LIDAR Teknolojisi Nedir? Nasıl Çalışır? Nerelerde Kullanılır?
LIDAR, "Işık Tespiti ve Uzaklık Tayini" anlamına gelen "Light Detection and Ranging" sözcüklerinin kısaltmasıdır. En yalın haliyle; lazer ışınlarını kullanarak, nesnelerin, ölçüm aleti arasındaki uzaklığını ölçmeye yaran bir uzaktan algılama teknolojisidir. Işık hızında çalışması dolayısıyla ölçüm yaptığı alanı çok hızlı bir şekilde, yüksek doğrulukla ölçebilmektedir. Bu sayede, gerek topografik haritaların oluşturulmasında, gerekse diğer başka teknolojik çalışmalarda yoğun bir şekilde kullanılmaktadır. Bu konuya daha sonra geleceğiz; ancak önce, kısaca bu teknolojiyi mümkün kılan fizik tarihine bakış atalım.
20. yüzyılın başlarında, Albert Einstein ve Max Planck, ışığın sadece dalgalar halinde yayıldığını değil, aynı zamanda parçacıklar ("foton") halinde de yayıldığı gerçeğini ortaya çıkardılar. Bu sayede, hem ışığın doğasını daha iyi bir şekilde anlayabildik, hem de kuantum teorisinin temellerini atmış olduk. Fakat en nihayetinde, temel bilimlerde yaşanan böylesine olağanüstü bir gelişme, sadece yaşadığımız evreni, doğayı anlamamıza katkı sağlamaz, bunun yanında başka yepyeni teknolojilerin keşfine de büyük olanaklar sağlar.
Buna uygun olarak, ilerleyen yıllarda bu çığır açıcı bilimsel gelişme sayesinde, 1960 yılında, Theodore Maiman isimli bir Alman fizikçi, fotonları kullanarak oluşturduğu bir optik düzenek sayesinde ilk kez lazer ışımasını keşfetti.
Lazer ışınlarının keşfi, LIDAR için de büyük önem taşıyordu, çünkü LIDAR doğrudan lazer ışınlarını kullanarak çalışmaktaydı. Lazer keşfinin ardından, hemen bir yıl sonra karşımıza ilk LIDAR örneği çıkmaktaydı. Hughes Aircraft Company ismini taşıyan bir havacılık şirketi tarafından geliştirilen bu yeni ölçüm teknolojisi, birçok bilim dalında ve çok daha yeni teknolojilerde kullanılmaya başlanacaktı. Fakat ilk yıllarda beklediği değeri görmemiş, ancak 1980'li yıllara geldiğimizde kullanımının çeşitlendiği ve daha popüler olduğunu görmüş olacaktık.
LIDAR Teknolojisi Nasıl Çalışır?
LIDAR, aslında gayet basit bir çalışma prensibine sahiptir. Bunu yaparken de, RADAR (İng: "Radio Detection and Ranging", Tr: "Radyo Tespiti ve Uzaklık Tayini") teknolojisinden farklı olarak, radyo dalgaları yerine lazer ışınları kullandığı için sabit olarak değil, sürekli hareket halinde çalışmaya ihtiyaç duyar. Çünkü radyo dalgalarının her yöne yayılım yapmasının aksine lazer ışınları tek bir çizgi üzerinde yayılır. Bu nedenle, ya bir uçağa, ya da bir arabaya takılı olarak, etrafını sürekli tarar ve saniyede bazen 150.000 kadar lazer ışını göndererek, neredeyse yüz milyonlarca noktadan oluşan bir "nokta bulutu" meydana getirir.
Bu nokta bulutunu oluşturabilmek içinse, Dünya veya Mars gibi herhangi bir diğer gezegen üzerinde bulunan nesnenin, LIDAR cihazına olan uzaklığını öğrenmek için, sadece bir bilgiye ihtiyaç duymaktadır: Nesneye gönderilen lazer ışınlarının algılayıcıya geri dönüş süresi. Çünkü zaten halihazırda lazer ışınlarının hızı bilinmektedir - ki bu hız, ışık hızıdır ve her zaman sabittir. Buna ek olarak zaman bilgisini de kattığımızda uzaklık bilgisini elde edebiliriz. Çünkü bildiğimiz üzere, uzaklığı (x) elde edebilmek için; hız (v) ile zamanı (t) çarpmaktayız (x=vtx= vt).
