Kaip koncepcija, „lidar“egzistuoja dešimtmečius. Tačiau pastaraisiais metais susidomėjimas šia technologija smarkiai išaugo, nes jutikliai tampa mažesni, sudėtingesni, o produktų su „lidar“technologija apimtis vis labiau plečiasi.
Žodis lidar yra LIDAR (šviesos aptikimo ir diapazono) transliteracija. Tai technologija informacijai apie tolimus objektus gauti ir apdoroti naudojant aktyvias optines sistemas, kurios naudoja šviesos atspindžio ir sklaidos reiškinius skaidrioje ir pusiau permatomoje terpėje. „Lidar“kaip prietaisas yra panašus į radarą, todėl jo taikymas yra stebėjimas ir aptikimas, tačiau vietoj radijo bangų, kaip ir radare, jis naudoja šviesą, kurią didžiąja dalimi sukuria lazeris. Terminas „lidar“dažnai vartojamas pakaitomis su „Ladar“, reiškiančiu lazerio aptikimą ir diapazoną, nors „Lockheed Martin“kosmoso sistemų padalinio „Coherent Technologies“tyrimų vadovas Joe Buckas teigia, kad abi sąvokos techniniu požiūriu skiriasi. „Kai žiūrite į tai, kas gali būti laikoma minkštu daiktu, pvz., Kietąsias daleles ar aerozolį ore, ekspertai linkę naudoti lidarą, kai kalba apie šių objektų aptikimą. Kai žiūrite į tvirtus, tvirtus daiktus, tokius kaip automobilis ar medis, esate linkę linkti prie termino „Ladar“. Šiek tiek daugiau informacijos apie lidarą moksliniu požiūriu rasite skyriuje „Lidar: kaip tai veikia“.
„Lidar buvo tiriamas daugelį dešimtmečių nuo pat jo įkūrimo 1960 -ųjų pradžioje“, - tęsė Buckas. Tačiau susidomėjimas ja pastebimai išaugo nuo šio amžiaus pradžios, visų pirma dėl technologinės pažangos. Kaip pavyzdį jis panaudojo sintetinės diafragmos atvaizdavimą. Kuo didesnis teleskopas, tuo didesnė objekto skiriamoji geba. Jei jums reikia itin didelės skiriamosios gebos, gali prireikti daug didesnės optinės sistemos, kuri praktiniu požiūriu gali būti nelabai praktiška. Sintetinės diafragmos vaizdavimas išsprendžia šią problemą, naudodamas judančią platformą ir signalų apdorojimą, kad gautų tikrąją diafragmą, kuri gali būti daug didesnė už fizinę. Sintetinės apertūros radarai (SAR) buvo naudojami daugelį dešimtmečių. Tačiau tik 2000 -ųjų pradžioje buvo pradėtos praktinės sintetinės diafragmos optinio vaizdavimo demonstracijos, nepaisant to, kad tuo metu lazeriai jau buvo plačiai naudojami. „Tiesą sakant, prireikė daugiau laiko kuriant optinius šaltinius, kurie būtų pakankamai stabilūs įvairiose reguliavimo srityse … Tęsiamas medžiagų, šviesos šaltinių ir detektorių (naudojamų lėktuvuose) tobulinimas. Dabar jūs ne tik turite galimybę atlikti šiuos matavimus, bet ir galite juos atlikti mažais blokais, todėl sistemos yra praktiškos pagal dydį, svorį ir energijos suvartojimą “.
