Spis treści:
Senzory LiDAR, tj. Light Detection and Ranging (detekce světla a vzdálenosti) je oblíbená metoda měření, která se používá k určení přesné vzdálenosti objektu na zemském povrchu. Co to přesně jsou? Jak fungují a k čemu se používají? Obsáhlý článek vám pomůže udělat si představu o tomto tématu, o kterém je slyšet stále častěji.
Jak technologie LiDAR funguje?
Technologie LiDAR (běžné označení: LIDAR, Lidar) je aktivní systém dálkového průzkumu, který generuje světlo ve formě laseru, který měří přesnou vzdálenost. Zařízení založená na tomto způsobu fungování vám mohou připomínat radar, ale zásadní rozdíl spočívá v tom, že místo mikrovln se používá laserové světlo.
Laser vysílá velmi krátké, přesně odměřené, ale silné světelné pulzy určité vlnové délky skrze optický systém. Po cestě toto světlo prochází rozptylem, který je pozorován dalekohledem ve stejném zařízení. Poté je zaznamenáno detektorem – fotodiodou nebo fotonásobičem, ale i kamerami CCD a CMOS -, čímž se zkoumá intenzita pozorovaného, rozptýleného světla a nakonec se získají data.
Kromě toho se rozdíly v době návratu laseru a vlnových délkách využívají k vytváření přesných trojrozměrných zobrazení a charakteristik podkladu – mapových vizualizací.
Senzor LiDAR má tři hlavní součásti:
- laser – vysílání pulzů,
- skener – přijímač a záznamník doby zpoždění mezi světelnými impulsy,
- speciální přijímač GPS – udává polohu senzorového systému LiDAR.
Přesné zobrazení, které technologie nabízí, umožňuje získat jasné a přesné údaje o struktuře vozovky a identifikovat překážky, aby se předešlo kolizím. Kromě již zmíněného radaru lze srovnávat prizmatem sonaru, který pracuje na principu zvukových vln – je znám spíše z kulturních děl, například z ponorek. Radar i sonar nenabízejí takovou přesnost jako technologie LiDAR, protože jsou schopny pouze určit polohu objektu, zatímco LiDAR vytváří 3D zobrazení objektu. Díky tomu je užitečný mimo jiné pro. v autonomních vozidlech.
Zde je několik příkladů, jak LiDAR funguje:
Aplikace LiDAR ve vědě, průmyslu a zemědělství
LiDAR je nástroj pro civilní (komerční), administrativní a vojenské aplikace. Roste počet odvětví v pravém každém oboru a činnosti.
- Automobilový průmysl – s vývojem autonomních vozidel roste význam technologie LiDAR. Jedná se o další oko vozidla, jehož laserové paprsky otáčející se o 360 stupňů rozpoznají překážku a pomohou vozidlo navigovat tak, aby se vyhnulo kolizi.
- Agrotechnologie – přesná 3D mapa s terénem pomáhá zemědělcům identifikovat kopce, svahy a slunnější oblasti. Hloubková analýza těchto dat umožní maximalizovat výnosy, kontrolovat plevel nebo účinněji hnojit.
- Hydrologie, oceánografie – zkoumání vod pomocí LiDARu se zeleným světlem umožňuje vědcům, civilním i vojenským pracovníkům přesně zmapovat dno vodní plochy z hlediska jejího tvaru a přítomnosti nežádoucích objektů (výbušniny, vraky, trosky atd.), stejně jako zjistit hloubku, šířku a proudění vody ve vodní ploše například při řešení krizových situací.
Typy systémů LiDAR
LiDARy se podle své funkce dělí na dva typy.
Letecké laserové skenování (Airborne LiDAR) -letecký LiDAR se používá ke sběru dat a vytváření 3D modelů pozorované krajiny. Jejich přesnost umožňuje vytvářet modely zahrnující tvary terénu, mořské dno nebo dno řek. Dělí se na dva podtypy: topografický a batymetrický.
Topografie je obor geografie, který se zabývá studiem tvaru a vlastností povrchu Země a ostatních planet a měsíců.