Fakat şunu da özellikle belirtmekte fayda var: Bahsettiğimiz geri dönüş süresi, aynı zamanda uçuş süresi olarak da kullanılmaktadır. Bunun nedeni, LIDAR cihazının takılı olduğu araç genel olarak bir planör veya drone olması ve haliyle ölçümün, hareket halindeyken yapılmasıdır. Bundan dolayı, ışınların geri dönme süresi yerine ışının geri dönmesine kadarki kat edilen zaman, yani "uçuş süresi" de hesaplamalarda sıklıkla kullanılmaktadır.
Evrim Ağacı'nın çalışmalarına Kreosus, Patreon veya YouTube üzerinden maddi destekte bulunarak hem Türkiye'de bilim anlatıcılığının gelişmesine katkı sağlayabilirsiniz, hem de site ve uygulamamızı reklamsız olarak deneyimleyebilirsiniz. Reklamsız deneyim, sitemizin/uygulamamızın çeşitli kısımlarda gösterilen Google reklamlarını ve destek çağrılarını görmediğiniz, %100 reklamsız ve çok daha temiz bir site deneyimi sunmaktadır.Kreosus
Kreosus'ta her 10₺'lik destek, 1 aylık reklamsız deneyime karşılık geliyor. Bu sayede, tek seferlik destekçilerimiz de, aylık destekçilerimiz de toplam destekleriyle doğru orantılı bir süre boyunca reklamsız deneyim elde edebiliyorlar.
Kreosus destekçilerimizin reklamsız deneyimi, destek olmaya başladıkları anda devreye girmektedir ve ek bir işleme gerek yoktur.Patreon
Patreon destekçilerimiz, destek miktarından bağımsız olarak, Evrim Ağacı'na destek oldukları süre boyunca reklamsız deneyime erişmeyi sürdürebiliyorlar.
Patreon destekçilerimizin Patreon ile ilişkili e-posta hesapları, Evrim Ağacı'ndaki üyelik e-postaları ile birebir aynı olmalıdır. Patreon destekçilerimizin reklamsız deneyiminin devreye girmesi 24 saat alabilmektedir.YouTube
YouTube destekçilerimizin hepsi otomatik olarak reklamsız deneyime şimdilik erişemiyorlar ve şu anda, YouTube üzerinden her destek seviyesine reklamsız deneyim ayrıcalığını sunamamaktayız. YouTube Destek Sistemi üzerinde sunulan farklı seviyelerin açıklamalarını okuyarak, hangi ayrıcalıklara erişebileceğinizi öğrenebilirsiniz.
Eğer seçtiğiniz seviye reklamsız deneyim ayrıcalığı sunuyorsa, destek olduktan sonra YouTube tarafından gösterilecek olan bağlantıdaki formu doldurarak reklamsız deneyime erişebilirsiniz. YouTube destekçilerimizin reklamsız deneyiminin devreye girmesi, formu doldurduktan sonra 24-72 saat alabilmektedir.Diğer Platformlar
Bu 3 platform haricinde destek olan destekçilerimize ne yazık ki reklamsız deneyim ayrıcalığını sunamamaktayız. Destekleriniz sayesinde sistemlerimizi geliştirmeyi sürdürüyoruz ve umuyoruz bu ayrıcalıkları zamanla genişletebileceğiz.Giriş yapmayı unutmayın!
Reklamsız deneyim için, maddi desteğiniz ile ilişkilendirilmiş olan Evrim Ağacı hesabınıza üye girişi yapmanız gerekmektedir. Giriş yapmadığınız takdirde reklamları görmeye devam edeceksinizdir.
