Como um conceito, lidar existe há décadas. No entanto, o interesse por esta tecnologia cresceu acentuadamente nos últimos anos, à medida que os sensores se tornam menores e mais complexos, e o escopo dos produtos com tecnologia LIDAR está se expandindo cada vez mais.
A palavra lidar é uma transliteração de LIDAR (Light Detection and Ranging). Trata-se de uma tecnologia de obtenção e processamento de informações sobre objetos distantes por meio de sistemas ópticos ativos que utilizam os fenômenos de reflexão e espalhamento da luz em meios transparentes e semitransparentes. O Lidar como dispositivo é semelhante a um radar, pois sua aplicação é a observação e detecção, mas ao invés de ondas de rádio, como em um radar, ele usa a luz gerada na grande maioria dos casos por um laser. O termo lidar é frequentemente usado como sinônimo de Ladar, que significa detecção e alcance de laser, embora Joe Buck, chefe de pesquisa da Coherent Technologies, parte da divisão de sistemas espaciais da Lockheed Martin, diga que os dois conceitos são diferentes do ponto de vista técnico. “Quando você olha para algo que pode ser considerado um objeto macio, como partículas ou um aerossol no ar, os especialistas tendem a usar lidar ao falar sobre a detecção desses objetos. Quando você olha para objetos sólidos, sólidos como um carro ou uma árvore, você tende a se inclinar para o termo Ladar. " Para mais informações sobre lidar do ponto de vista científico, consulte a seção "Lidar: Como Funciona".
“Lidar tem sido objeto de pesquisas por muitas décadas, desde seu início no início dos anos 1960”, continuou Buck. No entanto, o interesse por ela cresceu notavelmente desde o início deste século, graças, em primeiro lugar, ao progresso tecnológico. Ele usou a renderização de abertura sintética como exemplo. Quanto maior o telescópio, maior a resolução do objeto pode ser obtida. Se você precisa de uma resolução extremamente alta, pode ser necessário um sistema óptico muito maior, o que pode não ser muito prático do ponto de vista prático. A imagem de abertura sintética resolve esse problema usando uma plataforma móvel e processamento de sinal para obter uma abertura real que pode ser muito maior do que a abertura física. Os radares de abertura sintética (SARs) estão em uso há muitas décadas. No entanto, foi apenas no início dos anos 2000 que as demonstrações práticas de imagem óptica de abertura sintética começaram, apesar do fato de que os lasers já eram amplamente usados na época. “Na verdade, levou mais tempo para desenvolver fontes ópticas que tivessem estabilidade suficiente em uma ampla gama de ajustes … O aprimoramento de materiais, fontes de luz e detectores (usados em lidars) continua. Não só agora você tem a capacidade de fazer essas medições, como também pode fazê-las em pequenos blocos, tornando os sistemas práticos em termos de tamanho, peso e consumo de energia."
Também se torna mais fácil e prático coletar dados do lidar (ou informações coletadas pelo lidar). Tradicionalmente, ele é montado a partir de sensores de aeronaves, diz Nick Rosengarten, chefe do Grupo de Produtos de Exploração Geoespacial da BAE Systems. Porém, hoje, os sensores podem ser instalados em veículos terrestres ou mesmo em mochilas, o que implica em coleta de dados humanos. “Isso abre uma série de possibilidades, agora os dados podem ser coletados tanto em ambientes internos quanto externos”, explicou Rosengarten. Matt Morris, chefe de soluções geoespaciais da Textron Systems, afirma: “O lidar é um conjunto de dados realmente incrível porque fornece os detalhes mais detalhados da superfície da Terra. Fornece uma imagem muito mais detalhada e, por assim dizer, mais matizada do que a tecnologia DTED (Digital Terrain Elevation Data), que fornece informações sobre a elevação da superfície terrestre em determinados pontos. Talvez um dos casos de uso mais poderosos que já ouvi de nossos clientes militares seja o cenário de implantação em terreno desconhecido, porque eles precisam saber para onde estão indo … para escalar um telhado ou uma cerca. Os dados DTED não permitem que você veja isso. Você nem verá os edifícios."
