لیدار چیست | معرفی محصولات Lidar

لیدار (LIDAR)؛ سنجش از دور و نقشه‌برداری سه‌بعدی

آیا تا به حال فکر کرده‌اید که چگونه خودروهای خودران محیط اطرافشان را اسکن می‌کنند؟

یا چطور بدون ورود به جنگل‌های انبوه، نقشه‌ی دقیق آن‌ها را تهیه میکنند؟

راز این ماجرا چیزی نیست جز تکنولوژی لیدار (LIDAR) که امروزه در بسیاری از حوزه‌ها انقلاب به پا کرده است.

تعریف | چگونه کار می‌کند؟

مفهوم و تعریف لیدار

لیدار مخفف Light Detection and Ranging است که به معنی شناسایی و تعیین مسافت با نور می‌باشد. در این روش، یک سنسور، پالس‌های نوری لیزر را به سمت یک سطح ارسال کرده و با اندازه‌گیری زمان بازگشت این پالس‌ها، فاصله را محاسبه می‌کند. نتیجه‌ی این فرآیند، یک مدل سه‌بعدی دقیق از محیط است.

به این فرایند که از محاسبه زمان، مسافت محاسبه میشود، Time of flight نیز گفته میشود.

اصول عملکرد و تکنولوژی

این سیستم‌های معمولاً از چهار بخش اصلی تشکیل شده‌اند:

• فرستنده‌ی پالس‌های نوری (لیزر)
• گیرنده‌ی بازتاب نور
• GPS برای تعیین موقعیت دقیق
• واحد اندازه‌گیری اینرسی (IMU) برای ثبت حرکات و تغییر زاویه‌ی سنسور

تمام این اجزا در کنار هم، ابرنقاط سه‌بعدی دقیقی از محیط ایجاد می‌کنند که برای کاربردهای مختلفی قابل استفاده است.

انتخاب یک پردازنده دقیق، برای محاسبه فاصله از زمان، بسیار ضروری است. یکی از بهترین انتخاب ها، خرید برد با پردازنده های FPGA است.

کاربردهای اصلی لیدار

• نقشه‌برداری و کارتوگرافی

Lidar انقلابی در دنیای نقشه‌برداری ایجاد کرده است. به کمک این تکنولوژی، می‌توان مدل‌های توپوگرافی دقیقی از مناطق مختلف تهیه کرد، حتی در مناطقی که پوشش گیاهی انبوهی دارند.

این دقت بالا باعث شده است که مهندسان عمران، شهرسازی و زمین‌شناسان برای تهیه‌ی نقشه‌های دقیق، از این تکنولوژی استفاده کنند.

• خودروهای خودران

خودروهای خودران، مانند تسلا و Waymo، برای تشخیص موانع و ناوبری در جاده‌ها از سنسورهای Lidar استفاده می‌کنند. این سنسورها به خودروها امکان می‌دهند تا در هر شرایط نوری، محیط اطراف خود را درک کرده و مسیر خود را تنظیم کنند.

البته در خودروها میتوان از رادارها نیز استفاده کرد. رادارها برای تشخیص فاصله از امواج الکترومغناطیس استفاده میکنند که از نظر جنس، با لیزر یکی است. اما تفاوت لیز با امواج RF در آن است که زاویه پخش کمتری دارند. از این رو لیزر دقت بالاتری در تعیین فاصله خواهد داشت.

در این زمینه میتوانید به این مطلب نیز مراجعه کنید: سفارش ساخت هوش مصنوعی

مدیریت جنگل‌ها و محیط زیست

از این سیستم، برای اندازه‌گیری ارتفاع درختان، بررسی تراکم جنگل‌ها و پایش تغییرات زیست‌محیطی استفاده می‌شود. این فناوری کمک کرده است تا بدون نیاز به ورود فیزیکی به مناطق جنگلی، اطلاعات دقیقی جمع‌آوری شود.

