной реакцией — это подходящий вариант.
А если заморочиться и моторизовать лидар, то у вас получится сделать и любительский 3D-сканер на принципе ToF.
Полезные ссылки
- Каталог датчиков пространства
Что такое LiDAR и как он работает?
Что такое LiDAR и как он работает? ДатчикиLiDAR являются важным компонентом мобильных картографических решений GeoSLAM. Вместе с нашим алгоритмом SLAM эти две технологии отвечают за создание 3D-изображений или «облаков точек» окружающей среды.
Технология LiDAR существует с 1960-х годов, когда лазерные сканеры были установлены на самолетах. Этот тип бортового LiDAR излучает световые лучи к поверхности земли для измерения расстояния. Данные LiDAR стали полезным инструментом для обеспечения точных геопространственных измерений в конце 19 века.80-е годы. Внедрение коммерчески жизнеспособных систем GPS сделало это возможным.
Что такое LiDAR? LiDAR — это технология дистанционного зондирования.
Технология LiDAR использует импульс лазера для сбора измерений. Они используются для создания 3D-моделей и карт объектов и сред.
Обнаружение света и определение дальности. Аббревиатура LiDAR часто используется для названия этого метода дистанционного зондирования. Он использует свет для измерения расстояний и также известен как лазерное сканирование или 3D-сканирование.
Как работает обнаружение света и определение дальности (LiDAR)?Система LiDAR рассчитывает, сколько времени требуется лучу света, чтобы попасть на объект или поверхность и отразиться обратно в лазерный сканер. Затем расстояние рассчитывается с использованием скорости света*. Они известны как измерения «времени полета».
*Скорость или скорость света составляет 299 792 458 метров в секунду
Как работают датчики LiDAR? В зависимости от используемого датчика сканирующие устройства LiDAR могут выдавать сотни тысяч импульсов в секунду.
Эти световые волны отражаются от объектов и возвращаются к датчику LiDAR. Датчик использует время, необходимое для возврата каждого импульса, для расчета расстояния (времени полета). Каждое из этих импульсных лазерных измерений или возвратов может быть преобразовано в трехмерную визуализацию, известную как «9».0007 облако точек ’. Вот как работает датчик LiDAR в двух словах.
LiDAR работает аналогично радару и гидролокатору, но использует световые волны от лазера вместо радио или звуковых волн.
Что такое технология LiDAR? Технология LiDAR представляет собой применение метода дистанционного зондирования, описанного выше. Обычно он используется для изучения поверхности земли, оценки информации о поверхности земли, создания цифрового двойника объекта или детализации ряда геопространственных данных. Системы LiDAR используют эту технологию, используя данные LiDAR для отображения трехмерных моделей и цифровых высот.
От портативного до бортового LiDAR — существует система LiDAR для сбора необходимых вам данных. В картировании LiDAR используется система лазерного сканирования со встроенным инерциальным измерительным блоком (IMU) и приемником GNSS или, в случае GeoSLAM, алгоритм SLAM, который позволяет каждому измерению или точкам в результирующем облаке точек быть географически привязанными. Каждая «точка» объединяется для создания трехмерного представления целевого объекта или области.
Карты LiDAR можно использовать для обеспечения точности позиционирования — как абсолютной, так и относительной, чтобы наблюдатели могли знать, где в мире были собраны данные и как каждая точка соотносится с расстоянием до объектов.
Данные LiDAR в форме или в виде облака точек можно использовать для картирования целых городов, что позволяет лицам, принимающим решения, точно определять структуры или области интереса с точностью до миллиметра. Элементы и объекты, такие как дорожные сети, мосты, уличная мебель и растительность, могут быть классифицированы и извлечены.
Карты LiDAR также можно использовать для выделения изменений и аномалий, таких как деградация поверхности, изменения склонов и рост растительности.
Существует не так много приложений, которые не выиграли бы от использования LiDAR. От игровой индустрии до команд Формулы-1 — симуляции на основе 3D-моделей часто используются, чтобы дать командам преимущество перед выходом на гоночную трассу.
