ประเภทไลดาร์: เปรียบเทียบระบบทางอากาศ ภาคพื้นดิน เคลื่อนที่ และวัดความลึกน้ำ

ประเภทหลักของไลดาร์มีอะไรบ้าง?

ประเภทของไลดาร์หลักคือระบบทางอากาศ ภาคพื้น เคลื่อนที่ และวัดความลึกน้ำ แบ่งตามแพลตฟอร์มที่บรรทุกเซนเซอร์และพื้นผิวที่วัด แต่ละประเภทเป็นระบบไลดาร์ครบชุด ได้แก่ เลเซอร์ ตัวรับ กลไกสแกน หน่วยจับเวลา และวิธีระบุตำแหน่งกับทิศวางตัวของเซนเซอร์

ไลดาร์ย่อมาจาก light detection and ranging หากอธิบายง่าย ๆ เทคโนโลยีไลดาร์คืออะไร? คือวิธีวัดระยะโดยส่งแสงเลเซอร์ไปยังพื้นผิวและจับเวลาการสะท้อน ทำซ้ำหลายแสนถึงหลายล้านครั้งต่อวินาทีเพื่อสร้างพอยต์คลาวด์ 3 มิติ บทนำไลดาร์คืออะไรของเราครอบคลุมหลักการพื้นฐาน ส่วนบทความนี้เปรียบเทียบประเภทต่าง ๆ เพื่อช่วยเลือกให้เหมาะกับโครงการ

ไลดาร์ทางอากาศคืออะไรและทำงานอย่างไร?

ไลดาร์ทางอากาศคือเครื่องสแกนเลเซอร์ติดบนเครื่องบินหรือโดรนที่กวาดพื้นดินด้านล่าง ขณะที่เครื่องรับ GNSS และหน่วยวัดความเฉื่อย (IMU) บันทึกแนววิถีที่แม่นยำของเซนเซอร์ การรวมระยะ มุมสแกน และแนววิถีทำให้ได้พิกัดของทุกสัญญาณสะท้อนกลับ

เซนเซอร์ไลดาร์ทางอากาศมักใช้แสงอินฟราเรดใกล้ และยิงพัลส์ตั้งแต่หลายแสนถึงมากกว่าล้านครั้งต่อวินาที จุดเด่นสำคัญคือการรับสัญญาณสะท้อนหลายครั้ง พัลส์หนึ่งอาจสะท้อนบางส่วนจากใบไม้ กิ่งไม้ และสุดท้ายพื้นดิน การสแกนไลดาร์ทางอากาศจึงสร้างแบบจำลองพื้นดินเปล่าใต้เรือนยอดป่าได้ ด้วยเหตุนี้จึงเป็นเทคโนโลยีหลักในโครงการข้อมูลระดับความสูงแห่งชาติและการจำลองน้ำท่วม

งานทางอากาศมีสองขนาด:

• อากาศยานมีนักบิน: พื้นที่ใหญ่ บินสูงกว่า และใช้ระดับคุณภาพเช่นในข้อกำหนดพื้นฐานไลดาร์ของ United States Geological Survey (USGS) โดย Quality Level 2 ที่นิยมใช้กำหนดอย่างน้อย 2 จุดต่อตารางเมตร และ RMSE แนวดิ่ง 10 cm ในพื้นที่ไม่มีพืชพรรณ
• ไลดาร์บนโดรน: พื้นที่เล็กกว่าแต่มีความหนาแน่นจุดสูงกว่ามาก บินต่ำกว่า ดูตัวเลือกอุปกรณ์บรรทุกในคู่มือโดรนสำรวจและการทำแผนที่ UAVของเรา

ข้อมูลทางอากาศสาธารณะจำนวนมากใช้ฟรี สำหรับการดาวน์โหลดไลดาร์ในสหรัฐอเมริกา โครงการ 3D Elevation Program (3DEP) ของ USGS มีข้อมูลครอบคลุมระดับประเทศ และโปรแกรมดู 3DEP LidarExplorer ให้ค้นหาและดาวน์โหลดแผ่นข้อมูลได้ อีกหลายประเทศเผยแพร่ชุดข้อมูลแห่งชาติในลักษณะเดียวกัน

ไลดาร์วัดความลึกน้ำและไลดาร์สำรวจภูมิประเทศร่วมกับความลึกน้ำคืออะไร?

