لایدار (LiDAR) اختصاری برای “Light Detection and Ranging” به معنای تشخیص و اندازهگیری نور است و یک روش سنجش از دور برای ایجاد مدل های سه بعدی از دنیای واقعی است که در دهه 1960 معرفی شد و در ابتدا برای اندازهگیری مناطق وسیع زمین با نصب اسکنرها بر روی هواپیما ها استفاده میشد.
فناوری لایدار روشی ایدهآل برای بررسی سطح زمین است. این فناوری اطلاعاتی درباره زمین، ایجاد یک دوقلوی دیجیتال از یک شیء یا جزئیات یک دامنه از اطلاعات جغرافیایی را فراهم میکند. راهحلهای اسکن لیزری از این فناوری بهره میبرند و با استفاده از دادههای لایدار، مدل های سه بعدی و نقشه برداری ارتفاع دیجیتال ایجاد میکنند.
همچنین بخوانید : واقعیت افزوده و جایگاه آن در مهندسی
مانند فناوری رادار (Radar)، این فناوری با ارسال پالسهایی به سمت سطح زمین و بازگشت آنها به حسگر قابل دستیابی است. حسگرهای لایدار از همان مفهوم برای اندازهگیری و ایجاد مدل های سه بعدی استفاده میکنند.
معرفی سیستمهای GPS تجاری در دهه 1980 باعث شد دادههای لایدار برای اندازهگیریهای دقیق جغرافیایی مهم شوند. از آن زمان، تحقیقات و توسعه به سرعت پیشرفت کرده و فناوری لایدار را به یک ابزار رایج برای نقشه برداران در سرتاسر جهان تبدیل کرده است، با استفاده از راهحلهای اسکن لیزری سه بعدی مانند FARO Focus Premium.
حسگرهای لایدار چگونه کار میکنند؟
بسته به نوع حسگر لایدار، میلیونها پالس لیزر میتوانند توسط اسکنرها در هر ثانیه ارسال شود. فاصله بین شی و حسگر توسط هر پالس که به اسکنر بازمیگردد با استفاده از سرعت نور محاسبه می شود که به آن “زمان پرواز” (Time of Flight یا ToF) گفته میشود. نتیجه یک نقطه منفرد در فضا است و ترکیب همه این نقاط، یک تجسم سهبعدی متراکم به نام دادههای ابرنقطهای (point cloud data) ایجاد میکند.
تفاوت بین رادار و لایدار چیست؟
لایدار و رادار هر دو پالسهایی را برای تعیین زمان برخورد با یک سطح و بازگشت به حسگر ارسال میکنند. با این حال، رادار از امواج رادیویی به جای پالسهای نوری استفاده میکند. فناوری لایدار اندازهگیری های دقیقی از طریق مدل های سه بعدی ایجاد میکند، در حالی که استفاده اصلی رادار برای مقاصد نظامی است، مثلاً در ناوهای جنگی برای شناسایی اشیاء در اطراف.
همچنین بخوانید: فناوری آشکارساز نوری
نقشههای لایدار دقت موقعیتی — هم مطلق و هم نسبی — را فراهم میکنند تا کاربران دادهها بدانند که نقشهبرداری در کجا انجام شده و هر نقطه چگونه به اشیاء از نظر فاصله مرتبط است.
لایدار برای چه مواردی استفاده میشود؟
بسیاری از کاربردها میتوانند از فناوری لایدار بهرهمند شوند. از سایت های ساختمانی شلوغ تا اعماق زمین — حسگرهای لایدار راه حلهای ایدهآلی برای صنایع مختلف هستند. به چند مثال توجه کنید:
- معماری، مهندسی و ساخت (AEC): فناوری لایدار به طور فزایندهای در AEC رایج شده است. پروژههای ساختمانی بهوسیله لایدار پیگیری میشوند و دوقلوهای دیجیتال برای مدلسازی اطلاعات ساختمان (BIM) تولید میشوند. همچنین، محیطهای ساختهشده مانند ساختمانها و شبکههای جادهای به وسیله لایدار نقشهبرداری میشوند.
- نقشهبرداری زمین: وظایف نقشهبرداری معمولاً نیاز به اسکنهای لیزری برای جمعآوری اندازهگیریهای سهبعدی از مناظر و مناطق وسیع دارند.
- املاک و مستغلات: ایجاد نقشههای دو بعدی با استفاده از دادههای ابرنقطهای سهبعدی، ایدهآل برای اندازهگیری فضای یک ساختمان یا به دست آوردن بینش قبل از پروژههای نوسازی است. نقشههای دو بعدی بهوسیله دادههای ابرنقطهای سهبعدی ایجاد میشوند . همچنین به طراحان و مهندسان کمک میکنند تا قبل از آغاز پروژههای نوسازی، اطلاعات دقیقی از فضا به دست آورند.
- محیط زیست: کاربردهای محیطی برای لایدار فراوان است. اسکن لیزری یک روش محبوب برای نقشهبرداری از خطر سیلاب، ذخایر کربن در جنگلها و نظارت بر فرسایش سواحل است.
- معدن: ایجاد مدل های سه بعدی از معادن دید بهتری از پیشرفت فراهم میکند. همچنین میتواند ایمنی را از طریق بررسی و تجزیه و تحلیل منظم حرکت در دیوارههای سنگی بهبود بخشد.