- Отображение: Геодезические задачи часто требуют, чтобы системы LiDAR собирали трехмерные измерения. Они могут создавать цифровые модели рельефа (DTM) и цифровые модели высот (DEM) конкретных ландшафтов.
- Архитектура: Лазерные сканирующие системы также популярны для обследования застроенной среды. Это касается зданий, дорожных сетей и железных дорог.
- Недвижимость: Лазерные сканеры можно использовать в помещении для измерения пространства и создания точных планов этажей.
- Строительство: Строительная отрасль также все чаще использует съемку LiDAR. Технология LiDAR отслеживает строительные проекты и создает цифровых двойников для приложений BIM. Он также может помочь в создании 3D-моделей для условного мониторинга конструкций и моделей Revit для архитекторов и инженеров-строителей.
- Окружающая среда: Применение LiDAR в окружающей среде многочисленно. Лазерное сканирование является популярным методом картирования рисков наводнений, запасов углерода в лесном хозяйстве и мониторинга береговой эрозии.
- Автомобилестроение: LiDAR также демонстрирует повышенный уровень внедрения приложений автоматизации. Меньшие по размеру сканеры LiDAR малого радиуса действия помогают ориентироваться в автономных транспортных средствах.
- Космические путешествия: Если этого недостаточно, данные LiDAR полезны не только на Земле! НАСА определило, что это ключ к безопасной посадке лунных аппаратов.
Что такое картографирование LiDAR?
Для картирования LiDAR используется система лазерного сканирования со встроенным блоком инерциальных измерений (IMU) и приемником GNSS. В случае с GeoSLAM мы используем алгоритм SLAM для питания нашей технологии лазерного картографирования. Это позволяет каждому измерению или точке в результирующем облаке точек иметь географическую привязку. Каждая «точка» объединяется для создания трехмерного представления целевого объекта или области.
Карты LiDAR обеспечивают абсолютную и относительную точность определения местоположения. Это позволяет зрителям данных знать, где в мире были собраны данные и как каждая точка связана с объектами с точки зрения расстояния.
Данные облака точек LiDAR могут отображать целые города. Лица, принимающие решения, могут определять структуры или области интереса с точностью до миллиметра. Элементы и объекты, такие как дорожные сети, мосты, уличная мебель и растительность, могут быть классифицированы и извлечены.
Карты LiDAR также могут отображать изменения и аномалии, такие как деградация поверхности, изменения склонов и рост растительности.
Что такое цифровые модели рельефа (ЦМР)?
Цифровая модель рельефа (ЦМР) представляет собой трехмерное представление местности и всех объектов в этом пространстве. Равномерно расположенные значения высот, полученные при сканировании LiDAR, создают систему координат, которая позволяет отражать и моделировать землю с высоким уровнем точности.
Что такое цифровые модели местности (DTM)?
Цифровые модели местности аналогичны ЦМР, но без включенных объектов. Они используют LiDAR только для отображения местности.
Объяснение технологии сканирования LiDAR
Итак, что такое LiDAR? Надеюсь, мы удовлетворили ваше любопытство по поводу LiDAR (обнаружение света и определение дальности). Эта импульсная лазерная технология имеет очень много применений для картографирования, предоставляя подробную информацию и данные об окружающей среде.
Более того, вы можете быть уверены в скорости и точности сканирования LiDAR.
Если вы ищете сканер LiDAR для бизнес-приложений, технология GeoSLAM дает вам возможность собирать необходимые геопространственные данные. Наш ассортимент портативных лазерных сканеров использует технологии LiDAR и SLAM для создания облаков точек для различных приложений. Свяжитесь с нами для получения дополнительной информации и узнайте, что новый лазерный сканер GeoSLAM LiDAR может сделать для вас.
Основные ресурсы LiDAR
Что такое данные LiDAR?
Узнайте, что такое данные LiDAR, как они собираются и используются, из нашего подробного поста.
Где в мире используется LiDAR?
Откройте для себя захватывающие глобальные приложения и реальное использование этой универсальной технологии.
Облака точек для начинающих
Облако точек представляет собой огромный набор крошечных отдельных точек, нанесенных на трехмерное пространство.
