Tipos de lidar: comparação entre sistemas aerotransportados, terrestres, móveis e batimétricos
Pontos principais
- Os tipos de lidar são classificados principalmente pela plataforma: aerotransportado, terrestre, móvel e batimétrico, além do lidar por satélite.
- Scanners laser terrestres oferecem a maior precisão, tipicamente milimétrica a curta distância; lidar aerotransportado cobre as maiores áreas com precisão centimétrica a decimétrica.
- O lidar batimétrico usa luz verde (cerca de 532 nm) porque ela penetra na água; o lidar topográfico normalmente usa infravermelho próximo.
- Tempo de voo por pulsos, diferença de fase e onda contínua modulada em frequência (FMCW) são os três principais métodos de medição de distância lidar.
- O radar usa ondas de rádio que atravessam nuvens e alguns materiais; o lidar usa luz e oferece resolução muito mais fina.
Quais são os principais tipos de lidar?
Os principais tipos de lidar são os sistemas aerotransportados, terrestres, móveis e batimétricos, agrupados pela plataforma que transporta o sensor e pela superfície medida. Cada tipo é um sistema completo: laser, receptor, mecanismo de varredura, unidade de temporização e um meio de determinar a posição e a orientação do sensor.
Lidar significa detecção e medição de distância por luz. Em termos simples, o que é essa tecnologia? É um método que envia luz laser a uma superfície e mede o tempo de retorno, repetindo isso de centenas de milhares a milhões de vezes por segundo para formar uma nuvem de pontos 3D. Nossa introdução o que é lidar aborda o princípio básico; aqui comparamos os tipos para ajudar a escolher o adequado ao projeto.
| Tipo | Plataforma | Precisão típica | Cobertura típica | Principais aplicações |
|---|---|---|---|---|
| Aerotransportado topográfico | Aeronave, helicóptero, drone | Cerca de 3–15 cm na vertical | De hectares a milhares de km² | Modelos de terreno, florestas, mapeamento de inundações, corredores |
| Batimétrico / topobatimétrico | Aeronave ou drone com laser verde | Nível decimétrico, conforme a água | Linhas costeiras, rios, fundos marinhos rasos | Zonas costeiras, canais fluviais, mapeamento de habitats |
| Terrestre (TLS) | Tripé estático | Milimétrica a curta distância | De uma sala a um edifício ou instalação industrial | BIM, instalações industriais, patrimônio, monitoramento de deformações |
| Móvel (veículo) | Carro, trem ou barco com GNSS/INS | Nível centimétrico com bom sinal GNSS | Quilômetros de rodovia ou ferrovia por dia | Rodovias, ferrovias, ativos urbanos, modelos de cidades |
| SLAM portátil / mochila | Operador a pé | Precisão relativa de cerca de 1–3 cm | Edifícios, túneis, florestas | Mapeamento interno, minas, levantamentos rápidos conforme construído |
| Satélite | Plataforma espacial em órbita terrestre | Variável; projetado para pesquisa científica | Perfis globais | Gelo, altura de florestas, elevação global |
O que é lidar aéreo e como funciona?
O lidar aéreo é um scanner laser instalado em aeronave ou drone que varre o solo enquanto um receptor GNSS e uma unidade de medição inercial (IMU) registram a trajetória exata do sensor. A combinação de distância, ângulo de varredura e trajetória fornece as coordenadas de cada retorno.
Um sensor lidar aéreo normalmente usa infravermelho próximo e emite de centenas de milhares a mais de um milhão de pulsos por segundo. Uma vantagem importante são os múltiplos retornos: um pulso pode refletir parcialmente em folhas, galhos e, por fim, no solo, permitindo modelar o terreno sob a copa da floresta. Por isso, essa tecnologia predomina em programas nacionais de elevação e modelagem de inundações.
Há duas escalas de trabalho aerotransportado:
- Aeronaves tripuladas: grandes áreas, maiores altitudes e níveis de qualidade como os da especificação básica lidar do United States Geological Survey (USGS). Seu amplamente utilizado Nível de Qualidade 2 exige pelo menos 2 pontos por metro quadrado e RMSE vertical de 10 cm em áreas sem vegetação.
- Lidar com drone: áreas menores, densidade muito maior e voos mais baixos; veja nosso guia de drones de levantamento e mapeamento UAV para escolher sensores.
Grande parte dos dados públicos aerotransportados é gratuita. Nos Estados Unidos, o programa 3D Elevation Program (3DEP) do USGS oferece cobertura nacional, e o visualizador 3DEP LidarExplorer permite localizar e baixar blocos de dados. Muitos outros países publicam conjuntos nacionais semelhantes.
O que são lidar batimétrico e topobatimétrico?
O lidar batimétrico mede a profundidade da água e a forma do fundo usando laser verde, tipicamente próximo de 532 nm, que penetra muito melhor na água que o infravermelho próximo. O lidar topobatimétrico combina um canal infravermelho próximo para terra e um verde para água, mapeando continuamente a transição entre ambos.
