LiDAR majú svoje korene na začiatku 60. rokov, keď vedci z NASA a americkej armády začali skúmať nové metódy na meranie vzdialenosti objektov z lietadiel. Základným princípom LiDAR-u je vyžarovať laserový lúč a merať čas, za ktorý sa svetlo odrazí späť k snímaču. Táto metóda umožňuje snímaču určiť vzdialenosť k objektu. Počas tejto ranej fázy armáda hľadala technológie, ktoré by mohli poskytnúť presnejšie a komplexnejšie informácie o mieste a pohybe nepriateľa.

Prvé systémy LiDAR boli postavené na princípe času letu (laserového) impulzu, ktorý využíva laserové impulzy na určenie vzdialenosti k objektu. Tento princíp sa stále používa v súčasných systémoch LiDAR a tvorí základ technológie. Prvé systémy LiDAR boli veľké a nákladné, čo ich robilo nepraktickými na každodenné použitie. Získané údaje navyše neboli veľmi presné a systémy mohli naraz skenovať iba malé oblasti. Potenciál technológie bol však jasný a vedci naďalej pracovali na zlepšovaní presnosti a schopností systémov LiDAR.

Vývoj polovodičového LiDAR-u

V sedemdesiatych rokoch minulého storočia urobil priemysel významný krok vpred s vývojom polovodičového LiDAR-u (angl. Solid-state LiDAR). Tento nový typ LiDAR využíval pevnolátkový laser namiesto plynového lasera. Pevnolátkový laser bol menší, lacnejší a spoľahlivejší ako predchádzajúce systémy.

Vývoj polovodičového LiDAR-u umožnil miniaturizovať systémy LiDAR, vďaka čomu sú prenosnejšie. Pevný laser bol navyše efektívnejší a vyžadoval menej energie. To bol zásadný krok vo vývoji technológie LiDAR. Umožnil vývoj menších a cenovo dostupnejších systémov LiDAR, ktoré by bolo možné použiť v širokej škále aplikácií.

Vznik pozemných a mobilných systémov LiDAR

Evolúcia LiDAR v 80. a 90. rokoch znamenala významný pokrok v technológii. Počas tohto časového obdobia sa systémy LiDAR zmenili z primárne laboratórnych na prenosnejšie a pripravené na použitie v teréne.
V roku 1984 spoločnosť Optech uviedla na trh LARSEN 500, prvý funkčný batymeter LiDAR, ktorý mapoval Cambridge Bay v kanadskej Arktíde. O niekoľko rokov neskôr spoločnosť predstavila prvý komerčný vzdušný systém LiDAR (angl. Airborne Laser Terrain Mapper, ALTM). Tento systém bol schopný zbierať údaje vysokou rýchlosťou a mal presnosť merania až 10 cm. Predstavoval veľký krok vpred v oblasti vzdušných systémov LiDAR, vďaka čomu bolo možné zhromaždiť veľké množstvo vysoko presných údajov na širokej ploche v relatívne krátkom čase.

V deväťdesiatych rokoch vývoj pokročilejších snímačov a možnosti spracovania údajov umožnili zhromaždiť a spracovať ešte viac údajov s vyššou presnosťou a rýchlejším tempom. Bol vyvinutý nový softvér a nástroje na vizualizáciu údajov, aby sa uľahčila analýza a používanie údajov LiDAR-u. Vývoj globálneho lokalizačného systému (GPS) a inerciálnych meracích jednotiek (IMU) umožnil presne geolokalizovať údaje LiDAR-u v reálnom čase, čo umožnilo použiť údaje na navigáciu.

V roku 1998 spoločnosť Cyra Technologies predstavila Cyrax 2500, prvý komerčný 3D skener so statívom navrhnutý pre aplikácie v geodézii, strojárstve a stavebníctve. Rok 2000 priniesol rýchly pokrok v technológii LiDAR, pretože komerčná trieda LiDAR sa stala ešte spoľahlivejšou, dostupnejšou a presnejšou.

Súčasné aplikácie LiDAR

V súčasnosti hrá LiDAR kľúčovú úlohu v úsilí o monitorovanie a ochranu životného prostredia. Poskytovaním údajov s vysokým rozlíšením o lesoch, mokradiach a iných ekosystémoch umožňuje LiDAR vedcom lepšie pochopiť vplyv zmeny klímy, využívania pôdy a ďalších faktorov na prírodné prostredie. Tieto informácie sú neoceniteľné pri plánovaní ochrany, obnove biotopov a rozvoji stratégií trvalo udržateľného manažmentu.

Rýchly vývoj technológie autonómnych vozidiel bol čiastočne uľahčený pokrokom v oblasti LiDAR. Údaje zo snímačov LiDAR s vysokým rozlíšením v reálnom čase umožňujú autonómnym autám navigovať v zložitom prostredí a vyhýbať sa prekážkam, vďaka čomu sú bezpečnejšie a spoľahlivejšie. LiDAR sa používa aj pri vývoji pokročilých asistenčných systémov pre vodiča (angl. Advanced Driver Assistance Systems, ADAS) a rôznych projektov dopravnej infraštruktúry, ako je cestné a železničné mapovanie a riadenie dopravy.

Technológia LiDAR sa stala tiež základným nástrojom plánovania infraštruktúry a výstavby. Poskytnutím podrobných a presných údajov o topografii, vegetácii a existujúcich štruktúrach umožňuje posúdiť potenciálne miesta projektu, navrhnúť efektívne dopravné trasy a optimalizovať stavebné procesy. To vedie k úspore nákladov, lepším výsledkom projektov a minimalizácii dosahu na životné prostredie.

Minulosť mení budúcnosť

História vývoja technológie LiDAR je dôkazom sily inovácií a neúnavnej snahy o zlepšenie. V priebehu rokov sa táto technológia vyvinula, rozšírila svoje aplikácie a otvorila dvere novým možnostiam. Od svojich začiatkov v meteorológii a topografii až po moderné aplikácie v oblasti monitorovania životného prostredia a autonómnych vozidiel sa LiDAR ukázal ako neoceniteľný nástroj pre výskum aj priemysel.

Zdroj:
[1] From Space Lasers to Autonomous Vehicles: The History of LiDAR. ROCK Robotic. [online]. Citované 25. 3. 2024.  
[2] The History of Lidar: Advancements, Applications, and Future Possibilities. Blue Falcon Aerial. [online]. Publikované 30. 4. 2023. Citované 25. 3. 2024.

-pev-