LiDAR: Διαφορά μεταξύ των αναθεωρήσεων
| Γραμμή 6: | Γραμμή 6: | ||
==Αρχή Λειτουργίας== | ==Αρχή Λειτουργίας== | ||
[[File:Yellowscan_LIDAR_on_OnyxStar_FOX-C8_HD.jpg|thumb|220px|Σάρωση Lidar με UAV τετρακόπτερο]] | |||
Το LiDAR λειτουργεί εκπέμποντας παλμούς λέιζερ προς ένα αντικείμενο και μετρά τον χρόνο επιστροφής του φωτός, διαδικασία γνωστή ως time-of-flight, η οποία επιτρέπει την ακριβή εκτίμηση της θέσης και της γεωμετρίας των στόχων στο [[περιβάλλον]]<ref>Li et al. 2024, 5.</ref>. Η απόσταση υπολογίζεται με τον τύπο d = (c * t)/2, όπου c είναι η ταχύτητα του φωτός και t ο χρόνος που απαιτείται για να ταξιδέψει ο παλμός από τον πομπό στο αντικείμενο και πίσω, εξασφαλίζοντας μετρήσεις υψηλής ακρίβειας ακόμα και σε μεταβαλλόμενες περιβαλλοντικές συνθήκες<ref>Wang and Fang 2020, 2.</ref>. | Το LiDAR λειτουργεί εκπέμποντας παλμούς λέιζερ προς ένα αντικείμενο και μετρά τον χρόνο επιστροφής του φωτός, διαδικασία γνωστή ως time-of-flight, η οποία επιτρέπει την ακριβή εκτίμηση της θέσης και της γεωμετρίας των στόχων στο [[περιβάλλον]]<ref>Li et al. 2024, 5.</ref>. Η απόσταση υπολογίζεται με τον τύπο d = (c * t)/2, όπου c είναι η ταχύτητα του φωτός και t ο χρόνος που απαιτείται για να ταξιδέψει ο παλμός από τον πομπό στο αντικείμενο και πίσω, εξασφαλίζοντας μετρήσεις υψηλής ακρίβειας ακόμα και σε μεταβαλλόμενες περιβαλλοντικές συνθήκες<ref>Wang and Fang 2020, 2.</ref>. | ||
Αναθεώρηση της 11:20, 15 Νοεμβρίου 2025
Η τεχνολογία LiDAR, γνωστή ως Light Detection and Ranging, αποτελεί μια επαναστατική μέθοδο ενεργητικής τηλεπισκόπησης που χρησιμοποιεί παλμούς λέιζερ για να μετράει αποστάσεις και να δημιουργεί λεπτομερή τρισδιάστατα μοντέλα του περιβάλλοντος[1]. Αυτή η τεχνολογία έχει γίνει απαραίτητη σε πολλούς τομείς, από την αυτοκινούμενη πλοήγηση και τη γεωργία μέχρι την περιβαλλοντική παρατήρηση και την αρχαιολογία. Η σημασία του LiDAR έγκειται στην ικανότητά του να παρέχει υψηλής ακρίβειας δεδομένα σε πραγματικό χρόνο, κάτι που το καθιστά ανώτερο από άλλες μεθόδους όπως το radar σε ορισμένες εφαρμογές[2]. Ωστόσο, η εξάρτησή του από οπτικές συνθήκες μπορεί να αποτελεί πρόκληση, ιδιαίτερα σε πυκνά δάση ή κακές καιρικές συνθήκες[3]. Η εξέλιξη του LiDAR συνδέεται στενά με προόδους σε υλικό και λογισμικό, επιτρέποντας πιο ακριβείς αναλύσεις δομών όπως δέντρα και καλλιέργειες[4].