ไลดาร์วัดความลึกน้ำวัดความลึกและรูปทรงท้องน้ำด้วยเลเซอร์สีเขียว โดยทั่วไปประมาณ 532 nm ซึ่งทะลุน้ำได้ดีกว่าแสงอินฟราเรดใกล้มาก ไลดาร์สำรวจภูมิประเทศร่วมกับความลึกน้ำรวมช่องอินฟราเรดใกล้สำหรับบกกับช่องสีเขียวสำหรับน้ำ เพื่อทำแผนที่รอยต่อบกกับน้ำอย่างต่อเนื่อง

ระบบบันทึกการสะท้อนจากผิวน้ำและอีกครั้งจากท้องน้ำ ผลต่างเวลาที่แก้ผลการหักเหและความเร็วแสงที่ช้าลงในน้ำให้ค่าความลึก ความลึกที่ทะลุถึงขึ้นอยู่กับความใสของน้ำอย่างมาก ในน้ำชายฝั่งใสอาจลึกหลายสิบเมตร แต่ในแม่น้ำขุ่นอาจมีเพียงไม่กี่เมตรหรือน้อยกว่า

การใช้งานทั่วไป ได้แก่ ติดตามการกัดเซาะชายฝั่ง ทางเข้าท่าเรือ แบบจำลองร่องน้ำและพื้นที่น้ำท่วมถึง และแผนที่ถิ่นอาศัย หากน้ำขุ่นหรือลึก ทางเลือกที่ใช้ทั่วไปคือโซนาร์หลายลำคลื่นจากเรือ

ไลดาร์ภาคพื้นคืออะไร และเครื่องสแกนไลดาร์บนขาตั้งคืออะไร?

ไลดาร์ภาคพื้นคือการสแกนเลเซอร์จากตำแหน่งขาตั้งประจำที่บนพื้นดิน และให้ความแม่นยำกับความหนาแน่นสูงที่สุดในบรรดาไลดาร์ทุกประเภท เครื่องสแกนไลดาร์ภาคพื้นหมุนในแนวราบ ขณะที่กระจกเบนลำแสงในแนวดิ่ง ครอบคลุมเกือบเต็มทรงกลมในการตั้งแต่ละครั้ง

ข้อมูลจากหลายจุดตั้งนำมาลงทะเบียนรวมเป็นพอยต์คลาวด์เดียว ความแม่นยำโดยทั่วไปอยู่ในระดับมิลลิเมตรในระยะใกล้ ทำให้การสแกนเลเซอร์ 3 มิติด้วยไลดาร์ภาคพื้นเป็นมาตรฐานสำหรับ BIM การตรวจโครงสร้าง โรงงานอุตสาหกรรม และมรดกวัฒนธรรม เครื่องสแกนเลเซอร์ 3 มิติภาคพื้นของเราเก็บได้สูงสุด 2 ล้านจุดต่อวินาทีในตัวเครื่องหนัก 4.4 kg มีรุ่นระยะ 70 m และ 150 m (บนเป้าสีขาวสะท้อน 90%) และรุ่นระยะไกล พร้อมสี HDR สำหรับพื้นที่ขนาดใหญ่ เครื่องสแกนเลเซอร์ภาคพื้นความเร็วสูงของเราสแกนได้สูงสุด 1000 kHz ในมุมมอง 360° × 282° ด้วยเลเซอร์ ระดับ 1 ที่ปลอดภัยต่อดวงตา

