Lidars

Lidars, arī LIDAR ( — "Atrašana un attāluma noteikšana ar gaismu") un aerolāzerskenēšana ir tālizpētes tehnoloģija informācijas iegūšanai un apstrādei par attālinātiem objektiem, izmantojot aktīvās optiskās sistēmas, kas izmanto gaismas absorbcijas un izkliedes parādības optiski caurspīdīgā telpā. Parasti tie ir lāzeri, tomēr īsās distancēs gaismas avoti var būt arī citi.

Lidars sastāv no pulsējoša gaismas avota (parasti lāzera), skanera un specializēta GPS uztvērēja. Parasti lidars zinātnē tiek pielietots no lidaparātiem topogrāfiskiem un batimetriskiem (dziļuma) mērījumiem. Topogrāfiskie lidari darbojas ar gaismu, kas tuva infrasarkanajai, kamēr batimetriskie lieto zaļo gaismu, kas visdziļāk iespiežas ūdenī.

Bieži sastopamais lidara tulkojums kā "lāzerradars" nav pilnīgi pareizs, jo maza darbības diapazona sistēmās (piemēram, paredzētās lietošanai iekštelpās) lāzera galvenās īpašības: koherence, mazā izkliede un momentānā starojuma jauda nav tik būtiskas; gaismas izstarotāji šādās sistēmās var būt parastās gaismas diodes. Tomēr galvenajās šīs tehnoloģijas praktiskās izmantošanas jomās (meteoroloģija, ģeodēzija un kartogrāfija) ar diapazonu no simtiem metru līdz simtiem kilometru tiek izmantoti tikai lāzeri.

Vēsture 

Saīsinājums LIDAR pirmo reizi parādījās Kanādā Midltona un Spilhausa 1953. gada darbā "Meteoroloģiskie instrumenti" vēl pirms lāzeru izgudrošanas. Pirmajos lidaros kā gaismas avoti tika izmantotas zibspuldzes vai parastās spuldzes ar ātrgaitas slēģiem, kuri veidoja īsu impulsu. Pirmo mūsdienām līdzīgo sistēmu 1961. gadā izveidoja "Hughes Aircraft" attālumu noteikšanai, nosaucot to par "Colidar" (). Lidara vārds angļu valodā tika akceptēts 1963. gadā.

Galvenie lidaru veidi 

 Skenējošie lidari mašīnredzes sistēmās veido divdimensiju vai trīsdimensiju apkārtējās telpas attēlu.
 "Atmosfēras" lidari spēj ne tikai noteikt attālumu līdz necaurspīdīgiem atstarojošiem mērķiem, bet arī analizēt caurspīdīgas vides īpašības, kas izkliedē un absorbē gaismu.
 Īpaši atmosfēras lidari ir Doplera lidari, kas nosaka gaisa plūsmu kustības virzienu un ātrumu dažādos atmosfēras slāņos.

Darbības veids 

Lidars raida gaismas impulsu mērķa virzienā, kurš atstarojas no tā un daļēji atgriežas. Atstarotā impulsa daļa ir mainījusies atkarībā no mērķa īpašībām un tiek uztverta analīzei. Laiks, kuru stars patērējis ceļā līdz mērķim un atpakaļ, norāda attālumu līdz tam.

Skenēšanas rezultātā tiek iegūts punktu mākonis, kur katram punktam piemīt konkrētas telpiskās koordinātas. Šo punktu mākoni apstrādājot, tiek iegūts digitāls reljefa un virsmas modelis un tiek noteiktas kontūras, zemes lietojuma struktūra, kā arī attēli, kurus var izmantot kā kartes. Tai skaitā, ar speciālu programmatūru apstrādājot lidara datus, var iegūt  pilsētu 3D modeļus, kas tiek pielietoti pilsētu plānošanā.

Apsekošanas lidmašīna parasti izmēra no 20 līdz 100 tūkstošiem punktu sekundē. Skenētās zonas platumu nosaka nepieciešamība izvairīties no šķēršļiem, kas aizsedz zemes virsmu. Datu punktu atrašanās vieta tiek aprēķināta, izmantojot GPS, lai modelēšanai un analīzei ģenerētu trīsdimensiju koordinātas. Testi ainavās, kas bagātas ar arheoloģiskām iezīmēm, rāda, ka lidara datu izmantošana var atklāt iepriekš neatzītas zemas reljefas pazīmes. Pastāv arī sarežģīti modelēšanas komplekti, lai attīrītu datus no koku seguma, atklājot zem lapotnes esošo zemes virsmu. Arheoloģijā, sākot no 2010. gadiem, šī tehnoloģija sniegusi svarīgus atklājumus.<ref>[https://www.theguardian.com/science/2018/feb/15/laser-scanning-reveals-lost-ancient-mexican-city-had-as-many-buildings-as-manhattan Davis, Nicola (February 15, 2018). "Laser scanning reveals 'lost' ancient Mexican city 'had as many buildings as Manhattan'''"]. www.theguardian.com</ref> Skanēšana var tikt veikta arī no kosmiskiem aparātiem gan Zemes, gan citu planētu orbītās.

 Praktiskā pielietojuma nozares 

 Atmosfēras izpēte
 Mākoņu augstuma noteikšana
 Gaisa caurspīdīguma noteikšana
 Gaisa plūsmu ātruma un virziena noteikšana
 Dažādu gāzu daudzuma noteikšana gaisā
 Temperatūras mērījumi
 Ugunsgrēku agrā brīdināšana
 Zemes virsmas izpēte
 Ģeodēzija, topogrāfija un arheoloģija
 Mežu stāvokļa novērošana
 Celtniecība un izrakteņu ieguve
 Pazemes slāņu izpēte (bieži kopā ar seismiskajiem instrumentiem)
 Ēku un to celtniecības laukumu apmērīšana, celtņu vertikāluma kontrole
 3D arhitektūras modeļu izveide to estētiskās atbilstības pārbaudei
 Zemūdens izpēte
 Ūdenstilpju dziļumu mērīšana
 Zivju baru atrašana
 Cilvēku glābšana jūrā
 Atmīnēšana
 Zemūdens redzes sistēmas aparātiem un nirējiem
 Transports
 Transportlīdzekļu ātruma noteikšana
 Bezpilota transportlīdzekļu darbība
 Orbitālo kuģu saslēgšanās vadība
 Rūpnieciskā ražošana
 Robotu redze

 Latvijas aerolāzerskenēšana 

2013. gadā tika uzsākta Latvijas pilnīga skenēšana, kuru veica Polijas uzņēmums MGGP Aero un Francijas uzņēmums Geofit Expert''. 2019. gadā darbs tika pabeigts. Izvirzītās precizitātes prasības bija līdz 12 cm vertikālajā un 36 cm horizontālajā virzienā, salīdzinot ar esošajiem Valsts ģeodēziskā tīkla datiem. Skenēšanas dati pieejami bez maksas. Starp citiem šī darba rezultātiem, izpētot datus, Latvijā tika atklāti agrāk nezināmi pilskalni.

Atsauces

Ārējās saites 

Ģeodēzija
Mērinstrumenti