top of page
Search
  • dejanstefani

LiDAR senzori na bespilotnim letelicama i njihova primena




Tema je veoma zanimljiva i aktuelna, a to su dronovi sa LiDAR senzorima. U ovom tekstu ću objasniti šta je LiDAR senzor, kako i za šta se koristi, kako se obrađuju podaci dobijeni snimanjem sa LiDAR senzorom dodatim na dron, koji je proizvod dobijen tom obradom, kako predstaviti te rezultate i kome su oni bitni i koji modeli dronova mogu da ponesu LiDAR senzor.







Šta je LiDAR senzor?


LiDAR je skraćenica od Light Detection and Ranging, što znači detekcija i merenje udaljenosti pomoću svetlosti. LiDAR senzor je uređaj koji emituje laserske zrake i meri vreme koje im je potrebno da se odbiju od objekata i vrate do senzora. Na osnovu tog vremena i brzine svetlosti, može se izračunati udaljenost između senzora i objekta. Ako se zna i ugao pod kojim je zrak emitovan, može se odrediti i položaj objekta u prostoru. Tako LiDAR senzor može da skenira okolinu i stvara trodimenzionalni model površine koju pokriva.







Kako i za šta se koriste dronovi sa LiDAR senzorima?


Dronovi sa LiDAR senzorima se koriste za različite namene u oblastima kao što su geodezija, arheologija, šumarstvo, rudarstvo, građevinarstvo, poljoprivreda, energetika i druge. Oni omogućavaju brzo, precizno i bezbedno snimanje terena koji je teško dostupan ili opasan za ljude. Takođe, oni mogu da prodru kroz vegetaciju i tako otkriju detalje koji su skriveni golim okom ili fotogrametrijskim metodama. Neki od primera primene dronova sa LiDAR senzorima su:


- Izrada digitalnih modela visine terena (DEM) i površine (DSM) za potrebe planiranja, projektovanja, izgradnje i održavanja infrastrukturnih objekata

- Izrada ortofoto karata visoke rezolucije i tačnosti za potrebe katastra, urbanizma, turizma i drugih

- Detekcija i klasifikacija objekata na terenu kao što su zgrade, putevi, mostovi, stubovi, dalekovodi, cevovodi i drugi

- Merenje zapremine materijala na deponijama, rudnicima, kamenolomima i drugim lokacijama

- Otkrivanje arheoloških nalazišta i kulturnog nasleđa ispod površine zemlje ili pokrivenih vegetacijom

- Praćenje promena na terenu usled erozije, klizišta, poplava, požara i drugih prirodnih ili antropogenih uticaja

- Inventarizacija i procena stanja šumskog fonda i biomase

- Precizna poljoprivreda i upravljanje usevima







Kako se obrađuju podaci dobijeni snimanjem sa LiDAR senzorom dodatim na dron?


Podaci dobijeni snimanjem sa LiDAR senzorom dodatim na dron su u obliku oblaka tačaka, odnosno skupa tačaka koje imaju koordinate x, y i z u nekom referentnom sistemu. Svaka tačka može imati i dodatne atribute kao što su intenzitet refleksije, boja, povratak i drugi. Ti podaci se obrađuju pomoću specijalizovanog softvera koji vrši filtriranje, klasifikaciju, interpolaciju, georeferenciranje i vizualizaciju oblaka tačaka. Cilj obrade je da se iz oblaka tačaka izdvoje relevantne informacije za određenu namenu i da se dobiju proizvodi kao što su:


- Rasteri visine terena i površine

- Vektorski slojevi objekata na terenu

- Ortofoto karte

- 3D modeli terena i objekata

- Profili i preseci terena

- Izveštaji i statistike


Postoji nekoliko popularnih softverskih alata za analizu podataka dobijenih LiDAR snimanjem. Navešćemo samo neke. Ovi alati omogućavaju obradu, vizualizaciju i izvlačenje informacija iz oblaka tačaka (point clouds) generisanih LiDAR senzorima. Evo par primera:


1. ESRI ArcGIS: ArcGIS je geografski informacioni sistem (GIS) koji ima napredne mogućnosti za obradu i analizu LiDAR podataka. Omogućava kreiranje trodimenzionalnih modela terena, analizu nagiba i mnoge druge analitičke funkcije.


