لیدار یا لایدار چیست؟ و کاربرد LIDAR در نقشه برداری
لایدار LIDAR که مخفف عبارت “نوری‌سنجی و تشخیص و فاصله‌سنجی بر اساس نور” است، یکی از فناوری‌های پیشرفته و پرکاربرد در علوم مهندسی و علوم زمین است. این فناوری از توانایی ارسال پالس‌های نوری و سپس دریافت بازتاب آنها برای تشخیص و اندازه‌گیری فواصل میان اشیاء و سطوح استفاده می‌کند. در این مقاله از پورتال جامع مهندسین ایران، به بررسی و کاربردهای لیدار یا لایدار (LIDAR) در نقشه برداری خواهیم پرداخت.
لایدار چیست؟
لایدار (LIDAR) که مخفف عبارت Light Detection and Ranging به معنی “تشخیص و تعیین فاصله با استفاده از نور” است، یک فناوری سنجش از دور فعال است که از پالس‌های لیزر برای اندازه‌گیری فاصله، ارتفاع و سایر ویژگی‌های سطح زمین و اشیاء استفاده می‌کند.
عملکرد لایدار
عملکرد LIDAR به صورت زیر است:
ارسال پالس‌های لیزری: در سیستم LIDAR، پالس‌های لیزری از یک اسکنر لیزری به سمت هدف تابانده می‌شوند. این اسکنر لیزری می‌تواند به صورت دوبعدی یا سه‌بعدی عمل کند و پالس‌های لیزری را به زوایای مختلف در فضا هدایت می‌کند.
بازتاب پالس‌ها: پالس‌های لیزری پس از برخورد با سطح هدف، به حسگر لیدار بازتاب می‌شوند. زمانی که یک پالس لیزری بازتاب می‌شود، حسگر لیدار زمان رفت و برگشت پالس را ثبت می‌کند.
تحلیل سیگنال‌های بازتابی: با تحلیل سیگنال‌های بازتابی، می‌توان اطلاعات دقیق و جامعی از فاصله، ارتفاع، شکل و سایر ویژگی‌های سطح هدف را استخراج کرد. با توجه به زمانی که پالس لیزری برای رفت و برگشت به حسگر لیدار نیاز دارد، می‌توان فاصله تا هدف را محاسبه کرد. همچنین، با تجزیه و تحلیل بازتاب پالس‌ها و تغییرات زمانی آنها، اطلاعاتی درباره ساختار سطح هدف نیز بدست می‌آید.
کاربردهای LIDAR
لیدار LIDAR به دلیل دقت بالا و قابلیت جمع‌آوری داده‌های سه‌بعدی، در طیف وسیعی از کاربردها استفاده می‌شود. به‌طور کلی، کاربردهای LIDAR عبارتند از:
۱- نقشه‌برداری: LIDAR یکی از ابزارهای اصلی در نقشه برداری مدرن است. با استفاده از LIDAR، می‌توان نقشه‌های توپوگرافی دقیق و مدل‌های سه‌بعدی زمین را تهیه کرد. این فناوری به دقت بالا و قدرت تجزیه و تحلیل داده‌های سه‌بعدی اجازه می‌دهد تا اطلاعاتی درباره شکل، ارتفاع و سایر ویژگی‌های سطح زمین به دست آید.
۲- باستان‌شناسی: LIDAR در کاوش‌های باستان‌شناسی و کشف آثار باستانی مدفون در زیر زمین استفاده می‌شود. با تهیه نقشه‌های سه‌بعدی از مناطق باستانی، می‌توان به طور دقیق ساختارها، تپه‌ها و سایر آثار را شناسایی و بررسی کرد.
۳- جنگلداری: در صنعت جنگلداری، LIDAR برای اندازه‌گیری ارتفاع درختان، حجم جنگل‌ها و بررسی تغییرات پوشش گیاهی استفاده می‌شود. این اطلاعات به مدیران جنگل‌ها کمک می‌کند تا به طور دقیق مدل‌های جنگلی را تهیه و مدیریت بهینه منابع جنگلی را انجام دهند.
۴- هواشناسی: LIDAR در مطالعه ابرها، بارندگی، باد و سایر پدیده‌های هواشناسی استفاده می‌شود. با استفاده از LIDAR، می‌توان مشخصات ابرها را به دقت بالا دریافت کرد و الگوهای هواشناسی را بررسی کرد.
