Radar Ou Lidar: Duas Tecnologias E Usos No Mundo

Como Funciona O Lidar?

Lidar, abreviação de “light detection and ranging”, é uma tecnologia geoespacial que funciona enviando uma onda de luz focada e medindo quanto tempo leva para que ela reflita de um obstáculo. Quando o feixe de laser encontra um objeto como uma árvore ou edifício, parte da luz é refletida em direção ao sensor. Ao cronometrar com precisão quanto tempo leva para cada pulso de laser retornar, o sistema pode calcular a distância para cada ponto reflexivo. Esses cálculos se baseiam na abordagem de tempo de voo (ToF), que assume que a velocidade da luz é constante.

As três partes essenciais de um sistema de detecção e alcance de luz são o laser, o scanner e o detector. A fonte de laser gera luz em pulsos intermitentes, varrendo rapidamente uma área em múltiplas direções. Depois que a luz faz seu caminho do sistema para o objeto e vice-versa, ela é coletada pelo scanner (normalmente um espelho giratório ou MEMS — sistema micro-eletromecânico) e enviada ao detector para cálculos adicionais.

Como Funciona O Radar?

Radar, que significa “detecção e alcance de rádio”, é um método de detecção que utiliza ondas de rádio para determinar o alcance, ângulo ou velocidade de objetos. Ele funciona transmitindo ativamente ondas eletromagnéticas no espectro de radiofrequência, detectando as ondas que saltam dos alvos (ecos) e cronometrando quanto tempo leva para os sinais de rádio viajarem e se recuperarem.

As três partes principais de qualquer sistema de detecção e alcance de rádio são o transmissor, a antena e o receptor. A antena recebe ondas de rádio do transmissor e as transmite para a área circundante. Quando essas ondas atingem um item, elas saltam e voltam para o sistema, onde a antena as pega e as envia para o receptor. O receptor pode determinar o alcance, a velocidade e o tamanho do objeto decodificando as ondas de rádio que ele capta.

Diferenças E Semelhanças Entre Radar E Lidar

Há vantagens do lidar sobre o radar, como dados de alta resolução e precisão. Para comparar, as vantagens do radar sobre o lidar são o monitoramento mais fácil de grandes áreas e a operação em todas as condições climáticas. O radar também é superior em termos de preço, tornando a detecção de luz e alcance menos amplamente utilizado. A tecnologia lidar a ser empregada depende das tarefas específicas em mãos, das limitações existentes e dos recursos disponíveis.

Precisão E Resolução

A eficácia das ferramentas lidar e radar depende de sua precisão e resolução espacial. Como a luz que ele usa tem um comprimento de onda menor, o lidar pode detectar e mapear feições menores. Os sistemas de radiolocalização, consequentemente, capturam dados em comprimentos de onda muito mais longos, resultando em uma resolução um pouco menor.

A precisão da medição de distância por lidar e radar também difere muito. O lidar é mais preciso que o radar? Dada a rapidez da luz e a precisão dos cálculos ToF, os sensores lidar podem identificar distâncias de até alguns centímetros. Os sistemas de radiolocalização ainda podem fornecer leituras precisas de distância, mas podem ficar aquém ao lidar com objetos minúsculos ou em ambientes congestionados, que é onde os sistemas baseados em luz são bem-sucedidos.

No entanto, a disputa entre lidar versus precisão de radar ainda está em andamento. Os sistemas modernos baseados em ondas de rádio são mais precisos do que nunca graças aos avanços na tecnologia que lhes permitem operar em uma ampla gama de bandas de frequência e usar métodos complexos de processamento de sinais. À medida que a largura de banda dos receptores atuais continua a crescer, imagens de radar cada vez mais refinadas estão agora ao alcance ^{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.}.

Alcance E Cobertura

Ao examinar os prós e contras do lidar versus radar, seu alcance e cobertura devem ser considerados. A energia de um pulso de luz, a sensibilidade do detector e as condições ambientais determinam principalmente o alcance de um sistema baseado em luz. Os dispositivos lidar montados em drones ou satélites têm um alcance de vários quilômetros em condições ideais. No entanto, o mau tempo pode reduzir significativamente o alcance e a cobertura dos sistemas de detecção e alcance de luz.