2. QGIS: QGIS je besplatan i opensource alat koji takođe podržava LiDAR podatke. Postoje razni dodaci (plugins) koji omogućavaju rad s LiDAR podacima.


3. LAStools: LAStools je set alatki specijalizovanih za obradu i analizu LiDAR podataka. Ovaj alat ima funkcionalnosti za filtriranje, klasifikaciju i izvlačenje informacija iz oblaka tačaka.


4. PointCloud Processing Toolbox (PCT): PCT je dodatak za softver Blender, koji se može koristiti za obradu LiDAR podataka. Ovaj alat se često koristi za kreiranje vizualno atraktivnih trodimenzionalnih modela i animacija.


5. Global Mapper: Global Mapper je GIS softver koji podržava analizu LiDAR podataka, uključujući izdvajanje terena, klasifikaciju oblaka tačaka i kreiranje digitalnih modela visine.


6. Fusion: Fusion je besplatan softver za analizu LiDAR podataka koji se često koristi u akademskim istraživanjima. Ima različite alatke za filtriranje i analizu podataka.


7. Trimble RealWorks: Ovaj softver je posebno dizajniran za obradu i analizu geoprostornih podataka, uključujući LiDAR. Pruža napredne funkcije za registraciju oblaka tačaka i generisanje preciznih modela.


Izbor softverskog alata zavisiće od vaših potreba, budžeta i nivoa ekspertize. Svaki od ovih alata ima svoje prednosti i ograničenja, pa je važno odabrati onaj koji najbolje odgovara konkretnim zahtevima vašeg projekta.





Koji je proizvod dobijen tom obradom?


Proizvod dobijen tom obradom zavisi od namene snimanja i zahteva korisnika. U opštem slučaju, proizvod je neki od gore navedenih, ili kombinacija više njih. Na primer, za potrebe geodetskog snimanja terena, proizvod može biti digitalni model visine terena u obliku rasterskog fajla sa određenom rezolucijom i tačnošću. Za potrebe arheološkog istraživanja, proizvod može biti ortofoto karta sa prikazom skrivenih struktura ispod površine zemlje. Za potrebe šumarskog upravljanja, proizvod može biti vektorski sloj sa atributima o vrsti, visini, prečniku i gustini stabala.



Kako predstaviti te rezultate i kome su oni bitni?



Rezultati snimanja sa LiDAR senzorom dodatim na bespilotnu letelicu se mogu predstaviti na različite načine:


- Grafički prikazi u obliku karata, modela, profila, preseka i itd.

- Numerički prikazi u obliku tabela, grafikona, histograma i itd.

- Tekstualni prikazi u obliku izveštaja, analiza, zaključaka i preporuka

- Multimedijalni prikazi u obliku video zapisa, animacija, interaktivnih aplikacija i drugih


Rezultati snimanja sa LiDAR senzorom dodatim na bespilotnu letelicu su bitni za različite korisnike koji imaju potrebu za preciznim i pouzdanim podacima o terenu i objektima na njemu. Neki od tih korisnika su:


- Geodeti, urbanisti, arhitekti, inženjeri i drugi stručnjaci koji se bave planiranjem, projektovanjem, izgradnjom i održavanjem infrastrukturnih objekata

- Katastarske službe, opštinske uprave, ministarstva i drugi organi koji se bave upravljanjem prostornim podacima i informacionim sistemima

- Arheolozi, istoričari, konzervatori i drugi naučnici koji se bave istraživanjem kulturnog nasleđa i zaštitom spomenika kulture

- Šumari, ekolozi, biolozi i drugi stručnjaci koji se bave upravljanjem šumskim resursima i zaštitom životne sredine

- Rudari, geolozi, hidrolozi i drugi stručnjaci koji se bave istraživanjem mineralnih resursa i procenom geoloških rizika.




