Was ist LiDAR-Technologie?

LiDAR, die Abkürzung für Light Identification, Detection and Ranging, ist eine LiDAR Fernerkundungstechnologie, die nach und nach verschiedene Branchen erobert. Ihre Fähigkeit, die Umgebung zu scannen und dreidimensionale Modelle zu erstellen, wird in der Wissenschaft, der Landwirtschaft, der Archäologie, dem Verkehrswesen, der Strafverfolgung und vielen anderen Bereichen genutzt. Die Raffinesse und die breite Anwendbarkeit dieser Erfindung machen sie zu einer begehrten Technologie für verschiedene Unternehmen. In diesem Artikel gehen wir näher auf LiDAR, seine Funktionsweise, Typen und Anwendungen ein. Ausführliche, aber prägnante Informationen über diese fortschrittliche Technologie helfen Ihnen zu entscheiden, ob Sie sie für Ihr Unternehmen benötigen.

LiDAR ist eine Fernerkundungsmethode, die es ermöglicht, Daten über die Erdoberfläche und den Meeresboden zu sammeln und den Standort von Objekten zu messen. Im Gegensatz zum Radar, das Radiowellen oder Mikrowellen verwendet, nutzt es Licht.

Die Geschichte dieser Erfindung reicht bis in die 1950er Jahre zurück, als Middleton und Spilhaus dieses Konzept vorstellten. Die erste Technologie dieser Art entsprach jedoch nicht derjenigen, die in modernen Geräten und Maschinen verwendet wird. Einige Wissenschaftler behaupten, dass die wahre Geschichte von LiDAR Anfang der 1960er Jahre begann, als Wissenschaftler den ersten gütegeschalteten Laser entwickelten. Später trug die Entwicklung eines optischen Radars zur Verbesserung der Technologie bei. Es wurde deutlich, dass sie erfolgreich für Entfernungsmessungen eingesetzt werden kann.

Die NASA gehörte zu den ersten Anwendern von LiDAR, die den immensen praktischen Wert dieser Technologie erkannten. Die ersten Apollo-Missionen beispielsweise nutzten diese technologische Erfindung, um komplexe Messungen durchzuführen. Auch Wissenschaftler aus anderen Bereichen als der Astronomie erkannten den Wert dieser Technologie und übernahmen sie nach und nach für ihre Zwecke. So hat LiDAR beispielsweise die topografische Kartierung und die Erforschung von Wäldern und Ozeanen erheblich verbessert. Mit der Einführung des Global Positioning System (GPS) fand LiDAR eine noch breitere Anwendung.

Die LiDAR-Methode wurde über Jahrzehnte hinweg perfektioniert, immer genauer und kommerziell verfügbar. Mitte der 1990er Jahre waren die LiDAR-Sensoren in der Lage, dichte Datensätze für den praktischen Einsatz zu erfassen. Auf die Einführung eines 2D-LiDAR, das Daten in der X- und Y-Dimension erfasst, folgte die Einführung fortschrittlicherer 3D-Geräte, die komplexere Messungen durchführen können. Es wird erwartet, dass sich diese Technologie weiterentwickelt und eine höhere Auflösung, schnelleres Scannen, kleinere Geräte und niedrigere Preise bietet.

Welche Anwendungen für die LiDAR-Technologie gibt es? Heutzutage ist der Anwendungsbereich sehr breit gefächert. LiDARs werden häufig beim Bau von Gebäuden, Brücken und Straßen eingesetzt, da sie genaue Höhenmessungen des Bodens vornehmen. Die gesammelten Daten können bei der Kartierung ganzer Städte helfen und ermöglichen es den Entscheidungsträgern, Strukturen oder Bereiche von Interesse in noch nie dagewesener Detailgenauigkeit zu lokalisieren. Karten, die die genaue Lage von Gebäuden, Straßennetzen, Brücken, Vegetation und anderen Infrastrukturobjekten angeben, können die Stadtplanung erheblich unterstützen.

Auch die Meeresforschung profitiert in hohem Maße von dieser technischen Erfindung, da sie die Untersuchung großer Wasserflächen und die Lokalisierung von Objekten (z. B. Biomasse an der Meeresoberfläche) erleichtert. In der Landwirtschaft hilft diese Technologie bei der Berechnung von Ertragsraten und anderen wichtigen Berechnungen zur Steigerung der Produktivität. Archäologen wiederum nutzen sie zur Erforschung schwer zugänglicher Gebiete (z. B. tropische Wälder). Anwendungen und Fahrzeuge für den Massenmarkt und die Luxusklasse hängen ebenfalls stark von LiDAR ab.

