O que é LiDAR e como funciona?
LiDAR é uma tecnologia de sensoriamento remoto que usa luz para medir distâncias e propriedades de objetos na superfície da Terra. Tem muitas aplicações em vários campos, como mapeamento, levantamento, navegação e detecção. Neste artigo, vamos explicar o que é LiDAR, como funciona, quais são suas vantagens e desvantagens e alguns exemplos de como é usado na vida real.
Definição e História do LiDAR
LiDAR significa Light Detection and Ranging
LiDAR é um acrônimo que significa Light Detection and Ranging. É um método de determinação de alcances ou distâncias visando um objeto ou uma superfície com um feixe de laser e medindo o tempo que leva para a luz refletida retornar ao receptor. Conhecendo a velocidade da luz, a distância pode ser calculada a partir da diferença de tempo. O termo "LiDAR" às vezes também é escrito como "LIDAR", "lidar" ou "LiDar".
lidar
O LiDAR foi desenvolvido pela primeira vez na década de 1960 como um sistema de alcance baseado em laser
O primeiro sistema do tipo lidar foi introduzido pela Hughes Aircraft Company em 1961, logo após a invenção do laser. Destinava-se ao rastreamento por satélite e era chamado de "Colidar", um acrônimo para "detecção e alcance de luz coerente". A primeira aplicação terrestre prática de um sistema lidar foi o "Colidar Mark II", um grande telêmetro a laser semelhante a um rifle produzido em 1963, que tinha um alcance de 7 milhas (11 km) e uma precisão de 15 pés (4,6 m), para ser usado para direcionamento militar. Desde então, a tecnologia lidar evoluiu e melhorou, tornando-se mais compacta, versátil e poderosa.
Princípios e componentes do LiDAR
LiDAR usa feixes de laser pulsados para medir distâncias e refletância
Um sistema lidar funciona emitindo pulsos de luz laser de uma fonte (transmissor) e detectando a luz refletida por um sensor (receptor). A luz do laser geralmente está no espectro visível ou infravermelho próximo, dependendo da aplicação e do alvo.A distância ao alvo é calculada multiplicando a velocidade da luz pela metade da diferença de tempo entre a emissão e a recepção do pulso. A refletância ou intensidade do sinal retornado também é registrada, o que pode fornecer informações sobre as características da superfície do alvo, como cor, textura ou material.
O LiDAR consiste em um laser, um scanner, um receptor e um GPS
Um sistema lidar típico consiste em quatro componentes principais: um laser, um scanner, um receptor e um GPS. O laser é o dispositivo que gera os pulsos de luz que são enviados ao alvo. O scanner é o mecanismo que direciona o feixe de laser em diferentes direções, criando um padrão de varredura. O receptor é o sensor que coleta a luz refletida e a converte em sinais elétricos. O GPS é o dispositivo que fornece a localização e a orientação do sistema lidar, essenciais para o georreferenciamento dos dados. Dependendo da plataforma e da aplicação, um sistema lidar também pode incluir outros componentes, como uma unidade de medição inercial (IMU), uma unidade de armazenamento de dados, uma unidade de fonte de alimentação ou um computador.
Tipos e Aplicações de LiDAR
O LiDAR pode ser classificado em topográfico e batimétrico com base na superfície do alvo
Uma maneira de classificar os sistemas lidar é baseada no tipo de superfície que eles são projetados para medir: topográfica ou batimétrica. Os sistemas lidar topográficos são usados para medir superfícies terrestres, como terreno, vegetação, edifícios ou infraestrutura. Geralmente utilizam lasers no espectro do infravermelho próximo, que possuem alta refletância e baixa absorção pela água. Os sistemas lidar batimétricos são usados para medir superfícies de água, como oceanos, lagos, rios ou zonas costeiras. Geralmente utilizam lasers no espectro verde, que possuem baixa refletância e alta penetração pela água.
O LiDAR pode ser usado para vários fins, como mapeamento, levantamento, navegação e detecção
A tecnologia Lidar tem muitas aplicações em vários campos e indústrias, como mapeamento, levantamento, navegação e detecção. Alguns exemplos de aplicações lidar são:
Mapeamento: O Lidar pode criar modelos de elevação digital (DEMs) ou modelos de superfície digital (DSMs) de alta resolução de grandes áreas com precisão e detalhes. O Lidar também pode produzir ortofotos ou imagens corrigidas geometricamente para representar distâncias e ângulos reais.