- وسایل نقلیه خودران: حسگرهای لایدار همچنین در وسایل نقلیه خودران (AVs) استفاده میشوند و نقشه های سه بعدی دقیقی از مناطق اطراف را در زمان واقعی ایجاد میکنند. فناوری لایدار در فراهم کردن درک لازم برای ناوبری ایمن و کارآمد در محیطهای متنوع کلیدی است.
انواع مختلف اسکنرهای لایدار چیست؟
از زمان تجاریسازی فناوری لایدار، انواع مختلفی از اسکنرهای لیزری توسعه یافته است.
- اسکنر لیزری زمینی (TLS): رایجترین و قدیمیترین استفاده از حسگر لایدار برای نقشهبرداری، در اسکنرهای لیزری زمینی است. TLS یک راهحل ایستا است که معمولاً بر روی سهپایه قرار میگیرد و صدها هزار (در برخی موارد میلیونها) پرتو نور در هر ثانیه ارسال میکند تا دادههای ابرنقطهای متراکم ایجاد کند.
- اسکنر لیزری متحرک: توسعه اخیر اسکنرهای لیزری متحرک فرصتهایی را برای نقشهبرداری از مکانهای قبلاً سختدسترس یا غیرممکن فراهم کرده است. اگرچه دقت آنها کمی کمتر از TLS است، اما لایدار متحرک به طور قابل توجهی چندمنظورهتر است و قابلیت اسکن دستی، UAV یا نصب بر روی وسایل نقلیه را دارد. علاوه بر این، سیستمهای مجهز به SLAM برای ایجاد نقشه دیجیتال نیازی به GPS ندارند که کاربرد آن را بیشتر میکند.
فناوری لایدار در موبایل
در سال 2020، لایدار بهعنوان اولین فناوری به تلفنهای همراه و تبلتها توسط اپل معرفی شد. اگرچه دقت آن بهطور قابل توجهی کمتر از هر دو اسکنر لیزری متحرک و TLS است و از نظر دامنه دارای سطوح بالایی نیست، اما توسعه آیفون و آیپد بهعنوان یک گام بزرگ در دسترس قرار دادن لایدار برای تعداد بیشتری از افراد شناخته میشود.
دادههای ابرنقطهای چیست؟
ابرنقطهای شامل تعداد زیادی (اغلب میلیونها) نقطه است که در اسکنها توسط یک اسکنر لایدار ثبت میشوند. نقاطی بر روی سطح، مانند یک ساختمان اسکن شده توسط این نقطه نمایان میشود.
موقعیت سهبعدی (XYZ) برای هر نقطه به وسیله اسکنر با ترکیب زوایای عمودی و افقی ایجاد شده توسط پرتو لیزر، محاسبه میشود تا مجموعهای از اندازهگیریهای 3D تولید شود.
یک مجموعه داده ابرنقطهای با پردازش دادهها ایجاد می شود که تصویری دقیق و جزئی از محیط اسکن شده را ارائه میدهد. هر چه نقاط متراکمتر باشند، نمایشی دقیقتر و واضحتر از ویژگیهای کوچک و جزئیات بافت فراهم میشود.
سیستمهای لایدار برای نقشهبرداری جغرافیایی
موارد استفاده زیادی برای لایدار وجود دارد. این موارد شامل مهندسی عمران و نقشهبرداری است، از بزرگراهها و پروژههای جادهای تا بازرسی پلها و نقشهبرداری از توسعه های خرده فروشی بزرگ. این فناوری گسترده است و به شرکتهای نقشه برداری اجازه میدهد تا هزینههای خود را کاهش دهند در حالی که بالاترین سطح حرفهای را حفظ میکنند.
- طراحی: اسکنرهای سه بعدی به مهندسان عمران کمک میکنند تا در زمان کوتاهی نتایج بسیار دقیقی به دست آورند که در کار با زمانهای محدود ضروری است.
- ارزیابی: فناوری لایدار بهعنوان ابزاری ایدهآل برای ایجاد یک مدل دیجیتال شناخته میشود. امکان شناسایی و اصلاح ناهنجاریها قبل از شروع کار ساختمانی توسط این فناوری فراهم می شود.
- نقشهبرداری: نقشه برداران از سیستم های لایدار ترجیح میدهندکمک میگیرند تا تصاویر سهبعدی دقیق، مدلهای دیجیتال زمین (DTM) و مدلهای ارتفاع دیجیتال (DEMs) از مناظر خاص ایجاد کنند.
مدلهای ارتفاع دیجیتال (DEMs)
مدل ارتفاع دیجیتال (DEM) نمای سهبعدی از زمین و تمام اشیاء درون آن فضا است. مقادیر ارتفاعی که بهطور منظم از اسکنهای لایدار جمعآوری میشوند، یک سیستم مختصاتی ایجاد میکنند که اجازه میدهد زمین با دقت بالا بازتاب و مدلسازی شود.
مدلهای زمین دیجیتال (DTMs)
برخلاف DEM که اشیایی مانند گیاهان، ساختمانها و دیگر مصنوعات را در نظر میگیرد، مدل زمین دیجیتال (DTM) فقط سطح زمین را در نظر میگیرد. یک DTM شامل ارتفاعها و بلندیهای سطح، از جمله قلهها یا رودخانهها است تا تصویری دقیق از زمین ارائه دهد.