Ιστορία του LiDAR
Η ανάπτυξη του LiDAR ξεκίνησε τη δεκαετία του 1960, όταν η NASA και ο αμερικανικός στρατός πειραματίστηκαν με λέιζερ για μέτρηση υψομέτρων[5]. Το πρώτο εμπορικό σύστημα LiDAR χρησιμοποιήθηκε για τοπογραφικές χαρτογραφήσεις τη δεκαετία του 1970. Κατά τη δεκαετία του 1990, η πρόοδος στην τεχνολογία λέιζερ επέτρεψε την ευρύτερη υιοθέτηση σε πολιτικές εφαρμογές, όπως η αρχαιολογία και η δασοκομία[6]. Σήμερα, το LiDAR έχει ενσωματωθεί σε drones και οχήματα, χάρη σε εταιρείες όπως η Velodyne και η Waymo[7]. Η εξέλιξη αυτή οφείλεται σε βελτιώσεις στην ταχύτητα επεξεργασίας και τη μείωση του κόστους. Στα δάση, η υιοθέτηση του terrestrial LiDAR (TLS)[8] αυξήθηκε από το 2010, με φθηνότερα όργανα και ταχύτερους ρυθμούς σάρωσης[9]. Στα γεωργικά πεδία, το LiDAR εφαρμόστηκε από τις αρχές του 2000 για εκτίμηση LAI (Leaf Area Index)[10], λύνοντας προβλήματα κορεσμού σε οπτικές μεθόδους[11]. Πρόσφατες προόδοι περιλαμβάνουν το solid-state LiDAR[12] χωρίς μηχανικά μέρη, από το 1972 μέχρι σήμερα[13].
Αρχή Λειτουργίας
Το LiDAR λειτουργεί εκπέμποντας παλμούς λέιζερ προς ένα αντικείμενο και μετρά τον χρόνο επιστροφής του φωτός, διαδικασία γνωστή ως time-of-flight, η οποία επιτρέπει την ακριβή εκτίμηση της θέσης και της γεωμετρίας των στόχων στο περιβάλλον[14]. Η απόσταση υπολογίζεται με τον τύπο d = (c * t)/2, όπου c είναι η ταχύτητα του φωτός και t ο χρόνος που απαιτείται για να ταξιδέψει ο παλμός από τον πομπό στο αντικείμενο και πίσω, εξασφαλίζοντας μετρήσεις υψηλής ακρίβειας ακόμα και σε μεταβαλλόμενες περιβαλλοντικές συνθήκες[15].
Υπάρχουν διαφορετικοί τύποι LiDAR, ανάλογα με τον τρόπο καταγραφής των επιστροφών: τα συστήματα discrete return[16], τα οποία συλλέγουν μεμονωμένες επιστροφές και παράγουν νέφη σημείων (point clouds)· τα full waveform[17], τα οποία αποθηκεύουν ολόκληρο το σήμα επιστροφής και επιτρέπουν λεπτομερή ανάλυση της κατακόρυφης δομής ενός στόχου (π.χ. βλάστησης)· και τα photon-counting συστήματα, που χρησιμοποιούν μεθόδους ανίχνευσης μονήρων φωτονίων για μεγάλη εμβέλεια και πολύ υψηλή ευαισθησία[18].
Αντίστοιχα, οι πλατφόρμες LiDAR κατηγοριοποιούνται με βάση τη θέση και το ύψος λειτουργίας τους: το TLS (Terrestrial Laser Scanning), το οποίο λειτουργεί από το έδαφος και επιτυγχάνει ακρίβειες της τάξης των 1–5 cm· το ALS (Airborne Laser Scanning), το οποίο φέρεται συνήθως από αεροσκάφη ή UAV και παρέχει δεδομένα μέσης ανάλυσης με τυπικές τιμές 0.1–3 m· και το SLS (Spaceborne Laser Scanning), που βρίσκεται σε δορυφορικές πλατφόρμες και καλύπτει μεγάλες εκτάσεις με ανάλυση περίπου 12–70 m[19].
Ένα πλήρες σύστημα LiDAR αποτελείται από πομπό λέιζερ —συχνά σε μήκη κύματος όπως 905 nm ή 1550 nm για βέλτιστη απόδοση και ασφάλεια οφθαλμού— δέκτη όπως APD (Avalanche Photodiode) ή SPAD (Single-Photon Avalanche Diode), και μονάδα επεξεργασίας δεδομένων για την εξαγωγή των χωρικών πληροφοριών από τα σήματα επιστροφής[20]. Σε επίπεδο ροής εργασίας, η προεπεξεργασία περιλαμβάνει βήματα όπως εγγραφή πολλών σαρώσεων (registration), αφαίρεση θορύβου, φιλτράρισμα του εδάφους και διαχωρισμό βλάστησης–μη βλάστησης, που είναι απαραίτητα για την παραγωγή καθαρών και αξιόπιστων νεφών σημείων[21].
