I laser scanner sono degli strumenti in grado di misurare, ad altissima velocità, la posizione di migliaia di punti in tempo reale. L’insieme di questi punti è definito “nuvola di punti” e crea la superficie degli oggetti circostanti. A differenza dei soliti rilievi aerofotogrammetrici, il laser scanner permette di ottenere misurazioni più accurate e veloci, poiché garantisce il risultato finale nello stesso preciso istante di misurazione dei punti.
Esistono laser scanner, che lavorano da terra e lidar, che implementati ad un drone, lavorano nello spazio aereo. Come si sa, per la corretta valutazione di un lidar, è importante considerare alcuni parametri, come la funzionalità, le caratteristiche fisiche, l’acquisizione dei dati e la facilità di utilizzo, che lo rendono affidabile nelle meticolose misurazioni.
Quando si parla di lidar, sono poche le persone che sanno esattamente di cosa si tratta e come mai siano diventati cosi importanti anche nello sviluppo di veicoli con guida automatica e per gli ADAS (Advanced Driver Assistance Systems), sistemi di guida avanzati che migliorano la sicurezza, il comfort e le prestazioni ecologiche.
La tecnologia Lidar
L’acronimo Lidar deriva dall’inglese Light Detection And Ranging ed è una tecnica di rilevamento che permette di determinare la distanza di un oggetto o di una superficie, utilizzando un impulso laser, in grado di restituire informazioni tridimensionali, ad alta risoluzione ed in tempo reale, sull’ambiente circostante.
La tecnologia Lidar è molto simile a quella Radar, basata sul principio dell’eco, che lavora sulle onde radio anziché la luce. La sorgente di un sistema Lidar è un laser, ovvero un fascio coerente di luce e una precisa lunghezza d’onda, inviato al sistema da osservare.
Il funzionamento della tecnologia Lidar si basa su un principio secondo il quale, sapendo che la velocità di propagazione della luce è fissa (c 300000 km/s), si può calcolare facilmente il tempo impiegato da un raggio luminoso per andare da una sorgente verso un bersaglio (riflettente) e ritornare indietro. Questo principio di misurazione viene solitamente chiamato “Time of Flight” (ToF) o tempo di volo, ed è ottenuto inviando un segnale impulsivo, mediante laser o anche misurando la fase e la frequenza del segnale luminoso riflesso, rispetto al segnale di riferimento.
Da qui, inizia tutta la procedura pratica di formule da applicare per ricavarne la distanza ma ovviamente nei droni con sistema Lidar, l’intera analisi di calcolo avviene in modo automatico grazie allo sviluppo tecnologico delle strumentazioni, che rendono la fisica, una disciplina scientifica abbastanza semplice e al contempo, affascinante.
A livello tridimensionale, è possibile ottenere la nuvola di punti, che rappresenta la distanza degli oggetti dal sensore Lidar e che può essere elaborata digitalmente per identificare oggetti fissi o in movimento, o semplicemente, per ricostruire scrupolosamente le superfici dell’ambiente analizzato.
I sistemi Lidar sono realizzati con una tecnologia all’avanguardia, basati su due principali metodologie, quella a scansione meccanica (scanner) e quella a immagine fissa (flash).
Nella scansione meccanica, un sensore Lidar fa ruotare fisicamente il laser e il ricevitore a 360° per ottenere una visione molto ampia del campo visivo. Nella metodologia Flash Lidar, il campo visivo viene determinato sostanzialmente dalle caratteristiche dell’ottica che emette e riceve il fascio di luce. La lunghezza d’onda del raggio laser emesso e la potenza con il quale viene emesso, insieme alla sensibilità del rilevatore di luce, sono alcuni dei fattori che determinano la portata visiva del Lidar e la sua capacità di “individuare” i dettagli.