Что такое лидарная съемка?
Узнайте, как картографирование LiDAR и как использование обнаружения света и дальности изменили геодезию.
Autodesk Recap содержит инструменты для обработки и интерпретации высококачественных данных облака точек, а также для помощи дизайнерам и инженерам в создании 3D-моделей для реальных проектов и активов (например, зданий и другой инфраструктуры). Его встроенные функции проектирования помогают оптимизировать рабочие процессы, например сканирование в BIM. Recap используется для создания первоначальных проектов дизайна, которые пользователи затем могут использовать в других модулях Autodesk (например, Revit, Navisworks, AutoCAD).
Orbit GT позволяет пользователям собирать и управлять доступными 3D-данными (данными и изображениями LiDAR), извлекать ряд функций для создания карт и делать данные общедоступными. Все модули Orbit готовы к использованию с 3D-данными из внутренних, наклонных, беспилотных и мобильных картографических проектов с другими расширениями, которые можно добавить в Publisher и Orbit Cloud.
Orbit можно использовать с решением ZEB Discovery.
ContextCapture — это инструмент моделирования реальности, позволяющий импортировать любое облако точек и данные изображений для создания сеток реальности с высоким разрешением. Эти реалистичные сетки являются точным представлением в 3D со значениями RGB с высоким разрешением любой сканируемой среды. Используя данные GeoSLAM в ContextCapture, пользователи могут создавать сетки реальности внутри помещений, что раньше было невозможно.
Microstation – это программа для 2D/3D проектирования зданий и инфраструктуры. Он включает инструменты информационного моделирования зданий (BIM) для документирования и оценки любого типа активов на протяжении всего их жизненного цикла. Решения GeoSLAM часто используются в Microstation в секторе подземных горных работ и для оценки текущего этапа любой застроенной среды, обновления проектной модели и создания информации BIM.
Micromine — это подробное и разнообразное программное обеспечение для добычи полезных ископаемых, которое предоставляет решения, включая моделирование, оценку, проектирование, оптимизацию и планирование.
Нажмите здесь, чтобы узнать больше о GeoSLAM и Micromine
Terrasolid предоставляет инструменты для обработки данных и изображений бортового и мобильного картографирования LiDAR. Он включает в себя различные модули для таких задач, как обработка данных, калибровка, географическая привязка, классификация облаков точек, моделирование и многое другое. Это очень мощный инструмент для различных отраслей промышленности, геодезистов, инженеров-строителей, планировщиков, проектировщиков. Полная, беспилотная или упрощенная версии модулей Terrasolid доступны как для программного обеспечения MicroStation, так и для программного обеспечения Spatix. Все продукты GeoSLAM совместимы с Terrasolid, а данные GeoSLAM можно улучшать и редактировать с помощью этого программного обеспечения.
Floorplanner позволяет рисовать точные 2D-планы этажей за считанные минуты и украшать их более чем 150 000 предметов, от кухонной техники до столов и стульев. Данные экспортируются из GeoSLAM Connect в формате файла PNG с масштабом 1 см на 1 пиксель и могут быть загружены в Floorplanner.
Общие сценарии сбора данных, такие как БПЛА, наружный, внутренний, линейный и транспортный, были охарактеризованы в Connect, и были определены предварительные настройки обработки данных для каждой среды. Их можно выбрать в начале этапа обработки данных, что значительно упрощает этот процесс.
Известные контрольные точки захватываются во время сканирования и автоматически сравниваются и сопоставляются с соответствующими координатами на этапе обработки в Connect. В набор данных можно внести жесткие и/или нежесткие корректировки, после чего будет экспортирован отчет о точности, в котором будет показано, насколько успешным было преобразование.
Оба метода сопоставляют данные сканирования системы ZEB Locate с данными GPS, собранными с антенны, для географической привязки облака точек.
Когда сканирование начинается и заканчивается в одном и том же месте, это классифицируется как «замкнутый цикл». «Разомкнутый цикл» — это когда начальная и конечная позиция сканирования находятся в разных местах. Стандартные методы SLAM применимы к обоим методам сбора данных.