O alcance do radar representa a distância mais distante em que um determinado sistema pode detectar um objeto. Ao contrário do lidar, o amplo alcance e a cobertura dos equipamentos de radar mantêm a verdadeira chuva ou sol. Grandes sistemas baseados em ondas de rádio geralmente têm alcances que abrangem várias centenas de quilômetros, permitindo o monitoramento eficiente de extensas áreas.

Muitas variáveis afetam a distância e a largura que um sistema de detecção e alcance de rádio pode ver. Estes incluem a potência do transmissor, as ondas eletromagnéticas usadas, o tamanho da antena e o campo de visão, a elevação do sistema e o clima. Encontrar um meio feliz entre esses fatores é essencial para escolher um sistema baseado em ondas de rádio que seja ideal para o uso pretendido.

Sensibilidade Às Condições Ambientais

A fraqueza do lidar, ao contrário do radar, é a alta sensibilidade à interferência atmosférica. Chuva, neve e neblina podem comprometer a eficácia de um sistema a laser, espalhando, absorvendo ou refletindo seus feixes. A neblina densa, por exemplo, pode atenuar a luz laser em até 200 dB/km, reduzindo consideravelmente o alcance efetivo e a precisão do sistema.

Em resposta, os pesquisadores desenvolveram estratégias específicas para aumentar o desempenho de sistemas baseados em ondas de luz em ambientes nebulosos. Uma possibilidade é usar luz laser com comprimento de onda maior, já que ela é menos suscetível a ser dispersa ou absorvida por partículas no ar. Equipar sistemas baseados em luz com tecnologias avançadas de processamento e filtragem de sinais também pode minimizar os efeitos do ruído atmosférico e da interferência.

Radar ou lidar é mais confiável em mau tempo por padrão. Graças aos comprimentos de onda mais longos das ondas de rádio, a chuva, a neve e o nevoeiro têm menos efeito sobre as ondas de rádio do que sobre a luz. Isso significa que os sistemas de detecção e alcance de rádio podem continuar operando corretamente mesmo durante o tempo severo, o que resulta em uma coleta de dados mais confiável e precisa. Essa característica é especialmente útil para aplicações sempre ativas, como gerenciamento de tráfego aéreo e monitoramento meteorológico.

Custo Ou Benefício

A comparação entre sistemas lidar e radar mostra que os baseados em laser são tipicamente mais sofisticados e caros. A necessidade de lasers e sensores de alta precisão, bem como avançados poderes computacionais, justifica o custo mais alto. Dito isso, os custos associados ao gerenciamento e interpretação das enormes quantidades de dados de alta resolução coletados por sistemas baseados em ondas de luz também devem ser considerados.

Por outro lado, os componentes que compõem um sistema de radar são mais baratos do que os componentes de alta precisão do lidar. Os sistemas baseados em ondas de rádio frequentemente apresentam custos reduzidos de operação e manutenção em comparação com seus equivalentes baseados em laser. Além disso, os sistemas de detecção e alcance de rádio produzem dados com menor resolução, o que se traduz em menores custos de administração e processamento de dados. Dessa forma, os sistemas baseados em ondas de rádio, que são mais baratos e simples de operar, tornaram-se predominantes.

Aplicações Práticas De Lidar E Radar

Quando se trata de detectar objetos e mapeamento, lidar e radar são tipos chave de tecnologias de sensoriamento remoto. O Lidar é adequado para mapeamento de precisão; O radar é valorizado por sua precisão na detecção de objetos em movimento. Enquanto a tecnologia baseada em luz é usada em mapeamento, topografia, energia renovável e robótica, a tecnologia baseada em rádio é colocada para trabalhar na navegação de aviões, controle de tráfego, observação e radar previsão do tempo e monitoramento ambiental, para citar alguns.

Aplicações Agrícolas

Tanto o lidar quanto o radar veem uso regular entre as tecnologias agrícolas nas fazendas atuais. O monitoramento do crescimento das culturas, a detecção de doenças e pragas e o mapeamento da umidade do solo são áreas onde os sistemas baseados em rádio provaram ser eficazes. Eles também encontram aplicações no monitoramento da irrigação e na avaliação da produtividade. Os dados topográficos precisos fornecidos por sistemas baseados em laser são úteis para um melhor gerenciamento de bacias hidrográficas e de campo. Eles também são capazes de medir a altura da cultura, a densidade e a estrutura do dossel, fornecendo uma avaliação abrangente das paisagens agrícolas.

