Sebagai konsep, lidar telah wujud selama beberapa dekad. Namun, minat terhadap teknologi ini telah meningkat dengan pesat dalam beberapa tahun terakhir, ketika sensor menjadi lebih kecil, lebih kompleks, dan ruang lingkup produk dengan teknologi lidar semakin berkembang.
Perkataan lidar adalah transliterasi LIDAR (Light Detection and Ranging). Ini adalah teknologi untuk mendapatkan dan memproses maklumat mengenai objek yang jauh menggunakan sistem optik aktif yang menggunakan fenomena pantulan cahaya dan penyerakan dalam media yang telus dan separa telus. Lidar sebagai perangkat mirip dengan radar, oleh itu aplikasinya adalah pengamatan dan pengesanan, tetapi bukannya gelombang radio, seperti pada radar, ia menggunakan cahaya yang dihasilkan dalam sebilangan besar kes oleh laser. Istilah lidar sering digunakan secara bergantian dengan Ladar, yang bermaksud pengesanan dan jarak laser, walaupun Joe Buck, ketua penyelidikan di Coherent Technologies, bahagian bahagian sistem ruang angkasa Lockheed Martin, mengatakan kedua-dua konsep itu dari sudut teknikal berbeza. "Ketika anda melihat sesuatu yang mungkin dianggap sebagai benda lembut, seperti zarah atau aerosol di udara, para pakar cenderung menggunakan penutup ketika berbicara tentang mengesan objek tersebut. Apabila anda melihat benda padat yang padat seperti kereta atau pokok, maka anda cenderung condong ke arah istilah Ladar. " Untuk sedikit lebih banyak maklumat mengenai lidar dari sudut pandangan saintifik, lihat bahagian "Lidar: Bagaimana Ia Berfungsi".
"Lidar telah menjadi subjek penelitian selama beberapa dekad sejak penubuhannya pada awal 1960-an," lanjut Buck. Namun, minat terhadapnya telah meningkat sejak awal abad ini, terima kasih, pertama sekali, atas kemajuan teknologi. Dia menggunakan rendering aperture sintetik sebagai contoh. Semakin besar teleskop, semakin tinggi resolusi objek dapat diperoleh. Sekiranya anda memerlukan resolusi yang sangat tinggi, sistem optik yang jauh lebih besar mungkin diperlukan, yang mungkin tidak praktikal dari sudut praktikal. Pengimejan apertur sintetik menyelesaikan masalah ini dengan menggunakan platform bergerak dan pemprosesan isyarat untuk mendapatkan apertur sebenar yang boleh jauh lebih besar daripada bukaan fizikal. Radar bukaan sintetik (SAR) telah digunakan selama beberapa dekad. Namun, baru pada awal tahun 2000an demonstrasi praktikal pengimejan optik bukaan sintetik bermula, walaupun laser sudah banyak digunakan pada masa itu. "Sebenarnya, ia memerlukan lebih banyak masa untuk mengembangkan sumber optik yang akan mempunyai kestabilan yang cukup dalam berbagai penyesuaian … Peningkatan bahan, sumber cahaya dan pengesan (digunakan dalam lidar) berlanjutan. Anda bukan sahaja sekarang mempunyai kemampuan untuk melakukan pengukuran ini, tetapi anda juga dapat melakukannya dalam blok kecil, menjadikan sistem praktikal dari segi ukuran, berat dan penggunaan tenaga."
