Bir kavram olarak, lidar onlarca yıldır var. Bununla birlikte, sensörler küçüldükçe, daha karmaşık hale geldikçe ve lidar teknolojisine sahip ürünlerin kapsamı giderek genişledikçe, bu teknolojiye olan ilgi son yıllarda keskin bir şekilde arttı.
Lidar kelimesi, LIDAR'ın (Işık Algılama ve Menzil) harf çevirisidir. Bu, şeffaf ve yarı saydam ortamlarda ışık yansıması ve saçılması fenomenini kullanan aktif optik sistemler kullanarak uzaktaki nesneler hakkında bilgi elde etmek ve işlemek için bir teknolojidir. Bir cihaz olarak Lidar, bir radara benzer, bu nedenle uygulaması gözlem ve algılamadır, ancak bir radarda olduğu gibi radyo dalgaları yerine, vakaların ezici çoğunluğunda bir lazer tarafından üretilen ışığı kullanır. Lockheed Martin'in uzay sistemleri bölümünün bir parçası olan Coherent Technologies'in araştırma başkanı Joe Buck, iki kavramın teknik açıdan farklı olduğunu söylese de, lidar terimi genellikle lazer algılama ve menzil değiştirme anlamına gelen Ladar ile birbirinin yerine kullanılır. "Havadaki partikül madde veya aerosol gibi yumuşak bir nesne olarak kabul edilebilecek bir şeye baktığınızda, uzmanlar bu nesneleri tespit etmekten bahsederken lidar kullanma eğilimindedir. Bir araba ya da ağaç gibi katı, katı nesnelere baktığınızda, o zaman Ladar terimine yönelme eğilimindesiniz." Bilimsel açıdan lidar hakkında biraz daha fazla bilgi için "Lidar: Nasıl Çalışır" bölümüne bakın.
Buck, "Lidar, 1960'ların başındaki başlangıcından bu yana onlarca yıldır araştırma konusu olmuştur," diye devam etti. Bununla birlikte, bu yüzyılın başından beri, her şeyden önce teknolojik ilerleme sayesinde, ona olan ilgi gözle görülür şekilde arttı. Örnek olarak sentetik açıklık oluşturmayı kullandı. Teleskop ne kadar büyük olursa, nesnenin çözünürlüğü o kadar yüksek elde edilebilir. Son derece yüksek çözünürlüğe ihtiyacınız varsa, pratik açıdan çok pratik olmayabilecek çok daha büyük bir optik sisteme ihtiyaç duyulabilir. Sentetik açıklık görüntüleme, fiziksel açıklıktan çok daha büyük olabilen gerçek bir açıklık elde etmek için hareketli bir platform ve sinyal işleme kullanarak bu sorunu çözer. Sentetik açıklıklı radarlar (SAR'lar) uzun yıllardır kullanılmaktadır. Bununla birlikte, o zamanlar lazerlerin zaten yaygın olarak kullanılmasına rağmen, 2000'lerin başına kadar sentetik açıklıklı optik görüntülemenin pratik gösterimleri başlamadı. “Aslında, geniş bir ayar aralığında yeterli stabiliteye sahip olacak optik kaynakları geliştirmek daha fazla zaman aldı… Malzemeler, ışık kaynakları ve dedektörlerin (lidarlarda kullanılan) geliştirilmesi devam ediyor. Artık bu ölçüleri alma imkanına sahip olmakla kalmıyor, küçük bloklar halinde de yapabiliyor, sistemleri boyut, ağırlık ve güç tüketimi açısından pratik hale getiriyorsunuz."
