LiDAR

Η τεχνολογία LiDAR (Light Detection and Ranging) αποτελεί μία από τις πιο καινοτόμες μεθόδους αποτύπωσης τρισδιάστατων δεδομένων του φυσικού και δομημένου περιβάλλοντος. Η αρχή λειτουργίας της βασίζεται στη μέτρηση του χρόνου που χρειάζεται ένας παλμός λέιζερ για να ταξιδέψει από τον αισθητήρα στο αντικείμενο και να επιστρέψει, επιτρέποντας τον ακριβή υπολογισμό αποστάσεων και τη δημιουργία ψηφιακών μοντέλωνWehr & Lohr, 1999.). Το LiDAR διαφοροποιείται από άλλες τεχνικές τηλεπισκόπησης, όπως η παθητική φωτογραμμετρία, διότι παρέχει υψηλή χωρική και κατακόρυφη ακρίβεια ανεξάρτητα από τις συνθήκες φωτισμού.

Τεχνική περιγραφή
Αρχή λειτουργίας
Η λειτουργία του LiDAR βασίζεται σε τρεις βασικές παραμέτρους: την εκπομπή φωτεινού παλμού, τη μέτρηση του χρόνου επιστροφής (time-of-flight) και την κατεύθυνση εκπομπήςShan & Toth, 2018.. Ο αισθητήρας καταγράφει την απόσταση κάθε σημείου στην επιφάνεια και δημιουργεί ένα νέφος σημείων (point cloud), που μπορεί να μετασχηματιστεί σε τρισδιάστατο μοντέλο.

Τύποι LiDAR
Υπάρχουν δύο κύριες κατηγορίες:
Αερομεταφερόμενα συστήματα (Airborne LiDAR): Χρησιμοποιούνται για ευρεία χαρτογράφηση περιοχών, δασικών εκτάσεων και αστικών περιοχών. Παρέχουν υψηλή ανάλυση, αλλά απαιτούν μεγαλύτερο προϋπολογισμό και επεξεργαστική ισχύ.
Επίγειες εφαρμογές (Terrestrial LiDAR):  Χρησιμοποιούνται για μελέτες κτηρίων, αρχαιολογικών χώρων και γεωτεχνικών έργων, παρέχοντας εξαιρετική λεπτομέρεια σε μικρότερες κλίμακεςVosselman & Maas, 2010..
Επεξεργασία Δεδομένων: 
Τα δεδομένα LiDAR απαιτούν σύνθετη επεξεργασία, η οποία περιλαμβάνει φιλτράρισμα θορύβου, ταξινόμηση ανά τύπο επιφάνειας (έδαφος, δέντρα, κτήρια) και δημιουργία ψηφιακών μοντέλων εδάφους και επιφανειών. Η ανάπτυξη αλγορίθμων για μηχανική μάθηση και τεχνητή νοημοσύνη έχει βελτιώσει σημαντικά την αυτοματοποιημένη ανάλυσηZhang et al., 2021.).

Εφαρμογές
Περιβάλλον και δασολογία
Το LiDAR επιτρέπει την ακριβή μέτρηση ύψους δέντρων, πυκνότητας φυλλώματος και δομής της βλάστησης, υποστηρίζοντας τη διαχείριση φυσικών πόρων και τη μελέτη επιπτώσεων της κλιματικής αλλαγής (Andersen et al., 2006). Επιπλέον, χρησιμοποιείται στην εκτίμηση βιομάζας και στην παρακολούθηση αποψίλωσης.

Γεωλογία και διαχείριση κινδύνων
Η χαρτογράφηση εδαφικών μορφολογιών με LiDAR διευκολύνει την πρόβλεψη φυσικών κινδύνων όπως πλημμύρες, κατολισθήσεις και ηφαιστειακές δραστηριότητες. Η υψηλή ακρίβεια των δεδομένων επιτρέπει τη δημιουργία μοντέλων ροής νερού και ανάλυσης επικινδυνότητας.

Αρχαιολογία και πολιτιστική κληρονομιά
Η τεχνολογία έχει αποδειχθεί καθοριστική στην ανακάλυψη κρυφών ή δυσπρόσιτων αρχαιολογικών χώρων, καταγράφοντας με λεπτομέρεια ερείπια, δρόμους και τεχνητά αναχώματα που δεν είναι ορατά από το έδαφος.

