LIDAR テクノロジーとは何かについてのガイド!

LIDAR、過去 4 ～ 5 日間、ニュースでこの技術について耳にするようになったのは、Google と急成長中のタクシー サービスである Uber という 2 つの有名な企業が IT の巨人であるという理由だけでそれをめぐって争っているからです。さて、私はこの確執の詳細、または会社のいずれかを擁護するようなもの、またはどの会社がこれを発明したか特許を取得したか、この確執がどのように始まったかなどについては触れません。

しかし、このブログでは、LIDAR テクノロジの基礎と、このテクノロジの現在のアプリケーションに関するいくつかの事実を紹介します。

LIDAR テクノロジーとは

LIDAR は Light Detection and Ranging の略で、パルス レーザーの形で光を使用して地球までの範囲 (可変距離) を測定するリモート センシング方式です。これらの光パルスは、空中システムによって記録された他のデータと組み合わされて、ターゲット オブジェクトの形状とその表面特性に関する正確な 3 次元情報を生成します。

LIDAR システムを使用すると、科学者やマッピングの専門家は、自然環境と人工環境の両方を正確、正確、かつ柔軟に調べることができます。 NOAA の科学者は LIDAR を使用して、より正確な海岸線マップを作成し、地理情報システムで使用するデジタル標高モデルを作成し、緊急対応操作を支援し、その他多くの用途に使用しています。

LIDAR の種類

空中 LIDAR:

空中 LIDAR では、システムは固定翼航空機またはヘリコプターに設置されます。赤外線レーザー光は地面に向かって放射され、移動中の空中 LIDAR センサーに戻されます。空中センサーには次の 2 種類があります。

1. 地形 – 地形 LIDAR は通常、近赤外線レーザーを使用して土地をマッピングします。
2. 水深測量 – 水深 LIDAR は、水を透過する緑色の光を使用して、海底と川床の標高も測定します。

地上 LIDAR:

地上 LIDAR は、非常に高密度で高精度のポイントを収集するため、オブジェクトを正確に識別できます。これらの高密度の点群は、施設の管理、高速道路や鉄道の調査の実施、さらには外部および内部空間の 3D 都市モデルの作成にも使用できます。地上 LIDAR には主に 2 つのタイプがあります。

1. モバイル – モバイル LIDAR は、移動プラットフォームからの LIDAR ポイント クラウドのコレクションです。モバイル LIDAR システムには、移動車両に搭載された任意の数の LIDAR センサーを含めることができます。
2. 静的 – 静的 LIDAR は、静的な場所からの LIDAR 点群のコレクションです。スタティック LIDAR システムは、携帯用のレーザー ベースの測距およびイメージング システムである三脚または固定デバイスに取り付けられます。これらのシステムは、建物の内部だけでなく外部の LIDAR 点群も収集できます。このタイプの LIDAR の一般的な用途は、エンジニアリング、採掘、測量、考古学です。

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仕組み

LIDAR の原理は、送信機からレーザー (パルスまたは連続波) を発射し、反射エネルギーを取得する電子距離測定器 (EMI) に似ています。このレーザーの移動時間を使用して、送信機と反射板の間の距離が決定されます。反射板は、自然物またはプリズムのような人工反射板である可能性があります。

測定値は次の式で簡単に説明できます:

つまり、LIDAR センサーはレーダー技術と同様に機能しますが、電波を使用する代わりに、1 秒あたり 10,000 回もの速さのレーザー光パルスを使用します。光のパルスが放出され、その放出の正確な時間が記録されます。そのパルスの反射が検出され、受信の正確な時間が記録されます。一定の光速度を使用して、遅延を「傾斜距離」距離に変換できます。また、反射面の XYZ 座標は、センサーの位置と向きを基準として計算できます。

以下のリストは、連携して非常に正確で使用可能な結果を​​生成する LIDAR システムのパーツです:

1. レーザー – レーザーは波長によって分類されます。 1550nm の波長を持つレーザーは、目に焦点が合わず、はるかに高い出力レベルで「目に安全」であるため、一般的な代替手段です。これらの波長は、より長い範囲とより低い精度の目的で使用されます。 1550nm 波長のもう 1 つの利点は、暗視ゴーグルの下で見えないため、軍事用途に適していることです。
2. LIDAR センサー – 飛行機が飛行するときに地面を左右にスキャンします。センサーは通常、緑色または近赤外線帯域にあります。
3. Inertial Measurement Units – 飛行機の高度と位置を追跡します。これらの変数は、正確な地形標高値を取得する上で重要です。
4. コンピュータ - システムによるスキャンによって提供されるデータを保存するデータ ストレージおよび管理システムに使用されます。
5. スキャナと光学系 – 画像を現像する速度は、システムにスキャンする速度に影響されます。
6. 光検出器と受信電子機器 - 光検出器は、システムに返される信号を読み取って記録するデバイスです。
7. 高精度の時計 – レーザー パルスがスキャナーから出て戻ってくる時間を記録します。
8. ナビゲーションおよび測位システム – GPS 受信機は、飛行機の高度と位置を追跡するのに役立ちます。これらの変数は、正確な地形標高値を取得する上で重要です。

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ここまでで、LIDAR 技術とは何か、この技術を使用する目的は何か、お分かりいただけたと思います。 Google の自動運転車事業である Waymo は、自動運転車でこの技術を使用して、道路上の障害物をスキャンして検出するのに役立てています。高度なソフトウェア計算により、移動中の車の方向の変化という形で結果が得られます。次に実行します。 Uber について言えば、人々へのサービスを向上させるために、LIDAR 技術が無人タクシーで使用されています。

信号を送信し、反射を受信し、時間差を計算して物体の位置を知ることによって障害物を検出する方法は、テクノロジーの世界ではまったく新しいものではありません。この方法でのレーザー光の使用も新しいものではありません。ここで新しいのは、自動運転車のメカニズムに使用するためのこの技術の使用と開発です。

次のブログでは、この技術が使用されているいくつかの分野と、LIDAR 技術を使用することによって達成される目的をリストします.