lidar란? lidar 스캐너의 작동 원리와 활용 분야

라이다란 무엇이며 이름은 무슨 뜻입니까?

라이다가 무엇인지 간단히 말하면 레이저 광으로 세상을 측정하는 방법입니다. 이름은 광 검출 및 거리 측정을 뜻합니다. 라이다 센서가 레이저 에너지를 방출하고 표면에서 반사된 빛을 감지하며 반사 시간이나 위상을 거리로 변환합니다.

거리 하나만으로는 그다지 유용하지 않습니다. 라이다 스캐너는 모든 측정의 정확한 수평각과 수직각도 기록하므로 강력한 도구가 됩니다. 거리와 두 각도로 X, Y, Z 좌표를 얻으며 스캐너는 이를 초당 수십만~수백만 번 반복합니다.

결과물은 포인트 클라우드입니다. 흔히 강도와 색상값을 포함하는 조밀한 3D 점 집합으로 건물, 지형, 기계실, 도로 또는 산업 부품의 형상을 나타냅니다. 엔지니어는 현장을 다시 방문하는 대신 이 데이터를 측정, 모델링하고 비교합니다.

라이다 기술은 어떻게 작동합니까?

라이다 기술은 빛이 타겟에 도달했다가 돌아오는 시간 또는 변조 빔의 위상 변화를 측정합니다. 두 방식 모두 초당 약 300,000 km인 일정한 빛의 속도를 이용합니다.

비행시간(펄스) 라이다

펄스 스캐너는 짧은 레이저 펄스를 보내고 돌아오는 시간을 잽니다. 거리는 빛의 속도에 왕복 시간을 곱하고 2로 나눈 값입니다. 펄스는 강하고 짧게 만들 수 있어 비행시간 장비는 장거리에 도달하고 실외와 항공기에서 잘 작동합니다.

위상차 라이다

위상차 스캐너는 알려진 주파수로 변조한 연속 빔을 방출하고 나가는 신호와 돌아오는 신호의 위상을 비교합니다. 단거리와 중거리에서 매우 높은 측정 속도와 낮은 노이즈를 제공하므로 많은 건물용 지상형 스캐너가 이 방식을 사용합니다.

빔 편향과 위치 결정

거울, 회전 헤드 또는 솔리드스테이트 광학계가 장면 전체로 빔을 조향합니다. 지상형 스캐너는 고정 삼각대에서 회전하고 모바일·항공 라이다 시스템은 GNSS와 관성측정장치(IMU) 또는 SLAM 소프트웨어를 추가하여 매 순간 센서 위치를 파악합니다.

라이다 시스템의 주요 종류는 무엇입니까?

라이다 시스템은 보통 센서가 공중, 삼각대, 차량 또는 손 중 어디에 실리는지에 따라 분류합니다. 플랫폼은 단일 센서 사양보다 취득 속도, 정확도와 비용을 더 크게 좌우합니다.

수치는 보장이 아닌 일반적인 범위입니다. 실제 정확도는 거리, 타겟 표면, 교정, 지리참조와 처리에 따라 달라집니다. 삼각대 기반 작업을 더 자세히 알아보려면 지상형 레이저 스캐닝 정확도와 현장 작업 절차 가이드를 참조하십시오.

2D 라이다와 3D 라이다 비교

2D 라이다 센서는 하나의 평면을 스캔하여 로봇 장애물 감지와 안전 시스템에 적합합니다. 3D 라이다 스캐너는 두 번째 회전축이나 여러 빔을 추가하여 전체 공간을 취득합니다. 측량과 라이다 매핑에는 거의 항상 3D 데이터가 필요합니다.

측량과 건설에서 라이다 스캐너는 무엇을 합니까?

측량과 건설에서 라이다 스캐너는 기존 현황을 완전하고 빠르게 취득하여 팀이 현장 대신 사무실에서 측정하도록 합니다. 여러 개별 줄자, 토탈스테이션 또는 GNSS 측정값을 수백만 개 점으로 대체합니다.

• 라이다 지형 및 지형 측량: 항공과 드론 라이다는 넓은 구역의 맨땅 지형 모델, 등고선과 경사 분석을 생성합니다.
• 준공 현황과 scan-to-BIM: 지상형 스캐너는 리노베이션과 간섭 검사를 위한 구조, 기계설비와 건축 세부 사항을 기록합니다.
• 인프라 매핑: 도로, 교량, 터널과 철도의 모바일 라이다 측량으로 여유 공간과 표면 상태를 취득합니다.
• 체적: 반복 스캔으로 야적물과 토공량을 측정할 수 있습니다.
• 변형 모니터링: 시간에 따른 스캔 비교로 침하나 움직임을 드러냅니다.

건설용 라이다 스캐너는 복잡하거나 혼잡하거나 위험한 현장에서 특히 유용합니다. 작업반이 떨어져 서서 한 번에 전체를 취득할 수 있기 때문입니다. SLAM 스캐닝과 핸드헬드 모바일 매핑 개요에서 실내와 터널의 보행 취득을 다룹니다.

라이다의 정확도는 어느 정도이며 범위를 제한하는 요인은 무엇입니까?