Drones e satélites agrícolas também empregam tecnologias de radar e lidar para monitoramento de lavouras. Os agricultores que usam o EOSDA Crop Monitoring podem acessar dados e radar via satélite, incluindo imagens de radar, permitindo que eles fiquem de olho em suas plantações o tempo todo. As informações coletadas pelos sistemas lidar e radar ajudam os agricultores a tomar decisões sólidas para melhorar o rendimento de suas lavouras e a eficiência agrícola.

Aplicações Ambientais

Ambos os sistemas lidar e radar podem ser usados para fins ecológicos. A detecção e o alcance por rádio podem ajudar a monitorar o clima, rastrear a vida selvagem e estudar as características da superfície da Terra, como o teor de umidade. Comparativamente, os sistemas de detecção e alcance de luz podem quantificar poluentes no ar, mapear a cobertura vegetal e localizar pontos críticos para prevenção de incêndios florestais. Os dados adquiridos por radar e lidar são vitais para estudos de mudanças climáticas, conservação ambiental e resposta a emergências.

Aplicações Urbanas

Os dados do radar e do sensor lidar podem ser tremendamente úteis para o mapeamento e planejamento urbano. Os sistemas baseados em ondas de rádio servem a vários propósitos, como medir a altura e a largura do edifício, avaliar a densidade da planta, capturar estatísticas de tráfego e avaliar as condições da infraestrutura. Esses dados são inestimáveis para otimizar as densidades e alturas dos edifícios para garantir luz solar suficiente, construir redes de transporte eficazes e identificar áreas propensas a desastres.

O Lidar, ao contrário das imagens de radar, fornece uma representação tridimensional (3D) altamente precisa das paisagens urbanas, permitindo que os planejadores da cidade visualizem e examinem características como posicionamento de edifícios, sistemas viários e cobertura vegetal. Por sua natureza, a tecnologia de detecção e alcance de luz funciona muito bem para coletar informações sobre a geometria de um edifício. Usando essas informações como ponto de partida, os pesquisadores podem incorporar dados sobre o uso de energia e outras questões de longo alcance no planejamento urbano e na sustentabilidade ^{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.}. Isso nos permite entender melhor as tendências de urbanização, planejar o desenvolvimento futuro e melhorar as cidades existentes de várias maneiras.

Como Decidir Entre Lidar E Radar

A escolha da tecnologia radar ou lidar depende da sua situação e objetivos únicos. Carros autônomos e mapeamento de precisão são apenas dois exemplos de aplicações que poderiam se beneficiar muito de imagens 3D de alta resolução coletadas pelo lidar. A tecnologia de detecção e alcance de rádio, em vez disso, brilha em aplicações onde a detecção de longo alcance e a confiabilidade em qualquer clima são essenciais, como controle de tráfego e meteorologia. Ao decidir sobre lidar versus radar para sensoriamento remoto, é importante levar em conta seu custo, cobertura, precisão e restrições ambientais.

EOSDA Landviewer é a melhor escolha se você precisa encontrar e processar certos dados de sensoriamento remoto. Os usuários da plataforma têm acesso a imagens de satélite atualizadas e históricas de uma variedade de tipos de satélite e bandas espectrais, fornecendo cobertura abrangente. Vários satélites, incluindo o satélite de radar Sentinel-1, contribuem para a rica biblioteca de imagens fornecida. Parte dos dados disponíveis são imagens de satélite grátis que estão disponíveis para qualquer AOI selecionada.

A plataforma também incorpora imagens ópticas de alta resolução do EOS SAT-1, o satélite pioneiro na constelação proprietária da EOSDA projetada especificamente para avançar a agricultura e a silvicultura por meio de dados de observação da Terra de ponta. Com os poderosos recursos para visualizar diversos conjuntos de dados lidar e radar ao longo do tempo, você pode obter insights valiosos, ver o panorama geral em seu campo de estudo e tomar decisões de negócios bem informadas e orientadas por dados.