• نقشه‌برداری هوایی و کارتوگرافی
  در تهیه نقشه ها، می‌توان مدل‌های دیجیتال توپوگرافی (DEM) و مدل‌های سطحی (DSM) دقیقی از سطح زمین تهیه کرد، حتی در مناطقی که پوشش گیاهی یا ساختارهای انبوه دارند.
• مدل‌سازی سه‌بعدی شهری
  تهیه مدل‌های سه‌بعدی از ساختمان‌ها و زیرساخت‌های شهری برای برنامه‌ریزی و مدیریت شهری، با دقت بالا امکان‌پذیر است. یکی از مهمترین این کاربردها، نقشه برداری و تشخیص ساخت و سازهای غیرقانونی است.
• مدیریت منابع آبی سدها و دریاچه ها
  اندازه‌گیری ارتفاع آب میتواند در بهبود شرایط کم آبی و مقابله با شرایط اقلیمی موثر باشد. کاهش آب سدها و دریاچه ها، در اثر تغییرات اقلیمی میتواند جان موجودات زنده را به خطر اندازد. همچنین با استفاده از Lidar میتوان به مطالعه دقیق علت های تغییرات اقلیمی نیز پرداخت.
• پایش تغییرات محیطی و زمین‌شناسی
  شناسایی تغییرات ناشی از سیل، فرسایش خاک و سایر پدیده‌های زمین‌شناسی به کمک لیدار امکان‌پذیر است؛ این امر در مطالعات محیطی و ارزیابی خطرات طبیعی بسیار کاربرد دارد. یکی از مهمترین کاربردها در این زمینه میتواند تشخیص مناطق خطرناک طبیعی است. مناطقی که امکان ریزش سنگ و یا بهمن وجود دارد.
• نقشه‌برداری زیرآبی (Bathymetry)
  هرچند مطالعات زیر آب، معمولا با استفاده از صوت انجام میگیرد. اما این به این معنی نیست که لیزر نیمتواند نقش آفرینی کند.

با استفاده از روش‌های خاص، می‌توان عمق آب و ویژگی‌های زیرآبی مناطق ساحلی را ثبت کرد؛ این کاربرد در مطالعات هیدروگرافی و مدیریت منابع آب مفید است.

• پایش و نگهداری زیرساخت‌های حمل‌ونقل
  دقت این تکنولوژی، آنقدر بالاست که میتواند کوچکترین تخریب ها و تغییرات را اندازه گیری کند.

سنجش دقیق وضعیت جاده‌ها، پل‌ها و تونل‌ها برای بررسی خرابی‌ها و برنامه‌ریزی تعمیرات، از دیگر کاربردهای مهم لیدار است.

• کنترل کیفیت در پروژه‌های ساختمانی و عمرانی
  در مراحل ساخت و ساز، با استفاده از Lidar می‌توان ابعاد و ساختار پروژه را به صورت دقیق ثبت و در مقایسه با نقشه‌های اولیه ارزیابی کرد.
• باستان‌شناسی و کشف ساختارهای تاریخی
  فناوری لیدار قادر است از زیر پوشش گیاهی، باقی‌مانده‌های باستانی و ساختارهای پنهان تاریخی را آشکار کند؛ این امر به باستان‌شناسان در کشف و مستندسازی آثار کمک می‌کند. همچنین نیاز به حضور فیزیکی در محل ندارد. با ارسال پهپاد میتوان یک جنگ انبوه را طی یک روز کاوش کرد.
• کشاورزی دقیق و بهینه‌سازی مصرف منابع
  تهیه نقشه‌های دقیق از زمین‌های زراعی، تعیین شیب، ارتفاعات و تغییرات پوشش گیاهی باعث می‌شود تا برنامه‌ریزی‌های آبیاری و کوددهی به صورت بهینه انجام شود. همچنین به کشاورزان این امکان را میدهد که شیب های منفی را شناسایی کنند و از بین ببرند.
• مطالعات اقلیمی و ارزیابی محیط زیست
  با استفاده از داده‌های Lidar، پژوهشگران می‌توانند تغییرات اقلیمی، میزان پوشش گیاهی و تغییرات سطح زمین را بررسی کرده و اثرات تغییرات آب و هوایی را مدل‌سازی کنند. همچنین پیش بینی تغییرات اقلیمی تا حدی از این روش امکان پذیر است.
• صنایع معدنی و استخراج منابع
  تحلیل ساختار زمین، محاسبه حجم معادن و بررسی تغییرات سطحی در مناطق معدنی با کمک لیدار، در برنامه‌ریزی استخراج و مدیریت منابع بسیار مفید است.
• پایش منابع آب و تغییرات سطح رودخانه‌ها
  اندازه‌گیری دقیق تغییرات سطح آب و تعیین ساختار رودخانه‌ها، از دیگر کاربردهای لیدار در مطالعات منابع آب به‌شمار می‌آید.
• نظارت بر سواحل و خط ساحلی
  ثبت تغییرات خط ساحلی به منظور ارزیابی اثرات فرسایش، افزایش سطح آب و برنامه‌ریزی‌های حفاظتی، یکی از کاربردهای مهم Lidar در مدیریت ساحلی است.
• کاربردهای نظامی و امنیتی
  استفاده از لیدار در سنسورهای نظامی برای تشخیص اهداف، اندازه‌گیری فاصله‌ها و افزایش دقت در شناسایی محیط اطراف، نقش مهمی در سیستم‌های دفاعی و امنیتی دارد.