Ia juga menjadi lebih mudah dan praktikal untuk mengumpulkan data dari lidar (atau maklumat yang dikumpulkan oleh lidar). Secara tradisional, ia dipasang dari sensor pesawat, kata Nick Rosengarten, ketua Kumpulan Produk Eksploitasi Geospatial di BAE Systems. Namun, hari ini, sensor boleh dipasang di kenderaan darat atau bahkan di ransel, yang bermaksud pengumpulan data manusia. "Ini membuka banyak kemungkinan, data sekarang dapat dikumpulkan baik di dalam maupun di luar rumah," jelas Rosengarten. Matt Morris, Ketua Penyelesaian Geospasial di Textron Systems, mengatakan, "Lidar adalah set data yang benar-benar menakjubkan kerana memberikan perincian yang paling terperinci di permukaan Bumi. Ini memberikan gambaran yang lebih terperinci dan, lebih jelas lagi, daripada teknologi DTED (Digital Terrain Elevation Data), yang memberikan maklumat mengenai ketinggian permukaan bumi pada titik-titik tertentu. Mungkin salah satu kes penggunaan yang paling kuat yang saya dengar dari pelanggan tentera kami adalah senario penyebaran di kawasan yang tidak dikenali, kerana mereka perlu tahu ke mana mereka akan pergi … untuk memanjat atap atau memanjat pagar. Data DTED tidak membenarkan anda melihatnya. Anda tidak akan melihat bangunannya."
Morris menyatakan bahawa walaupun beberapa data ketinggian medan resolusi tinggi tradisional tidak akan membolehkan anda melihat ciri-ciri ini. Tetapi lidar membolehkan anda melakukan ini kerana "jarak kedudukan" - istilah yang menggambarkan jarak antara kedudukan yang dapat ditunjukkan dengan tepat dalam array data. Dalam hal penutup, "nada" dapat dikurangi menjadi sentimeter, "sehingga Anda dapat mengetahui dengan tepat ketinggian atap bangunan atau ketinggian dinding atau ketinggian pohon. Ini benar-benar meningkatkan tahap kesedaran situasi tiga dimensi (3D). " Di samping itu, kos sensor lidar semakin berkurang seperti ukurannya, menjadikannya lebih berpatutan. "Sepuluh tahun yang lalu, sistem sensor lidar sangat besar dan sangat mahal. Mereka benar-benar mempunyai penggunaan tenaga yang tinggi. Tetapi ketika mereka berkembang, teknologi meningkat, platform menjadi jauh lebih kecil, penggunaan tenaga menurun, dan kualitas data yang dihasilkannya meningkat."
Morris mengatakan bahawa penggunaan utama lidar dalam bidang ketenteraan adalah dalam perancangan 3D dan latihan misi tempur. Sebagai contoh, produk simulasi penerbangan Lidar Analyst milik syarikatnya membolehkan pengguna mengambil sejumlah besar data dan "menghasilkan model 3D dengan cepat, maka mereka dapat merancang misi mereka dengan tepat." Perkara yang sama berlaku untuk operasi darat. Morris menjelaskan: "Produk kami digunakan untuk merencanakan jalan masuk dan keluar ke kawasan sasaran, dan kerana data mentah beresolusi tinggi, adalah mungkin untuk melakukan analisis situasi yang sangat tepat dari sudut pandang."
Bersama dengan Lidar Analyst, Textron telah mengembangkan RemoteView, produk perisian analisis imej untuk tentera dan agensi perisikan AS. Perisian RemoteView dapat menggunakan pelbagai sumber data, termasuk data lidar. BAE Systems juga menyediakan perisian untuk analisis geospasial, produk utamanya di sini adalah SOCET GXP, yang menyediakan banyak kemampuan, termasuk penggunaan data lidar. Sebagai tambahan, Rosengarten menjelaskan bahawa syarikat itu telah mengembangkan teknologi GXP Xplorer, yang merupakan aplikasi pengelolaan data. Teknologi ini cukup sesuai untuk aplikasi ketenteraan. Rosengarten, misalnya, menyebut alat untuk mengira zon pendaratan helikopter yang merupakan sebahagian daripada perisian SOCET GXP. "Ia dapat mengambil data lidar dan memberi pengguna maklumat mengenai kawasan di darat yang mungkin cukup untuk helikopter mendarat." Sebagai contoh, dia dapat memberitahu mereka jika ada halangan menegak di jalan, seperti pohon: "Orang dapat menggunakan alat ini untuk mengenal pasti kawasan yang paling sesuai sebagai titik pemindahan semasa krisis kemanusiaan." Rosengarten juga menekankan potensi penjubin, di mana beberapa set data lidar dikumpulkan dari kawasan tertentu dan dijahit bersama. Ini dimungkinkan oleh "peningkatan kesetiaan metadata sensor lidar dalam kombinasi dengan perangkat lunak seperti aplikasi SOCET GXP BAE Systems, yang dapat mengubah metadata menjadi zona tepat di lapangan, yang dihitung menggunakan data geospasial. Prosesnya berdasarkan data lidar dan tidak bergantung pada bagaimana data dikumpulkan."