Morris observou que mesmo alguns dados de elevação de terreno de alta resolução tradicionais não permitirão que você veja esses recursos. Mas o lidar permite que você faça isso por causa de seu "espaçamento de posição" - um termo que descreve a distância entre as posições que pode ser mostrada com precisão na matriz de dados. No caso de um lidar, o “pitch” pode ser reduzido a centímetros, “assim você pode saber exatamente a altura do telhado de um edifício ou a altura de uma parede ou a altura de uma árvore. Isso realmente aumenta o nível de consciência situacional tridimensional (3D). " Além disso, o custo dos sensores lidar está diminuindo conforme seu tamanho, tornando-os mais acessíveis. “Dez anos atrás, os sistemas de sensores lidar eram muito grandes e muito caros. Eles realmente tinham alto consumo de energia. Mas, à medida que se desenvolveram, as tecnologias melhoraram, as plataformas tornaram-se muito menores, o consumo de energia diminuiu e a qualidade dos dados que geraram aumentou."
Morris disse que o principal uso do lidar no campo militar é no planejamento 3D e no treinamento de missões de combate. Por exemplo, o produto de simulação de voo Lidar Analyst de sua empresa permite aos usuários obter grandes quantidades de dados e "gerar rapidamente esses modelos 3D, para que possam planejar suas missões com muita precisão". O mesmo se aplica às operações terrestres. Morris explicou: "Nosso produto é usado para planejar rotas de entrada e saída para a área alvo e, como os dados brutos são de alta resolução, é possível realizar análises muito precisas da situação dentro da linha de visão."
Junto com o Lidar Analyst, a Textron desenvolveu o RemoteView, um produto de software de análise de imagens para as agências militares e de inteligência dos Estados Unidos. O software RemoteView pode usar uma variedade de fontes de dados, incluindo dados lidar. BAE Systems também fornece software para análise geoespacial, seu principal produto aqui é SOCET GXP, que fornece muitos recursos, incluindo o uso de dados lidar. Além disso, Rosengarten explicou que a empresa desenvolveu a tecnologia GXP Xplorer, que é um aplicativo de gerenciamento de dados. Essas tecnologias são bastante adequadas para aplicações militares. Rosengarten, por exemplo, mencionou uma ferramenta para calcular a zona de pouso de helicópteros que faz parte do software SOCET GXP. "Ele pode receber dados lidar e fornecer aos usuários informações sobre áreas no solo que podem ser suficientes para a aterrissagem de um helicóptero." Por exemplo, ele pode dizer se há obstáculos verticais no caminho, como árvores: "As pessoas podem usar esta ferramenta para identificar áreas que podem ser mais adequadas como ponto de evacuação durante crises humanitárias." Rosengarten também destacou o potencial do tiling, onde vários conjuntos de dados lidar são coletados de uma área específica e costurados juntos. Isso é possível devido à “maior fidelidade dos metadados do sensor LIDAR em combinação com software como o aplicativo SOCET GXP da BAE Systems, que pode transformar metadados em zonas precisas no solo, calculadas usando dados geoespaciais. O processo é baseado em dados lidar e não depende de como os dados são coletados."
Como funciona: lidar
Lidar funciona iluminando o alvo com luz. O lidar pode usar luz nas faixas visível, ultravioleta ou infravermelho próximo. O princípio de funcionamento do lidar é simples. O objeto (superfície) é iluminado com um curto pulso de luz, tempo após o qual o sinal retorna à fonte é medido. Lidar lança pulsos curtos e rápidos de radiação laser em um objeto (superfície) com uma frequência de até 150.000 pulsos por segundo. Um sensor no dispositivo mede o tempo entre a transmissão de um pulso de luz e sua reflexão, assumindo uma velocidade constante da luz de 299792 km / s. Medindo esse intervalo de tempo, é possível calcular a distância entre o lidar e uma parte separada do objeto e, portanto, construir uma imagem do objeto com base em sua posição em relação ao lidar.
Cisalhamento do vento
Enquanto isso, Buck apontou para possíveis aplicações militares da tecnologia WindTracer da Lockheed Martin. A tecnologia comercial WindTracer usa lidar para medir o cisalhamento do vento em aeroportos. O mesmo processo pode ser usado no campo militar, por exemplo, para lançamentos aéreos de precisão. “Você precisa lançar suprimentos de uma altitude suficientemente alta, para isso você os coloca em paletes e os joga de um paraquedas. Agora vamos ver onde eles pousam? Você pode tentar prever para onde eles irão, mas o problema é que conforme você desce, o cisalhamento do vento muda de direção em diferentes altitudes”, explicou. - E então como você prevê onde o palete vai pousar? Se você puder medir o vento e otimizar a trajetória, poderá fornecer suprimentos com altíssima precisão.”