Lazer ışınları; bir kez nesneye çarpma, bir kez de tekrardan algılayıcıya dönmesinden dolayı "iki" kez etkileşime girmektedir. Biz ise, sadece nesnenin uzaklığını bulmak istediğimiz için, ışık hızı ile aracın kat ettiği uçuş süresini çarptıktan sonra bu sonucu ikiye böleriz. Ve en nihayetinde şöyle bir formül ile karşılaşmış oluruz:
Ölçülen Nesnenin Uzaklığı = (Işık Hızı x Uçuş Süresi) / 2
LIDAR'ın, bu ölçümlerden elde ettiği verinin ismi "sayısal yükseklik bilgisidir". Anlayacağımız, ölçüm yaptığı nesnenin konumunu hesaplamaz, sadece yükseklik bilgisini, yani "z" koordinat bilgisini hesaplar. Diğer koordinatları da tespit etmek için, LIDAR ile birlikte bir de GPS kullanırız ve böylelikle "x" ve "y" koordinat bilgilerini de elde etmiş oluruz.
Burada dikkat edilmesi gereken, ölçüm yapan aracın (örneğin, uçağın) bir yandan seyir halinde olmasının dışında, tahmin edilmesi güç hava halleri karşısında yalpalaması söz konusu olmasıdır. Tahmin edileceği üzere, en ufak bir yalpalama ve yön değişimi bile ölçümde hata meydana getirecektir. Bundan dolayı, atalet (eylemsizlik) ölçü birimi (IMU) ismi verilen ve jiroskop, manyetometre gibi araçları kullanarak bu sapmaları ölçen bir cihaz sayesinde, oluşan bu olumsuz durumun üstesinden gelmeye çalışırız.
LIDAR Teknolojisinin Sağladığı Avantajlar ve Dezavantajlar
LIDAR, uzaktan algılayıcılar arasında elbette tek başına değildir. Daha meşhur olan ve sıklıkla kullanılan RADAR teknolojisi, az önce de söz ettiğimiz gibi, lazer ışınlarının aksine radyo dalgalarını kullanmaktadır. Bu iki olgunun varlığından yararlanarak çalışan bu teknolojilerin birbirlerine karşı bazı üstünlükleri ve zayıflıkları bulunmaktadır.
LIDAR teknolojisinin RADAR'a kıyasla sağladığı avantajlardan ilki, lazer ışınlarının kısa dalga boyuna sahip olması sayesinde oluşturduğu sayısal modellerin çözünürlüğü daha yüksek olması ve bu nedenle küçük nesneleri tespit etmekte çok daha iyi bir seçim haline gelmesidir. Diğer bir önemli avantajı ise, güçlü bir hassasiyete sahip olması sayesinde bir nesnenin 3 boyutlu görüntüsünü tam olarak oluşturabilmesidir. Anlayacağımız, kısa menzilli uzaktan algılama ve fotogrametri çalışmalarında LIDAR, RADAR'a kıyasla çok daha yüksek doğruluğa sahip sonuçlar verebilmektedir.
Fakat LIDAR teknolojisinin de dezavantajlı olduğu noktalar vardır. Örneğin, LIDAR teknolojisi RADAR'a kıyasla oldukça pahalıdır. Hatta bu, LIDAR'ın en önemli dezavantajıdır diyebiliriz. Diğer bir olumsuz özelliği ise, kullandığı teknolojinin gece veya kötü hava şartlarında, RADAR'a kıyasla çok daha sınırlı bir kullanıma sahip olmasıdır. Son olarak ise, RADAR teknolojisine kıyasla daha yüksek çözünürlükte veri elde edebiliyor olsa da lazer ışınları radyo dalgalarına göre daha kısa mesafelere ulaşabilirler ve bu yönüyle büyük ölçekli çalışmalarda ve kullanımlarda (örneğin, gemicilikte) RADAR teknolojisi daha kullanışlıdır diyebiliriz.
LIDAR Teknolojisinin Kullandığı Alanlar
LIDAR, günümüzde henüz RADAR kadar popüler değildir. Fakat LIDAR teknolojisinin kullandığı alanların sayısına bakacak olursak birbirinden farklı, yaklaşık 50 alana büyük hizmetler sağlamaktadır. Bunlardan birkaçına hızlıca göz atacak olursak:
Tarım
Tarım alanlarının yüksek doğruluğa sahip, sayısal yükseklik bilgisini elde ederek hangi alanların daha fazla eğime sahip olduğu veya hangi yöne bakan alanların daha fazla güneşlendiğini öğrenmemizi sağlar. Böylelikle, tarım alanlarını üretim değerine bakarak sınıflandırabiliriz ve alanları daha verimli kullanabiliriz. Öyle ki, sadece ekim için değil, gübreleme işleminde hangi alanların önceliğe sahip olacağını da bu sayede çok doğru bir şekilde belirleyebiliriz.