Στα δασικά οικοσυστήματα, η τεχνολογία LiDAR υποστηρίζει προηγμένες μεθόδους ανάλυσης, όπως τα quantitative structure models (QSMs), τα οποία επιτρέπουν την τρισδιάστατη ανακατασκευή της δομής των δέντρων, τη μέτρηση όγκου κορμού και κλαδιών, καθώς και την εκτίμηση βιομάζας με υψηλή ακρίβεια[22]. Στον τομέα των ITS (Intelligent Transportation Systems), συστήματα όπως το LiGuard αξιοποιούν βιβλιοθήκες όπως το Open3D για αποτελεσματική επεξεργασία νεφών σημείων (point clouds), υποστηρίζοντας λειτουργίες όπως ανίχνευση εμποδίων, ταξινόμηση αντικειμένων και βελτιστοποίηση αντιληπτικών συστημάτων σε αυτόνομες μεταφορές[23].
Παραπομπές σημειώσεις
- ↑ Li et al. 2024, 1.
- ↑ Wang and Fang 2020, 2.
- ↑ Maeda et al. 2025, 9.
- ↑ Shahbaz and Agarwal 2024, 1.
- ↑ Li et al. 2024, 2.
- ↑ Wang and Fang 2020, 5.
- ↑ Li et al. 2024, 6.
- ↑ Το Terrestrial LiDAR Scanning (TLS) ή επίγειο LiDAR είναι μια τεχνολογία αποτύπωσης που χρησιμοποιεί λέιζερ για να μετρήσει με εξαιρετική ακρίβεια τις αποστάσεις από έναν επίγειο σαρωτή προς τα αντικείμενα του περιβάλλοντος. Το αποτέλεσμα είναι ένα τρισδιάστατο νέφος σημείων (point cloud), το οποίο αναπαριστά με λεπτομέρεια την επιφάνεια κτιρίων, εδαφών, βλάστησης, υποδομών κ.ά.
- ↑ Maeda et al. 2025, 1.
- ↑ Το LAI (Leaf Area Index), ή Δείκτης Επιφάνειας Φύλλων, είναι ένα βασικό βιοφυσικό μέγεθος που χρησιμοποιείται στην οικολογία, τη γεωπονία και τη δασολογία για να περιγράψει την ποσότητα φυλλικής επιφάνειας σε ένα οικοσύστημα.
- ↑ Wang and Fang 2020, 1.
- ↑ Το solid-state LiDAR είναι μια κατηγορία LiDAR που δεν διαθέτει κινούμενα μηχανικά μέρη για τη σάρωση του χώρου. Αντί για περιστρεφόμενους καθρέφτες ή μηχανισμούς σάρωσης, χρησιμοποιεί σταθερά ηλεκτρονικά και οπτικά στοιχεία (π.χ. φωτοδιόδους, φάσματα λέιζερ, οπτικές φάσεις) για τη δημιουργία της δέσμης και τη λήψη μέτρησης απόστασης. Είναι μια τεχνολογία που έχει αναπτυχθεί κυρίως για αυτοκίνητα, UAVs και ρομποτική, επειδή προσφέρει υψηλή αντοχή, χαμηλό κόστος και μικρό μέγεθος.
- ↑ Li et al. 2024, 13
- ↑ Li et al. 2024, 5.
- ↑ Wang and Fang 2020, 2.
- ↑ Τα συστήματα discrete return LiDAR είναι τύπος αισθητήρων LiDAR που καταγράφουν συγκεκριμένες, διακριτές επιστροφές του παλμού λέιζερ από τα αντικείμενα στο περιβάλλον.
- ↑ Το full waveform LiDAR είναι τύπος LiDAR που καταγράφει ολόκληρο το ανακλώμενο σήμα (waveform) του παλμού λέιζερ, αντί να αποθηκεύει μόνο μεμονωμένες, διακριτές επιστροφές όπως κάνει το discrete return.
- ↑ Wang and Fang 2020, 3
- ↑ Wang and Fang 2020, 3.
- ↑ Li et al. 2024, 5.
- ↑ Wang and Fang 2020, 6
- ↑ Maeda et al. 2025, 3
- ↑ Shahbaz and Agarwal 2024, 4.