Levantamento: o Lidar pode fornecer medições precisas de distâncias, ângulos, áreas, volumes ou formas de objetos ou recursos no solo. O Lidar também pode monitorar mudanças ou deformações ao longo do tempo.
Navegação: o Lidar pode auxiliar na navegação e posicionamento de veículos ou robôs, fornecendo dados em tempo real sobre obstáculos, terreno ou pontos de referência. O Lidar também pode permitir direção ou voo autônomo ou semi-autônomo, fornecendo orientação e consciência situacional.
Detecção: o Lidar pode detectar e identificar objetos ou alvos de interesse analisando sua forma, tamanho, localização, movimento ou refletância. O Lidar também pode classificar objetos em categorias com base em seus recursos ou atributos.
Vantagens e Desvantagens do LiDAR
Vantagens do LiDAR
LiDAR é rápido, preciso e confiável
A tecnologia Lidar tem várias vantagens sobre outros métodos de sensoriamento remoto, como fotogrametria ou radar. Uma delas é a velocidade: o lidar pode coletar dados a uma taxa muito alta, de até milhões de pontos por segundo. Outro é a precisão: o lidar pode fornecer medições precisas com resolução submétrica e baixas margens de erro. Um terceiro é a confiabilidade: o lidar pode produzir resultados consistentes e repetíveis com o mínimo de intervenção ou interpretação humana.
O LiDAR pode cobrir grandes áreas e penetrar na vegetação
A tecnologia Lidar também pode oferecer vantagens sobre outros métodos terrestres, como levantamento ou trabalho de campo. Uma delas é a cobertura: o lidar pode escanear grandes áreas em um curto espaço de tempo, reduzindo a necessidade de múltiplas visitas ou pesquisas.Outra é a penetração: o lidar pode penetrar na vegetação ou no dossel, revelando o terreno ou estruturas subjacentes que podem estar ocultos ou obscurecidos por plantas ou árvores.
O LiDAR pode operar dia e noite e em quaisquer condições climáticas
A tecnologia Lidar também pode oferecer vantagens sobre outros métodos ópticos, como fotografia ou imagens de satélite. Uma delas é a iluminação: o lidar pode operar de dia e de noite, pois não depende de fontes de luz natural, como o sol ou a lua. Outro é o clima: o lidar pode operar em qualquer condição climática, pois não é afetado por nuvens, neblina, chuva ou neve.
Desvantagens do LiDAR
LiDAR é caro e complexo
A tecnologia Lidar também apresenta algumas desvantagens que podem limitar seu uso ou aplicabilidade. Um deles é o custo: os sistemas lidar são caros para adquirir, operar e manter, exigindo equipamentos, software e pessoal especializados. Outro é a complexidade: os sistemas lidar são complexos de configurar, calibrar e processar, exigindo experiência e conhecimento técnico.
LiDAR pode ser afetado por interferência atmosférica ou oclusão
A tecnologia Lidar também pode enfrentar alguns desafios ou limitações que podem afetar seu desempenho ou qualidade. Um deles é a interferência: os sinais lidar podem ser atenuados, dispersos ou distorcidos por partículas ou moléculas atmosféricas, como poeira, fumaça ou vapor d'água. Outra é a oclusão: os sinais lidar podem ser bloqueados ou refletidos por objetos ou superfícies sólidas, como prédios, paredes ou janelas.
LiDAR pode apresentar problemas de segurança ou privacidade
A tecnologia Lidar também pode levantar algumas preocupações ou problemas que podem afetar sua aceitação ou regulamentação. Um deles é a segurança: os lasers lidar podem representar um risco de danos aos olhos ou ferimentos em humanos ou animais se forem expostos a feixes diretos ou indiretos. Outra é a privacidade: os dados lidar podem revelar informações confidenciais ou pessoais sobre indivíduos ou propriedades que podem estar sujeitas a proteção legal ou ética.
Exemplos de tecnologia LiDAR em ação
Descobrindo cidades perdidas com LiDAR
LiDAR pode revelar características arqueológicas escondidas sob florestas densas
Uma das aplicações mais fascinantes da tecnologia lidar é a descoberta de cidades e civilizações perdidas que foram enterradas sob densa vegetação por séculos. Lidar pode penetrar no dossel da floresta e revelar a forma e o tamanho de estruturas antigas, como templos, palácios, estradas ou paredes. O Lidar também pode fornecer pistas sobre a disposição e organização dos assentamentos, bem como seu contexto ambiental e cultural.