O sistema registra um retorno da superfície da água e outro do fundo; a diferença de tempo, corrigida pela refração e pela menor velocidade da luz na água, fornece a profundidade. A penetração depende fortemente da transparência: em águas costeiras claras pode chegar a dezenas de metros; em rios turvos, pode ser de apenas poucos metros ou menos.
Aplicações típicas incluem monitoramento de erosão costeira, acessos portuários, modelos de canais fluviais e planícies de inundação e mapeamento de habitats. Em águas turvas ou profundas, a alternativa usual é o sonar multifeixe em embarcação.
O que é lidar terrestre e o que é um scanner lidar em tripé?
O lidar terrestre escaneia a partir de uma posição estática em tripé no solo e oferece a maior precisão e densidade entre os tipos de lidar. O scanner gira horizontalmente enquanto um espelho desvia o feixe verticalmente, cobrindo quase uma esfera completa em cada instalação.
Várias instalações são registradas em uma única nuvem de pontos. A precisão costuma ser milimétrica a curta distância, tornando o escaneamento lidar terrestre 3D padrão para BIM, verificações estruturais, instalações industriais e patrimônio. Nosso scanner laser 3D terrestre captura até 2 milhões de pontos por segundo em um corpo de 4,4 kg, com versões de 70 m e 150 m (em alvos brancos de 90% de refletância), versão de longo alcance e cores HDR. Para grandes áreas, nosso scanner laser terrestre de alta velocidade opera a até 1000 kHz em um campo de visão de 360° × 282°, com laser Classe 1 seguro para os olhos.
Quando os dados precisam estar vinculados a controle topográfico preciso, como em túneis e monitoramento, uma estação total com scanner combina ângulos e distâncias de estação total com escaneamento 3D em um único instrumento. O fluxo estático completo é descrito em nosso artigo sobre escaneamento laser terrestre.
O que é lidar móvel? Sistemas em veículos, mochilas e portáteis
O lidar móvel realiza escaneamento laser a partir de uma plataforma em movimento, como veículo, trem, barco, mochila ou unidade portátil, enquanto calcula continuamente sua trajetória. Sistemas em veículos usam GNSS e IMU de alta qualidade; sistemas portáteis e de mochila dependem principalmente de localização e mapeamento simultâneos (SLAM).
- Mapeamento móvel veicular: captura rodovias, ferrovias e ativos urbanos à velocidade do tráfego. A precisão é centimétrica com bom GNSS, mas piora em cânions urbanos e túneis se não houver pontos de controle.
- SLAM portátil e de mochila: edifícios, minas, florestas e locais sem GNSS. Nosso scanner laser SLAM portátil pesa 925 g, mede de 0,1 a 70 m e fornece espessura da nuvem de pontos de 1 cm ou melhor após o pós-processamento.
O mapeamento lidar móvel troca parte da precisão por velocidade: um edifício que exige um dia de instalações em tripé pode frequentemente ser percorrido em menos de uma hora. Nosso artigo o que é SLAM explica como esses sistemas rastreiam sua posição e controlam a deriva.
Quais são os componentes e os métodos de medição do lidar?
Todo sistema lidar tem os mesmos componentes principais: emissor laser, mecanismo de direcionamento do feixe, receptor, eletrônica de temporização precisa e sistema de posicionamento. A medição da distância varia entre três métodos.
- Emissor lidar: laser pulsado ou contínuo, geralmente de 905 nm, 1064 nm ou 1550 nm para topografia e 532 nm para água.
- Scanner: espelhos, prismas ou cabeças giratórias; alguns sensores mais recentes são de estado sólido.
- Receptor: sensor laser lidar (fotodetector) que registra a luz retornada e sua intensidade.
- Posição e orientação: GNSS/IMU em sistemas aerotransportados e veiculares, SLAM em unidades portáteis ou instalação fixa em scanners terrestres.
| Método de medição de distância | Como mede | Vantagens típicas |
|---|---|---|
| Tempo de voo por pulsos | Mede o tempo de ida e volta de cada pulso | Longo alcance, múltiplos retornos; scanners aerotransportados e de longo alcance |
| Diferença de fase | Compara a fase de um feixe contínuo modulado | Altíssima velocidade e baixo ruído em distâncias curtas a médias |
| FMCW | Mede a diferença de frequência de um feixe com varredura de frequência | Também mede velocidade; em expansão nos sensores automotivos |
A resolução lidar, o menor detalhe que o sistema consegue distinguir, depende do espaçamento dos pontos, da divergência do feixe (tamanho da área iluminada à distância) e do ruído de distância, e não apenas da taxa de pontos.
Radar versus lidar: qual é a diferença?
