Luftbildaufnahme Feld

3D-Streifenlichtschnittscanning mit LiDAR – Wofür wird LiDAR benötigt?

LiDAR-Systeme werden zur Atmosphären-Messung benötigt, welche Laserimpulse aussenden und das zurückgeworfene Licht aus der Atmosphären mithilfe von Detektoren feststellen. Zur Ortsberechnung der Streuung dienen Signale während der Lichtlaufzeit. Aerosolteilchen in der Luft verbreiten automatisch Laserstrahlen und ermöglichen so eine exakte Messung der Entfernung von Aerosolschichten durch hochauflösende Detektion, die mit bestimmten technischen und wissenschaftlichen Verfahren abläuft. Dabei lassen sich mit noch komplexeren Systemen die Konzentration von Spurengasen und Zustandsparameter in der Atmosphäre gezielter bestimmen.

Dazu dienen z. B. auch LiDAR-Instrumente für Fabrikschornsteine, welche die Emissionsmenge überwachen, um vorgegebene Grenzwerte einhalten zu können. In bestimmten Situationen sind LiDAR-Systeme anfälliger für Partikel- oder Molekulare-Rückstreuung, bei unterschiedlicher Wellenlänge und gewähltem Laserlicht.

LiDAR-Systeme besitzen mehrere Wellenlängen, die sie aussenden. So ist die Stärke der Rückstreuung stark abhängig von der Konzentration und Partikelgröße einer Wellenlänge, die dennoch genau bestimmt werden kann.

Was ist mit LIDAR möglich?

Eine hohe Anzahl an atmosphärischen Parametern lässt sich ziemlich genau mit bereits ausgereiften Techniken mittels LiDAR messen, z. B. atmosphärische Spurengaskonzentrationen, wie Stickoxide, Methan, Ozon, usw., ebenso wie die messbaren atmosphärischen Parameter von Wasserdampfkonzentrationen, Temperatur, Druck, usw. Des Weiteren können optische Eigenschaften von Wolkenpartikeln und Aerosolen, Rückstreuungskoeffizient, Depolarisation und Extinktionskoeffizient, bestimmt werden. Ein Aggregatzustand, ob in fester oder flüssiger Form bzw. bei Wolken – so gemeint, ob bereits Eis oder noch Wasser – wird mit einem Depolarisations-LiDAR bestimmt.

Raman-LiDAR-Systeme senden Signale auch bei anderen Wellenlängen, wenn eine Detektion zur Rückstreuung zusätzlich in Wellenlängen ausgesandt wurde und entstehen durch Licht rückstreuende Moleküle, welche teilweise Energien des Photons (Lichtteilchen) aufnehmen oder mit zusätzlicher Energie eine inelastische Streuung zufügen. Mit einer differentiellen Absorptions-LiDAR Methode lassen sich beispielsweise Spurengaskonzentrationen exakter messen. Zwei Laserpulse werden bei dieser Technik in verschiedenen Wellenlängen ausgesendet. Die Wellen werden zum einen so ausgewählt, dass eine der Wellenlänge vom konzentrationsbestimmenden Stoff absorbiert wird und als Online-Wellenlänge bezeichnet wird, demnach die andere Wellenlänge so einzustellen ist, dass möglichst in nur geringer Menge bzw. gar nicht absorbiert wird. Dieses Verfahren wird als Offline-Wellenlänge bezeichnet.

Einsatzgebiete

LiDAR-Systeme werden zum Beispiel eingesetzt bei Ordnungsbehörden, zur mobilen Geschwindigkeitskontrolle in Messgeräten, aber auch im Bau- und Vermessungswesen sind Laserentfernungsmesser mit dem LiDAR-Prinzip beliebt. In der Transportfahrzeugtechnik werden in fahrerlosen Transportfahrzeugen LiDAR-Systeme eingefügt, die zur genauen Hinderniserkennung zuständig sind, um Unfälle mit Personen, die den maschinellen Automationsvorgang kreuzen könnten, zu vermeiden.

Moderne Passagierflugzeuge nutzen LiDAR-Systeme zur Detektion der Flugrichtung, zur Bestimmung von Scherwinden und Turbulenzen im Nahbereich. In der Offshore-Branche feilen Entwickler noch am Einsatz von LiDAR-Systemen, in der Robotik sind LiDAR-Systeme bereits seit vielen Jahren zur Umgebungserfassung und Objekterkennung effektiv im Einsatz.

Zur gängigen Anwendung kommen LiDAR-Systeme genauso in Bereichen wie dem Autonomen Fahren. Kamera gestützte, mobile Mapping-Systeme, werden mit LiDAR zur alternativen Erfassung der Punktwolken genutzt, z.B. im Verfahren der dichteren Bildzuordnung in urbanen Gebieten und zur automatischen Ableitung der Dichtheit von 3D-Punktwolken. Die Generierung digitaler Geländemodelle können beispielsweise durch Verknüpfungen von DGM, FE-Daten und den daraus abgeleiteten Klassifizierungen eine Aussage über bestimmte physio-geographische Gegebenheiten oder über einen geomorphologischen Hintergrund einer Flächennutzungsart geben.