Was ist LiDAR?

LiDAR (Light Detection and Ranging) ist eine Fernerkundungstechnologie, die Laserimpulse verwendet, um Entfernungen zu messen und hochauflösende 3D-Karten der Umgebung zu erstellen. Sie wird häufig für autonome Fahrzeuge, Kartierung, Vermessung, Archäologie, Forstwirtschaft und Robotik eingesetzt.

LiDAR funktioniert so:

1. Aussenden von Laserimpulsen auf ein Objekt oder eine Oberfläche.
2. Messung der Zeit, die das Licht benötigt, um zum Sensor zurückzukehren.
3. Berechnung der Entfernung anhand der Lichtgeschwindigkeit.
4. Erzeugen einer 3D-Punktwolke, die den gescannten Bereich darstellt.

Dieser Prozess ermöglicht eine präzise Tiefenwahrnehmung und Objekterkennung.

LiDAR-Systeme können wie folgt unterteilt werden:

• Luftgestütztes LiDAR - auf Flugzeugen oder Drohnen montiert für die Kartierung von Gelände und Topografie.
• Terrestrisches LiDAR - wird auf Stativen, Fahrzeugen oder tragbaren Geräten für bodengestützte Scans verwendet.
• Mobiles LiDAR - angebracht an beweglichen Plattformen (Autos, Roboter, UAVs) für Echtzeit-Kartierungen.
• Bathymetrisches LiDAR - Verwendet grüne Laserimpulse, um Wasser zu durchdringen und Unterwassergelände zu messen.

LiDAR wird in verschiedenen Branchen eingesetzt, unter anderem:

• Autonome Fahrzeuge - Hilft selbstfahrenden Autos, Hindernisse zu erkennen und sicher zu navigieren.
• Geospatial Mapping - Erstellung von 3D-Karten für Stadtplanung, Infrastruktur und Geländeanalyse.
• Forstwirtschaft - Misst Baumhöhe, Baumkronenstruktur und Biomasse.
• Archäologie - Deckt verborgene Strukturen unter dichter Vegetation auf.
• Hoch- und Tiefbau - Hilft bei der Standortplanung, Überwachung und Strukturanalyse.
• Meteorologie - Verfolgt Luftverschmutzung, Wolkenbildung und Wettermuster.

• Hohe Genauigkeit - Ermöglicht präzise 3D-Messungen.
• Schnelle Datenerfassung - Scannt große Flächen in wenigen Minuten.
• Funktioniert auch bei schlechten Lichtverhältnissen - Anders als Kameras funktioniert LiDAR bei Tag und Nacht.
• Durchdringt die Vegetation - Kann Bodenoberflächen unter Bäumen und Blättern erfassen.
• Zuverlässig für autonome Systeme - Einsatz in selbstfahrenden Autos und Drohnen.

• Teuer - Hochwertige LiDAR-Systeme können kostspielig sein.
• Wetterempfindlichkeit - Die Leistung kann durch Nebel, Regen oder Staub beeinträchtigt werden.
• Begrenzte Reichweite - Weniger effektiv über sehr große Entfernungen im Vergleich zu RADAR.
• Hoher Datenverarbeitungsbedarf - Erfordert leistungsstarke Computer für die Echtzeitanalyse.

LiDAR hilft autonomen Fahrzeugen durch:

• Erkennung von Fußgängern, Fahrzeugen und Hindernissen in Echtzeit.
• Erstellung einer 3D-Karte der Umgebung für die Navigation.
• Genaue Tiefenwahrnehmung zur Objektvermeidung.
• Zusammenarbeit mit Kameras und RADAR zur Verbesserung der Sicherheit.

Unternehmen wie Tesla, Waymo und Apple verwenden LiDAR in ihren autonomen Fahrsystemen.

Eine LiDAR-Punktwolke ist eine Sammlung von Millionen von 3D-Punkten, die durch LiDAR-Scans erzeugt werden. Diese Punkte repräsentieren die Form, Tiefe und Textur von Objekten und erstellen hoch detaillierte digitale 3D-Modelle.

• LiDAR mit geringer Reichweite : 10 m - 100 m (für Robotik und Fahrzeuge).
• LiDAR mit mittlerer Reichweite : 100 m - 500 m (für Drohnen und Vermessung).
• LiDAR mit großer Reichweite : über 1 km (für Luftbildkartierungen und Umweltstudien).

LiDAR arbeitet in der Regel im Infrarotspektrum (IR) mit Wellenlängen im Bereich von:

• 900 - 1064 nm (Nahinfrarot, wird für Bodenaufnahmen verwendet).
• 532 nm (grünes Licht, wird für Unterwasserkarten verwendet).

LiDAR und GPS sind komplementäre Technologien:

• LiDAR liefert präzise 3D-Raumdaten.
• GPS liefert Standort- und Positionsdaten.
• Kombiniert man diese beiden Technologien, entstehen genaue Geodaten.

LiDAR wird verwendet, um:

• Verborgene Ruinen und alte Strukturen unter dichten Wäldern aufzuspüren.
• Verschollene Städte, Straßen und Tempel zu entdecken (z. B. Maya-Ruinen in Guatemala).
• Kartierung archäologischer Stätten mit minimaler Störung.

LiDAR wird häufig eingesetzt in:

• Automobilindustrie - Selbstfahrende und ADAS (Advanced Driver Assistance Systems).
• Geospatial & Surveying - Erstellung von topographischen und Höhenkarten.
• Forstwirtschaft - Überwachung der Entwaldung und Biomassestudien.
• Drohnen & UAVs - Echtzeit-Kartierung und Umweltüberwachung.
• Sicherheit & Verteidigung - Perimeterüberwachung und Erkennung von Bedrohungen.
• Spiele & VR - Erstellung von 3D-Umgebungen für Augmented und Virtual Reality.

Einige der führenden LiDAR-Hersteller sind:

• Velodyne LiDAR - Führend bei LiDAR für autonome Fahrzeuge.
• Ouster - Bietet hochauflösendes digitales LiDAR.
• Luminar - Entwickelt LiDAR für selbstfahrende Autos.
• Quanergy - Konzentriert sich auf Smart-City- und Sicherheitsanwendungen.
• Leica Geosystems - Spezialisiert auf LiDAR für die Geodatenerfassung und Kartierung.

Es wird erwartet, dass LiDAR:

• Billiger und leichter zugänglich für alltägliche Anwendungen werden.
• In Smartphones integriert werden (z. B. Apples iPhone-LiDAR-Scanner).
• Die autonome Navigation von Drohnen, Fahrzeugen und Robotern verbessern.
• Verbesserung der Stadtplanung durch 3D-Kartierung in Echtzeit.
• AR-, VR- und Spielerlebnisse der nächsten Generation ermöglichen.

Weitere Informationen finden Sie unter:

• NASA Erdwissenschaftliche LiDAR-Projekte: https://earthdata.nasa.gov
• USGS LiDAR-Daten: https://www.usgs.gov
• LiDAR-Nachrichten und -Forschung: https://www.lidarnews.com