لیدار یا لایدار چیست و نقش آن در نقشه برداری – لیدار یا لایدار یک فناوری سنجش از راه‌دور است که از تابش لیزر برای اندازه‌گیری فواصل و تجزیهوتحلیل نور بازتاب‌شده استفاده‌می‌کند. این فناوری مشابه رادار است. اما از لیزر به‌جای امواج رادیویی برای انجام اندازه‌گیری استفاده‌می‌کند. تفاوت اصلی بین لیدار یا لایدار و رادار، در طول موج‌های استفاده شده‌است.
رادار از امواج رادیویی باطول موج درناحیه رادیویی استفاده می‌کند. درحالی‌که لیدار یا لایدار ازطول موج‌های لیزری استفاده‌می‌کند. روش متداول لیدار برای تعیین فاصله تا یک جسم یا سطح، استفاده از پالس‌های لیزری است. این پالس‌ها به‌هدف فرستاده‌می‌شوند. و زمان بازتاب آنها توسط سنسورها اندازه‌گیری‌می‌شود.
مقدار این اختلاف زمانی سپس برای محاسبه فاصله به‌کار می‌رود. لیدار یا لایدار در زمینه‌های مختلفی مانند زمین‌سنجی، ژئوماتیک، زمین‌شناسی، لرزه‌سنجی، جنگل‌داری، ارزیابی فاصله دور و فیزیک هواشناسی کاربرد دارد. این فناوری برای ایجاد نقشه‌های عوارض‌نما و اندازه‌گیری ارتفاع زمین به‌وسیله لیزر یا لیدار استفاده می‌شود.
تفاوت لایدار و رادار
لیدار یا لایدار به‌دلیل طول موج‌های کوتاه‌تر و حساسیت به بازتاب از اندازه‌های مختلف، دربرخی از موارد برتری دارد. درحالی که رادار به‌دلیل قابلیت احتراق، بهتر از برخی مواد و آب و هوا، در برخی از کاربردها از اهمیت بالایی برخوردار است. به‌طور کلی، تفاوت اصلی بین لایدار و رادار در نوع موجی است که برای اندازه‌گیری فواصل و تشخیص اجسام استفاده‌می‌شود. این تفاوت‌ها عبارتند از:
نوع موج
لایدار (Lidar): از امواج الکترومغناطیسی با طول موج‌های مرئی، فروسرخ یا فرابنفش استفاده می‌کند. این طول موج‌ها کوتاه‌تر از امواج رادار است.
رادار (Radar): از امواج رادیویی یا مایکروویو برای ارسال سیگنال به اجسام و دریافت سیگنال بازتابی استفاده می‌کند. طول موج این امواج بیشتر از لایدار است.
حساسیت به بازتاب
لایدار (Lidar): حساس به بازتاب از اجسام با اندازه‌مشابه یا بزرگتر از طول موج است. به‌عبارت دیگر، لایدار قابلیت مجسم کردن جسم‌ها با اندازه‌های مختلف را دارد. و حساسیت بالاتری به ذرات موجود در هوا یا مایعات دارد.
رادار (Radar): اجسام فلزی و براق امواج رادار را خوب بازتاب می‌کنند. اما اجسام غیرفلزی و ترکیباتی خاص ممکن است بازتاب ضعیف‌تری داشته باشند. بنابراین، رادار برخی از اجسام را که با امواج رادار قابل تشخیص نیستند، مخفی می‌کند.
کاربردها
لایدار (Lidar): کاربردهای لیدار یا لایدار اکثراً در زمینه‌هایی مانند تحقیقات هواشناسی و جو شناسی، زمین شناسی، زمین سنجی، و همچنین تصویربرداری سه‌بعدی از محیط نیز می‌باشد.
رادار (Radar): رادار به‌طور گسترده‌تر در حوزه‌هایی نظیر ارتباطات بی‌سیم، نظامی، هواپیمایی، و کنترل ترافیک هوایی مورد استفاده قرار می‌گیرد.