Taip pat tampa lengviau ir praktiškiau rinkti duomenis iš „lidar“(arba „lidar“surinktą informaciją). Tradiciškai jis buvo surenkamas iš orlaivio jutiklių, - sako Nickas Rosengartenas, „BAE Systems“Geospatial Exploitation Products Group vadovas. Tačiau šiandien jutikliai gali būti montuojami antžeminėse transporto priemonėse ar net kuprinėse, o tai reiškia, kad reikia rinkti žmonių duomenis. „Tai atveria daugybę galimybių, dabar duomenis galima rinkti tiek patalpose, tiek lauke“, - aiškino Rosengartenas. „Mattron Morris“, „Textron Systems“geografinių sprendimų vadovas, sako: „„ Lidaras “yra tikrai nuostabus duomenų rinkinys, nes jame pateikiama išsamiausia informacija apie Žemės paviršių. Tai suteikia daug išsamesnį ir, taip sakant, labiau tonuotą vaizdą nei DTED (skaitmeniniai reljefo pakilimo duomenys) technologija, kuri suteikia informacijos apie žemės paviršiaus pakilimą tam tikruose taškuose. Galbūt vienas iš galingiausių naudojimo atvejų, kuriuos girdėjau iš mūsų karinių klientų, yra dislokavimo nepažįstamoje vietovėje scenarijus, nes jie turi žinoti, kur ketina eiti … užlipti ant stogo ar užlipti ant tvoros. DTED duomenys neleidžia to matyti. Jūs net nepamatysite pastatų “.
Morrisas pažymėjo, kad net kai kurie tradiciniai didelės skiriamosios gebos reljefo aukščio duomenys neleis jums matyti šių funkcijų. Tačiau „lidar“leidžia tai padaryti dėl „atstumo tarp pozicijų“- termino, apibūdinančio atstumą tarp pozicijų, kurias galima tiksliai parodyti duomenų masyve. Lidaro atveju „nuolydis“gali būti sumažintas iki centimetrų, „kad galėtumėte tiksliai žinoti pastato stogo aukštį arba sienos aukštį ar medžio aukštį. Tai tikrai padidina trimatės (3D) situacijos suvokimo lygį “. Be to, mažėja „lidar“jutiklių kaina ir jų dydis, todėl jie yra labiau prieinami. „Prieš dešimt metų„ lidar “jutiklių sistemos buvo labai didelės ir labai brangios. Jie tikrai turėjo daug energijos. Tačiau tobulėjant, tobulėjant technologijoms, platformos tapo daug mažesnės, mažėjo energijos suvartojimas ir gerėjo jų gaunamų duomenų kokybė “.
Morrisas sakė, kad pagrindinis „lidar“panaudojimas karinėje srityje yra 3D planavimas ir kovinių misijų mokymas. Pavyzdžiui, jo įmonės „Lidar Analyst“skrydžio modeliavimo produktas leidžia vartotojams surinkti daug duomenų ir „greitai sukurti šiuos 3D modelius, tada jie gali labai tiksliai suplanuoti savo misijas“. Tas pats pasakytina apie antžemines operacijas. Morrisas paaiškino: „Mūsų produktas naudojamas planuojant įvažiavimo ir išvykimo maršrutus į tikslinę zoną, o kadangi neapdoroti duomenys yra didelės skiriamosios gebos, galima atlikti labai tikslią matymo ribų situacijos analizę“.
Kartu su „Lidar Analyst“„Textron“sukūrė JAV karinėms ir žvalgybos agentūroms skirtą vaizdo analizės programinės įrangos produktą „RemoteView“. „RemoteView“programinė įranga gali naudoti įvairius duomenų šaltinius, įskaitant „lidar“duomenis. „BAE Systems“taip pat teikia programinę įrangą geoerdvinei analizei, jos pagrindinis produktas čia yra „SOCET GXP“, kuris suteikia daug galimybių, įskaitant „lidar“duomenų naudojimą. Be to, Rosengartenas paaiškino, kad bendrovė sukūrė „GXP Xplorer“technologiją, kuri yra duomenų valdymo programa. Šios technologijos yra gana tinkamos kariniams tikslams. Pavyzdžiui, Rosengartenas paminėjo sraigtasparnio nusileidimo zonos apskaičiavimo įrankį, kuris yra SOCET GXP programinės įrangos dalis. „Jis gali surinkti„ lidar “duomenis ir naudotojams pateikti informaciją apie žemės sritis, kurių gali pakakti sraigtasparniui nusileisti“. Pavyzdžiui, jis gali jiems pasakyti, ar kelyje yra vertikalių kliūčių, pavyzdžiui, medžių: „Žmonės gali naudoti šią priemonę, kad nustatytų sritis, kurios galėtų būti geriausiai tinkamos kaip evakuacijos vieta humanitarinių krizių metu“. Rosengartenas taip pat pabrėžė plytelių klojimo galimybes, kai iš tam tikros srities renkami ir sujungiami keli „lidar“duomenų rinkiniai. Tai įmanoma dėl „padidėjusio„ lidar “jutiklių metaduomenų tikslumo kartu su programine įranga, tokia kaip„ BAE Systems “programa„ SOCET GXP “, kuri gali paversti metaduomenis į tikslias zonas, apskaičiuotas naudojant geoerdvinius duomenis. Procesas grindžiamas „lidar“duomenimis ir nepriklauso nuo to, kaip duomenys renkami “.