Ayrıca lidardan (veya lidar tarafından toplanan bilgilerden) veri toplamak daha kolay ve pratik hale gelir. BAE Systems Jeo-Uzamsal Sömürü Ürünleri Grubu başkanı Nick Rosengarten, geleneksel olarak uçak sensörlerinden monte edildiğini söylüyor. Bununla birlikte, günümüzde sensörler, insan verilerinin toplanmasını ima eden, kara araçlarına veya hatta sırt çantalarına monte edilebilir. Rosengarten, "Bu, bir dizi olasılığın kapısını açıyor, veriler artık hem iç hem de dış mekanlarda toplanabilir," diye açıkladı. Textron Systems Jeo-Uzamsal Çözümler Başkanı Matt Morris, “Lidar gerçekten şaşırtıcı bir veri seti çünkü Dünya yüzeyindeki en ayrıntılı ayrıntıyı sağlıyor. Yer yüzeyinin belirli noktalarda yükselmesine ilişkin bilgi veren DTED (Digital Terrain Elevation Data) teknolojisine göre çok daha detaylı ve deyim yerindeyse daha renkli bir görüntü vermektedir. Belki de askeri müşterilerimizden duyduğum en güçlü kullanım örneklerinden biri, yabancı bir arazide konuşlanma senaryosu, çünkü nereye gideceklerini bilmeleri gerekiyor … bir çatıya tırmanmak veya bir çite tırmanmak. DTED verileri bunu görmenize izin vermiyor. Binaları bile görmeyeceksiniz."
Morris, bazı geleneksel yüksek çözünürlüklü arazi yükseklik verilerinin bile bu özellikleri görmenize izin vermeyeceğini kaydetti. Ancak lidar, "konum aralığı" - veri dizisinde doğru bir şekilde gösterilebilen konumlar arasındaki mesafeyi tanımlayan bir terim - nedeniyle bunu yapmanıza izin verir. Bir lidar söz konusu olduğunda, “aralık” santimetreye düşürülebilir, “böylece bir binanın çatısının yüksekliğini veya bir duvarın yüksekliğini veya bir ağacın yüksekliğini tam olarak bilebilirsiniz. Bu gerçekten üç boyutlu (3B) durumsal farkındalık seviyesini artırıyor." Ayrıca lidar sensörlerin boyutları küçüldükçe maliyetleri de düşmekte ve bu da onları daha uygun maliyetli hale getirmektedir. “On yıl önce lidar sensör sistemleri çok büyüktü ve çok pahalıydı. Gerçekten yüksek güç tüketimi vardı. Ama geliştikçe, teknolojiler geliştikçe, platformlar çok küçüldü, enerji tüketimi azaldı ve ürettikleri verinin kalitesi arttı."
Morris, lidarın askeri alanda ana kullanımının 3D planlama ve muharebe görevlerinin eğitimi olduğunu söyledi. Örneğin, şirketinin Lidar Analyst uçuş simülasyon ürünü, kullanıcıların büyük miktarda veri almasına ve "bu 3B modelleri hızlı bir şekilde oluşturmasına, ardından görevlerini çok doğru bir şekilde planlayabilmelerine" olanak tanır. Aynı durum kara operasyonları için de geçerlidir. Morris, "Ürünümüz, hedef bölgeye giriş ve çıkış rotalarını planlamak için kullanılıyor ve ham veriler yüksek çözünürlüklü olduğundan, görüş alanı içindeki durumun çok doğru analizini yapmak mümkün."
Textron, Lidar Analyst ile birlikte ABD askeri ve istihbarat teşkilatları için bir görüntü analiz yazılımı ürünü olan RemoteView'u geliştirdi. RemoteView yazılımı, lidar verileri de dahil olmak üzere çeşitli veri kaynaklarını kullanabilir. BAE Systems ayrıca jeo-uzamsal analiz için yazılım sağlar, buradaki amiral gemisi ürünü, lidar verilerinin kullanımı da dahil olmak üzere birçok yetenek sağlayan SOCET GXP'dir. Ayrıca Rosengarten, şirketin bir veri yönetimi uygulaması olan GXP Xplorer teknolojisini geliştirdiğini açıkladı. Bu teknolojiler askeri uygulamalar için oldukça uygundur. Örneğin Rosengarten, SOCET GXP yazılımının bir parçası olan helikopter iniş bölgesini hesaplamak için bir araçtan bahsetti. "Lidar verilerini alabilir ve kullanıcılara, bir helikopterin inmesi için yeterli olabilecek yerdeki alanlar hakkında bilgi sağlayabilir." Örneğin, yollarında ağaçlar gibi dikey engeller olup olmadığını söyleyebilir: "İnsanlar bu aracı, insani krizler sırasında tahliye noktası olarak en uygun alanları belirlemek için kullanabilir." Rosengarten ayrıca, belirli bir alandan birden fazla lidar veri kümesinin toplandığı ve bir araya getirildiği döşeme potansiyelinin altını çizdi. Bu, “meta verileri, jeo-uzamsal veriler kullanılarak hesaplanan, yerdeki hassas bölgelere dönüştürebilen BAE Systems'in SOCET GXP uygulaması gibi yazılımlarla birlikte lidar sensör meta verilerinin artan aslına uygunluğu” ile mümkün olmaktadır. Süreç, lidar verilerine dayanmaktadır ve verilerin nasıl toplandığına bağlı değildir."