I sistemi Lidar possono utilizzare diversi metodi di misurazione della distanza, oltre al tempo di volo di un impulso, possono misurare lo sfasamento del segnale emesso da un laser a onda continua o sfruttare la modulazione di frequenza. Si tratta di tecniche di misurazione e di elaborazione dei segnali ottenute dalla lunga esperienza nel settore dei radar e che oggi, vengono adattate alle lunghezze d’onda dei segnali luminosi.
Perché utilizzare un Lidar?
L’utilizzo della tecnologia Lidar è sempre più richiesto nel settore tecnologico ed abbraccia l’edilizia, il mapping e addirittura, l’automotive. I risultati ottenuti da questa tecnologia sono eccezionali perché garantiscono misurazioni veloci e precise, hanno un’ottima risoluzione del rilevamento e sono in grado di classificare al meglio gli oggetti rilevati, come per esempio, definire la direzione nella quale una persona sta guardando. Incredibile!
Inoltre, seppur dispositivi di intelligenza avanzata, i Lidar sono di facile utilizzo ed installazione, permettendo al tecnico di risparmiare tempo nella fase di applicazione.
Per la mappatura delle morfologie e telerilevamento di precisione, il Lidar gioca un ruolo fondamentale in quanto aiuta a stabilire i dislivelli tra i terreni e permette di creare numerosi DTM (Modelli digitali del terreno) di altissima precisione e con un margine di errore molto basso. Nel settore edilizio, il Lidar aiuta a riprodurre la realtà delle costruzioni con maggiore affidabilità. Allo stesso tempo, nel settore automobilistico, questa fantastica tecnologia viene utilizzata per individuare gli ostacoli e l’ambiente che circonda il veicolo per la realizzazione dei mezzi a guida autonoma. Insomma, il Lidar è la tecnica di rilevamento del futuro.
DJI Matrice 300 RTK con Lidar Zenmuse L1
Un futuro alquanto vicino se si pensa che molti tecnici utilizzano già questa tecnologia per i propri rilievi. Sicuramente si è sentito parlare del DJI Matrice 300 RTK, il potentissimo drone che, grazie all’integrazione di funzionalità di Intelligenza Artificiale avanzate, è in grado di soddisfare qualsiasi esigenza operativa. Strumenti topografici (www.strumentitopografici.it) lo raccomanda!
Con il Matrice 300 RTK, è ora possibile lavorare alle missioni in streaming, con un segnale di trasmissione fino a 15 chilometri e un’operatività continua fino a 55 minuti di volo. Per incrementare la sicurezza e la stabilità del volo, il drone DJI Matrice 300 RTK ha sensori a doppia visione e ToF posizionati su tutti e sei i lati del drone, fornendo una distanza di rilevamento fino a 40 metri. Insieme al Lidar Zenmuse L1, il Matrice 300 RTK genera modelli di nuvole di punti con colori reali in grado di acquisire fino a 2 km di dati 3D in tempo reale in un solo volo, catturando in modo efficiente i dettagli di strutture complesse e fornendo modelli ricostruiti particolarmente precisi.
Il Zenmuse L1 include un modulo Livox Lidar, un’IMU ad alta precisione e una fotocamera da 20 MP CMOS da 1” su un gimbal stabilizzato a 3 assi. Questo Lidar rende ricostruzioni accurate al centimetro grazie all’IMU ad alta precisione, un sensore di visione per la precisione del posizionamento e l’incorporazione dei dati GNSS.
La classificazione IP54 consente di utilizzare Zenmuse L1 anche in ambienti piovosi o nebbiosi. Il metodo di scansione attivo del modulo Lidar garantisce un volo sicuro anche di notte con un tasso di rilevamento pari a 240000 punti al secondo.
Le nuvole di punti in tempo reale forniscono informazioni immediate, in modo che gli operatori siano informati e possano prendere rapidamente delle decisioni. La qualità del lavoro sul campo può essere verificata anche controllando i dati della nuvola di punti subito dopo ogni volo.
Avere un drone Matrice 300 RTK con lidar Zenmuse L1 permette al tecnico di avere tutto sotto occhio per realizzare nuvole di punti dettagliate e con il minimo errore.
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