O sistema LiDAR (Light Detection And Ranging), ou detecção e alcance de luz, é um método de sensoriamento remoto usado para medir a distância exata de um objeto na superfície da Terra.
Embora tenha sido usado pela primeira vez na década de 1960, quando os scanners a laser foram montados em aviões, o LiDAR não obteve a popularidade que merecia.
Foi apenas durante a década de 1980, logo após a introdução do GPS, que ele se tornou um método popular para calcular medições geoespaciais precisas.
Afinal, agora que seu uso se espalhou por vários campos, vamos saber mais sobre a tecnologia de mapeamento LiDAR e como ela funciona.
Como funciona o Sistema LiDAR?
A princípio, o sistema LiDAR lança uma luz laser em um objeto na superfície da terra e calcula o tempo que leva para retornar à fonte.
Nesse sentido, em um sistema LiDAR típico, um laser aponta para baixo a partir da parte inferior de um avião e dispara até 400.000 pulsos por segundo no solo
Os pulsos são recebidos como retornos únicos, em que toda a luz transmitida é refletida de uma superfície uniforme, como o solo, ou como retornos múltiplos, em que, por exemplo, o pulso atinge uma área florestal e retorna reflexos múltiplos de copas de árvores, galhos, etc.
Dada a velocidade com que a luz viaja (aproximadamente 299.792,4 quilômetros por segundo), o processo de medição da distância exata através do LiDAR é incrivelmente rápido, no entanto, muito técnico.
Como resultado, a fórmula que os analistas usam para chegar à distância precisa do objeto é a seguinte: A distância do objeto = (Velocidade da Luz x Tempo de Voo) / 2
Os sistemas LiDAR têm, normalmente, uma precisão de 15 cm (6 polegadas) em elevação vertical.
Componentes do Sistema LiDAR
Existem três componentes principais de um sistema LiDAR, o transmissor, o receptor e o detector.
- O sensor LiDAR é a parte mais importante do sistema como um todo. Esta parte é o que impulsiona os lasers e recebe os dados de volta para determinar o alcance e a forma de um alvo ou ambiente.
- Também existe um sistema de posicionamento global, ou GPS, que correlaciona os dados LiDAR com as localizações físicas, permitindo que a nuvem de pontos seja altamente precisa.
- A unidade de medição inercial, ou IMU , ajuda a completar os dados correlacionando o movimento linear e angular do sensor. Isso garante que os dados não sejam distorcidos enquanto um carro ou avião se movimenta com o sensor fazendo medições.
Todos esses três sistemas diferentes de coleta e detecção de dados trabalham juntos para criar uma saída de nuvem de pontos altamente precisa pelos sistemas LiDAR.
Como resultado, obtemos um conjunto de dados que podem ser usados para criar mapas (alta resolução) e modelos 3D.
Tipos de sistemas LiDAR
Primordialmente, os sistemas LiDAR são divididos em dois tipos com base em sua funcionalidade: LiDAR aerotransportado e LiDAR terrestre.
LiDAR Aerotransportado
O LiDAR aerotransportado possui dois tipos: LiDAR topológico e LiDAR batimétrico (medições de profundidade de uma determinada massa de água).
O LiDAR aerotransportado utiliza-se de um avião, helicóptero ou drone para a coleta de dados.
O sistema emite luz em direção à superfície do solo, que retorna ao sensor imediatamente logo depois de atingir o objeto, dando uma medida exata de sua distância.
O sistema LiDAR também abrange o uso em satélites. Esses sistemas operam quase que de maneira idêntica que os aerotransportados.
Todavia, os sistemas usados em satélites usam lasers mais poderosos devido à maior distância que o pulso de laser deve percorrer.
LiDAR Terrestre
Os sistemas LiDAR terrestres também têm dois tipos: LiDAR móvel e LiDAR estático.
Ao contrário do aerotransportado, os sistemas LiDAR terrestres se aplicam em veículos ou tripés na superfície da terra para coletar pontos de dados precisos.