Nasıl çalışır: lidar
Lidar, hedefi ışıkla aydınlatarak çalışır. Lidar, ışığı görünür, ultraviyole veya yakın kızılötesi aralıklarda kullanabilir. Lidarın çalışma prensibi basittir. Nesne (yüzey) kısa bir ışık darbesi ile aydınlatılır, sinyalin kaynağa dönüş süresi ölçülür. Lidar, saniyede 150.000 darbeye kadar bir frekansla bir nesneye (yüzey) hızlı kısa lazer radyasyon darbeleri gönderir. Cihazdaki bir sensör, ışık darbesinin iletimi ile yansıması arasındaki süreyi, 299792 km/s sabit ışık hızı varsayarak ölçer. Bu zaman aralığını ölçerek, lidar ile nesnenin ayrı bir parçası arasındaki mesafeyi hesaplamak ve dolayısıyla lidar'a göre konumuna göre nesnenin bir görüntüsünü oluşturmak mümkündür.
Rüzgar kesme
Bu arada Buck, Lockheed Martin'in WindTracer teknolojisinin olası askeri uygulamalarına işaret etti. Ticari teknoloji WindTracer, havaalanlarında rüzgar kesmesini ölçmek için lidar kullanır. Aynı işlem, örneğin hassas hava damlaları için askeri alanda da kullanılabilir. “Yeterince yüksek bir irtifadan malzemeleri indirmeniz gerekiyor, bunun için onları paletlere koyup paraşütten atıyorsunuz. Şimdi bakalım nereye inecekler? Nereye gideceklerini deneyebilir ve tahmin edebilirsiniz, ancak sorun şu ki, alçaldıkça rüzgar kayması farklı irtifalarda yön değiştiriyor”diye açıkladı. - Peki paletin nereye düşeceğini nasıl tahmin edersiniz? Rüzgarı ölçebilir ve yörüngeyi optimize edebilirseniz, malzemeleri çok yüksek doğrulukla teslim edebilirsiniz.”
Lidar, insansız kara araçlarında da kullanılıyor. Örneğin, otomatik kara araçları (AHA) üreticisi Roboteam, Top Layer adlı bir araç oluşturmuştur. Lidar kullanan bir 3D haritalama ve otonom navigasyon teknolojisidir. Roboteam başkanı Shahar Abukhazira, Top Layer'ın lidar'ı iki şekilde kullandığını söylüyor. Birincisi, kapalı alanların gerçek zamanlı haritalanmasına izin verir. Abukhazira, "Bazen yeraltı koşullarında video yetersiz kalıyor, örneğin çok karanlık olabilir veya toz veya duman nedeniyle görüş mesafesi bozulabilir" diye ekledi. - Lidar'ın yetenekleri, sıfır oryantasyon ve çevre anlayışı ile bir durumdan uzaklaşmanıza izin veriyor … şimdi odayı haritalıyor, tüneli haritalıyor. Hiçbir şey görmeseniz ve nerede olduğunuzu bilmeseniz bile durumu hemen anlayabilirsiniz."