Ormancılık
Orman alanlarının planlanmasında ve yönetilmesinde sıklıkla başvurulan bir teknolojidir. Örneğin, bir ormandaki biyo-kütle hacmini ve ağaç sayısını tespit edebilmemizi sağlar. Bunun yanında, orman alanlarının hangi silvikültürel işlemden geçmesi gerektiğini veya hangi alanların bozuk orman statüsünde olduğunu belirlememize yarar. Bunların dışında, belki daha önemli olarak, orman yangınlarıyla mücadele planları yaparken, yangın anında hangi rotaları kullanabileceğimizi gösterebilir.
Hava Kirliliği
Lazer ışınları, kendi dalga boyuna eşit veya daha büyük nesneleri yakalayabildiği için, özellikle yüksek nüfuslu kentsel alanlardaki hava kirliliğinin ne boyutta olduğunu ve nasıl bir değişime uğradığını tespit ederken LIDAR teknolojisini kullanabiliriz. Örneğin, havadaki karbondioksit, sülfür dioksit ve metan gibi kirleticilerin varlığını ve ne oranda olduklarını bu sayede öğrenebiliriz.
Su Baskın ve Akış Modelleri
LIDAR, yüksek çözünürlükte sayısal yükseklik bilgisi elde edebiliyor olması sayesinde, nehir yataklarının üzerinde köprü modellenmesi işleminde, nehrin o anki durumunu ve gelecekteki genişleme kapasitesini öğrenebiliriz. Bunların dışında, herhangi bir bölgenin eğim ve topoğrafya haritalarını oluşturabiliyor olmasıyla, su akış çizgilerinin belirlenmesinde ve tahmin ya da ilerleme yönü gibi analizlerin yapılabilmesinde, kısaca afet planlamalarının hazırlanmasına bu yönüyle büyük katkılar sağlar.
Bina modelleme
Yine, yüksek çözünürlükte 3 boyutlu modellemeler yapabiliyor oluşu nedeniyle, modeli yapılacak binanın üzerinde düşük irtifa uçuşlar yapılarak istenilen veriler elde edilebilir.
Çok satanlar listesine girmiş bu kuramsal metnin beşinci baskısı, daha çok toplumsal cinsiyet ve cinsellik konularını kapsayacak şekilde ve Dijital Çağın Antropolojileri ile ilgili yeni bir bölümü içeren önemli güncellemelerin de eklenmesiyle tekrar gözden geçirilmiştir. Anahtar sözcük tanımları sayfaların alt kısmında tekrar belirtilmiş ve okuyucular için daha güçlü bir bağlam oluşturmak adına kuramcılarla ilgili biyografik bilgiler geliştirilmiştir. İster tek başına isterse de Antropoloji Kuramları Tarihi Üzerine Okumalar adlı rehber baskı ile okunsun, bu metin esnek ve kullanımı kolay formatıyla lisans seviyesinde antropoloji dersleri veren eğitimcilere geniş bir kapsam sağlamaktadır.
Erickson ve Murphy, en önemli antropoloji düşünürlerinin sosyal ve politik bağlamlarını ustaca açıklayan, kronolojik ve kapsamlı bir antropoloji kuramları tarihi sunmaktadır. Bu metin antropolojinin alt dallarının ve elbette bütünsellik esasının yegâne katkılarından faydalanarak, antropoloji eğitimi veren kişilere ve öğrencilere yönelik kuramın açık ve karmaşık yanları üzerine bir inceleme sunmaktadır. Yeni baskı, önceki baskılar genişleterek mevcut en güçlü teori metni haline getirilmiştir.