Sie fragen sich wahrscheinlich: “Was ist das Grundprinzip der LiDAR-Technologie?” Lesen Sie weiter, um zu erfahren, wie diese Technologie funktioniert und was sie so wertvoll macht.

Wie funktioniert die Technologie?

LiDAR ist ein aktives System. Das bedeutet, dass es Energie erzeugt, um Objekte zu messen. Sein schnell feuernder Laser sendet Licht aus. Dieses Licht erreicht den Boden oder das Wasser und wird von der Oberfläche reflektiert. Dieses reflektierte Licht erreicht dann das Gerät, wo der Sensor es aufzeichnet. Er berechnet die Zeit, die jeder Lichtimpuls brauchte, um abzuprallen und zurückzukehren, und kann so die genaue Entfernung zwischen dem Gerät und dem Boden bestimmen. Mit dieser LiDAR-Fernerkundungsmethode lassen sich also 2D- oder 3D-Bilder der Umgebung erstellen.

Moderne LiDAR-Geräte strahlen Licht sehr schnell ab. Pro Sekunde können Millionen von Impulsen erzeugt werden, was zu sehr genauen und detaillierten Bildern führt. Daher ist LiDAR für groß angelegte Forschungsarbeiten, die eine schnelle Datenerfassung erfordern, äußerst wertvoll. So wäre beispielsweise die manuelle Vermessung der Vegetation in der Tundra ohne LiDAR praktisch unmöglich, da dieses Naturgebiet sehr groß ist.

Die LiDAR-Klassifizierung ermöglicht es, zwischen den Kategorien von Objekten, die das Licht reflektieren, zu unterscheiden. Das System kann zwischen Boden, Wasser, Baumkronen, Vegetation, Gebäuden, Straßenoberflächen usw. unterscheiden.

Die betreffende Technologie ist nicht auf luftgestützte Ansätze beschränkt. Ein bodengestütztes LiDAR ist der Gerätetyp, der sich besser für hochpräzise Anwendungen im Nahbereich eignet. Diese in der Forstwirtschaft weit verbreiteten Geräte zeichnen sich durch extreme Genauigkeit aus. LiDARs am Boden können sich drehen und vertikal scannen, haben aber eine geringere Reichweite als luftgestützte Sensoren.

Im Folgenden werden einige der interessantesten Fragen zur Funktionsweise von Lidar-Technologien und -Systemen behandelt:

• Kann LiDAR Wasser durchdringen? Ja, das kann es. Die fortschrittlichsten Sensoren, die grünes Licht verwenden, können bis zu Hunderte von Metern ins Wasser eindringen. Das macht die Erfindung für die Meeresforschung von unschätzbarem Wert, da sie in Tiefen vordringt, zu denen Menschen nicht immer Zugang haben, und viel mehr Daten sammelt, als Wissenschaftler sammeln können.
• Funktioniert LiDAR auch bei Regen? Das Problem mit LiDARs ist, dass sich ihre Leistung bei Regen verschlechtert. Wenn das Licht des LiDAR-Sensors auf kurze Distanz mit Regentropfen zusammentrifft, können diese es zum Gerät reflektieren. Dies hat zur Folge, dass der Sensor Regentropfen als Objekte erkennt, was die Qualität der gesammelten Daten beeinträchtigt. Die Wissenschaftler haben also noch einiges zu tun, um die LiDAR-Erfassung zu verbessern.
• Funktioniert LiDAR auch bei Nacht? Ja, da das Gerät selbst eine Lichtquelle ist. Die Tatsache, dass LiDAR Tag und Nacht funktioniert, erweitert die Anwendungsmöglichkeiten in verschiedenen Branchen (z. B. in der Automobilindustrie) erheblich.