Kaip tai veikia: lidar
Lidaras veikia apšviesdamas taikinį šviesa. „Lidaras“gali naudoti šviesą matomame, ultravioletiniame ar arti infraraudonųjų spindulių diapazone. Lidaro veikimo principas yra paprastas. Objektas (paviršius) apšviečiamas trumpu šviesos impulsu, matuojamas laikas, po kurio signalas grįžta į šaltinį. „Lidar“paleidžia greitus trumpus lazerio spinduliuotės impulsus ant objekto (paviršiaus), kurio dažnis yra iki 150 000 impulsų per sekundę. Prietaiso jutiklis matuoja laiką nuo šviesos impulso perdavimo iki jo atspindžio, darant prielaidą, kad šviesos greitis yra 299792 km / s. Išmatuodami šį laiko intervalą, galite apskaičiuoti atstumą tarp lidaro ir atskiros objekto dalies ir todėl sukurti objekto vaizdą pagal jo padėtį, palyginti su lidaru.
Vėjo šlytis
Tuo tarpu Buckas atkreipė dėmesį į galimas „Lockheed Martin“„WindTracer“technologijos karines programas. Komercinė technologija „WindTracer“naudoja „lidar“vėjo šlyties matavimui oro uostuose. Tas pats procesas gali būti naudojamas karinėje srityje, pavyzdžiui, tiksliems oro lašams. „Turite numesti atsargas iš pakankamai aukšto aukščio, tam padėkite jas ant padėklų ir numeskite iš parašiuto. Dabar pažiūrėkime, kur jie nusileidžia? Galite pabandyti nuspėti, kur jie nukris, tačiau problema ta, kad leidžiantis žemyn vėjo šlytis keičia kryptį skirtinguose aukščiuose “, - aiškino jis. - O kaip tada prognozuoti, kur padėklas nusileis? Jei galite išmatuoti vėją ir optimizuoti trajektoriją, galite tiekti atsargas labai tiksliai.
„Lidar“taip pat naudojamas nepilotuojamose antžeminėse transporto priemonėse. Pavyzdžiui, automatinių antžeminių transporto priemonių (AHA) gamintojas „Roboteam“sukūrė įrankį „Top Layer“. Tai 3D žemėlapių sudarymo ir autonominės navigacijos technologija, kuri naudoja „lidar“. „Top Layer“naudoja „lidar“dviem būdais, sako „Roboteam“vadovas Shaharas Abukhazira. Pirmasis leidžia realiu laiku atvaizduoti uždaras erdves. „Kartais vaizdo įrašas yra nepakankamas požeminėmis sąlygomis, pavyzdžiui, jis gali būti per tamsus arba matomumas pablogėjęs dėl dulkių ar dūmų“, - pridūrė Abukhazira. - Lidaro galimybės leidžia išsisukti iš situacijos, kai nėra orientacijos ir supratimo apie aplinką … dabar jis žemėlapio kambarį, jis tunelį. Jūs galite iš karto suprasti situaciją, net jei nieko nematote ir net nežinote, kur esate “.