LiDAR ajudou a descobrir civilizações antigas como Angkor Wat e Maya
A tecnologia Lidar foi usada para descobrir alguns dos sítios arqueológicos mais notáveis do mundo, como Angkor Wat no Camboja e Maya na América Central. Angkor Wat é um complexo de templos e monumentos que foi construído entre os séculos IX e XV pelo Império Khmer. Lidar revelou que Angkor Wat fazia parte de uma rede urbana muito maior que cobria mais de 1.000 quilômetros quadrados (386 milhas quadradas) e tinha sistemas sofisticados de gerenciamento de água. Maia é uma civilização que floresceu entre os séculos III e IX no que hoje é o México, Guatemala, Belize, Honduras e El Salvador. Lidar revelou que Maya tinha mais de 60.000 estruturas que formavam cidades extensas com milhões de habitantes.
Digitalização de edifícios com LiDAR
O LiDAR pode criar modelos 3D de edifícios e estruturas para controle de qualidade e preservação
Outra aplicação interessante da tecnologia lidar é a digitalização de edifícios e estruturas para diversos fins, como controle de qualidade, preservação, restauração ou renovação. Lidar pode criar modelos 3-D de edifícios e estruturas com alta precisão e detalhes, capturando a forma, tamanho, cor, textura e material dos elementos de construção. O Lidar também pode detectar defeitos, danos ou rachaduras que possam afetar a integridade estrutural ou o valor estético dos edifícios.A Lidar também pode ajudar a preservar o patrimônio histórico e cultural dos edifícios, documentando sua condição e aparência originais.
LiDAR tem sido usado para escanear monumentos históricos como Notre Dame e Mount Rushmore
A tecnologia Lidar foi usada para digitalizar alguns dos monumentos históricos mais emblemáticos e importantes do mundo, como a Catedral de Notre Dame em Paris e o Monte Rushmore em Dakota do Sul. A Catedral de Notre Dame é uma obra-prima gótica que foi construída entre os séculos 12 e 14 e sofreu um incêndio devastador em 2019. Lidar ajudou a criar um modelo 3D da catedral antes e depois do incêndio, que pode ajudar em sua reconstrução e restauração. O Monte Rushmore é uma escultura colossal que foi esculpida entre 1927 e 1941 e apresenta os rostos de quatro presidentes dos Estados Unidos: George Washington, Thomas Jefferson, Theodore Roosevelt e Abraham Lincoln. Lidar ajudou a criar um modelo 3-D da escultura com precisão submilimétrica, que pode ajudar a monitorar sua erosão e conservação.
Condução com veículos autónomos com LiDAR
O LiDAR pode fornecer dados de alta resolução para detecção e prevenção de obstáculos em carros autônomos
Uma das aplicações mais promissoras e desafiadoras da tecnologia lidar é o desenvolvimento de veículos autônomos ou carros autônomos. O Lidar pode fornecer dados de alta resolução para detecção e desvio de obstáculos em carros autônomos, pois pode detectar a distância, forma, tamanho, velocidade e direção de outros veículos, pedestres, ciclistas, animais ou objetos na estrada. O Lidar também pode fornecer dados para detecção de faixa, reconhecimento de sinal de trânsito, detecção de borda de estrada ou assistência de estacionamento.
O LiDAR foi integrado a vários sistemas de veículos autônomos, como Tesla e Waymo
A tecnologia Lidar foi integrada em vários sistemas de veículos autônomos desenvolvidos por diferentes empresas, como Tesla e Waymo.A Tesla é uma fabricante líder de veículos elétricos que introduziu um recurso chamado "piloto automático", que permite que o carro dirija, acelere, freie, mude de faixa ou estacione automaticamente. A Tesla usa uma combinação de câmeras, radares, sensores ultrassônicos e redes neurais para obter essa funcionalidade, mas não usa lidar. A Tesla afirma que o lidar é desnecessário e caro para a direção autônoma. Waymo é uma subsidiária do Google que desenvolveu um carro totalmente autônomo chamado "Waymo One", que pode operar sem intervenção humana. Waymo usa uma combinação de câmeras, radar, lidar, GPS, IMU e aprendizado de máquina para obter essa funcionalidade. A Waymo afirma que lidar é essencial e superior para direção autônoma.