라이다 정확도는 주로 플랫폼, 타겟까지 거리와 데이터의 지리참조 품질에 따라 달라집니다. 지상형 스캐너가 일반적으로 가장 정확하며 항공 시스템은 취득 범위를 위해 정확도를 일부 양보합니다.

라이다 범위는 레이저 출력, 눈 안전 등급, 표면 반사율과 측정 속도에 의해 제한됩니다. 어둡거나 젖었거나 반짝이는 표면은 돌아오는 빛이 적으므로 사양은 보통 90 % 백색이나 18 % 회색처럼 명시한 반사율 기준으로 범위를 제시합니다. 측정 속도가 빠를수록 최대 범위는 보통 짧아집니다.

실제 예로 당사의 지상형 3D 레이저 스캐너는 초당 최대 200만 점을 측정하며 범위는 0.5–70 m 또는 0.5–150 m(백색, 90 %)입니다. 장거리 버전은 0.5 Mpts/s에서 614 m, 2 Mpts/s에서 153 m에 도달하여 속도와 범위의 절충을 명확히 보여줍니다.

라이다 파장과 눈 안전

대부분의 측량 라이다는 근적외선을 사용합니다. 약 905 nm와 1550 nm 파장이 일반적이며 1550 nm 대역은 눈 안전 한도 안에서 더 높은 출력을 허용합니다. 약 532 nm의 녹색광은 물을 투과하여 라이다 수심 측량에 사용합니다. 레이저 안전 등급은 IEC 60825-1에서 정의하며 Class 1은 정상 사용 조건에서 눈에 안전함을 뜻합니다.

라이다, 레이저 스캐닝과 사진측량 비교

라이다와 레이저 스캐닝은 본질적으로 같은 기술입니다. “레이저 스캐너”는 삼각대와 핸드헬드 측량 장비에 흔한 용어이고 “라이다”는 항공, 자동차와 모바일 센서에 더 많이 사용합니다. 레이저와 라이다의 논의는 대부분 용어 차이입니다.

더 유용한 비교는 라이다와 중복 사진으로 3D 모델을 만드는 사진측량의 비교입니다.

많은 프로젝트는 형상용 라이다와 색상용 카메라를 결합합니다. “라이다 카메라”는 보통 깊이 센서와 RGB 카메라의 이런 조합을 뜻합니다.

라이다 데이터 처리: 원시 스캔에서 납품물까지

원시 라이다 데이터는 정합, 정리, 분류와 모델링을 거쳐야 유용해집니다. 현장 작업보다 오래 걸리는 경우가 많으므로 사무실 처리 시간을 계획하십시오.

1. 가져오기와 정합: 타겟, 중복 기하 형상 또는 GNSS/IMU 궤적으로 개별 스캔을 하나의 좌표계에 정렬합니다.
2. 지리참조: 클라우드를 측량 기준망에 연결하여 프로젝트 좌표에 맞춥니다.
3. 정리: 노이즈, 움직이는 물체와 이상점을 제거합니다.
4. 분류: 특히 지형 모델을 위해 지면, 식생, 건물과 기타 클래스를 분리합니다.
5. 납품물 추출: 수치지형모델, 등고선, 단면, 2D 도면, 메시, 라이다 3D 모델 또는 BIM 요소를 생성합니다.
6. 내보내기: LAS/LAZ와 E57 같은 개방형 형식은 애플리케이션 간 데이터 이동성을 유지합니다.

포인트 클라우드 처리와 정합 가이드에서 각 단계를 더 자세히 설명합니다.

라이다 비용과 스캐너 선택 방법

라이다 비용은 브랜드보다 플랫폼과 정확도 등급에 따른 차이가 더 큽니다. 로봇용 저가 라이다 센서는 저렴하지만 측량급 지상형, 핸드헬드와 항공 라이다 시스템은 전문 자본 장비입니다.

대략적인 일반 기준으로 측량급 핸드헬드와 지상형 스캐너는 보통 수만 미국 달러이며 항공 라이다 시스템은 더 비쌉니다. 소프트웨어, 교육과 처리 시간이 총비용에 추가됩니다. 참고용으로만 사용하십시오. 정확한 라이다 가격은 구성에 따라 달라집니다.

선택할 때 먼저 다음 질문에 답하십시오.

• 어떤 납품물이 어떤 정확도로 필요합니까?
• 주요 작업이 실내, 실외 또는 긴 선형 구간입니까?
• 일반적인 현장에 필요한 최대 범위와 스캔 속도는 얼마입니까?
• GNSS 기준망에 대한 지리참조가 필요합니까?

보행 작업용 핸드헬드 SLAM 레이저 스캐너는 무게 925 g이며 후처리 후 ≤ 1 cm의 포인트 클라우드 두께를 제공합니다. Mars Geosystems는 1대부터 스캐너를 공급하며 대리점용 OEM 옵션을 제공합니다. 프로젝트 세부 정보로 라이다 장비 견적을 요청할 수 있습니다.

당사 엔지니어의 추가 자료: 라이다 종류 비교.

자주 묻는 질문