SLAM без обратной связи для ZEB Locate доступен по запросу — давайте поговорим об этом .
Общие статические точки фиксируются во время нескольких сканирований, что означает возможность автоматического выравнивания этих наборов данных. Затем одно облако точек экспортируется, как если бы данные были получены за одно сканирование.
Горизонтальные и вертикальные срезы можно делать из любого места в облаке точек. Горизонтальные срезы пола также могут автоматически сниматься на заданной высоте над полом, заданной на этапе обработки.
В основном используется в строительной отрасли. Можно сравнивать несколько облаков точек и автоматически выделять любые измененные области.
Облака точек также можно сравнивать с моделями САПР — например, для отслеживания хода работ на строительной площадке — и создавать отчеты в формате PDF для представления этой информации.
Импортируйте несколько файлов .geoslam в Connect для обработки, и сканы будут обработаны в том порядке, в котором они были импортированы. Размер очереди может быть определен пользователем.
Экспортируйте облако точек в различные форматы, включая LAS, PLY и TXT. Наборы данных теперь также можно экспортировать в виде структурированных или неструктурированных файлов E57, оба из которых содержат встроенные панорамные изображения.
Autodesk Navisworks — это комплексное решение для просмотра проектов, которое поддерживает координацию, анализ и передачу проектных замыслов и конструктивных возможностей. Программное обеспечение можно использовать в качестве общей среды данных (CDM) для междисциплинарных проектных данных, созданных в широком диапазоне пакетов информационного моделирования зданий (BIM).
Используя инструменты Navisworks, пользователи могут предвидеть и свести к минимуму потенциальные проблемы между физическим зданием и структурной моделью.
Autodesk Revit — это программное обеспечение для информационного моделирования зданий (BIM). Он содержит инструменты, которые позволяют планировать и отслеживать на протяжении всего жизненного цикла здания. Программное обеспечение также позволяет нескольким дисциплинам более эффективно сотрудничать и принимать более обоснованные решения на ранних этапах процесса проектирования. Поскольку аппаратное обеспечение GeoSLAM позволяет быстро собирать данные, это оборудование можно использовать для сканирования любых существующих зданий с целью использования данных для создания цифрового двойника.
Нажмите здесь, чтобы узнать больше о GeoSLAM и Revit
Благодаря функции пространственной привязки GeoSLAM Connect пользователи могут легко привязываться к направлениям из известных положений и составлять карты для анализа расчётов превышения, подрыва, подрезки и шероховатости при взрыве.
Выходные данные решений GeoSLAM можно вводить в ГИС-программы и приложения Esri, включая ArcPro, ArcDesktop, ArcGIS Online и ArcScene. Соединяйте облака точек с локальными геоданными или классифицируйте и редактируйте сканы на основе их географии и статистики.
GeoSLAM гордится тем, что является серебряным партнером Esri.
Нажмите здесь, чтобы узнать больше о GeoSLAM и Esri
Данные 3D-облака точек GeoSLAM можно импортировать в Unity 3D Game Engine для создания интерактивных 3D-сцен, где пользователи могут создавать 3D-модели BIM с текстурами и исследовать пространство в фотореалистичных 3D-средах.
Хотя Unreal Engine в основном создан для разработки игр, все больше пользователей начинают использовать его для разработки приложений виртуальной реальности для понимания текущего состояния зданий, инфраструктуры и т.п. Unreal Engine с подключаемым модулем облака точек можно использовать для визуализации облаков точек GeoSLAM в виртуальной реальности, что обеспечивает совместную работу, моделирование и понимание текущих условий любой сканируемой среды.
Arena4D — это программный пакет для разметки, аннотирования и редактирования данных трехмерного облака точек, содержащий различные возможности экспорта. Он имеет мощный и простой в использовании пакет анимации, который позволяет пользователям простым способом визуализировать массивные облака точек. Данные GeoSLAM можно просто загрузить и использовать в этом пакете для оценки текущего состояния любой структуры, сравнивая различия между захваченными данными (как построено) и разработанной моделью (как спроектировано).