São bastante comuns para observação de rodovias, análise de infraestrutura, bem como na coleta de nuvens de pontos de dentro e de fora de edifícios.
Uso dos dados do sistema LiDAR
A princípio, quando você pensa em todos os aplicativos que se beneficiariam de mapas altamente precisos em tempo real, os benefícios potenciais são infinitos.
Desde a capacidade de pilotar um veículo autônomo até a capacidade de estudar uma pista de corrida em um simulador, o LiDAR pode beneficiar muitas indústrias, como por exemplo:
- Mapeamento: as tarefas de levantamento frequentemente requerem sistemas LiDAR para coletar medições tridimensionais. Eles podem criar Modelos Digitais de Superfície (MDS) e Modelos Digitais de Terreno (MDT) de paisagens específicas.
- Arquitetura: os sistemas de digitalização a laser compreende o levantamento do ambiente construído. Isso abrange edifícios, redes rodoviárias e ferrovias.
- Imóveis: usados em ambientes internos, os scanners a laser medem o espaço e criar plantas baixas precisas.
- Construção: A indústria da construção também está usando pesquisas LiDAR cada vez mais. A tecnologia LiDAR rastreia projetos de construção e produz gêmeos digitais para aplicações BIM. Ele também pode ajudar a produzir modelos 3D para o monitoramento condicional de estruturas e modelos de revitalização para arquitetos e engenheiros estruturais.
- Meio ambiente: As usos ambientais do LiDAR são abundantes. A varredura a laser é um método popular para mapear o risco de inundações, os estoques de carbono na silvicultura e monitorar a erosão costeira.
- Automotivo: O LiDAR também está observando níveis crescentes de adoção de aplicativos de automação. Scanners LiDAR menores e de baixo alcance ajudam a navegação em veículos autônomos.
- Viagem espacial: A NASA utiliza os dados LiDAR como a chave para permitir que eles pousem veículos espaciais com segurança.
Principais benefícios do sistema LiDAR
- Resolução e precisão – O LiDAR gera grandes quantidades de medições instantâneas com excelente precisão;
- Mapeamento 3D – Dados facilmente convertidos em mapas 3D para interpretar o ambiente;
- Desempenho em baixa luminosidade – não se afeta por variações de luz ambiente e tem um bom desempenho em condições de baixa luminosidade;
- Velocidade – Os dados LiDAR são medições de distância diretas que permitem um desempenho mais rápido e reduzem a necessidade de processamento.
Aplicações do Sistema LiDAR
Elevação Digital ou Modelo de Terreno
As elevações do terreno desempenham um papel crucial durante a construção de estradas e pontes, bem como, grandes edifícios.
A tecnologia LiDAR têm coordenadas x, y e z , o que torna fácil produzir a representação 3D de elevações para garantir que as partes interessadas possam tirar as conclusões com mais facilidade.
A obtenção do Perfilamento a Laser Aerotransportado através da tecnologia LIDAR, traz eficiência, rapidez e precisão para a aquisição de uma nuvem de pontos com as coordenadas do terreno.
Agricultura e Arqueologia
As aplicações típicas da tecnologia LiDAR no setor agrícola incluem a análise das taxas de rendimento, pesquisa de safra, bem como a dispersão de sementes.
Além disso, serve para o planejamento de incursões, mapeamento sob a copa da floresta e muito mais.
Oceanografia
Conforme as autoridades querem saber a profundidade exata da superfície do oceano para localizar qualquer objeto no caso de um acidente marítimo ou para fins de pesquisa, elas usam a tecnologia LiDAR para cumprir sua missão.
Sob o mesmo ponto de vista, o sistema calcula a fluorescência do fitoplâncton e a biomassa na superfície do oceano, o que de outra forma é muito desafiador.
Além das aplicações mencionadas acima, os geocientistas usam para desenterrar segredos relacionados à geomorfologia, bem como os militares utilizam para realizar operações de segurança perto das fronteiras.
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