Modeli dronova za LiDAR senzore:






Nisu svi dronovi pogodni za LiDAR senzore. Potrebni su dronovi s dovoljnim nosivim kapacitetom i stabilnim platformama. Prilagođeni dronovi ili specijalizovani modeli često se koriste za ove svrhe.


Koji dronovi su najpogodniji za upotrebu pri snimanju LiDAR senzorima?

Prilikom odabira drona za LiDAR snimanje, potrebno je uzeti u obzir nekoliko faktora, kao što su:


- Težina i dimenzije LiDAR senzora: LiDAR senzori su obično teži i veći od drugih vrsta senzora, kao što su RGB kamere ili multispektralni senzori. To znači da dron mora biti dovoljno snažan i stabilan da može nositi takav teret. Takođe, potrebno je voditi računa o tome da LiDAR senzor ne ometa vidno polje drona ili njegovu aerodinamiku.

- Trajanje baterije i domet signala: LiDAR snimanje zahteva duže vreme leta i veću pokrivenost područja od drugih vrsta snimanja. To znači da dron mora imati dovoljno kapaciteta baterije da može leteti bez potrebe za čestim sletanjima i zamenama baterija. Takođe, potrebno je osigurati dobru komunikaciju između drona i kontrolera na zemlji, kako bi se izbegli gubici signala ili prekidi u prenosu podataka.

- Preciznost i pouzdanost: LiDAR snimanje ima visoke standarde kvalitete i tačnosti podataka, koji se moraju zadovoljiti u svim uslovima leta. To znači da bespilotna letelica mora biti otporna na vremenske uslove (barem do neke granice), kao što su vetar, kiša, magla ili prašina. Potrebno je da dron ima dobar sistem navigacije i pozicioniranja, koji omogućava precizno planiranje i izvršavanje misija snimanja.


Uzevši u obzir sve ove faktore, možemo zaključiti da su najpogodniji dronovi za upotrebu pri snimanju LiDAR senzorima oni koji imaju sledeće karakteristike:


- Više rotora: Dronovi sa više rotora (quadcopter, hexacopter, octocopter) imaju bolju stabilnost, upravljivost i nosivost od dronova sa jednim rotorom (helikopter) ili fiksnim krilima (avion). Oni takođe omogućavaju vertikalno uzletanje i sletanje (VTOL), što je pogodno za snimanje u urbanim ili šumskim područjima.

- Modularni dizajn: Dronovi sa modularnim dizajnom omogućavaju lako i brzo menjanje i prilagođavanje različitih vrsta senzora, u zavisnosti od potreba i ciljeva snimanja. Oni takođe omogućavaju lakšu nadogradnju i popravku delova drona.


Koji se dronovi najčešće koriste u praksi?


Na tržištu postoji veliki broj dronova koji se mogu koristiti za LiDAR snimanje, ali neki od najpopularnijih i najčešće korištenih su:


- DJI Matrice 600 Pro: Ovo je profesionalni dron sa šest rotora, koji ima nosivost do 6 kg i trajanje baterije do 38 minuta. On ima integrisan sistem za upravljanje letom, koji omogućava automatizaciju i optimizaciju misija snimanja. On takođe ima mogućnost povezivanja sa različitim vrstama senzora, uključujući i LiDAR.


- Delair UX11: Ovo je profesionalni dron sa fiksnim krilima, koji ima nosivost do 1.2 kg i trajanje baterije do 59 minuta. On ima sposobnost vertikalnog uzletaja što mu omogućava da leti u različitim terenima i uslovima. On takođe ima napredan sistem za obradu podataka, koji omogućava brzu i preciznu analizu LiDAR podataka.