۵- هیدروگرافی: در زمینه هیدروگرافی، LIDAR برای اندازه‌گیری عمق آب، بررسی بستر دریا و مطالعه سواحل استفاده می‌شود. این فناوری به ماهیگیران، محققان محیط زیست و مدیران منابع آب کمک می‌کند تا به طور دقیق و جامع اطلاعات درباره محیط زیست آبی را بدست آورند.
۶- شهرسازی: LIDAR در حوزه شهرسازی نقش مهمی دارد. از جمله کاربردهای آن می‌توان به برنامه‌ریزی شهری، طراحیزیرساخت‌ها و ساختمان‌ها، و بررسی خطرات طبیعی مانند سیل و رانش زمین اشاره کرد. با استفاده از LIDAR، می‌توان نقشه‌های سه‌بعدی شهر و اطلاعات دقیقی درباره تراکم ساختمانی، ارتفاع ساختمان‌ها و سایر ویژگی‌های شهر را به دست آورد. این اطلاعات در فرآیندهای برنامه‌ریزی شهری و طراحی زیرساخت‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرند و به مدیران شهری کمک می‌کنند تا بهبودهای لازم را در برنامه‌ها و ساختارهای شهری اعمال کنند.
با توجه به کاربردهای متنوع LIDAR، این فناوری به یک ابزار قدرتمند در زمینه‌های مختلف تبدیل شده است. دقت بالا، توانایی جمع‌آوری داده‌های سه‌بعدی و توانایی تجزیه و تحلیل داده‌ها، این فناوری را به یک ابزار جهت‌دهنده و کمکی برای تحقیقات، برنامه‌ریزی و مدیریت می‌کند.
مزایای استفاده از لیدار در نقشه برداری
- دقت بالا: یکی از مزایای اصلی استفاده از LIDAR، دقت بالای آن است. با استفاده از لیدار، می‌توان اطلاعات بسیار دقیقی درباره ارتفاع و موقعیت اشیاء را جمع‌آوری کرد. این اطلاعات دقیق از ارتفاع و فاصله بین اشیاء، در تهیه نقشه‌های دقیق و با کیفیت بالا بسیار مفید است.
- قابلیت جمع‌آوری داده‌های سه‌بعدی: LIDAR توانایی جمع‌آوری داده‌های سه‌بعدی از سطح زمین و اشیاء را دارد. این امکان به نقشه‌برداران اجازه می‌دهد تا به طور جامع و کامل از فرم و شکل سه‌بعدی مناطق مورد مطالعه خود مطلع شوند.
- سرعت بالا: یکی از مزایای دیگر استفاده از LIDAR، سرعت بالای آن در جمع‌آوری اطلاعات است. با توجه به توانایی LIDAR در اسکن سریع و دقیق محیط، می‌توان به سرعت بالا در جمع‌آوری داده‌ها و ایجاد نقشه‌های گسترده اشاره کرد. این امر به نقشه‌برداران کمک می‌کند تا در مدت زمان کوتاهی مساحت‌های وسیعی را بررسی و نقشه برداری کنند.
- قابلیت نفوذ در پوشش گیاهی: LIDAR توانایی نفوذ به خوبی از طریق پوشش گیاهی را دارد و می‌تواند اطلاعات دقیق در مورد سطح زمین را جمع‌آوری کند. این قابلیت به نقشه‌برداران اجازه می‌دهد تا حتی در مناطقی با پوشش گیاهی فراوان، از جمله جنگل‌ها و بوم‌شناسی‌های چشمه‌دار، اطلاعات دقیقی را جمع‌آوری کنند.
- قابلیت استفاده در شرایط مختلف آب و هوایی: LIDAR به خوبی قابلیت استفاده در شرایط مختلف آب و هوایی را دارد. معمولاً LIDAR قادر به انجام اسکن در شب و در شرایط ابری است. این امر به نقشه‌برداران اجازه می‌دهد تا در هر زمان و آب و هوایی، از جمله شرایط نامساعد، از LIDAR استفاده کنند.
معایب استفاده از لیدار در نقشه برداری
- هزینه بالا: یکی از معایب اصلی استفاده از LIDAR، هزینه بالای آن است. سیستم‌های LIDAR معمولاً گران قیمت هستند و نیاز به سرمایه‌گذاری قابل توجهی دارند. این هزینه ممکن است برای برخی پروژه‌های کوچک و محدود منابع، محدودیت‌هایی ایجاد کند.
- پیچیدگی: استفاده از سیستم‌های LIDAR به تخصص و دانش فنی نیاز دارد. نقشه‌برداران باید با تکنولوژی LIDAR آشنا باشند و بتوانند از داده‌های حاصل از آن به درستی استفاده کنند. پیکربندی و عیب‌یابی سیستم‌های LIDAR نیز می‌تواند پیچیده و زمان‌بر باشد.
