lidar-Typen: luftgestützte, terrestrische, mobile und bathymetrische lidar-Systeme im Vergleich
Die wichtigsten Punkte
- Lidar-Arten werden hauptsächlich nach Plattform eingeteilt: luftgestützt, terrestrisch, mobil und bathymetrisch, ergänzt durch Satelliten-Lidar.
- Terrestrische Laserscanner bieten die höchste Genauigkeit, typischerweise Millimeter auf kurze Distanz; luftgestütztes Lidar erfasst die größten Flächen mit Zentimeter- bis Dezimetergenauigkeit.
- Bathymetrisches Lidar nutzt grünes Licht um 532 nm, weil es Wasser durchdringt; topografisches Lidar verwendet gewöhnlich nahinfrarote Wellenlängen.
- Gepulste Laufzeitmessung, Phasenmessung und frequenzmoduliertes Dauerstrichverfahren (FMCW) sind die drei wichtigsten Lidar-Entfernungsmethoden.
- Radar nutzt Radiowellen, die Wolken und manche Materialien durchdringen; Lidar verwendet Licht und liefert deutlich feinere Auflösung.
Was sind die wichtigsten Lidar-Arten?
Die wichtigsten Lidar-Arten sind luftgestützte, terrestrische, mobile und bathymetrische Systeme, eingeteilt nach Sensorplattform und gemessener Oberfläche. Jeder Typ ist ein vollständiges System aus Laser, Empfänger, Scanmechanismus, Zeitmesseinheit und einer Methode zur Bestimmung von Sensorposition und -orientierung.
Lidar steht für Light Detection and Ranging. Einfach erklärt misst die Technologie Entfernungen, indem Laserlicht auf eine Oberfläche gesendet und die Reflexionslaufzeit erfasst wird. Dies geschieht Hunderttausende bis Millionen Mal pro Sekunde zum Aufbau einer 3D-Punktwolke. Unsere Einführung Was ist Lidar? behandelt das Grundprinzip; hier vergleichen wir die Arten zur Projektauswahl.
| Typ | Plattform | Typische Genauigkeit | Typische Abdeckung | Hauptanwendungen |
|---|---|---|---|---|
| Luftgestützt topografisch | Flugzeug, Hubschrauber, Drohne | Etwa 3–15 cm vertikal | Hektar bis Tausende km² | Geländemodelle, Forstwirtschaft, Hochwasserkartierung, Korridore |
| Bathymetrisch / topobathymetrisch | Flugzeug oder Drohne mit grünem Laser | Dezimeterbereich, abhängig vom Wasser | Küstenlinien, Flüsse, flacher Meeresboden | Küstenzonen, Flussläufe, Lebensraumkartierung |
| Terrestrisch (TLS) | Statisches Stativ | Millimeter auf kurze Entfernung | Ein Raum bis zu einem Gebäude oder einer Anlage | BIM, Anlagen, Denkmäler, Deformationsüberwachung |
| Mobil (Fahrzeug) | Auto, Zug, Boot mit GNSS/INS | Zentimeterbereich bei gutem GNSS | Kilometer Straßen oder Schienen pro Tag | Straßen, Bahn, Straßeninventar, Stadtmodelle |
| Handheld- / Rucksack-SLAM | Bediener zu Fuß | Etwa 1–3 cm relativ | Gebäude, Tunnel, Wälder | Innenraumkartierung, Bergwerke, schnelle Bestandsaufnahme |
| Satellit | Raumfahrzeug in Erdumlaufbahn | Variabel; für wissenschaftliche Zwecke | Globale Profile | Eis, Waldhöhe, globale Höhen |
Was ist luftgestütztes Lidar und wie funktioniert es?
Luftgestütztes Lidar ist ein an Flugzeug oder Drohne montierter Laserscanner, der den Boden abtastet, während GNSS-Empfänger und IMU die exakte Sensortrajektorie aufzeichnen. Aus Strecke, Scanwinkel und Trajektorie entstehen Koordinaten jedes Echos.
Ein luftgestützter Lidar-Sensor nutzt meist nahinfrarotes Licht und sendet Hunderttausende bis über eine Million Impulse pro Sekunde. Ein Hauptvorteil sind Mehrfachechos: Ein Impuls kann teilweise von Blättern, Ästen und schließlich vom Boden reflektiert werden. Dadurch lässt sich der Boden unter Waldkronen modellieren. Deshalb dominiert dieses Verfahren nationale Höhenprogramme und Hochwassermodelle.