Antrasis „lidar“naudojimas yra jo autonomija, padedanti operatoriui bet kuriuo metu valdyti daugiau nei vieną sistemą. „Vienas operatorius gali valdyti vieną AHA, tačiau yra dar dvi AHA, kurios tiesiog seka ir seka žmogaus valdomą transporto priemonę“,-aiškino jis. Panašiai į patalpas gali patekti ir kareivis, o ANA paprasčiausiai seka paskui jį, tai yra, norint atidaryti aparatą, nereikia atidėti ginklų. "Tai daro darbą paprastą ir intuityvų". „Roboteam“didesniame „AHA Probot“taip pat yra „lidar“, padedantis keliauti didelius atstumus. „Jūs negalite reikalauti, kad operatorius tris dienas iš eilės paspaustų mygtuką … jūs naudojate„ lidar “jutiklį, kad tiesiog sektumėte karius, ar sektumėte automobilį, ar net automatiškai judėtumėte iš vieno taško į kitą,„ lidar “padės tokiose situacijose. venkite kliūčių “. Abukhazira tikisi didelių proveržių šioje srityje ateityje. Pavyzdžiui, vartotojai norėjo, kad žmogus ir ANA sąveikautų kaip du kareiviai. „Jūs nekontroliuojate vienas kito. Jūs žiūrite vienas į kitą, skambinate vienas kitam ir elgiatės tiksliai taip, kaip reikia. Tikiu, kad tam tikra prasme mes sulauksime tokio lygio bendravimo tarp žmonių ir sistemų. Tai bus efektyviau. Manau, kad lenkai veda mus ta linkme “.
Eikime po žeme
Abukhazira taip pat tikisi, kad „lidar“jutikliai pagerins darbą pavojingoje požeminėje aplinkoje. „Lidar“jutikliai suteikia papildomos informacijos kartografuojant tunelius. Be to, jis pastebėjo, kad kartais mažame ir tamsiame tunelyje operatorius gali net nesuvokti, kad AHA veda netinkama kryptimi. „„ Lidar “jutikliai veikia kaip GPS realiuoju laiku ir priverčia procesą jaustis kaip vaizdo žaidimas. Jūs galite pamatyti savo sistemą tunelyje, žinote, kur einate realiu laiku “.
Verta paminėti, kad „lidar“jutikliai yra dar vienas duomenų šaltinis ir neturėtų būti laikomi tiesioginiu radaro pakeitimu. Buckas pastebėjo, kad tarp dviejų technologijų, kurios turi savo privalumų ir trūkumų, yra didelis bangų ilgio skirtumas. Dažnai geriausias sprendimas yra abiejų technologijų naudojimas, pavyzdžiui, vėjo parametrų matavimas aerozolių debesiu. Trumpesni optinių jutiklių bangos ilgiai užtikrina geresnį krypties aptikimą, palyginti su ilgesniais RF jutiklio (radaro) bangos ilgiais. Tačiau dviejų tipų jutiklių atmosferos perdavimo savybės labai skiriasi. „Radaras gali prasiskverbti pro tam tikrus debesų tipus, su kuriais„ lidar “būtų sunku susidoroti. Tačiau, pavyzdžiui, rūke „lidar“gali veikti šiek tiek geriau nei radaras “.
Rosengartenas teigė, kad „lidar“derinimas su kitais šviesos šaltiniais, tokiais kaip panchromatiniai duomenys (kai vaizduojama naudojant platų šviesos bangų ilgių diapazoną), suteiks išsamų dominančios srities vaizdą. Geras pavyzdys čia yra sraigtasparnio nusileidimo vietos apibrėžimas. Lidaras gali nuskaityti vietovę ir pasakyti, kad jos nulinis nuolydis, nepaisant to, kad jis iš tikrųjų žiūri į ežerą. Tokio tipo informaciją galima gauti naudojant kitus šviesos šaltinius. Rosengartenas mano, kad pramonė galiausiai sujungs technologijas, sujungiančias skirtingus vaizdinių ir kitų šviesos duomenų šaltinius. „Ji ras būdų, kaip visus duomenis surinkti po vienu skėčiu … Tikslios ir išsamios informacijos gavimas yra daugiau nei tik„ lidar “duomenų naudojimas, bet sudėtinga užduotis, apimanti visas turimas technologijas“.