Αστικές εφαρμογές και αυτόνομα συστήματα
Στον αστικό χώρο, το LiDAR χρησιμοποιείται για ψηφιακές πόλεις, μοντελοποίηση κτηρίων, ανάλυση κυκλοφορίας και υποδομών. Επιπλέον, η ενσωμάτωσή του σε αυτόνομα οχήματα και drones επιτρέπει ασφαλή πλοήγηση και αναγνώριση εμποδίων.

Προκλήσεις και μελλοντικές κατευθύνσεις
Παρά την πρόοδό του, το LiDAR αντιμετωπίζει προκλήσεις όπως:

Μεγάλος όγκος δεδομένων και ανάγκη επεξεργαστικής ισχύος.
Υψηλό κόστος εξοπλισμού και συντήρησης.
Επεξεργασία δεδομένων σε πραγματικό χρόνο για εφαρμογές όπως αυτόνομα οχήματα.

Οι μελλοντικές έρευνες επικεντρώνονται στην ενσωμάτωση LiDAR με άλλες τεχνολογίες αισθητήρων, στην εφαρμογή αλγορίθμων τεχνητής νοημοσύνης και στη μείωση κόστους μέσω 
μικροαισθητήρων και συστημάτων χαμηλής ισχύος.

Εφαρμογή στην Ελλάδα
Η τεχνική LIDAR εφαρμόσθηκε για πρώτη φορά στην Ελλάδα το 1993 στο Εργαστήριο Φυσικής της Ατμόσφαιρας του Αριστοτέλειου Πανεπιστήμιου Θεσσαλονίκης και αργότερα, το 1999 στο Εργαστήριο Ανάπτυξης Λέιζερ και Εφαρμογές τους του Εθνικού Μετσόβιου Πολυτεχνείου . Η τεχνική LiDAR στην Ελλάδα χρησιμοποιείται για τη μέτρηση της κατακόρυφης κατανομής των οπτικών ιδιοτήτων των αερολυμάτων, του όζοντος, αλλά και των υδρατμών, των νεφών και της θερμοκρασίας της τροπόσφαιρας. Επιπλέον, χρησιμοποιείται για τη μελέτη της δομής και της χωρο-χρονικής μεταβολής του Ατμοσφαιρικού Οριακού Στρώματος (ΑΟΣ) και την ανίχνευση της εισροής αερολυμάτων (σωματίδια ερημικής σκόνης, καύσης βιομάζας, ηφαιστειακής τέφρας, κ.λπ.) στον ελληνικό εναέριο χώρο από το έδαφος έως ύψος 15.000-20.000 μέτρων, πάνω από τη μέση στάθμη της θάλασσας.

Παραπομπές

Βιβλιογραφία
Andersen, H. E., Reutebuch, S. E., & Schreuder, G. F. (2006). Automated individual tree measurement through morphological analysis of a LIDAR-based canopy surface model. Photogrammetric Engineering & Remote Sensing, 68(11), 1271–1279. DOI: 10.14358/PERS.68.11.1271
Shan, J., & Toth, C. K. (Eds.). (2018). Topographic Laser Ranging and Scanning: Principles and Processing (2nd ed.). CRC Press. ISBN 9781498772270
Vosselman, G., & Maas, H. G. (Eds.). (2010). Airborne and Terrestrial Laser Scanning. CRC Press. ISBN 9781420051438
Wehr, A., & Lohr, U. (1999). Airborne laser scanning—an introduction and overview. ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing, 54(2-3), 68–82. DOI: 10.1016/S0924-2716(99)00011-8
Zhang, J., Lin, X., & Ning, X. (2021). Review of LIDAR remote sensing research in forest ecosystem structure and biodiversity. Remote Sensing, 13(3), 1–24. DOI: 10.3390/rs13030508

 Εξωτερικοί σύνδεσμοι 


Κατηγορία:Μετεωρολογικά όργανα
Κατηγορία:Γεωφυσική
Κατηγορία:Ατμόσφαιρα
Κατηγορία:Μηχανική όραση