Wenn Sie sich schon immer gefragt haben: “Wie funktioniert LiDAR?” Dann ist dieser Blog genau das Richtige für Sie. Er erklärt, wie LiDAR misst mit Laserlichtimpulsen die Abstände zu umliegenden Objekten und wandelt diese Messungen in hochpräzise 3D-Raumdaten um. Wir gehen auch darauf ein, wie Lokalisierung und LiDAR-Daten ein Dreamteam bilden, wenn es um LiDAR-Kartierung und autonome Navigationsprojekte geht. Diese Kombination ist einer der Gründe, warum LiDAR zu einer so wichtigen Technologie für mobile Kartierung, Vermessung, Robotik und intelligente Fahrzeuge geworden ist.

Das Verständnis von LiDAR ist einfacher, wenn man es in ein paar Kernbegriffe unterteilt: was der Sensor ist, wie jeder Impuls gemessen wird, wie eine Punktwolke erstellt wird und wie diese Daten bei der Kartierung und Navigation verwendet werden.

LiDAR ist eine Schlüsseltechnologie in einer Reihe von Bereichen, darunter mobile Kartierung und autonome Navigation. Wenn alles, was Sie über LiDAR wissen, ist, dass es ein Akronym ist, oder dass es mit Lasern zu tun hat, dann lesen Sie weiter. In diesem Blog erklären wir Ihnen, was LiDAR ist, wie es funktioniert und wie es eingesetzt wird. 

Ein LiDAR-Sensor ist ein Gerät, das mit Hilfe der LiDAR-Technologie seine Umgebung scannt. LiDAR steht für Light Detection And Ranging und ist seit den 1960er Jahren bekannt, obwohl Erst in den letzten zehn Jahren hat sie sich wirklich durchgesetzt.

Je nach Anwendung kann ein Lidar-Sensor auf einer statischen Plattform, einem Fahrzeug, einer Drohne oder einem anderen mobilen System montiert sein. Einige Sensoren scannen in einer festen Richtung, während andere rotieren oder fortschrittlichere Scanmuster verwenden, um ein breiteres Sichtfeld zu erfassen. In allen Fällen ist der Zweck derselbe: die Erfassung zuverlässiger räumlicher Daten, die zur Analyse, Navigation oder Kartierung verwendet werden können.

LiDAR funktioniert genauso wie Radar, sendet aber Lichtimpulse statt Schall aus. Wenn ein Impuls ein Objekt erreicht, prallt er an diesem ab und kehrt zum Scanner zurück. Der Scanner erkennt den zurückkehrenden Impuls, berechnet, wie lange der Impuls für die Rückkehr gebraucht hat, und errechnet daraus, wie weit das Objekt entfernt ist.

Aufgrund der kürzeren Wellenlänge von LiDAR im Vergleich zu Radar und Sonar ist LiDAR wohl der beste Sensor für hochauflösende Daten. Das ist einer der Hauptgründe, warum LiDAR oft gewählt wird, wenn detaillierte Oberflächeninformationen benötigt werden. Es kann feine Merkmale und subtile Formveränderungen erfassen, die sowohl für Kartierungs- als auch für Navigationsabläufe wichtig sind.

LiDAR-Scanner senden in der Regel während eines Scans Millionen von Lichtimpulsen aus. Jeder zurückkehrende Impuls wird als Punkt im Raum aufgezeichnet; im Verlauf eines Scans wird eine riesige Sammlung von Punkten erzeugt. Diese Punkte werden als Punktwolke bezeichnet. Die Punktwolke ist eine der wichtigsten Ergebnisse eines LiDAR-Sensors, da sie die Grundlage für die spätere Verarbeitung, Modellierung und Interpretation bildet.

Sobald eine Punktwolke erstellt wurde, wird sie mit Hilfe von Software zu besser verwertbaren Ergebnissen verarbeitet. Dazu können 3D-Modelle, Geländedarstellungen, gemessene Merkmale oder strukturierte Kartendaten gehören.

Angesichts der Entfernungsmessung gibt es zwei Hauptanwendungsbereiche für die LiDAR-Technologie: Vermessung und Kartierung sowie Navigation.

Bei der Vermessung und Kartierung wird der LiDAR-Scanner an einem Auto, einer Drohne, einem Flugzeug oder einem Boot befestigt und bewegt sich um ein Gebiet oder ein Objekt und scannt es. Die dabei entstehende Punktwolke wird in eine Karte des vermessenen Objekts umgewandelt, aus der genaue Entfernungen berechnet werden können. 

