Лідарна зйомка у геодезії: як працює та де застосовується
LiDAR (Light Detection and Ranging) – це активна оптична технологія збору інформації про віддалені об'єкти за допомогою лазерного випромінювання. Вона існує з 1960-х років, але ефективно використовується в ГІС лише останнім десятиріччям. LiDAR надсилає тисячі імпульсів на секунду, створюючи дво- або тривимірні моделі середовища, що інтегруються з ГІС-платформами.
Технологія стала комерційно доступною завдяки розвитку GNSS-IMU, волоконно-оптичних гіроскопів (FOG) і мікроелектромеханічних систем (MEMS). Її головна перевага – здатність до 3D-вимірювання та проникнення крізь рослинність, що дозволяє отримувати детальні дані про рельєф. Лазерне сканування використовується у будівництві, картографії та міському плануванні. Для різних завдань застосовують сканування з різною висотою польоту:
- 50–300 м – висока деталізація (RIEGL VUX-240, Optech ORION C300-1)
- 400–1000 м – середня деталізація (Leica Terrain Mapper, Optech ALTM Pegasus)
- 2000+ м – мала деталізація, для дрібномасштабного картографування
Як працює лідарна зйомка
Лідарна технологія базується на випромінюванні лазерних імпульсів і вимірюванні часу, за який вони повертаються до приймача після відбиття від поверхні. Основні компоненти лідарної системи включають:
- Лазерний сканер – випромінює світлові імпульси та приймає їх відбиття.
- GPS-приймач – визначає точні координати місця сканування.
- Інерціальна навігаційна система (INS) – допомагає визначати орієнтацію датчика в просторі.
- Обчислювальна система – аналізує отримані дані та формує хмару точок.
Лідар може працювати у двох основних режимах:
- Аеролідарне сканування – використовується з літаків, дронів або вертольотів для отримання великомасштабних даних про рельєф.
- Наземне сканування – застосовується для детального аналізу будівель, доріг, мостів та інших об’єктів.
Після збору даних формується хмара точок – набір координат X, Y, Z, які разом створюють детальну 3D-модель місцевості або об’єкта.
Де застосовується лідарна зйомка
1. Геодезія та картографія
Лідар допомагає створювати високоточні цифрові моделі рельєфу (DEM) та цифрові моделі поверхні (DSM). Ці моделі використовуються для топографічного картографування, проектування доріг, інженерних споруд і проведення кадастрових робіт.
2. Будівництво та інфраструктура
Завдяки лідару можна виконувати моніторинг стану доріг, мостів, тунелів та інших інженерних об'єктів. Це дає змогу виявляти деформації та планувати ремонтні роботи.
3. Лісове господарство
Лідарна зйомка дозволяє оцінювати висоту дерев, щільність рослинності та об'єм деревини. Це допомагає в управлінні лісовими ресурсами, плануванні вирубок та відновленні лісів.
4. Археологія
Лідар допомагає знаходити приховані під рослинністю археологічні об'єкти, такі як стародавні поселення, кургани та дороги. Технологія дозволяє проводити дослідження без руйнування культурних пам’яток.
5. Екологія та моніторинг природних процесів
Лідар використовується для вивчення ерозії ґрунтів, аналізу берегових ліній, оцінки наслідків повеней і лісових пожеж.
6. Автономні транспортні системи
Лідар є ключовою технологією в розробці безпілотних автомобілів, допомагаючи їм орієнтуватися в просторі, розпізнавати перешкоди та будувати карти навколишнього середовища.
Переваги та недоліки лідарної зйомки
Переваги:
✅ Висока точність вимірювань
✅ Швидкість збору даних
✅ Можливість отримання 3D-моделей території
✅ Робота в умовах обмеженої видимості (навіть крізь лісовий покрив)
Недоліки:
❌ Висока вартість обладнання та обробки даних
❌ Складність роботи у водних середовищах
❌ Великий обсяг даних, що потребує потужних обчислювальних ресурсів
Аерофотознімання поступається LiDAR через високу вартість авіаційних польотів. Альтернативою є використання безпілотників, що забезпечують:
- Економічність – в десятки разів дешевше за авіа- та космічне знімання;
- Гнучкість – зйомка з висоти 10–200 м з роздільною здатністю до сантиметра;
- Оперативність – отримання даних протягом кількох годин;
- Мобільність – відсутність потреби в аеродромах, простота транспортування.
Сучасні LiDAR-системи для БПЛА (RIEGL MiniVUX-1UAV, Velodyne Buck LITE) не потребують GNSS-IMU завдяки SLAM та LOAM-алгоритмам. Візуальна одометрія компенсує рух датчиків, що дозволяє отримувати 3D-дані в реальному часі. Провідні виробники – Gexcel HERON, GeoSLAM Zeb Horizon, Kaarta Stencil, RoboSense, Ouster.
Однофотонна технологія та Geiger-режим – це нові прориви у лазерному скануванні, що підвищують точність та деталізацію даних.
Висновок
Лідарна зйомка є потужним інструментом у геодезії та багатьох інших сферах. Вона дозволяє швидко та точно отримувати тривимірні моделі місцевості, що значно покращує якість планування та управління територіями. Незважаючи на високу вартість, ця технологія стає дедалі доступнішою та широко використовується в наукових і практичних дослідженнях.
З розвитком дронів, штучного інтелекту та вдосконаленням лідарних сенсорів можна очікувати, що в майбутньому ця технологія стане ще ефективнішою та дешевшою, розширюючи свої можливості у різних галузях.