Bagaimana ia berfungsi: lidar
Lidar berfungsi dengan menerangi sasaran dengan cahaya. Lidar boleh menggunakan cahaya dalam jarak inframerah yang kelihatan, ultraviolet atau dekat. Prinsip operasi lidar adalah mudah. Objek (permukaan) diterangi dengan nadi cahaya pendek, masa selepas itu isyarat kembali ke sumber diukur. Lidar melancarkan denyutan pendek sinaran laser ke objek (permukaan) dengan frekuensi hingga 150,000 denyutan sesaat. Sensor pada peranti mengukur masa antara transmisi denyut cahaya dan pantulannya, dengan asumsi kelajuan cahaya tetap 299792 km / s. Dengan mengukur selang waktu ini, adalah mungkin untuk mengira jarak antara lidar dan bahagian objek yang terpisah dan, oleh itu, membina imej objek berdasarkan kedudukannya berbanding lidar.
Ricih angin
Sementara itu, Buck menunjukkan kemungkinan aplikasi ketenteraan teknologi WindTracer Lockheed Martin. Teknologi komersial WindTracer menggunakan lidar untuk mengukur ricih angin di lapangan terbang. Proses yang sama boleh digunakan dalam bidang ketenteraan, misalnya, untuk jentera udara yang tepat. "Anda perlu menurunkan bekalan dari ketinggian yang cukup tinggi, kerana ini anda meletakkannya di palet dan menjatuhkannya dari payung terjun. Sekarang mari kita lihat di mana mereka mendarat? Anda boleh mencuba dan meramalkan ke mana mereka akan pergi, tetapi masalahnya adalah ketika anda turun, ricih angin berubah arah pada ketinggian yang berbeza,”jelasnya. - Dan kemudian bagaimana anda meramalkan di mana palet akan mendarat? Sekiranya anda dapat mengukur angin dan mengoptimumkan lintasan, maka anda dapat menyampaikan bekalan dengan ketepatan yang sangat tinggi."
Lidar juga digunakan dalam kenderaan darat tanpa pemandu. Sebagai contoh, pengeluar kenderaan darat automatik (AHA), Roboteam, telah mencipta alat yang disebut Top Layer. Ini adalah pemetaan 3D dan teknologi navigasi autonomi yang menggunakan lidar. Lapisan Atas menggunakan lidar dalam dua cara, kata Shahar Abukhazira, ketua Roboteam. Yang pertama membolehkan pemetaan masa tertutup ruang tertutup. "Kadang-kadang video tidak mencukupi dalam keadaan bawah tanah, misalnya, mungkin terlalu gelap atau penglihatan semakin merosot kerana debu atau asap," tambah Abukhazira. - Keupayaan Lidar memungkinkan anda untuk menjauh dari situasi dengan orientasi sifar dan pemahaman terhadap persekitaran … sekarang dia memetakan ruangan, dia memetakan terowong. Segera anda dapat memahami keadaannya, walaupun anda tidak melihat apa-apa dan walaupun anda tidak tahu di mana anda berada."