- محدودیت در وضوح: وضوح تصاویر LIDAR به نوع سیستم LIDAR و شرایط محیطی بستگی دارد. در برخی موارد، وضوح تصاویر LIDAR ممکن است محدود باشد و اطلاعات جزئی‌تری را ارائه ندهد. همچنین، وجود پوشش گیاهی فراوان، ابرها یا شرایط نامساعد دیگر ممکن است به کاهش وضوح و دقت تصاویر LIDAR منجر شود.
با این وجود، با توجه به مزایای بالا و توانایی‌های خاص LIDAR، این تکنولوژی به طور گسترده در صنایع نقشه برداری، جغرافیایی و بسیاری از برنامه‌های مکانیابی مورد استفاده قرار می‌گیرد.
تفاوت دوربین های لیدار و فتوگرامتری
| ویژگی | لیدار | فتوگرامتری |
|---|---|---|
| نوع سنجش | فعال | غیرفعال |
| نوع داده | ابر نقاط | تصاویر |
| دقت ارتفاعی | بالا (تا چند سانتی متر) | متوسط (تا چند دسی متر) |
| دقت مکانی | بالا (تا چند سانتی متر) | متوسط (تا چند دسی متر) |
| نفوذ در پوشش گیاهی | خوب | ضعیف |
| کارایی در نور کم | خوب | ضعیف |
| هزینه | بالا | پایین |
| پیچیدگی | بالا | پایین |
| کاربردها | نقشه برداری دقیق، توپوگرافی، باستان شناسی، جنگلداری، هیدروگرافی | نقشه برداری، مدل سازی سه بعدی، معماری، شهرسازی |
توضیحات:
نوع سنجش: لیدار از یک سیستم فعال برای سنجش محیط استفاده می‌کند، به این معنی که پالس‌های لیزر را به سمت هدف تابانده و سیگنال‌های بازتابی را دریافت می‌کند. در مقابل، فتوگرامتری از یک سیستم غیرفعال استفاده می‌کند و فقط از نور موجود در محیط برای تصویربرداری استفاده می‌کند.
نوع داده: لیدار داده‌ها را به صورت ابر نقاط جمع‌آوری می‌کند، که شامل مجموعه‌ای از نقاط سه‌بعدی با اطلاعات ارتفاعی و مکانی است. فتوگرامتری داده‌ها را به صورت تصاویر دو بعدی جمع‌آوری می‌کند.
دقت: لیدار به طور کلی دقت ارتفاعی و مکانی بالاتری نسبت به فتوگرامتری دارد.
نفوذ در پوشش گیاهی: لیدار می‌تواند به طور موثر از طریق پوشش گیاهی نفوذ کند و اطلاعات دقیق از سطح زمین را جمع‌آوری کند، در حالی که فتوگرامتری در این زمینه ضعیف‌تر عمل می‌کند.
کارایی در نور کم: لیدار می‌تواند در شرایط نور کم و حتی در شب نیز کار کند، در حالی که فتوگرامتری به نور کافی برای تصویربرداری نیاز دارد.
هزینه: سیستم‌های لیدار به طور کلی گران‌تر از سیستم‌های فتوگرامتری هستند.
پیچیدگی: استفاده از سیستم‌های لیدار به تخصص و دانش فنی بیشتری نسبت به فتوگرامتری نیاز دارد.
کاربردها: لیدار برای کاربردهایی که نیاز به دقت بالا دارند، مانند نقشه برداری دقیق، توپوگرافی، باستان شناسی و جنگلداری مناسب‌تر است. فتوگرامتری برای کاربردهایی که نیاز به دقت کمتری دارند، مانند نقشه برداری، مدل سازی سه بعدی، معماری و شهرسازی مناسب‌تر است.
انتخاب بین لیدار و فتوگرامتری به عوامل مختلفی از جمله نوع کاربرد، دقت مورد نیاز، بودجه و تخصص موجود بستگی دارد.
نتیجه‌گیری
لیدار یک فناوری سنجش از دور قدرتمند و انعطاف‌پذیر است که کاربردهای گسترده‌ای در نقشه برداری و سایر زمینه‌ها دارد. لیدار به دلیل دقت بالا، قابلیت جمع‌آوری داده‌های سه‌بعدی و سرعت بالا، به عنوان یک ابزار ضروری در نقشه برداری مدرن شناخته می‌شود.