Arten von LiDAR-Systemen

LiDAR-Systeme sind vielfältig und dienen verschiedenen Zwecken. Sie lassen sich anhand der Scantechnologie und der Funktionalität klassifizieren. Es gibt drei Haupttypen von Scanning-Methoden:

• Standardspindeltyp, der eine vollständige Ansicht der Umgebung liefert
• Fester Zustand, der einen begrenzten Teil der natürlichen oder städtischen Umgebung abtastet
• Blitzlichttyp (mechanisch), der ein großes Sichtfeld abdeckt

Die Klassifizierung der Funktionalität ist komplexer und erfordert eine ausführlichere Diskussion. Anhand dieses Merkmals kann man zwischen luftgestützten LiDARs unterscheiden. Wie der Name schon sagt, befinden sich diese auf einer Drohne oder einem Hubschrauber und scannen die Umgebung von oben.

Airborne-Systeme können weiter in topografische und bathymetrische Systeme unterteilt werden. Erstere sind für die Untersuchung der Erdoberfläche bestimmt und werden in der Forstwirtschaft, Ökologie, Geomorphologie, Stadtplanung, Infrastrukturkartierung usw. eingesetzt. Letztere sind eher für die Untersuchung von Wasserflächen geeignet. Im Gegensatz zu topografischen LiDARs können diese Sensoren auch grünes Licht aussenden, das das Wasser durchdringt. Bathymetrische Geräte helfen, die Tiefe von Gewässern zu bestimmen, was für Ingenieur- und Meereswissenschaften von entscheidender Bedeutung ist.

Terrestrische LiDARs wiederum werden auf dem Boden installiert, um topologische Daten zu sammeln. Ausgestattet mit Kurz-, Mittel- oder Langstreckenscannern, zeichnen sich diese Geräte durch hohe Präzision und Detailgenauigkeit aus. Terrestrische Sensoren können auf Stative gestellt oder bewegt werden. Sie können auch in selbstfahrenden Fahrzeugen installiert werden, um eine kontinuierliche Umweltbewertung durchzuführen.

Terrestrische LiDARs lassen sich also weiter in statische und mobile Geräte unterteilen. Es ist wichtig zu verstehen, dass mobile LiDARs tragbar sein können. Allerdings kann das Gewicht des Geräts einschließlich der Batterie bis zu 20 kg betragen, was den Transport erschwert. Es bleibt zu hoffen, dass mit der Weiterentwicklung dieser Fernerkundungsmethode in Zukunft leichtere Geräte eingeführt werden. Viele fortschrittliche Geräte können sogar bequem in Autos, Zügen und Booten eingesetzt werden.

Was die statischen LiDAR-Geräte betrifft, so können diese zur Erfassung von Daten an einem Punkt verwendet werden. Ein LiDAR wird auf einem statischen Objekt platziert und sendet Laserimpulse in die Umgebung. Auf diese Weise kann es die Veränderungen in der Umgebung im Laufe der Zeit verfolgen. Statische Geräte werden häufig in der Archäologie, im Ingenieurwesen, im Bergbau und in der Vermessung eingesetzt.

LiDARs können je nach Anwendung in verschiedene Kategorien eingeteilt werden. Differenzialabsorptionsgeräte beispielsweise sammeln Daten über Gaskonzentrationen in der Atmosphäre. Sie können Ozon und Verschmutzungsgrade messen, was für die Klima- und Umweltwissenschaften wichtig ist. Wind-LiDARs können die Windrichtung und -geschwindigkeit messen. Sie können sowohl an Land als auch auf See erfolgreich eingesetzt werden und erweisen sich insbesondere bei Windkraftanlagen als nützlich. Raman-Geräte gehören zum terrestrischen Typ und werden zur Messung von Wasserdampf in der Luft eingesetzt. Schließlich gibt es weltraumgestützte LiDARs, die von Raumfahrtbehörden wie der NASA für Messungen über große Entfernungen eingesetzt werden.

Vorteile der Verwendung von LiDAR

LiDAR ist keine neue Technologie, aber sie entwickelt sich ständig weiter und bietet immer ausgefeiltere Lösungen für Unternehmen und Wissenschaft. Geräte, die diese optische Technologie nutzen, haben mehrere Vorteile, die es zu erwähnen gilt. Zunächst einmal bieten sie ein hohes Maß an LiDAR Genauigkeit sick. LiDAR-basierte Geräte können sehr detaillierte 2D- und 3D-Karten der Umgebung mit minimaler menschlicher Beteiligung erstellen. Außerdem erkennen sie selbst kleine Objekte wie Büsche oder Menschen. Die LiDAR Genauigkeit von LiDAR ist einer der Gründe, warum so viele Forscher in verschiedenen Wissenschaften gerne Fernerkundungsdaten für ihre Studien verwenden. Wie genau ist LiDAR? Nun, das hängt von der Art und den Kosten des Geräts ab. In der Regel wird eine Kartierungsgenauigkeit von bis zu einem Zentimeter erreicht.