Luftgestützte Arbeiten erfolgen in zwei Größenordnungen:
- Bemannte Flugzeuge: große Flächen, größere Flughöhen und Qualitätsstufen wie in der USGS-Lidar-Basisspezifikation. Die verbreitete Qualitätsstufe 2 verlangt mindestens 2 Punkte je Quadratmeter und 10 cm vertikalen RMSE auf vegetationsfreien Flächen.
- Drohnen-Lidar: kleinere Standorte mit wesentlich höherer Punktdichte bei niedrigerem Flug. Unser Leitfaden zu Vermessungsdrohnen und UAV-Kartierung erläutert Nutzlastoptionen.
Viele öffentliche luftgestützte Daten sind kostenlos. In den USA bietet das USGS 3D Elevation Program (3DEP) landesweite Abdeckung; über den 3DEP LidarExplorer lassen sich Kacheln finden und herunterladen. Viele andere Länder veröffentlichen ähnliche nationale Datensätze.
Was sind bathymetrisches und topobathymetrisches Lidar?
Bathymetrisches Lidar misst Wassertiefe und Gewässerboden mit grünem Laserlicht, typischerweise um 532 nm, das Wasser wesentlich besser durchdringt als nahinfrarotes Licht. Topobathymetrisches Lidar kombiniert einen Nahinfrarotkanal für Land mit einem grünen Kanal für Wasser und kartiert den Land-Wasser-Übergang nahtlos.
Das System erfasst eine Reflexion von der Wasseroberfläche und eine weitere vom Boden. Aus der Zeitdifferenz, korrigiert um Brechung und geringere Lichtgeschwindigkeit im Wasser, ergibt sich die Tiefe. Die Eindringtiefe hängt stark von der Klarheit ab: In klarem Küstenwasser kann sie mehrere Zehnermeter erreichen, in trüben Flüssen nur wenige Meter oder weniger.
Typische Anwendungen sind Küstenerosionsüberwachung, Hafenzufahrten, Flusslauf- und Auenmodelle sowie Lebensraumkartierung. Bei trübem oder tiefem Wasser ist Fächerecholotmessung vom Boot die übliche Alternative.
Was ist terrestrisches Lidar beziehungsweise ein Stativ-Lidar-Scanner?
Terrestrisches Lidar scannt von einem statischen Stativstandpunkt am Boden und bietet die höchste Genauigkeit und Dichte aller Lidar-Arten. Der Scanner dreht sich horizontal, während ein Spiegel den Strahl vertikal ablenkt und pro Aufstellung nahezu eine volle Kugel erfasst.
Mehrere Aufstellungen werden zu einer Punktwolke registriert. Auf kurze Distanz liegt die Genauigkeit meist im Millimeterbereich. Daher ist terrestrisches Lidar-3D-Scanning Standard für BIM, Bauwerkskontrollen, Industrieanlagen und Denkmäler. Unser terrestrischer 3D-Laserscanner erfasst bis zu 2 Millionen Punkte pro Sekunde in einem 4,4-kg-Gehäuse, mit 70-m- und 150-m-Versionen auf weißen Zielen mit 90 % Reflexionsgrad sowie einer Langstreckenversion und HDR-Farbe. Für große Standorte scannt unser Hochgeschwindigkeits-Laserscanner für terrestrische Anwendungen mit bis zu 1000 kHz, 360° × 282° Sichtfeld und augensicherem Klasse-1-Laser.
Wo Scandaten präzise Festpunkte benötigen, etwa in Tunneln und bei Überwachung, kombiniert eine scannende Totalstation Winkel- und Streckenmessung mit 3D-Scanning in einem Instrument. Den vollständigen statischen Ablauf beschreibt unser Artikel über terrestrisches Laserscanning.
Was ist mobiles Lidar? Fahrzeug-, Rucksack- und Handheld-Systeme
Mobiles Lidar scannt von einer bewegten Plattform wie Fahrzeug, Zug, Boot, Rucksack oder Handgerät und berechnet dabei kontinuierlich seine eigene Trajektorie. Fahrzeugsysteme nutzen GNSS und hochwertige IMUs; Handheld- und Rucksacksysteme beruhen hauptsächlich auf gleichzeitiger Lokalisierung und Kartierung (SLAM).
- Fahrzeugbasiertes Mobile Mapping: Straßen, Bahn und Straßeninventar werden im Verkehrstempo erfasst. Bei gutem GNSS liegt die Genauigkeit im Zentimeterbereich, verschlechtert sich aber in Straßenschluchten und Tunneln ohne zusätzliche Festpunkte.