Pointfuse создает трехмерные сетки из данных облака точек и классифицирует их по потолкам, стенам, окнам и другим элементам в формате IFC. Используя данные GeoSLAM с Pointfuse, пользователи могут очень быстро создать классифицированную модель BIM с минимальным ручным вводом или необходимым опытом.
MineRP имеет пространственную базу данных, которая использует данные GeoSLAM для визуального представления реальной среды подземного рудника.
Программное обеспечение использует другие уровни данных для наложения информации на цифровой ландшафт для принятия решений и отслеживания.
Nubigon — это программное решение, которое позволяет пользователям беспрепятственно взаимодействовать с большими облаками точек и создавать визуализацию и анимацию. Перенесите данные облака точек GeoSLAM в Nubigon, чтобы создать привлекательные видеоролики.
Pointerra представляет собой мощное облачное решение для управления, визуализации, работы, анализа, использования и совместного использования массивных трехмерных облаков точек и наборов данных. Pointerra позволяет пользователям легко визуализировать и запрашивать данные GeoSLAM из любого места.
Что такое технология LiDAR и как она работает?
Изображение любезно предоставлено: Wired.co.uk LiDAR, или обнаружение света и определение дальности, — это популярный метод дистанционного зондирования, используемый для измерения точного расстояния до объекта на поверхности земли.
Несмотря на то, что он был впервые использован в 1960-х годах, когда лазерные сканеры были установлены на самолетах, LiDAR не получил должной популярности до двадцати лет спустя. Только в 1980-х годах, после появления GPS, он стал популярным методом расчета точных геопространственных измерений. Теперь, когда его область охвата распространилась на множество областей, мы должны больше узнать о картографической технологии LiDAR и о том, как она работает. Что такое технология LiDAR и как она работает? Вот несколько идей об этом, которые полезно знать.
По данным Американского института наук о Земле, LiDAR использует импульсный лазер для расчета переменных расстояний объекта от поверхности земли. Эти световые импульсы вместе с информацией, собранной бортовой системой, создают точную трехмерную информацию о поверхности земли и целевом объекте.
Лидар состоит из трех основных компонентов: сканера, лазера и GPS-приемника. Другими элементами, играющими жизненно важную роль в сборе и анализе данных, являются фотодетектор и оптика.
Большинство государственных и частных организаций используют вертолеты, дроны и самолеты для получения данных LiDAR.
Системы LiDAR делятся на два типа в зависимости от их функциональности — бортовой LiDAR и наземный LiDAR.
Бортовой лидар
Бортовой лидар устанавливается на вертолет или дрон для сбора данных. Как только он активируется, Airborne LiDAR излучает свет на поверхность земли, который возвращается к датчику сразу после столкновения с объектом, обеспечивая точное измерение расстояния до него. Бортовой LiDAR далее делится на два типа — топологический LiDAR и батиметрический LiDAR.
Наземный LiDAR
В отличие от бортовых, наземные системы LiDAR устанавливаются на движущихся транспортных средствах или штативах на поверхности земли для сбора точных точек данных. Они довольно распространены для наблюдения за автомагистралями, анализа инфраструктуры или даже сбора облаков точек внутри и снаружи зданий.
Наземные системы LiDAR бывают двух типов — Mobile LiDAR и Static LiDAR.
Читайте также: Знаете ли вы интересное происхождение термина LiDAR?
Как работает LiDAR?LiDAR следует простому принципу — направьте лазерный луч на объект на поверхности земли и рассчитайте время, необходимое для возвращения к источнику LiDAR. Учитывая скорость, с которой распространяется свет (примерно 186 000 миль в секунду), процесс измерения точного расстояния с помощью LiDAR кажется невероятно быстрым. Тем не менее, это очень технично. Формула, которую аналитики используют для определения точного расстояния до объекта, выглядит следующим образом:
Расстояние до объекта = (Скорость света x Время полета)/ 2
LiDAR можно использовать для достижения многих целей развития , некоторые из которых:
Океанография Когда власти хотят знают точную глубину поверхности океана, чтобы найти любой объект в случае морской аварии или в исследовательских целях, они используют технологию LiDAR для выполнения своей миссии.