Außerdem zeichnet sich diese Technologie durch ihre Schnelligkeit aus. Es würde viele Tage oder sogar Jahre dauern, um mit herkömmlichen Kartierungstechniken Karten mit ähnlicher Genauigkeit zu erstellen. Da sich die Umwelt vor allem in Städten schnell verändert, besteht die Gefahr, dass man mit diesen Veränderungen nicht Schritt halten kann. Mit LiDARs können die Daten jedoch schnell erfasst und analysiert werden, was dazu beiträgt, die Umweltveränderungen fast in Echtzeit zu verfolgen.

Außerdem bietet diese Fernerkundungsmethode eine hervorragende Zugänglichkeit. Mit dieser Technologie können Daten an den entlegensten und unzugänglichsten Orten der Erde gesammelt werden, z. B. in Hochgebirgen, tropischen Wäldern, Ozeanen usw. Das Beste daran ist, dass sie universell einsetzbar ist. Eine Drohne mit einem LiDAR-Sensor kann zum Beispiel im Wald und in der Stadt gleichermaßen gut funktionieren.

Außerdem ist bei LiDARs keine menschliche Anwesenheit erforderlich. Die Geräte sammeln und analysieren die Daten selbstständig, so dass sich die Forscher auf Aufgaben konzentrieren können, die die Beteiligung des Menschen erfordern.

Fernerkundungsgeräte sind außerdem relativ preiswert. Die niedrigen Kosten sind einer der entscheidenden Vorteile von LiDAR, die Forscher und Entscheidungsträger dazu bewegen, es anderen Kartierungstechnologien vorzuziehen, die mehr personelle und finanzielle Ressourcen erfordern. LiDARs erfreuen sich auch deshalb zunehmender Beliebtheit, weil ihre Arbeit nicht von der Tageszeit abhängt. Sie sind auch bei unterschiedlichen Wetterbedingungen (z. B. starker Wind, niedrige Temperaturen usw.) recht effizient. Schließlich können LiDARs mit anderen Technologien kombiniert werden, wodurch noch detailliertere Daten über die Umgebung erfasst werden können.

Wie jede Technologie hat auch dieses Erkennungssystem seine Schwachstellen. Die Nachteile von LiDAR beziehen sich auf technische Probleme, von denen viele in Zukunft behoben werden können, wenn fortschrittlichere Geräte auf den Markt kommen. Zum Beispiel sind Fernerkundungsgeräte bei bestimmten Wetterbedingungen wie Nebel, Schnee oder Regen unwirksam. Wasserpartikel in der Luft verzerren die vom Sensor gesammelten Daten und machen LiDAR-3D-Kartierungen unbrauchbar.

LiDAR mag weniger kosten als andere Kartierungstechnologien, ist aber immer noch recht teuer. Sein Einsatz kann sich bei großen Projekten lohnen, bei denen andere Methoden der Datenerfassung nicht anwendbar sind. Für den täglichen kommerziellen Einsatz sind LiDARs jedoch noch zu teuer.

Außerdem erfordert die Bedienung von LiDARs erfahrene Leute. Um LiDARs richtig einsetzen zu können, sollte man über ein umfassendes technisches Wissen verfügen. Außerdem braucht man fundierte Kenntnisse und Erfahrung, um die von diesen Sensoren gesammelten großen Datenmengen zu analysieren. Die LiDAR-Data Visualisierung ist kein Kinderspiel, so dass nur Personen mit Kenntnissen der Datenanalyse die Vorteile dieser Technologie nutzen können.

LiDAR für Fahrzeuge und Mobilitäts-Apps

Die optische Technologie hat in der Automobilindustrie an Bedeutung gewonnen. LiDAR-Software, die in selbstfahrenden Autos installiert ist, kann die Entfernung zu Objekten mit hoher Geschwindigkeit messen, so dass die Fahrzeuge sicher fahren und schnell reagieren können. Auch manuell gesteuerte Autos mit Fahrerassistenzsystemen nutzen die Vorteile der LiDAR-Technologie. Die Tatsache, dass große Unternehmen wie Bosch an der Entwicklung neuer LiDAR-Systeme für Autos beteiligt sind, deutet darauf hin, dass sie billiger und leichter zugänglich werden.