O Lidar também é usado em veículos terrestres não tripulados. Por exemplo, o fabricante de veículos terrestres automáticos (AHAs), Roboteam, criou uma ferramenta chamada Top Layer. É um mapeamento 3D e tecnologia de navegação autônoma que usa lidar. Top Layer usa lidar de duas maneiras, diz Shahar Abukhazira, chefe da Roboteam. O primeiro permite o mapeamento em tempo real de espaços fechados. “Às vezes, o vídeo é insuficiente em condições subterrâneas, por exemplo, pode estar muito escuro ou a visibilidade piorou devido à poeira ou fumaça”, acrescentou Abukhazira. - As capacidades do Lidar permitem que você saia de uma situação sem orientação e compreensão do ambiente … agora ele mapeia a sala, ele mapeia o túnel. Imediatamente você pode entender a situação, mesmo que não veja nada e mesmo que não saiba onde está."
O segundo uso do lidar é sua autonomia, ajudando o operador a controlar mais de um sistema a qualquer momento. “Um operador pode controlar um AHA, mas existem dois outros AHAs que simplesmente rastreiam e seguem um veículo controlado por humanos”, explicou ele. Da mesma forma, um soldado pode entrar nas instalações e a ANA simplesmente o segue, ou seja, não há necessidade de deixar as armas de lado para operar o aparelho. "Isso torna o trabalho simples e intuitivo." O Probot AHA maior da Roboteam também tem um lidar a bordo para ajudá-lo a viajar longas distâncias. “Você não pode exigir que um operador pressione um botão por três dias seguidos … você usa um sensor lidar para simplesmente seguir os soldados, ou seguir o carro, ou mesmo se mover automaticamente de um ponto a outro, o lidar vai ajudar em essas situações. evite obstáculos. " Abukhazira espera grandes avanços nesta área no futuro. Por exemplo, os usuários queriam uma situação em que um humano e um ANA interagissem como dois soldados. “Vocês não estão no controle um do outro. Vocês se olham, ligam um para o outro e agem exatamente como deveriam. Acredito que, de certa forma, obteremos esse nível de comunicação entre pessoas e sistemas. Será mais eficiente. Acredito que os lidars estão nos levando nessa direção."
Vamos para o subsolo
Abukhazira também espera que os sensores lidar melhorem as operações em ambientes subterrâneos perigosos. Os sensores Lidar fornecem informações adicionais ao mapear túneis. Além disso, ele percebeu que às vezes em um túnel pequeno e escuro, o operador pode nem perceber que o AHA está conduzindo na direção errada. “Os sensores Lidar funcionam como GPS em tempo real e fazem com que o processo pareça um videogame. Você pode ver seu sistema no túnel, saber para onde está indo em tempo real."
É importante notar que os sensores lidar são outra fonte de dados e não devem ser considerados uma substituição direta do radar. Buck notou que há uma grande diferença no comprimento de onda entre as duas tecnologias, que têm suas próprias vantagens e desvantagens. Freqüentemente, a melhor solução é usar ambas as tecnologias, por exemplo, medir os parâmetros do vento com uma nuvem de aerossol. Comprimentos de onda mais curtos de sensores ópticos fornecem melhor detecção direcional em comparação com comprimentos de onda mais longos de um sensor de RF (radar). No entanto, as propriedades de transmissão da atmosfera são muito diferentes para os dois tipos de sensores. “O radar é capaz de passar por certos tipos de nuvens que seriam difíceis para um lidar. Mas no nevoeiro, por exemplo, lidar pode ter um desempenho ligeiramente melhor do que o radar."
Rosengarten disse que combinar o lidar com outras fontes de luz, como dados pancromáticos (ao obter imagens usando uma ampla gama de comprimentos de onda de luz), dará uma imagem completa da área de interesse. Um bom exemplo aqui é a definição de um local de pouso de helicóptero. Lidar pode escanear uma área e dizer que ela tem declive zero, independentemente do fato de estar realmente olhando para o lago. Esse tipo de informação pode ser obtido por meio de outras fontes de luz. Rosengarten acredita que a indústria acabará fundindo tecnologias, reunindo diferentes fontes de dados visuais e outros dados de luz. "Ele encontrará maneiras de reunir todos os dados sob um mesmo guarda-chuva … Obter informações precisas e abrangentes é mais do que apenas usar dados LIDAR, mas uma tarefa complexa que envolve todas as tecnologias disponíveis."