O radar usa ondas de rádio e o lidar usa luz. Assim, o radar atravessa nuvens, chuva e alguns materiais, mas com resolução mais baixa; o lidar distingue detalhes finos, mas é bloqueado por neblina, chuva forte e superfícies sólidas. Os comprimentos de onda lidar são da ordem de 1 micrômetro; os do radar vão de milímetros a metros.
| Critério | Lidar | Radar |
|---|---|---|
| Sinal | Luz laser (visível ou infravermelha próxima) | Rádio ou micro-ondas |
| Resolução | Milímetros a centímetros | Geralmente mais baixa |
| Condições meteorológicas | Desempenho reduzido por neblina, chuva e poeira | Pouco afetado |
| Penetração | Por aberturas na vegetação; luz verde penetra na água | No solo, concreto ou gelo, no caso do radar de penetração no solo |
| Uso em levantamentos | Mapeamento 3D de superfícies | Mapeamento do subsolo e de deformações por satélite |
Em topografia, levantamento por radar normalmente significa uma de duas coisas: uso de radar de penetração no solo (GPR, também chamado georradar) para localizar redes enterradas e vazios, ou interferometria radar por satélite para medir movimentos do terreno. Nenhum substitui o lidar; eles medem coisas diferentes.
Como escolher um tipo de lidar, software ou prestador de serviços
Escolha o tipo de lidar conforme a precisão, a área e o ambiente do projeto; depois, verifique se o software consegue processar e entregar os dados nos formatos utilizados pelos clientes.
- Defina a precisão: milímetros indicam escaneamento terrestre; centímetros, lidar móvel ou de drone; decímetros, aerotransportado tripulado.
- Defina a área e o formato: salas e edifícios (terrestre ou SLAM), terrenos (drone), corredores (móvel ou drone VTOL), regiões (aeronave).
- Considere o ambiente: vegetação, água, disponibilidade GNSS e acesso.
- Planeje o controle: o controle por GNSS e estação total vincula todos os tipos de lidar ao sistema do projeto.
- Verifique o processamento: software lidar para registro, classificação e modelagem; software de mapeamento e ferramentas SIG para produtos de terreno e análises.
Muitas empresas compram scanners terrestres ou portáteis para o trabalho diário e contratam serviços de mapeamento lidar para projetos aerotransportados ou batimétricos, nos quais aeronaves e sensores especializados tornam a terceirização mais econômica. Para comparar scanners adequados às suas aplicações, solicite um orçamento informando o tamanho típico dos projetos e a precisão exigida.
Perguntas frequentes
Qual é a diferença entre radar e lidar?
O radar emite ondas de rádio e o lidar emite luz laser. O radar atravessa nuvens e chuva e pode penetrar no solo na forma de radar de penetração no solo, mas tem resolução mais baixa. O lidar mede superfícies em grande detalhe e pode mapear o solo sob a vegetação através de aberturas na copa, mas neblina, chuva e poeira reduzem seu alcance.
O que é ladar?
Ladar significa detecção e medição de distância por laser. É um termo mais antigo, usado principalmente em contextos militares e de defesa, para o mesmo princípio do lidar: medir distância pelo tempo de retorno da luz laser. Sensores ladar e lidar funcionam da mesma forma; em topografia e mapeamento, lidar é hoje o termo padrão.
Qual é o alcance de detecção do lidar?
Depende do tipo. Scanners SLAM portáteis normalmente alcançam dezenas de metros; scanners terrestres, de aproximadamente 70 m a várias centenas de metros; e sensores terrestres de longo alcance e aerotransportados vão muito além, com aeronaves voando a centenas ou milhares de metros acima do solo. O alcance diminui em superfícies escuras, molhadas ou inclinadas e sob neblina, chuva ou poeira.
Lidar versus escaneamento laser: qual é a diferença?
Não há diferença real de princípio: um scanner laser 3D é um tipo de sistema lidar. Na prática, costuma-se dizer escaneamento laser para scanners topográficos em tripé e portáteis, e lidar para sensores aerotransportados, móveis e automotivos. Um medidor lidar simples mede uma distância; um scanner varre o feixe para capturar milhões de pontos.
Qual tipo de lidar é mais preciso?
O escaneamento laser terrestre em tripé é o mais preciso, normalmente alcançando nível milimétrico a curta distância, porque o instrumento está parado e próximo à superfície. Lidar móvel e de drones costuma atingir nível centimétrico; lidar em aeronaves tripuladas, de poucos centímetros a decímetros, conforme altitude, qualidade GNSS e calibração.
O lidar consegue medir através da água?
O lidar convencional no infravermelho próximo é majoritariamente absorvido ou refletido na superfície da água e não consegue mapear o terreno submerso. O lidar batimétrico usa luz verde de cerca de 532 nanômetros, que penetra na água, e mapeia o fundo em profundidades que dependem da transparência: de poucos metros em rios turvos a dezenas de metros em águas costeiras claras.
É gratuito baixar dados lidar?
Grande parte dos dados públicos de lidar aerotransportado é gratuita. Nos Estados Unidos, o programa 3D Elevation Program do USGS oferece cobertura nacional pesquisável e baixável em seus visualizadores on-line; muitos outros países também publicam dados nacionais de elevação. Confira data, densidade de pontos e precisão antes de usar dados públicos em projetos de engenharia.
Precisa de equipamentos para este trabalho?
Informe o trabalho, o país e a quantidade. Um engenheiro responderá com uma configuração e preço em até um dia útil. O pedido mínimo é uma unidade; OEM está disponível.
