Найти город майя и отследить миграцию животных из космоса: что такое лидары

О технологии лазерного сканирования (лидарах) широкая публика начала говорить сравнительно недавно, а точнее — с начала развития беспилотных автомобилей. Это неудивительно, ведь лидары — основополагающая часть самоуправляемого авто.

Устройства с помощью лазерных импульсов обнаруживают объекты, а датчики определяют расстояние до них. Таким образом технология лазерного сканирования позволяет создать точную разметку поверхности или окружающей местности.

Но на самом деле лазерное сканирование используют уже с 70-х годов прошлого века, и сферы его применения очень разнообразны — от картографии до космической сферы. Вот несколько направлений, которые только выиграли от появления технологии.

Окружающая среда

В конце 2019 года — начале 2020-го мир потрясла новость о масштабных пожарах в Австралии. В результате катастрофы пострадало около 7,7 млн гектаров земли и 6000 зданий, несколько десятков человек и примерно миллиард животных погибли.

Сейчас Австралия восстанавливается от нанесенного ущерба — и в некоторых случаях в этом помогают лидары. Так, организация Airborne Research Australia создает детальные 3D-карты пострадавшей местности в районе Аделаидских холмов и Острова кенгуру и выкладывает их в открытый доступ.

По словам авторов работы, эти данные помогут местным сообществам восстановиться от пожара, а также уменьшить потенциальные риски, которые могут возникнуть в будущем.

Основатель Airborne Research Australia профессор Йорг Хакер подчеркивает: лазерное сканирование позволяет получить беспрецедентное качество материалов, которого невозможно достичь при стандартной аэрофотосъемке или с помощью спутниковых данных.

И это только один пример, как лидары помогают людям бороться с экологическими катастрофами и изменениями в окружающей среде. В ноябре 2019 года NASA и Национальный центр космических исследований Франции опубликовали результаты первого глобального исследования миграции в океане. Ученые использовали лидар CALIPSO, благодаря которому получили данные о ежедневных вертикальных миграциях океанских существ — процессе, значительно влияющем на климат планеты.

Лазерное сканирование позволило исследователям выделять конкретные виды животных и наблюдать за ними на протяжении долгого времени. "Эта работа продемонстрировала нечто, что стало сюрпризом для многих: лидары обладают достаточной чувствительностью, чтобы проводить полноценные измерения океана из космоса", - прокомментировал результаты ученый NASA Крис Хостетлер.

Археология

В конце 2011-го — начале 2012 года стало известно об открытии крупного поселения народа пурепеча, которое существовало в западной Мексике примерно с 1000 по 1520 год нашей эры. Открытие поистине было грандиозным — авторы объясняли его важность тем, что находки помогут лучше понять, как в те времена формировались сложные сообщества и как на них влияли изменение климата и окружающей среды.

Для проведения исследования археологи использовали лазерное сканирование. По словам профессора Государственного университета Колорадо Криса Фишера, одного из соавторов открытия, он сомневался в применении лидара, так как на эти деньги можно было бы профинансировать полный сезон исследовательских работ.

Но результат оказался впечатляющим: "За 45 минут полета лидар смог сделать то, что мы бы делали 10 лет вручную. Исходя из полученных данных, мы можем начать раскопки намного раньше назначенного срока".

Технология уже активно используется в археологии и показала свою эффективность — настолько, что специалисты назвали ее появление революцией в сфере. Поселение пурепеча — не единственное открытие «в активе» лидаров. Сканирование также помогло найти затерянный город народа майя и римскую виллу в Хорватии.

Урбанистика

Лидары используют не только для поиска затерянных городов, но и для улучшения жизни в современных. Одним из лидеров здесь выступает США: в стране насчитывается не меньше десятка локаций, которые активно применяют технологию.

В Бостоне, например, данные сканирования используют для того, чтобы разработать план высадки деревьев. В 2016 году администрация города благодаря лидарам определила, что залесенность города — уровень укрытия местности кронами деревьев — находится на отметке 27%. Но этот показатель сильно отличался в зависимости от района. Учитывая глобальный план города повысить залесенность до 35% к 2035 году, Бостон начал активно высаживать деревья — и обращать отдельное внимание на места с недостатком зелени.

В то же время администрация Сан-Франциско отсканировала маршруты трамваев и автобусов, чтобы удаленно мониторить состояние путей и дорог, а также связанных инфраструктурных объектов. Кроме этого, полученные данные с лидаров помогают обучать молодых специалистов. Те, например, могут лучше запоминать скоростные ограничениям на определенных отрезках, а также дополнительно изучать сложные перекрестки.

В Юте начали использовать лидары еще в 2011 году для определения состояния тротуаров, но затем нашли более широкое применение технологии. Шесть лет спустя руководство штата отчиталось о впечатляющих достижениях: благодаря лазерному сканированию расходы бюджета на инвентаризацию билбордов и велосипедных дорожек сократились с $144 000 до $400 и с $15 000 до $25 соответственно.

Промышленность

Сфера производства начинает использовать лидары для автоматизации. Стартап Veo оснащает технологией промышленных роботов, чтобы сделать их взаимодействие с людьми на сборочной линии менее опасным.

Благодаря лидарам роботы могут определять приближение человека и переходить в "безопасный режим". Это важно, так как в Veo считают, что будущее производства — не в полной автоматизации, а в сотрудничестве машин и людей. В некоторых случаях такое взаимодействие может ускорить процесс сборки в два раза.

Лидары полезны и в сфере энергетики. Одно из наших направлений работы в EverScan — измерение объемов угля на тепловых электростанциях. Лазерное сканирование тут показывает себя с лучшей стороны. Лидары предоставляют точную модель угольной насыпи, и результат получается в десятки раз более детализированным по сравнению с традиционным способом замеров.

Кроме этого, технология существенно ускоряет процесс: если сейчас для измерения объемов угля на ТЭС понадобится не меньше суток, то с помощью лазерного сканирования все данные будут готовы за несколько часов.

EverScan также использует лидары для инспекций и анализе линий электропередач, сканирования рельефа и при топографической съемки. Мы верим, что применение этой технологии ограничивается лишь фантазией человека, и она способна стать ключевой во множестве сфер.

По данным исследовательской компании MarketsandMarkets, рынок лидаров вырастет с $844 млн в 2019 году до $2,27 млрд в 2024-м. На то есть несколько причин: количество правительственных инициатив и масштабных проектов в области инженерной инфраструктуры будет только увеличиваться, уровень урбанизации — повышаться, да и сама технология станет совершенствоваться.

Есть большая вероятность, что в обозримом будущем все больше сфер начнуть использовать лазерное сканирование в своих целях.