Conclusão
Lidar é uma tecnologia de sensoriamento remoto que usa luz para medir distâncias e propriedades de objetos na superfície da Terra. Tem muitas vantagens sobre outros métodos, como velocidade, precisão, confiabilidade, cobertura, penetração e iluminação. Ele também tem algumas desvantagens, como custo, complexidade, interferência, oclusão e questões de segurança ou privacidade. O Lidar tem muitas aplicações em vários campos e indústrias, como mapeamento, levantamento, navegação e detecção. Lidar também ajudou a descobrir cidades perdidas, escanear monumentos históricos e dirigir veículos autônomos. Lidar é uma tecnologia fascinante e poderosa que revolucionou a forma como vemos e entendemos o mundo.
perguntas frequentes
Qual é a diferença entre LiDAR e RADAR?
Lidar e radar são tecnologias de sensoriamento remoto que usam ondas eletromagnéticas para medir distâncias e propriedades de objetos. A principal diferença entre eles é o tipo de onda que usam: o lidar usa ondas de luz (geralmente no espectro visível ou infravermelho próximo), enquanto o radar usa ondas de rádio (geralmente no espectro de micro-ondas). Essa diferença afeta seu desempenho e adequação para diferentes aplicações.Por exemplo, o lidar pode fornecer maior resolução e precisão do que o radar, mas o radar pode penetrar nuvens e neblina melhor do que o lidar.
Quanto custa um sistema LiDAR?
O custo de um sistema lidar depende de vários fatores como tipo, qualidade e quantidade dos componentes, plataforma e aplicação, mercado e demanda. Uma estimativa geral é que um sistema lidar pode custar de dezenas de milhares a milhões de dólares. Por exemplo, um sistema lidar para um drone ou dispositivo portátil pode custar cerca de US$ 10.000 a US$ 50.000, enquanto um sistema lidar para um avião ou helicóptero pode custar cerca de US$ 500.000 a US$ 2 milhões. Um sistema lidar para um veículo autônomo pode custar cerca de US$ 1.000 a US$ 100.000.
Quão precisos são os dados LiDAR?
A precisão dos dados do lidar depende de vários fatores, como qualidade e calibração do sistema lidar, distância e ângulo do alvo, refletância e rugosidade da superfície, condições atmosféricas e interferência e métodos de processamento e análise. Uma estimativa geral é que os dados lidar podem ter uma precisão de nível de submetro a centímetro. Por exemplo, um sistema lidar para mapeamento ou levantamento pode ter uma precisão de 15 cm a 30 cm horizontalmente e 10 cm a 25 cm verticalmente, enquanto um sistema lidar para detecção ou prevenção de obstáculos pode ter uma precisão de 5 cm a 10 cm.
Quais são alguns desafios ou limitações da tecnologia LiDAR?
Alguns dos desafios ou limitações da tecnologia lidar são:
Custo: os sistemas Lidar são caros para adquirir, operar e manter, o que pode limitar sua disponibilidade e acessibilidade.
Complexidade: Os sistemas Lidar são complexos para configurar, calibrar e processar, o que pode exigir experiência e conhecimento técnico.
Interferência: Os sinais do Lidar podem ser atenuados, dispersos ou distorcidos por partículas ou moléculas atmosféricas, como poeira, fumaça ou vapor d'água.
Oclusão: Os sinais do Lidar podem ser bloqueados ou refletidos por objetos ou superfícies sólidas, como prédios, paredes ou janelas.
Segurança: Os lasers Lidar podem representar um risco de danos aos olhos ou ferimentos em humanos ou animais se forem expostos a feixes diretos ou indiretos.
Privacidade: os dados da Lidar podem revelar informações confidenciais ou pessoais sobre indivíduos ou propriedades que podem estar sujeitas a proteção legal ou ética.
Quais são algumas tendências ou desenvolvimentos futuros da tecnologia LiDAR?
Algumas das futuras tendências ou desenvolvimentos da tecnologia lidar são:
Acessibilidade: os sistemas Lidar se tornarão mais baratos e acessíveis à medida que a tecnologia avança e o mercado cresce.
Simplicidade: Os sistemas Lidar se tornarão mais simples e fáceis de usar à medida que o software melhorar e a automação aumentar.
Eficiência: Os sistemas Lidar se tornarão mais eficientes e eficazes à medida que a qualidade dos dados melhorar e os métodos de análise evoluírem.
Diversidade: Os sistemas Lidar se tornarão mais diversificados e adaptáveis à medida que os aplicativos se expandem e as plataformas variam.
Segurança: Os sistemas Lidar se tornarão mais seguros e protegidos à medida que os regulamentos forem aplicados e os padrões forem cumpridos.
Privacidade: os sistemas Lidar se tornarão mais privados e respeitosos à medida que as políticas protegem e o guia de ética.
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