LiDAR-Anwendungen sind nicht auf teure Fahrzeuge beschränkt. Sogar Smartphones, wie das neue iPhone 12 Pro, verfügen heute über LiDAR-basierte Sensoren. In Smartphones eingebaut, ermöglichen sie das mobile LiDAR-Scannen der Umgebung. Infolgedessen haben Technologieunternehmen viele LiDAR-Apps für Smartphones entwickelt, die diese Technologie für alltägliche Aufgaben nutzen. Die folgenden Apps dieser Art sind erwähnenswert:

• Measure hilft bei der Bestimmung der Abmessungen eines Objekts und seiner Höhe.
• Canvas ermöglicht die Erstellung von 3D-Bildern der Umgebung
• Polycam – scannt die Umgebung (z. B. eine Wohnung) und hilft beim Bearbeiten und Teilen der Bilder
• 3D mobile LiDAR Scanner App – erstellt 3D-Bilder von natürlichen Objekten (z. B. Möbel)

So kann die Technologie sowohl für mehr Sicherheit als auch für Unterhaltung sorgen. Embedded in große und kleine Geräte hilft sie, auf einer neuen Ebene mit der Umwelt zu interagieren. Wenn Sie eine nützliche und funktionale LiDAR-App entwickeln wollen, kann Ihnen das Team von Aduk bei dieser Aufgabe helfen. Es hält mit den Trends Schritt, die wissen, wie man die Vorteile von LiDAR maximal ausnutzen kann.

H2: LiDAR, Sonar, Radar und andere – Der Unterschied

Wenn Sie die LiDAR-Technologie in Ihrem Unternehmen einsetzen wollen, müssen Sie verstehen, wie sie sich von ähnlichen Sensortechnologien wie Radar und Lidar unterscheidet. Wir haben den Unterschied zwischen Radar und Lidar bereits oben erwähnt. Wenn Sie “Sonar vs. Radar vs. Lidar” in die Suchmaschine eingeben, werden Sie feststellen, dass sich diese Technologien erheblich unterscheiden. Sie mögen ähnlich klingen, was verwirrend ist, aber sie senden unterschiedliche Signale aus. LiDAR verwendet Lichtimpulse, Radar sendet Radiowellen aus, während Sonar mit Schall arbeitet. Alle drei Technologien erstellen jedoch Karten auf der Grundlage der reflektierten Signale. Wenn Sie sich nicht sicher sind, welche Technologie für Ihr Produkt geeignet ist, kann das Aduk-Team Ihnen helfen, die am besten geeignete zu wählen und sich nicht von den unterschiedlichen Anwendungen “Lidar vs. Radar” verwirren zu lassen.

Auch bei der Frage “Lidar vs. Laserscanning” ist alles ziemlich einfach. Der Laser deckt einen größeren Bereich ab als das LiDAR, mit einem spezifischen Ziel und einem stärker fokussierten Strahl. Schließlich gibt es noch eine Unterscheidung zwischen LiDAR- und Photogrammetrie-Technologie. Der Vergleich zwischen Photogrammetrie vs Lidar zeigt, dass die Photogrammetrie Fotos von der Umgebung verwendet, um 3D-Karten zu erstellen. Letztere wiederum erzeugt punktwolkenartige Bilder. Mit anderen Worten, die Ergebnisse des Scannens der Umgebung sind sehr unterschiedlich.

Fazit

Experten in der Tech-Sphäre verkünden alle die gleiche Botschaft: Die LiDAR-Technologie wird präziser und zugänglicher werden. Das bedeutet, dass mehr und mehr Unternehmen sie an ihre Bedürfnisse anpassen und Apps mit hochentwickelten Sensoren anbieten werden. Wenn Sie mit dem Trend mithalten und LiDAR-basierte Anwendungen entwickeln wollen, kann Aduk Ihnen helfen, Ihre Geschäftsziele zu erreichen. LiDAR hat ein immenses Geschäftspotenzial, also stellen Sie sicher, dass Sie auf dieser Welle reiten. Mit Aduk-Experten, die Sie durch den gesamten Softwareentwicklungsprozess führen, haben Sie eine hohe Chance auf Erfolg.