เมื่อต้องผูกข้อมูลสแกนเข้ากับหมุดควบคุมสำรวจอย่างแม่นยำ เช่น งานอุโมงค์และติดตามตรวจวัด กล้องประมวลผลรวมแบบสแกนรวมการวัดมุมและระยะของกล้องประมวลผลรวมกับการสแกน 3 มิติในเครื่องเดียว บทความการสแกนเลเซอร์ภาคพื้นของเราอธิบายกระบวนการแบบประจำที่ทั้งหมด

ไลดาร์เคลื่อนที่คืออะไร? ระบบบนรถ เป้สะพายหลัง และแบบมือถือ

ไลดาร์เคลื่อนที่คือการสแกนเลเซอร์จากแพลตฟอร์มที่เคลื่อนที่ เช่น รถ รถไฟ เรือ เป้สะพายหลัง หรืออุปกรณ์มือถือ ขณะที่ระบบคำนวณแนววิถีของตนเองอย่างต่อเนื่อง ระบบบนรถใช้ GNSS และ IMU ระดับสูง ส่วนระบบมือถือและเป้สะพายหลังอาศัยการระบุตำแหน่งและทำแผนที่พร้อมกัน (SLAM) เป็นหลัก

• การทำแผนที่เคลื่อนที่บนรถ: เก็บข้อมูลถนน ทางรถไฟ และทรัพย์สินริมถนนด้วยความเร็วการจราจร ความแม่นยำอยู่ระดับเซนติเมตรเมื่อ GNSS ดี แต่ลดลงในช่องอาคารสูงและอุโมงค์หากไม่เพิ่มหมุดควบคุม
• SLAM แบบเป้สะพายหลังและมือถือ: อาคาร เหมือง ป่า และทุกพื้นที่ที่ไม่มี GNSS เครื่องสแกนเลเซอร์ SLAM แบบมือถือของเราหนัก 925 g วัดได้ตั้งแต่ 0.1 ถึง 70 m และให้ความหนาพอยต์คลาวด์ 1 cm หรือดีกว่าหลังประมวลผลภายหลัง

การทำแผนที่ไลดาร์เคลื่อนที่แลกความแม่นยำบางส่วนกับความเร็ว อาคารที่ต้องใช้เวลาหนึ่งวันตั้งขาตั้งหลายจุดมักเดินเก็บข้อมูลได้ภายในหนึ่งชั่วโมง บทอธิบายSLAM คืออะไรของเราบอกว่าระบบเหล่านี้ติดตามตนเองและควบคุมการลอยของตำแหน่งอย่างไร

ส่วนประกอบและวิธีวัดระยะของไลดาร์มีอะไรบ้าง?

ระบบสแกนไลดาร์ทุกระบบมีส่วนประกอบหลักเหมือนกัน ได้แก่ ตัวปล่อยเลเซอร์ กลไกบังคับทิศลำแสง ตัวรับ วงจรจับเวลาแม่นยำ และระบบระบุตำแหน่ง การวัดระยะด้วยไลดาร์แตกต่างกันเป็นสามวิธี

• ตัวปล่อยไลดาร์: เลเซอร์แบบพัลส์หรือต่อเนื่อง โดยทั่วไปใช้ 905 nm, 1064 nm หรือ 1550 nm สำหรับงานภูมิประเทศ และ 532 nm สำหรับน้ำ
• เครื่องสแกน: กระจกหมุน ปริซึม หรือหัวหมุน เซนเซอร์รุ่นใหม่บางแบบเป็นโซลิดสเตต
• ตัวรับ: เซนเซอร์เลเซอร์ไลดาร์ (ตัวตรวจจับแสง) ที่บันทึกแสงสะท้อนกลับและความเข้ม
• ตำแหน่งและทิศวางตัว: GNSS/IMU ในระบบทางอากาศและบนรถ SLAM ในอุปกรณ์มือถือ หรือจุดตั้งคงที่สำหรับเครื่องสแกนภาคพื้น

ความละเอียดไลดาร์หรือรายละเอียดเล็กที่สุดที่ระบบแยกได้ ขึ้นอยู่กับระยะห่างจุด การบานของลำแสง (ขนาดจุดแสง ณ ระยะนั้น) และสัญญาณรบกวนระยะ ไม่ใช่อัตราจุดเพียงอย่างเดียว

เรดาร์เทียบกับไลดาร์: ต่างกันอย่างไร?

