Die Entwicklung von LiDAR im Wandel der Zeit

LiDAR-Sensorik wird heutzutage meist mit Mobilität und autonomem Fahren in Verbindung gebracht. Dadurch erscheint die Technologie neuer, als sie eigentlich ist, denn ihre Geschichte reicht bereits um die 60 Jahre zurück. Im Laufe der Jahrzehnte schritt die Entwicklung von LiDAR kontinuierlich voran und die Technologie hat in verschiedensten Bereichen Anwendung gefunden. Ein Blick auf die Entwicklung der Technologie:

Wie alles begann

LiDAR-Systeme wurden in den 60er Jahren entwickelt. Erste Anwendung fanden sie im Bereich der Geländekartierung in der Luft- und Raumfahrt. Während der 70er Jahre stützte sich laserbasierte Fernerkundung hauptsächlich auf Sensoreinsatz aus der Luft, welcher die topographische Kartierung von Wäldern, Eisflächen, Ozeanen und der Atmosphäre ermöglichte. Den meisten unbekannt ist sicherlich, dass die NASA für die Oberflächenkartierung des Mondes, unter Apollo 15, LiDAR Technologie einsetzte.

Was danach kam

Die weitere Entwicklung von LiDAR vollzog sich zunächst in gemächlichem Tempo. Bis in die 80er Jahre hinein wurde die Ausweitung der Technologie aufgrund des Mangels an kommerziellen GPS-Systemen gehemmt, welche nötig waren, um Sensoranwendungen in der Luft voranzutreiben. Später, als GPS-Lösungen und effiziente Satellitenkommunikation zur Datenübertragung aufkamen, wurde luftgestützte Photogrammetrie möglich – der Weg für einen breiten LiDAR-Einsatz in der Luft war geebnet. In den darauffolgenden Jahren erreichte LiDAR aufgrund der herausragenden Auflösung einen hohen Beliebtheitsstatus für die Berechnung präziser Geodaten und den Einsatz in Meteorologie und Atmosphärenforschung. Die kurze Wellenlänge des Lasers, welche die Detektion kleinster Objekte wie beispielsweise Wolkenpartikel und Aerosole ermöglicht, ist entscheidend für Luft- und Geländekartierungen.

Die Manifestierung der LiDAR Sensorik

In den 1990er Jahren wurden erste kommerzielle LiDAR Sensoren mit 2.000 bis 25.000 Pulsen pro Sekunde für topographische Kartierungszwecke gefertigt und ausgeliefert. Diese Sensoren verfestigten die Überzeugung, dass LiDAR-Technologie die Zukunft aller Kartierungsanwendungen darstellte. Obgleich-LiDAR Sensoren sich zu dieser Zeit noch in einem primitiven Zustand befanden, waren Geodaten-Nutzer an den dichten Daten interessiert, die LiDARs bei Oberflächenkartierungen generieren. Da die Bodenabdeckung von LiDARs aus der Luft vergleichbar mit der von Luftbildkameras ist, konnte LiDAR HD-Geländekartierung durch den Einsatz von Photogrammetrie für Merkmalsdaten und beispielsweise Flugplanung bereichert werden.

Vorteile

LiDAR Sensorik verfügt aufgrund der Präzision der gesammelten Daten gegenüber einer Vielzahl von Technologien für die Umfelderkennung und Datenerfassung über erhebliche Vorteile. Für spezielle Herausforderungen wie das Scannen zwischen Bäumen, bot LiDAR ein schnelles, akkurates und direktes 3D- Kartierungsprinzip mit hochpräzisen Daten und guten Möglichkeiten diese auszuwerten. Diese Vorzüge machten LiDAR zu einer leistungsstärkeren Alternative als zum Beispiel photogrammetrische Techniken, welche speziell bei der Interpretation von Bodenerhebungen große Schwierigkeiten hatten. Mit der LiDAR-Sensorik wurde die natürliche Auswertung und Interpretation von Daten weniger vage und Kosten von Erhebungsmethoden konnten gesenkt werden. Mit sich einpegelnden Preisen wurde LiDAR zu einem attraktiven Mittel für die 3D-Kartierung.

LiDAR heute

Es liegt in der Natur der Entwicklung von LiDAR, dass sich stets neue Anwendungsszenarien rund um die 3D-Umfelderkennung für Wissenschaft und Industrie eröffnen. Mit jedem neu erschlossenen Feld gehen weitere neue Nutzungsbereiche einher und neue Anwendungen können abgeleitet werden. Dies beschreibt, wie die Verbreitung der laserbasierten Sensortechnologie vorangetrieben wurde und wird.
Während der letzten zwei Jahrzehnte entwickelte sich LiDAR für kommerzielle und nicht-kommerzielle Nutzung – wie im Militär oder Forschungsintegrationen – kontinuierlich weiter. Heute können bereits bis zu 2 Mio. Datenpunkte pro Sekunde mit einer Genauigkeit von 5 mm generiert werden. LiDAR-Sensorik findet in den verschiedensten Bereichen Anwendung, wie etwa:

• Gletscherbeobachtungen
• Verwerfungsuntersuchungen
• Waldbestandsaufnahmen
• Auftriebsmessungen
• Analyse von Küstenveränderungen
• Bathymetrische Vermessung
• Erdrutsch-Risikoanalysen
• Habitat-Kartierungen
• Telekommunikations- und urbane Planung

Tagebau, Landwirtschaft und Archäologie stellen ebenso ideale Anwendungsfelder für Einsatz von LiDAR dar. Vereinfacht lässt sich sagen, dass LiDAR überall da zum Einsatz kommt, wo Gelände untersucht werden soll. Mit der rapiden Geschwindigkeit technologischer Innovationen heutzutage können darüber hinaus neue Symbiosen durch Sensorintegration geschaffen werden. Infrastruktur, Smart City, IoT, Transport, Logistik und Industrieanwendungen werden stark vom Einsatz der LiDAR-Technologie profitieren – und tun es in vielen Fällen schon.

LiDAR und autonomes Fahren

Autonome Fahrzeuge nutzen verschiedene Sensoren, um ihr Umfeld zu erkennen. RADAR und Kamera finden bereits breite Anwendung, werden jedoch von 3D Scannern übertroffen, wenn es um Auflösung und Präzision geht. LiDARs erfassen die Umwelt direkt in 3D-Daten, was eine verlässliche, softwarebasierte Auswertung und autonome Navigation ermöglicht. Experten sind sich einig, dass autonomes Fahren ab Level 3 aufwärts nur durch LiDAR Technologie möglich sein wird.

Die aktuelle Herausforderung richtet sich daher auf die Erreichung des Massenmarktes: skalierbare und kostengünstigere Lösungen werden dringend gebraucht, um eine breite Durchsetzung von LiDAR Sensorik zu gewährleisten. Wenn der Massenmarkt einmal erreicht ist, werden weitere Bereiche des täglichen Lebens, wie Smart City oder IoT, die durch LiDAR-Einsatz signifikant verbessert, vereinfacht oder sicherer werden können, erheblich vom Einfluss der LiDAR-Sensorik profitieren.