- Rucksack- und Handheld-SLAM: Gebäude, Bergwerke, Wälder und Orte ohne GNSS. Unser Handheld-SLAM-Laserscanner wiegt 925 g, misst von 0,1 bis 70 m und liefert nach Nachbearbeitung eine Punktwolkendicke von höchstens 1 cm.
Lidar-Mobile-Mapping tauscht etwas Genauigkeit gegen Geschwindigkeit: Ein Gebäude, das einen Tag Stativaufstellungen benötigt, lässt sich oft in weniger als einer Stunde abgehen. Unser Beitrag Was ist SLAM? erklärt Eigenpositionierung und Driftbegrenzung.
Welche Komponenten und Entfernungsmethoden hat Lidar?
Jedes Lidar-Scansystem besitzt dieselben Kernkomponenten: Lasersender, Strahlsteuerung, Empfänger, präzise Zeitelektronik und Positionierungssystem. Die Distanzmessung unterscheidet sich zwischen drei Verfahren.
- Lidar-Sender: gepulster oder kontinuierlicher Laser, häufig 905 nm, 1064 nm oder 1550 nm für Topografie und 532 nm für Wasser.
- Scanner: rotierende Spiegel, Prismen oder Drehköpfe; manche neueren Sensoren arbeiten ohne bewegliche Teile.
- Empfänger: der Lidar-Lasersensor (Fotodetektor), der zurückkehrendes Licht und dessen Intensität erfasst.
- Position und Orientierung: GNSS/IMU bei luftgestützten und Fahrzeugsystemen, SLAM bei Handgeräten oder feste Aufstellung bei terrestrischen Scannern.
| Entfernungsmethode | Messprinzip | Typische Stärken |
|---|---|---|
| Gepulste Laufzeitmessung | Misst Hin- und Rücklaufzeit jedes Impulses | Große Reichweite, Mehrfachechos; luftgestützte und Langstreckenscanner |
| Phasenverfahren | Vergleicht die Phase eines modulierten kontinuierlichen Strahls | Sehr hohe Geschwindigkeit und geringes Rauschen auf kurze bis mittlere Distanz |
| FMCW | Misst die Frequenzdifferenz eines frequenzmodulierten Strahls | Misst auch Geschwindigkeit; zunehmend in Automobilsensoren |
Die Lidar-Auflösung, also das kleinste trennbare Detail, hängt von Punktabstand, Strahldivergenz beziehungsweise Strahlfleckgröße und Entfernungsrauschen ab, nicht allein von der Punktrate.
Radar und Lidar: Was ist der Unterschied?
Radar verwendet Radiowellen, Lidar Licht. Radar durchdringt daher Wolken, Regen und manche Materialien, aber mit gröberer Auflösung. Lidar löst feine Details auf, wird jedoch von Nebel, Starkregen und festen Oberflächen blockiert. Lidar-Wellenlängen liegen um 1 Mikrometer, Radarwellen im Millimeter- bis Meterbereich.
| Kriterium | Lidar | Radar |
|---|---|---|
| Signal | Laserlicht (sichtbar oder nahinfrarot) | Radio- oder Mikrowellen |
| Auflösung | Millimeter bis Zentimeter | Generell gröber |
| Wetter | Durch Nebel, Regen und Staub eingeschränkt | Weitgehend unbeeinflusst |
| Durchdringung | Durch Vegetationslücken; grünes Licht in Wasser | Bei Bodenradar in Boden, Beton oder Eis |
| Vermessungseinsatz | 3D-Kartierung von Oberflächen | Untergrund- und satellitengestützte Deformationskartierung |
Eine Radarvermessung meint meist eines von zwei Verfahren: Bodenradar (GPR, auch Georadar) zum Auffinden vergrabener Leitungen und Hohlräume oder Satellitenradarinterferometrie zur Messung von Bodenbewegungen. Beide messen andere Eigenschaften als Lidar.
Lidar-Art, Software oder Dienstleister auswählen
Wählen Sie die Lidar-Art nach Genauigkeit, Fläche und Umgebung des Projekts. Prüfen Sie danach, ob Ihre Software Daten in den von Kunden benötigten Formaten verarbeiten und liefern kann.
- Genauigkeit definieren: Millimeter sprechen für terrestrisches Scanning, Zentimeter für mobiles oder Drohnen-Lidar, Dezimeter für bemannte Luftaufnahme.
- Fläche und Form definieren: Räume und Gebäude (terrestrisch oder SLAM), Standorte (Drohne), Korridore (mobil oder VTOL-Drohne), Regionen (Flugzeug).