Zu den Vermessungsanwendungen gehören die Kartierung von Korridoren, die Erfassung von Infrastrukturen, die Inspektion von Anlagen, die Geländemodellierung und die Erfassung von Geodaten im weiteren Sinne. Der genaue Arbeitsablauf variiert, aber das Grundprinzip bleibt dasselbe: Der LiDAR-Sensor erfasst die Geometrie maßstabsgetreu und mit einem hohen Detailgrad.

Bei der Navigation befindet sich das LiDAR in einem System verschiedener Sensoren, die die Umgebung der autonomen Plattform scannen. Die Daten werden für eine Vielzahl von Anwendungen genutzt, darunter die Erkennung von Objekten und die Kartierung in Echtzeit mit Algorithmen wie SLAM.

In diesen Systemen hilft LiDAR der Plattform zu verstehen, was sich um sie herum befindet und wie sich die Umgebung in Echtzeit verändert. Das ist wichtig für die Erkennung von Hindernissen, die Identifizierung von Merkmalen und die Unterstützung einer sicheren Bewegung durch komplexe Räume.

Für beide Anwendungen müssen die LiDAR-Daten mit Lokalisierungsdaten gekoppelt werden, um nützlich zu sein.

Bei der Vermessung muss die von einem LiDAR erzeugte Punktwolke auf der Erde lokalisiert werden; jedem Punkt muss ein Satz von Koordinaten zugeordnet werden. Dieser Vorgang wird als Georeferenzierung bezeichnet. 

Die Georeferenzierung ist absolut unerlässlich, um Punktwolkendaten für Vermesser nutzbar zu machen. Ohne sie können Sie die Punktwolke nicht verwenden, um Entfernungen zuverlässig zu messen oder die Position von Objekten in Ihrer Vermessung genau anzugeben. Um die Georeferenzierung zu ermöglichen, benötigen Sie ein Gerät, das die Position des LiDAR-Scanners während der gesamten Vermessung genau aufzeichnen kann. Das ist normalerweise ein GNSS/erweitertes Trägheitsnavigationssystem oder GNSS/INS. 

OXTS GNSS/INS-Geräte werden von vielen Vermessungsingenieuren für die Georeferenzierung ihrer LiDAR-Daten verwendet. Die Arbeit mit OXTS bietet diesen Vermessern ein hohes Maß an Genauigkeit in einer Vielzahl von Umgebungen. OXTS verfügt über ein spezielles Tool für die Kombination von LiDAR- und GNSS/INS-Daten zur Erstellung einer georeferenzierten Punktwolke: OXTS-Georeferenzierung. Georeferencer macht nicht nur die Georeferenzierung von Daten schnell und einfach, aber es enthält auch ein Kalibrierungswerkzeug, das LiDAR und GNSS/INS präzise ausrichtet, um kristallklare Punktwolken zu erzeugen. 

Dank einer Reihe cleverer Algorithmen und Sensorfusionsfunktionen sind die OXTS-Geräte darauf spezialisiert, selbst in Bereichen mit schlechtem oder gar keinem Satellitensignal (z. B. bei Vermessungen in Innenräumen) genaue Daten zu liefern. Wir verfügen außerdem über vorgefertigte Integrationen mit den meisten großen LiDAR-Marken, so dass sich unsere Technologie problemlos in LiDAR-Kartierungsnutzlasten integrieren lässt.

So wie Lokalisierungsdaten für LiDAR-Kartierungen nützlich sind, können LiDAR-Daten auch zur Verbesserung von Lokalisierungsdaten beitragen. OXTS hat LiDAR Boost entwickelt, das Punktwolkendaten von einem LiDAR-Scanner analysiert, um Geschwindigkeitsmessungen zu berechnen. Diese Messungen können vom GNSS/INS verwendet werden, um die Positionsgenauigkeit in Bereichen zu verbessern, in denen es kein GNSS-Signal gibt, wie z. B. in Tiefgaragen. Da viele Vermessungs- und Autonomie-Nutzlasten bereits LiDAR enthalten, freuen wir uns über das Potenzial von LiDAR Boost, die Qualität der Navigationsdaten zu verbessern, ohne dass zusätzliche Geräte benötigt werden!