Penggunaan lidar kedua adalah autonomi, membantu pengendali mengendalikan lebih dari satu sistem pada satu ketika. "Satu pengendali dapat mengendalikan satu AHA, tetapi ada dua AHA lain yang hanya mengesan dan mengikuti kenderaan yang dikendalikan oleh manusia," jelasnya. Begitu juga, seorang askar dapat memasuki tempat itu dan ANA mengikutinya, iaitu tidak perlu menyisihkan senjata untuk mengoperasikan alat tersebut. "Ini menjadikan pekerjaan itu sederhana dan intuitif." Robotam AHA Probot yang lebih besar juga mempunyai lidar di atas kapal untuk membantunya menempuh jarak jauh. "Anda tidak boleh meminta operator menekan butang selama tiga hari berturut-turut … anda menggunakan sensor lidar untuk hanya mengikuti tentera, atau mengikuti kereta, atau bahkan secara automatik bergerak dari satu titik ke titik lain, lidar akan membantu situasi ini. elakkan halangan. " Abukhazira mengharapkan kejayaan besar di kawasan ini pada masa akan datang. Sebagai contoh, pengguna ingin mempunyai situasi di mana manusia dan ANA berinteraksi seperti dua tentera. "Anda tidak saling mengawal satu sama lain. Anda saling berpandangan, saling memanggil, dan anda bertindak seperti yang sepatutnya. Saya percaya bahawa dari satu segi kita akan mendapat tahap komunikasi antara manusia dan sistem ini. Ia akan menjadi lebih cekap. Saya percaya lidar memimpin kita ke arah itu."
Mari pergi ke bawah tanah
Abukhazira juga berharap sensor lidar dapat meningkatkan operasi di persekitaran bawah tanah yang berbahaya. Sensor Lidar memberikan maklumat tambahan semasa memetakan terowong. Di samping itu, dia menyedari bahawa kadang-kadang di terowong kecil dan gelap, pengendali mungkin tidak menyedari bahawa AHA menuju ke arah yang salah. "Sensor Lidar berfungsi seperti GPS dalam masa nyata dan menjadikan prosesnya seperti permainan video. Anda dapat melihat sistem anda di terowong, anda tahu ke mana anda akan pergi dalam masa nyata."
Perlu diingat bahawa sensor lidar adalah sumber data lain dan tidak boleh dianggap sebagai pengganti radar langsung. Buck menyedari bahawa terdapat perbezaan besar dalam panjang gelombang antara kedua teknologi tersebut, yang mempunyai kelebihan dan kekurangan masing-masing. Selalunya penyelesaian terbaik adalah menggunakan kedua-dua teknologi, misalnya, mengukur parameter angin dengan awan aerosol. Panjang gelombang sensor optik yang lebih pendek memberikan pengesanan arah yang lebih baik berbanding panjang gelombang sensor RF (radar) yang lebih panjang. Walau bagaimanapun, sifat penghantaran atmosfera sangat berbeza untuk kedua-dua jenis sensor. "Radar mampu melewati beberapa jenis awan yang sukar ditangani oleh lidar. Tetapi dalam kabut, contohnya, lidar boleh berfungsi sedikit lebih baik daripada radar."
Rosengarten berkata, menggabungkan lidar dengan sumber cahaya lain seperti data panchromatic (semasa pengimejan menggunakan jarak panjang gelombang cahaya yang luas) akan memberikan gambaran lengkap mengenai kawasan yang diminati. Contoh yang baik di sini adalah definisi tapak pendaratan helikopter. Lidar dapat mengimbas suatu kawasan dan mengatakan bahawa ia mempunyai lereng sifar, terlepas dari kenyataan bahawa dia benar-benar melihat danau. Jenis maklumat ini dapat diperoleh melalui penggunaan sumber cahaya yang lain. Rosengarten percaya industri ini akhirnya akan menggabungkan teknologi, menyatukan pelbagai sumber data visual dan cahaya lain. "Ini akan mencari cara untuk membawa semua data di bawah satu payung … Mendapatkan maklumat yang tepat dan komprehensif lebih daripada sekadar menggunakan data lidar, tetapi tugas yang kompleks yang melibatkan semua teknologi yang ada."
