Лидар: история совершенствования и применения системы
Лидар – устройство, без которого невозможно вообразить системы помощи водителю, “автопилоты”, которыми комплектуются современные транспортные средства. Это утверждение применимо и ко многим другим отраслям, например, лидары востребованы в промышленном производстве, системах наблюдения и безопасности, строительстве, транспорте.
Ужесточение требований, предъявляемых к автомобилям, повышение интереса к системам управления, не требующим участия водителя, стимулирует развитие лидаров. Современные трехмерные модели с высокой точностью вычисляют дистанцию до объекта, фиксируют его габариты и геометрию.
Конечно, лидары не возникли вместе с беспилотными автомобилями, использовались они и ранее, однако, не отличались совершенством, характерным для 3D-моделей, были достаточно громоздкими, дорогими и требующими регулярного обслуживания.
Совершенствование лидаров значительно расширило возможности их эксплуатации. Например, они используются в системах безопасности, сигнализациях, реагирующих на постороннее проникновение. Уровень точности вполне позволяет применять их даже на наиболее ответственных объектах, будь то аэропорты или атомные электростанции. Лидары часто применяются для оптимизации дорожного движения, фиксируют заторы на перекрестках, подают команду на изменение фаз светофоров, что позволяет быстрее устранить пробку, восстановить нормальную пропускную способность автомагистрали, снизить риск ДТП.
Что такое лидар?
Лидар – это заимствование англоязычной аббревиатуры, которую можно расшифровать как “обнаружение и определение дальности при помощи света”. Синонимичным термином может быть “лазерный локатор”. Фиксация дистанции происходит посредством лазерного луча. Первые лидары представляли собой громоздкие устройства, расположенные на крышах и кабинах транспортных средств, укомплектованные поворотными механизмами, постоянно изменяющими направление луча для лучшего охвата пространства. Они не отличались высокой точностью работы, при этом требовали регулярного обслуживания механики из-за быстрого износа.
Исправить недостаток смогла, например, компания Blickfeld, разработавшая твердотельные устройства, максимально компактные, недорогие, надежные и не нуждающиеся в обслуживании. Отказ от подвижных механизмов не сказался на эффективности работы, при этом исключил саму проблему износа деталей. Изменение направления луча для сканирования пространства в данном случае достигается за счет системы зеркал.
Сгенерированный лидаром луч отражается от объекта, возвращается назад и улавливается датчиком высокой чувствительности. Время между моментом излучения и фиксацией отраженного луча позволяет точно определить дистанцию до объекта. Луч позволяет не просто фиксировать расстояние, но помогает создавать трехмерные карты сканируемого объекта.
Схожий принцип используется в радаре, где функцию лазерного луча выполняет радиоволна, но лидар – куда более точное и надежное устройство. Он уверенно взаимодействует с любыми объектами, вне зависимости от габаритов, материалов поверхностей и других особенностей. Радар таким похвастаться не может, существуют материалы, которые не отражают, а поглощают волну, объект на их основе, по сути, становится невидимым.
Классификация
Лидары представлены тремя основными группами, разделяются по принципу действия и объемам собираемых данных:
- Однонаправленные. Изменение направления лазерного луча невозможно. Лидары подходят для простейших систем, например, комплексов измерения числа посетителей в супермаркете.
- Горизонтальные. Изменение направления луча возможно исключительно в горизонтальной плоскости. Востребованы в промышленной автоматизации, при оснащении складской техники, однако, они не могут среагировать на объекты, расположенные ниже их по горизонтали. Проще говоря, будучи установленным на погрузчике, на высоте около метра от земли – лидар зафиксирует присутствие на пути следования взрослого, подаст сигнал на экстренную остановку, но пропустит ребенка.
- Трехмерные. Наиболее совершенные устройства, сканирующие все пространство по вертикали и горизонтали. Позволяют создавать объемные карты сканируемых помещений и объектов, уверенно фиксируют препятствия и посторонние вторжения в контролируемой зоне. Количество ошибок и ложных срабатываний, при этом сведено к минимуму, вплоть до полного отсутствия.
Камеры против лидаров
Функция лидаров – полное сканирование контролируемой зоны, тогда как камеры, использующиеся в системах обнаружения, фиксируют только световые и цветовые данные. Да, они смогут заметить объект при хорошем освещении, однако, зачастую окажутся бесполезными ночью, не смогут определить его геометрические параметры, измерить расстояние. Это касается даже современных “умных” камер, дополненных процессорами, аналитическими и измерительными системами. Лидар, в любом случае, оказывается более точным, а потому именно он используется в беспилотных автомобилях, летательных аппаратах, при сборке автономных комплексных управления, способных проложить безопасный маршрут, исключить риск столкновения.
Развитие технологии: “умные” лидары
Такие устройства оснащены наиболее современными аппаратными и программными модулями, что позволяет не просто сканировать пространство, но и анализировать полученную информацию, сохранять ее, передавать на исполнительные устройства, процессоры беспроводными или проводными методами.
“Умные” лидары становятся все более востребованными в промышленной автоматизации, используются при комплектации роботизированных линий, позволяют вывести уровень безопасности на недоступный ранее уровень, решить массу задач, казавшихся невыполнимыми.