Lidarın ikinci kullanımı, operatörün herhangi bir anda birden fazla sistemi kontrol etmesine yardımcı olan özerkliğidir. "Bir operatör bir AHA'yı kontrol edebilir, ancak insan tarafından kontrol edilen bir aracı basitçe takip eden ve takip eden iki AHA daha var" diye açıkladı. Aynı şekilde, bir asker binaya girebilir ve ANA sadece onu takip eder, yani cihazı çalıştırmak için silahları bir kenara bırakmaya gerek yoktur. "İşi basit ve sezgisel hale getiriyor." Roboteam'in daha büyük AHA Probot'unda ayrıca uzun mesafeler kat etmesine yardımcı olacak bir lidar bulunur. "Bir operatörün arka arkaya üç gün boyunca bir düğmeye basmasını isteyemezsiniz … askerleri takip etmek veya arabayı takip etmek için bir lidar sensörü kullanırsınız, hatta bir noktadan diğerine otomatik olarak hareket edersiniz, lidar yardımcı olacaktır. bu durumlarda engellerden kaçının." Abukhazira gelecekte bu alanda büyük atılımlar bekliyor. Örneğin, kullanıcılar bir insan ve bir ANA'nın iki asker gibi etkileşime girdiği bir duruma sahip olmak istediler. "Birbirinize hakim değilsiniz. Birbirinize bakıyorsunuz, birbirinizi çağırıyorsunuz ve tam da olması gerektiği gibi davranıyorsunuz. Bir anlamda insanlar ve sistemler arasında bu düzeyde bir iletişim kuracağımıza inanıyorum. Daha verimli olacaktır. Lidarların bizi bu yönde yönlendirdiğine inanıyorum."
hadi yeraltına gidelim
Abukhazira ayrıca lidar sensörlerinin tehlikeli yeraltı ortamlarındaki operasyonları iyileştireceğini umuyor. Lidar sensörleri, tünelleri haritalarken ek bilgi sağlar. Ayrıca, bazen küçük ve karanlık bir tünelde operatörün AHA'nın yanlış yöne gittiğini fark etmeyebileceğini fark etti. “Lidar sensörleri gerçek zamanlı olarak GPS gibi çalışır ve süreci bir video oyunu gibi hissettirir. Sisteminizi tünelde görebiliyorsunuz, gerçek zamanlı olarak nereye gittiğinizi biliyorsunuz."
Lidar sensörlerinin başka bir veri kaynağı olduğunu ve radarın doğrudan yerine geçmemesi gerektiğini belirtmekte fayda var. Buck, kendi avantajları ve dezavantajları olan iki teknoloji arasında dalga boyunda büyük bir fark olduğunu fark etti. Genellikle en iyi çözüm, örneğin bir aerosol bulutu ile rüzgar parametrelerini ölçmek gibi her iki teknolojiyi de kullanmaktır. Optik sensörlerin daha kısa dalga boyları, bir RF sensörünün (radar) daha uzun dalga boylarına kıyasla daha iyi yön algılama sağlar. Ancak, atmosferin iletim özellikleri iki tip sensör için çok farklıdır. "Radar, bir lidarın üstesinden gelmesi zor olan belirli bulut türlerinin içinden geçme yeteneğine sahiptir. Ancak siste, örneğin lidar, radardan biraz daha iyi performans gösterebilir."
Rosengarten, lidarın pankromatik veriler gibi diğer ışık kaynaklarıyla (çok çeşitli ışık dalga boyları kullanılarak görüntüleme yapıldığında) birleştirilmesinin, ilgilenilen alanın tam bir resmini vereceğini söyledi. Burada iyi bir örnek, bir helikopter iniş sahasının tanımıdır. Lidar bir alanı tarayabilir ve aslında göle bakıyor olmasına rağmen eğimin sıfır olduğunu söyleyebilir. Bu tür bilgiler diğer ışık kaynakları kullanılarak elde edilebilir. Rosengarten, endüstrinin nihayetinde farklı görsel ve diğer ışık verilerini bir araya getiren teknolojileri birleştireceğine inanıyor. "Tüm verileri tek bir çatı altında toplamanın yollarını bulacaktır… Doğru ve kapsamlı bilgi elde etmek, yalnızca lidar verilerini kullanmaktan daha fazlasıdır, aynı zamanda mevcut tüm teknolojileri içeren karmaşık bir iştir."