เรดาร์ใช้คลื่นวิทยุ ส่วนไลดาร์ใช้แสง ดังนั้นเรดาร์จึงมองผ่านเมฆ ฝน และวัสดุบางชนิดได้แต่มีความละเอียดหยาบกว่า ขณะที่ไลดาร์แยกรายละเอียดเล็กได้แต่ถูกกีดขวางด้วยหมอก ฝนหนัก และพื้นผิวทึบ ความยาวคลื่นไลดาร์อยู่ราว 1 ไมโครเมตร ส่วนเรดาร์มีความยาวคลื่นตั้งแต่มิลลิเมตรถึงเมตร

ในงานสำรวจ การสำรวจด้วยเรดาร์มักหมายถึงสองอย่าง คือการสำรวจภาคพื้นด้วยเรดาร์หยั่งทะลุพื้นดิน (GPR หรือการสำรวจจีโอเรดาร์) เพื่อหาสาธารณูปโภคและโพรงใต้ดิน หรือเรดาร์อินเตอร์เฟอโรเมทรีจากดาวเทียมเพื่อวัดการเคลื่อนตัวของพื้นดิน ทั้งสองใช้แทนไลดาร์ไม่ได้ เพราะวัดคนละสิ่ง

วิธีเลือกประเภทไลดาร์ ซอฟต์แวร์ หรือผู้ให้บริการไลดาร์

เลือกประเภทไลดาร์ตามความแม่นยำ พื้นที่ และสภาพแวดล้อมของโครงการ จากนั้นตรวจสอบว่าซอฟต์แวร์ไลดาร์ของคุณประมวลผลและส่งมอบข้อมูลในรูปแบบที่ลูกค้าใช้ได้

1. กำหนดความแม่นยำ: ระดับมิลลิเมตรเหมาะกับการสแกนภาคพื้น เซนติเมตรกับไลดาร์เคลื่อนที่หรือโดรน และเดซิเมตรกับอากาศยานมีนักบิน
2. กำหนดพื้นที่และรูปทรง: ห้องและอาคาร (ภาคพื้นหรือ SLAM) พื้นที่โครงการ (โดรน) แนวเส้นทาง (เคลื่อนที่หรือโดรน VTOL) ภูมิภาค (เครื่องบิน)
3. พิจารณาสภาพแวดล้อม: พืชพรรณ น้ำ ความพร้อม GNSS และการเข้าถึง
4. วางแผนหมุดควบคุม: หมุดควบคุมจาก GNSS และกล้องประมวลผลรวมเป็นสิ่งที่ผูกไลดาร์ทุกประเภทเข้ากับกริดโครงการ
5. ตรวจสอบการประมวลผล: ซอฟต์แวร์ประมวลผลไลดาร์สำหรับลงทะเบียน จำแนกประเภท และสร้างแบบจำลอง รวมถึงซอฟต์แวร์ทำแผนที่ไลดาร์และเครื่องมือ GIS ไลดาร์สำหรับผลิตภัณฑ์ภูมิประเทศและการวิเคราะห์

หลายบริษัทซื้อเครื่องสแกนภาคพื้นหรือแบบมือถือสำหรับงานประจำวัน และใช้บริการทำแผนที่ไลดาร์ในโครงการทางอากาศหรือวัดความลึกน้ำ ซึ่งอากาศยานและเซนเซอร์เฉพาะทำให้การจ้างภายนอกประหยัดกว่า หากต้องการเปรียบเทียบเครื่องสแกนสำหรับการใช้งานของคุณ ให้ขอใบเสนอราคาพร้อมขนาดโครงการทั่วไปและความแม่นยำที่ต้องการ

คำถามที่พบบ่อย