- Microdrones mdLiDAR1000: Ovo je specijalizirani dron za LiDAR snimanje, koji ima četiri rotora i nosivost do 4 kg. On ima ugrađen LiDAR senzor, koji može da skenira do 40 hektara po satu i u mogućnosti je da generiše visokokvalitetne 3D modele. On takođe ima robustan dizajn, koji mu omogućava da leti u teškim vremenskim uslovima.


Različite oblasti primene LiDAR tehnologije imaju različite zahteve i standarde kvaliteta podataka. Na primer, snimanje arheoloških nalazišta zahteva veću rezoluciju i preciznost podataka od snimanja poljoprivrednih površina. Takođe, različiti tereni i objekti zahtevaju različite načine snimanja. Na primer, snimanje šumskih područja zahteva veću gustinu laserskih zraka i veću penetraciju krošnji od snimanja gradskih područja.




Bespilotne letelice opremljene LiDAR senzorima predstavljaju revolucionarnu tehnologiju koja ima široku primenu u mnogim industrijama. Njihova sposobnost da precizno mapiraju teren, nadziru ekosisteme i analiziraju infrastrukturu pruža brojne prednosti za urbanističko planiranje, inženjering, zaštitu životne sredine i mnoge druge oblasti.


LiDAR tehnologija omogućava detaljan uvid u okolinu iz ptičje perspektive, što pomaže donosiocima odluka da donose bolje informisane odluke. Obrada podataka dobijenih LiDAR-om omogućava kreiranje preciznih digitalnih modela terena, analizu vegetacije, i praćenje promena u stvarnom vremenu.


Iako je ova tehnologija impresivna, važno je napomenuti da zahteva odgovarajuću ekspertizu za njeno korišćenje. Pravilna kalibracija i obrada podataka su ključne kako bi se dobili tačni rezultati.


U budućnosti, očekujemo da će bespilotne letelice sa LiDAR senzorima postati još više integrisane u različite industrije i procese. Evo nekoliko očekivanja za budućnost ovih bespilotnih letelica:


1. Povećanje tačnosti i preciznosti: Tehnologija LiDAR-a će nastaviti da se razvija, što će rezultirati još tačnijim i preciznijim podacima. To će omogućiti širenje primene bespilotnih letelica u još veći broj sektora, uključujući inženjering, geodeziju, i urbanističko planiranje.


2. Veća autonomija: Bespilotne letelice će postajati sve autonomnije, što će omogućiti automatizaciju mnogih zadataka. Očekuje se da će se razvijati algoritmi za autonomno mapiranje i navigaciju bez potrebe za ljudskim upravljanjem tokom celog procesa.


3. Smanjenje troškova: Kako tehnologija postaje dostupnija i zrelija, očekuje se da će se smanjiti i troškovi bespilotnih letelica sa LiDAR senzorima. Ovo će omogućiti manjim preduzećima i organizacijama da koriste ovu tehnologiju za svoje potrebe.


4. Razvoj softverskih rešenja: Razvoj softverskih alatki za obradu LiDAR podataka će se nastaviti, čime će se olakšati analiza i interpretacija podataka dobijenih bespilotnim letelicama. Očekuje se da će se pojaviti i više aplikacija koje će omogućiti korisnicima da jednostavno koriste ove podatke u svojim projektima.


5. Primena u hitnim situacijama: Bespilotne letelice sa LiDAR senzorima imaju potencijal da budu od suštinskog značaja u hitnim situacijama kao što su potresi, poplave ili šumski požari. Njihova sposobnost za brzo snimanje terena i pružanje preciznih informacija može pomoći u bržem i efikasnijem reagovanju na katastrofe.


U suštini, bespilotne letelice sa LiDAR senzorima će nastaviti da igraju ključnu ulogu u transformaciji načina na koji analiziramo i koristimo geoprostorne podatke. Njihov potencijal za poboljšanje efikasnosti, tačnosti i održivosti različitih industrija čini ih tehnologijom koja će imati značajan uticaj u budućnosti.





bottom of page