مقایسه‌ی لیدار و فتوگرامتری

تفاوت‌های اصلی بین لیدار و فتوگرامتری

فتوگرامتری از تصاویر هوایی برای تهیه‌ی نقشه‌های سه‌بعدی استفاده می‌کند، در حالی که Lidar مستقیماً از پالس‌های نوری برای اندازه‌گیری ارتفاع بهره می‌برد.

ویژگی	فتوگرامتری	Lidar
دقت در شرایط نوری ضعیف	پایین	بالا
امکان برداشت از زیر پوشش گیاهی	محدود	بالا
هزینه‌ی اجرا	کمتر	بیشتر
سرعت پردازش	متوسط	زیاد

کدام روش را انتخاب کنیم؟

اگر به نقشه‌های دوبعدی و کم‌هزینه نیاز دارید، فتوگرامتری گزینه‌ی بهتری است.

اگر هدف شما مدل‌سازی سه‌بعدی با دقت بالا باشد، Lidar گزینه‌ی مناسب‌تری خواهد بود.

آینده‌ی تکنولوژی لیدار

ادغام با هوش مصنوعی

ترکیب هوش مصنوعی امکان تحلیل دقیق‌تر داده‌ها را فراهم کرده است. با پردازش خودکار ابرنقاط، نرم‌افزارهای هوش مصنوعی می‌توانند خودروهای خودران، ربات‌های صنعتی و سیستم‌های امنیتی را به سطح جدیدی از هوشمندی برسانند.

توسعه‌ی سنسورهای کوچک‌تر و ارزان‌تر
پیشرفت‌های جدید در ساخت سنسورهای lidar باعث شده است که این فناوری کم‌حجم‌تر و مقرون‌به‌صرفه‌تر شود. در آینده، ممکن است گوشی‌های هوشمند، پهپادها و حتی وسایل روزمره نیز از این تکنولوژی بهره ببرند.

جمع‌بندی و پرسش‌های متداول

یک فناوری پیشرفته در حوزه‌ی سنجش از دور است که در بسیاری از صنایع از جمله نقشه‌برداری، خودروهای خودران و مدیریت محیط زیست مورد استفاده قرار می‌گیرد. دقت بالای این سیستم، آن را به یکی از بهترین گزینه‌ها برای مدل‌سازی سه‌بعدی تبدیل کرده است.

پرسش‌های متداول

1. آیا Lidar در شب هم کار می‌کند؟
   بله، برای کار کردن به نور خورشید نیاز ندارد و در تاریکی مطلق هم می‌تواند داده‌های دقیقی ثبت کند.
2. آیا این سیستم ها، جایگزین فتوگرامتری خواهد شد؟
   خیر، هر دو روش کاربردهای خاص خود را دارند و در کنار هم استفاده می‌شوند.
3. آیا در موبایل‌ها هم استفاده می‌شود؟
   بله، برخی گوشی‌های هوشمند جدید مانند iPhone 12 Pro و مدل‌های جدیدتر دارای سنسور لیدار برای بهبود فوکوس دوربین و قابلیت‌های واقعیت افزوده (AR) هستند.
4. هزینه‌ی استفاده از لیدار چقدر است؟
   سنسورهای لیدار نسبتاً گران هستند، اما با پیشرفت تکنولوژی، هزینه‌ی آن‌ها در حال کاهش است.
5. آیا لیدار می‌تواند از میان درختان و پوشش گیاهی داده برداری کند؟
   بله، لیدار می‌تواند از میان شاخه‌ها و برگ‌های درختان عبور کرده و سطح زمین را اسکن کند که یکی از بزرگ‌ترین مزیت‌های آن نسبت به روش‌های تصویربرداری سنتی همین است.

خلاصه اینکه

Lidar بدون شک یکی از نوآورانه‌ترین فناوری‌های قرن حاضر است که در زمینه‌های مختلف تحول ایجاد کرده است. از ساخت خودروهای خودران گرفته تا مدیریت جنگل‌ها و نقشه‌برداری.

میتوانید برای سفارش پروژه های Lidar، با ما در ارتباط باشید.