- Umgebung berücksichtigen: Vegetation, Wasser, GNSS-Verfügbarkeit und Zugang.
- Festpunkte planen: GNSS- und Totalstationsfestpunkte binden alle Lidar-Arten an ein Projektgitter an.
- Auswertung prüfen: Lidar-Verarbeitungssoftware für Registrierung, Klassifizierung und Modellierung; Lidar-Kartierungs- und GIS-Werkzeuge für Geländeprodukte und Analyse.
Viele Unternehmen kaufen terrestrische oder Handheld-Scanner für den Alltag und nutzen Lidar-Dienstleister für luftgestützte oder bathymetrische Projekte, bei denen Fluggeräte und Spezialscanner die Vergabe wirtschaftlicher machen. Zum Vergleich passender Scanner fordern Sie ein Angebot an mit typischer Projektgröße und Genauigkeitsanforderung.
Häufig gestellte Fragen
Was unterscheidet Radar und Lidar?
Radar sendet Radiowellen, Lidar Laserlicht. Radar funktioniert durch Wolken und Regen und kann als Bodenradar in den Untergrund eindringen, besitzt aber gröbere Auflösung. Lidar erfasst Oberflächen detailliert und kann durch Kronenlücken den Boden unter Vegetation kartieren; Nebel, Regen und Staub verringern jedoch seine Reichweite.
Was ist Ladar?
Ladar steht für Laser Detection and Ranging. Es ist eine ältere, vor allem im Militär- und Verteidigungsbereich verwendete Bezeichnung für dasselbe Prinzip wie Lidar: Entfernungsmessung über die Laufzeit reflektierten Laserlichts. Ladar- und Lidar-Sensoren funktionieren gleich; in Vermessung und Kartierung ist heute Lidar üblich.
Wie weit kann Lidar erfassen?
Das hängt vom Typ ab. Handheld-SLAM-Scanner reichen meist mehrere Zehnermeter, terrestrische Scanner etwa 70 m bis mehrere Hundert Meter und Langstrecken- sowie luftgestützte Sensoren deutlich weiter, bei Flughöhen von Hunderten bis Tausenden Metern. Dunkle, nasse oder schräg getroffene Oberflächen sowie Nebel, Regen und Staub verringern die Reichweite.
Lidar und Laserscanning: Was ist der Unterschied?
Im Prinzip gibt es keinen wesentlichen Unterschied: Ein 3D-Laserscanner ist ein Lidar-System. Praktisch wird Laserscanning oft für Stativ- und Handheld-Vermessungsscanner verwendet und Lidar für luftgestützte, mobile und automobile Sensoren. Ein einfacher Lidar-Distanzmesser misst eine Strecke; ein Laserscanner schwenkt den Strahl und erfasst Millionen Punkte.
Welche Lidar-Art ist am genauesten?
Terrestrisches Laserscanning vom Stativ ist am genauesten und erreicht auf kurze Entfernung meist Millimetergenauigkeit, weil das Instrument stillsteht und nahe an der Oberfläche ist. Mobiles und Drohnen-Lidar erreichen gewöhnlich Zentimetergenauigkeit, bemanntes luftgestütztes Lidar wenige Zentimeter bis Dezimeter, abhängig von Höhe, GNSS-Qualität und Kalibrierung.
Kann Lidar durch Wasser sehen?
Standard-Lidar im nahen Infrarot wird größtenteils an der Wasseroberfläche absorbiert oder reflektiert und kann daher Unterwassergelände nicht kartieren. Bathymetrisches Lidar nutzt grünes Licht um 532 Nanometer, das Wasser durchdringt. Die erreichbare Tiefe hängt von der Klarheit ab: wenige Meter in trüben Flüssen bis mehrere Zehnermeter in klarem Küstenwasser.
Kann man Lidar-Daten kostenlos herunterladen?
Viele öffentliche luftgestützte Lidar-Daten sind kostenlos. In den USA bietet das USGS 3D Elevation Program landesweite Abdeckung mit Online-Suche und Download. Auch viele andere Länder veröffentlichen nationale Höhendaten. Prüfen Sie Datum, Punktdichte und Genauigkeit öffentlicher Daten vor ihrer Nutzung für Ingenieurplanung.
Benötigen Sie Ausrüstung für diese Aufgabe?
Nennen Sie uns Aufgabe, Land und Menge. Ein Ingenieur antwortet innerhalb eines Werktags mit Konfiguration und Preis. Die Mindestbestellmenge beträgt ein Gerät; OEM ist möglich.
