LiDAR Contra Radar: Diferencias En Funcionamiento Y Uso

¿Cómo Funciona La Tecnología LiDAR?

LiDAR, abreviatura de “light detection and ranging”, es una tecnología geoespacial que funciona enviando una onda de luz orientada hacia una zona u objeto y midiendo cuánto tarda en reflejarse tras rebotar. Cuando el rayo láser encuentra un objeto, como un árbol o un edificio, parte de la luz se refleja hacia el sensor. Al cronometrar con precisión el tiempo que tarda cada pulso láser del LiDAR en regresar, el sistema puede calcular la distancia a cada punto reflectante. Estos cálculos se basan en el método del tiempo de vuelo (ToF), que presupone que la velocidad de la luz es constante.

Las tres partes esenciales de un sistema LiDAR son el láser, el escáner y el detector. La fuente láser genera luz en pulsos intermitentes, escaneando rápidamente un área en múltiples direcciones. Una vez que la luz ha recorrido el camino del sistema al objeto y viceversa, es recogida por el escáner (normalmente un espejo giratorio o un sistema microelectromecánico MEMS) y enviada al detector para los cálculos posteriores.

¿Cómo Funciona Un Radar?

El radar es un método de detección que utiliza ondas de radio para determinar la distancia, el ángulo o la velocidad de los objetos. Los radares funcionan transmitiendo activamente ondas electromagnéticas en el espectro de radiofrecuencias, detectando las ondas que rebotan en los objetivos (ecos) y cronometrando el tiempo que tardan las señales de radio en salir y volver.

Las tres partes principales de un radar son el transmisor, la antena y el receptor. La antena recibe las ondas de radio del transmisor y las emite a los alrededores. Cuando estas ondas chocan con un objeto, rebotan y vuelven al sistema, donde la antena las recoge y las envía al receptor. El receptor puede determinar el alcance, la velocidad y el tamaño del objeto, decodificando las ondas de radio que capta.

Diferencias Y Similitudes Entre LiDAR Y Radar

El LiDAR tiene ventajas sobre el radar en aspectos como los datos de alta resolución y la precisión. Por su parte, las ventajas del radar sobre el LiDAR son la mayor facilidad para monitorizar grandes áreas y su funcionamiento en cualquier condición meteorológica. Los radares también son superiores en términos de precio, lo que hace que la detección y el alcance de la luz sean menos utilizados. La tecnología a emplear depende de las tareas específicas a realizar en cada caso, las limitaciones existentes y los recursos disponibles.

Precisión Y Resolución

La eficacia de las herramientas LiDAR y radar depende de su precisión y resolución espacial. Como la luz que utiliza tiene una longitud de onda más corta, el LiDAR puede detectar y cartografiar características más pequeñas. Los sistemas de radiolocalización, por su parte, captan datos con longitudes de onda mucho más largas, lo que se traduce en una resolución algo menor.

La precisión de la medición de la distancia también varía mucho entre LiDAR y radar. ¿Es el LiDAR más preciso que el radar? Dada la rapidez de la luz y la precisión de los cálculos ToF, los sensores LiDAR pueden determinar distancias con una precisión de unos pocos centímetros. Debido a las características del radar, puede seguir proporcionando lecturas de distancia precisas, pero puede quedarse corto cuando se trata de objetos diminutos o en entornos congestionados, que es donde triunfan los sistemas basados en la luz.

Sin embargo, la pugna entre la precisión del LiDAR y la del radar sigue abierta. Los sistemas modernos basados en ondas de radio son más precisos que nuncam gracias a los avances tecnológicos que les permiten operar en una gama más amplia de bandas de frecuencia y utilizar métodos complejos de procesamiento de señales. A medida que aumenta el ancho de banda de los receptores actuales, es posible obtener imágenes de radar cada vez más precisas ^{Samczynski, P., Giusti, E. (Eds.). (2021, July). Recent Advancements in Radar Imaging and Sensing Technology, 394. https://doi.org/10.3390/books978-3-0365-0919-8.}.

Rango Y Cobertura

Al examinar los pros y los contras del LiDAR frente al radar, hay que tener en cuenta su alcance y cobertura. La energía de un pulso de luz, la sensibilidad del detector y las condiciones ambientales determinan principalmente el alcance de un sistema basado en la luz. Los dispositivos LiDAR montados en drones o satélites tienen un alcance de varios kilómetros en condiciones ideales. Sin embargo, el mal tiempo puede reducir significativamente el alcance y la cobertura de los sistemas de detección y localización por luz, con lo que los datos LiDAR pueden ser insuficientes o incompletos.