(Jennifer Wies, Eastern Kentucky Üniversitesi)
Bu metindeki malzemeleri etkileyici buldum. Her tarih dönemi için etkileyici, düşündürücü sorular ve geniş kapsamlı, güncel okuma listesi sağlayan bu metin, katılımcı öğrenmeyi ve öğrencileri malzemeyi derinlemesine incelemeye teşvik etmek için muazzam bir araç.
(Marjorie Snipes, West Georgia Üniversitesi)
Ulaşım
Halihazırda, yolların ve çevresinin ne durumda olduğunu tespit etmekte kullanılır. Bunun yanında, yeni yol planlarını hazırlarken; güzergah tespitini, kaç şeritli olacağını, hangi bölgeye ne kadar kazı ve dolgu yapılacağını, eğiminin kaç olacağını ve son olarak kalite standardını belirleyebilmemize yardımcı olur.
Otonom Araçlar ve Akıllı Telefonlar
Otonom araçların, etrafındaki binalarla, arabalarla veya canlılarla olan uzaklığını 200 metreye kadar belirleyerek aracın güvenli bir şekilde yol alabilmesini sağlar. Yani, bir nevi aracın gözü olarak işlev görmektedir. Öyle ki, sadece birkaç santimetrenin ayrıntısını bile 100 metre uzaklıktan tespit edebilir! Fakat dezavantajları bölümünde bahsettiğimiz gibi, şu anda yüksek maliyetli olması nedeniyle kullanılıp kullanılmaması tartışma konusudur.
Akıllı telefonlarda ise durum farklıdır. Yakın zamanda, iPhone 12 Pro akıllı telefon modelinde kullanılmaya başlanan LIDAR uzaktan algılayıcılar, şu anda daha çok tasarım amaçlı olmak üzere, 5 metre uzaklık içerisindeki alanın 3 boyutlu modelini üreterek, oluşturulan model üzerinden anlık değişim yapma olanağı sunar. Bunun yanı sıra oyun sektöründe, arttırılmış gerçeklik teması üzerinden, oyunların doğrudan, ev gibi ortamlarda oynanmasını mümkün kılar - ki bu yönüyle VR (İng: "Virtual Reality, Tr: "Sanal Gerçeklik") teknolojisinin tam tersini, yani oynanan oyunun kendi dünyasındaki gerçekliği artırmaktan çok, gerçek dünyanın içerisine oyunları entegre eder. Aşağıdaki videodan da, akıllı telefon üzerinden nasıl tasarım amaçlı kullanıldığını görebiliriz.
Robotik
Otonom araçlardaki kullanımına çok benzer olarak, yine bulunduğu robotun adeta bir gözü gibi çalışır ve yüksek hızda çalışıyor olması sayesinde robotların çevreleriyle anlık olarak etkileşime girebilmesine olanak sağlar - ki hem bu yönü, hem de yüksek çözünürlükte veri elde edebiliyor oluşu onu, robotik alanındaki çalışmalar için çok önemli bir yerde tutar.
Buna uygun olarak, aşağıdaki videodan Boston Dynamics'in LIDAR sensörünü kullanarak ürettiği robotların deney videosunu izleyebiliriz.
Sonuç
Görebileceğiniz gibi LIDAR teknolojisi, yüksek isabetli ve yüksek çözünürlüklü analizler yapılması gereken durumlarda çok önemli bir teknoloji olarak karşımıza çıkmaktadır. Maliyeti ve az sayıda da olsa belirli kısıtlara sahip olması bakımından kimi zaman RADAR'ın yerini alamasa da, ışığın gücünden faydalanarak teknolojimizi daha ileri götürebilmekteyiz ve bu, Dünya'mızı daha da yaşanabilir bir yer yapma çabamıza büyük katkılar sağlamaktadır.
İçeriklerimizin bilimsel gerçekleri doğru bir şekilde yansıtması için en üst düzey çabayı gösteriyoruz. Gözünüze doğru gelmeyen bir şey varsa, mümkünse güvenilir kaynaklarınızla birlikte bize ulaşın!