Batymetrie je obor hydrologie zabývající se měřením hloubky vodních toků a vodních ploch.
Popis odvětví geografie zabývající se studiem tvaru a vlastností povrchu Země nebo jiných planet, měsíců.
Pozemnílaserové skenování (Terrestrial LiDAR, TLS)- tyto systémy jsou často stacionární na rozdíl od leteckých. Mohou však být instalovány na pohybujících se vozidlech nebo stativech. Používají se mj. Například se používají v konvenční topografii, při průzkumu a dokumentaci kulturního dědictví obcí v dané oblasti, při pozorování silnic nebo analýze infrastruktury. Dělí se proto podle účelu na stacionární a mobilní.
Příklady senzorů LiDAR
Laserový snímač vzdálenosti Lidar TF Luna
Laserový senzor vzdálenosti Lidar TF Luna – 8m – UART/I2C je přesný laserový senzor schopný měřit vzdálenosti od 0,2 m do 8 m s přesností 0,06 m. Lidar TF Luna komunikuje prostřednictvím rozhraní UART nebo I2C.
Benewake je jednou z nejuznávanějších společností vyrábějících vysoce kvalitní senzory. Používají se nejen v autonomních vozidlech, ale také v dronech, chytrých domech a robotech. Jednou z priorit společnosti je podrobovat zařízení přísnému testování než se dostanou do prodeje. Zařízení jsou certifikována, aby byla zaručena bezpečnost a spolehlivost. A zde vidíme dítě s opravdu značnými schopnostmi.
Způsob fungování již znáte z předchozích odstavců – Luna vysílá blízké infračervené vlny, které se odrážejí od nejbližšího objektu, jenž se jim postaví do cesty. Poté změří dobu letu vlny a vypočítá vzdálenost mezi sebou a detekovaným objektem. Spotřebuje pouze do 0,35 W energie, váží 5 gramů a má příruční rozměry 35 x 21,25 x 13,5 mm. Nepotřebuje mnoho – je napájen napětím 5 V.
Laserový senzor vzdálenosti Lidar TF02 Pro IP65 - 40m - UART/I2C
Lidar TF02 Pro IP65 – 40m – laserový senzor vzdálenosti UART/I2C je přesnější a má větší dosah než jeho předchůdce – měří od 0,1 m do 40 m s přesností 0,05 m. Napájecí napětí se pohybuje od 5 V do 12 V. Zařízení komunikuje prostřednictvím rozhraní UART a I2C. Má kryt se stupněm krytí IP65. Frekvence snímání je až 100 Hz. To umožňuje detekci vzdálenosti v reálném čase s obnovovací frekvencí 100krát za sekundu. Díky speciální optice a algoritmu je výrobek odolný vůči rušení okolním světlem, prouděním vzduchu a elektrony, což zajišťuje vysokou přesnost údajů. Hmotnost s kabelem je 50 g. Více informací naleznete na stránce produktu.
Snímač vzdálenosti Leddar M16
Leddar M16 – 100m 95° je špičkové zvíře, které svým názvem a vzhledem připomíná vojenské aplikace. Skládá se z 16 modulů. Vyznačuje se rychlým a přesným měřením od 0 do 100 m s přesností 5 cm a vyzařováním paprsku v úhlu 95°. Spolehlivý přítel od společnosti DFRobot váží 180 g, spotřebuje 4 W a zvládne – na rozdíl od pušky M16 – téměř všechny podmínky. Celý modul je dodáván se softwarem Leddar Enabler SDK, obsahuje knihovny .NET a C++ a také ukázkový programový kód pro RS-485/MODBUS pro Windows i Linux a příklady integrace s grafickými vývojovými prostředími.
Všechny laserové skenery z řady Botland najdete na adrese v této kategorii obchodu.
Na závěr vám nabízíme blízké setkání s intellisaurem – robotem, který umí chodit a rozumí hlasovým asistentům Alexa a Google díky kombinaci Raspberry Pi, Arduino a technologie LiDAR. Záběry trvají přibližně čtyři minuty.