El alcance del radar representa la distancia más lejana a la que un determinado sistema puede detectar un objeto. A diferencia del LiDAR, el amplio alcance y cobertura de los equipos de radar son válidos en cualquier condición meteorológica. Los grandes sistemas basados en ondas de radio suelen tener un alcance de varios cientos de kilómetros, lo que permite una monitorización eficaz de amplias zonas.

Hay muchas variables que influyen en la distancia y el alcance que puede ver un sistema de detección y localización por radio. Entre ellas se encuentran la potencia del transmisor, las ondas electromagnéticas utilizadas, el tamaño y el campo de visión de la antena, la elevación del sistema y las condiciones meteorológicas. Encontrar un término medio entre estos factores es esencial para elegir un sistema de radar que sea óptimo para el uso previsto.

Sensibilidad A Las Condiciones Ambientales

El punto débil del LiDAR, a diferencia del radar, es su alta sensibilidad a las interferencias atmosféricas. La lluvia, la nieve y la niebla pueden comprometer la eficacia de los sistemas LiDAR al dispersar, absorber o reflejar sus haces de luz. La niebla densa, por ejemplo, puede atenuar la luz láser hasta 200 dB/km, reduciendo enormemente el alcance efectivo y la precisión del sistema.

En respuesta a esto, los investigadores han desarrollado estrategias específicas para aumentar el rendimiento de los sistemas basados en ondas de luz en entornos de bruma. Una posibilidad es utilizar luz láser con una longitud de onda más larga, ya que es menos susceptible a ser dispersada o absorbida por las partículas del aire. Equipar los sistemas LiDAR con avanzada tecnología de filtrado y procesamiento de señales también puede minimizar los efectos del ruido atmosférico y las interferencias.

Por defecto, el radar es más fiable con mal tiempo. Gracias a la mayor longitud de onda de las ondas de radio, la lluvia, la nieve y la niebla afectan menos a las ondas de radio que a la luz. Esto significa que el funcionamiento de un radar será correcto incluso en condiciones meteorológicas adversas, lo que se traduce en una recopilación de datos más fiable y precisa. Esta característica es especialmente útil para aplicaciones siempre activas, como la gestión del tráfico aéreo y la monitorización meteorológica.

Relación Coste-Beneficio

La comparación entre los sistemas LiDAR y radar muestra que los basados en láser suelen ser más sofisticados y costosos. La necesidad de láseres y sensores de alta precisión, así como de potencias de cálculo avanzadas, justifica su mayor coste. No obstante, también hay que tener en cuenta los costes asociados a la gestión e interpretación de las ingentes cantidades de datos de alta resolución recogidos por los sistemas LiDAR.

Por el contrario, los componentes de un sistema de radar son más baratos que los componentes de alta precisión del LiDAR. Los sistemas basados en ondas de radio suelen tener costes de funcionamiento y mantenimiento más reducidos que sus homólogos basados en láser. Además, los sistemas de radiogoniometría producen datos con una resolución menor, lo que se traduce en menores costes de administración y procesamiento de datos. De este modo, se han impuesto los sistemas basados en ondas de radio, que son menos costosos y más sencillos de manejar.

Aplicaciones Prácticas De LiDAR Y Radar

Cuando se trata de detectar objetos y cartografiar, el LiDAR y el radar son tecnologías clave de la teledetección. El LiDAR es idóneo para la cartografía de precisión; el radar es apreciado por su precisión para detectar objetos en movimiento. Mientras que la tecnología basada en la luz se utiliza en cartografía, topografía, energías renovables y robótica, la tecnología basada en ondas de radio se emplea en navegación aérea, control del tráfico, observación y predicción meteorológica y monitorización del medioambiente, por citar algunos ejemplos.

Aplicaciones Agrícolas

Tanto el LiDAR como el radar se utilizan con regularidad en la tecnología agrícola de las explotaciones. La monitorización del crecimiento de los cultivos, la detección de enfermedades y plagas y la cartografía de la humedad del suelo son áreas en las que los sistemas basados en ondas de radio han demostrado su eficacia. También encuentran aplicación en la monitorización del riego y la evaluación del rendimiento. Los datos topográficos precisos que proporcionan los sistemas LiDAR son útiles para mejorar la gestión de las cuencas hidrográficas y los campos. También son capaces de medir la altura de los cultivos, la densidad y la estructura de las copas, proporcionando una evaluación completa de los paisajes agrícolas.