Bu içeriğimizle ilgili bir sorunuz mu var? Buraya tıklayarak sorabilirsiniz.Soru & Cevap Platformuna Git
- 9
- 3
- 2
- 1
- 1
- 1
- 0
- 0
- 0
- 0
- 0
- 0
- L. Wasser. The Basics Of Lidar. (7 Ekim 2020). Alındığı Tarih: 1 Mart 2021. Alındığı Yer: NEON Science | Arşiv Bağlantısı
- A. Neal. Lidar Vs. Radar. (24 Nisan 2018). Alındığı Tarih: 1 Mart 2021. Alındığı Yer: Fierce Electronics | Arşiv Bağlantısı
- B. Sharma. What Is Lidar Technology And How Does It Work?. (2 Ekim 2021). Alındığı Tarih: 1 Mart 2021. Alındığı Yer: Geospatial World | Arşiv Bağlantısı
- Semcon. Lidar Vs. Radar For Applied Autonomy. (1 Mart 2021). Alındığı Tarih: 1 Mart 2021. Alındığı Yer: Semcon | Arşiv Bağlantısı
- D. Brown. Lidar Tech On The Rise At Ces To Power Future Smart Cities, Autonomous Cars. (1 Nisan 2022). Alındığı Tarih: 1 Mart 2021. Alındığı Yer: Washington Post | Arşiv Bağlantısı
- ArcGIS. What Is Lidar Data?. (1 Mart 2021). Alındığı Tarih: 1 Mart 2021. Alındığı Yer: ArcGIS | Arşiv Bağlantısı
- N. Polat, et al. (2016). Hava Lazer Tarama Sistemi, Uygulama Alanları Ve Kullanılan Yazılımlara Genel Bir Bakış. Afyon Kocatepe Üniversitesi Fen ve Mühendislik Bilimleri Dergisi. | Arşiv Bağlantısı
- Robotics Business Review. What Is Lidar And How Does It Help Robots See?. (8 Nisan 2016). Alındığı Tarih: 1 Mart 2021. Alındığı Yer: Robotics Business Review | Arşiv Bağlantısı
Evrim Ağacı'na her ay sadece 1 kahve ısmarlayarak destek olmak ister misiniz?
Şu iki siteden birini kullanarak şimdi destek olabilirsiniz:
kreosus.com/evrimagaci | patreon.com/evrimagaci
Çıktı Bilgisi: Bu sayfa, Evrim Ağacı yazdırma aracı kullanılarak 01/04/2023 21:07:52 tarihinde oluşturulmuştur. Evrim Ağacı'ndaki içeriklerin tamamı, birden fazla editör tarafından, durmaksızın elden geçirilmekte, güncellenmekte ve geliştirilmektedir. Dolayısıyla bu çıktının alındığı tarihten sonra yapılan güncellemeleri görmek ve bu içeriğin en güncel halini okumak için lütfen şu adrese gidiniz: https://evrimagaci.org/s/10214
İçerik Kullanım İzinleri: Evrim Ağacı'ndaki yazılı içerikler orijinallerine hiçbir şekilde dokunulmadığı müddetçe izin alınmaksızın paylaşılabilir, kopyalanabilir, yapıştırılabilir, çoğaltılabilir, basılabilir, dağıtılabilir, yayılabilir, alıntılanabilir. Ancak bu içeriklerin hiçbiri izin alınmaksızın değiştirilemez ve değiştirilmiş halleri Evrim Ağacı'na aitmiş gibi sunulamaz. Benzer şekilde, içeriklerin hiçbiri, söz konusu içeriğin açıkça belirtilmiş yazarlarından ve Evrim Ağacı'ndan başkasına aitmiş gibi sunulamaz. Bu sayfa izin alınmaksızın düzenlenemez, Evrim Ağacı logosu, yazar/editör bilgileri ve içeriğin diğer kısımları izin alınmaksızın değiştirilemez veya kaldırılamaz.
- Bilim Ağacı> Doğa Bilimleri> Yer Bilimleri> Jeoenformatik> Uzaktan Algılama ve Fotogrametri
- Bilim Ağacı> Uygulamalı Bilimler> Mühendislik> Optik Mühendisliği
- Işık Yüksek Tarım Işık Hızı Lazer Foton Ölçüm Gps Optik Büyük Robotik