Los drones agrícolas y los satélites también emplean tecnología LiDAR y de radar para la monitorización de los cultivos. Los agricultores que utilizan EOSDA Crop Monitoring pueden acceder a datos satelitales, incluidas imágenes de radar, lo que les permite monitorizar de cerca sus cultivos en todo momento. La información recogida por los sistemas LiDAR y de radar ayuda a los agricultores a tomar decisiones acertadas para mejorar el rendimiento de sus cultivos y la eficiencia agrícola.

Aplicaciones Medioambientales

LiDAR y radar pueden utilizarse con fines ecológicos. La detección y el alcance por radio pueden ayudar a monitorizar el clima, controlar la vida salvaje y estudiar características de la superficie terrestre, como el contenido de humedad. Por su parte, los sistemas de detección y medición de distancia por luz pueden cuantificar los contaminantes en el aire, cartografiar la cobertura vegetal y localizar puntos calientes para prevenir incendios forestales. Los datos adquiridos por el radar y el LiDAR son vitales para los estudios relacionados con el cambio climático, la conservación del medioambiente y la respuesta ante emergencias.

Aplicaciones Urbanas

Los datos de los sensores radar y LiDAR pueden ser tremendamente útiles para la cartografía y la planificación urbanas. Los sistemas basados en ondas de radio sirven para diversos fines, como medir la altura y la anchura de los edificios, captar estadísticas de tráfico y evaluar las condiciones de las infraestructuras. Estos datos tienen un valor incalculable para optimizar la densidad y la altura de los edificios con el fin de garantizar una luz solar suficiente, construir redes de transporte eficaces y localizar las zonas propensas a catástrofes.

El mapeo LiDAR, a diferencia de las imágenes de radar, proporciona una representación tridimensional (3D) muy precisa de los paisajes urbanos, lo que permite a los ingenieros civiles ver y examinar características como la ubicación de los edificios, los sistemas ferroviarios y la cobertura vegetal. Por su propia naturaleza, esta tecnología es ideal para recopilar información sobre la geometría de un edificio. Utilizando esta información como punto de partida, los investigadores pueden buscar datos sobre el uso de energía y otras cuestiones de gran alcance en la planificación urbana y la sostenibilidad ^{Dawood, N. et al. (2014). VISUALISING URBAN ENERGY USE: The potential value of remote sensing & LiDAR data in urban design and energy planning. Proceedings of the 14th International Conference on Construction Applications of Virtual Reality.} . Esto nos permite comprender mejor las tendencias de urbanización, planificar el desarrollo futuro y mejorar las ciudades existentes de diversas maneras.

Cómo Elegir Entre LiDAR Y Radar

La elección de una tecnología radar o LiDAR depende de la situación y los objetivos que se persiguen. Los coches autónomos y la cartografía de precisión son sólo dos ejemplos de aplicaciones que podrían beneficiarse enormemente de las imágenes 3D de alta resolución obtenidas por LiDAR. En cambio, la tecnología radar brilla en aplicaciones en las que son esenciales la detección de largo alcance y la fiabilidad en cualquier condición meteorológica, como el control del tráfico y la meteorología. A la hora de decantarse entre LiDAR y radar para la teledetección, es importante tener en cuenta su coste, cobertura, precisión y limitaciones medioambientales.

EOSDA Landviewer es la mejor opción si necesita encontrar y procesar determinados datos de teledetección. Los usuarios de la plataforma tienen acceso a imágenes satelitales actualizadas e históricas de diversos tipos de satélites y bandas espectrales, lo que proporciona una cobertura completa. Múltiples satélites, incluido el satélite radar Sentinel-1, contribuyen a su rica biblioteca de imágenes. Parte de los datos disponibles son imágenes de satélite gratis disponibles para cualquier área de interés (AOI) elegida.

La plataforma también incorpora imágenes ópticas de alta resolución de EOS SAT-1, el satélite pionero de la constelación de EOSDA, diseñado específicamente para satisfacer las necesidades de la agricultura y la silvicultura mediante datos de observación de la Tierra de vanguardia. Con sus potentes capacidades para visualizar diversos conjuntos de datos LiDAR y de radar a lo largo del tiempo, puede obtener información valiosa, ver el panorama general en su campo de estudio y tomar decisiones empresariales basadas en datos.