طراحی لیدار
در طرحی و ساخت لیدار یا لایدار، دو نوع طرح آشکارسازی لایدار مشخص و تعریف شده‌است:
آشکار سازی ناهمدوس Incoherent Detection
این نوع آشکارسازی، از آشکارسازی مستقیم انرژی استفاده می‌کند. طراحی ناهمدوس بیشتر در سیستم‌های لایدار میکروپالس (Micro Pulse Lidar) به‌کار می‌رود. این سیستم‌ها از پالس‌های لیزری با انرژی پایین و مدت زمان کوتاه استفاده می‌کنند. پالس‌های کوتاه امکان به‌دست آوردن اطلاعات دقیقتر درمورد اجزاء جزئیاتی از جو را فراهم‌می‌کنند.
آشکار سازی همدوس Coherent Detection
لیدار یا لایدار از آشکارسازی همدوس یا هتروداین (heterodyne) نوری نیز استفاده‌می‌کند. این سیستم‌ها از ترکیب دو جریان متناوب برای تولید جریانی با فرکانس مجموع یا تفاضل فرکانس استفاده می‌کنند. سیگنالی که‌توسط فرکانس متناوب به‌دست آمده، با آشکارسازی همدوس، حساسیت بسیار بالاتری دارد. و به‌اندازه کمتری انرژی نیاز دارد. هرچند که سیستم‌های آشکارسازی همدوس به‌دلیل پیچیدگی و هزینه بیشتر، گاهی اوقات برای اندازه‌گیری دقیق اطلاعات از اجزاء جزئیاتی از جو مورد استفاده‌قرار می‌گیرند.
کاربرد لیدار یا لایدار
لیدار یا لایدار با توانایی برتر در اندازه‌گیری دقیق و شفاف، در زمینه‌های مختلفی از تحقیقات زمین‌شناسی به‌کار گرفته‌می‌شود. و به دانشمندان و محققان امکانات منحصربه‌فردی را برای مطالعه و تجزیه و تحلیل زمینی فراهم می‌کند.
کشف گونه‌های زیر جنگلی
لایدار به دلیل توانایی نفوذ در زیر جنگل، امکان کشف گونه‌های زیر جنگلی را فراهم می‌کند. این قابلیت از طریق روش‌های سنتی زمین سه بعدی یا نقشه‌برداری زمینی به‌سختی دست‌یافتنی است.
کشف ساختارهای باستانی
با استفاده از لیدار یا لایدار، امکان کشف ساختارهای باستانی با وضوح و دقت بالا فراهم‌می‌شود.
باستان شناسی
لیدار یا لایدار به‌عنوان یک فناوری پیشرفته، کاربردهای گسترده‌ای در زمینه زمین‌شناسی دارد. این کاربردها شامل موارد زیر می‌شوند:
طرح ریزی فعالیت های میدانی
لایدار در طرح‌ریزی فعالیت‌های میدانی در زمین‌شناسی مورد استفاده قرار می‌گیرد. این فناوری امکان اندازه‌گیری دقیق فواصل و ارتفاعات را فراهم می‌کند. و به‌تحلیل زمین‌شناسی محلی کمک می‌کند.
باستان شناسی و ساخت مدل های ارتفاعی دیجیتالی DEMs
لیدار یا لایدار می‌تواند در باستان‌شناسی نیز نقش بسزایی ایفا کند. اطلاعات به‌دست آمده از لیدار یا لایدار، امکان ساخت مدل‌های ارتفاعی دیجیتالی (DEMs) با وضوح بالا از مکان‌های باستانی را فراهم می‌کند. حتی در مواردی که با پوشش گیاهی پوشیده شده باشند، لایدار قادر به‌تشخیص توپوگرافی در حد میکرو است.
هواشناسی و محیط جوی
اولین سامانه‌های لیدار یا لایدار که برای مطالعه ترکیبات اتمسفری، ساختارها، ابرها، و ذرات کلوئیدی در هوا استفاده می‌شدند، بر پایه لیزرهای سرخ بنا شدند. این فناوری به‌طور ابتدایی برای کاربردهای مربوط به هوا و جو توسعه یافت. یکی از ساده‌ترین انواع لایدار، Flastic Backscatter Lidar نام دارد. و به‌طور ویژه برای مطالعات ذرات کلوئیدی و ابرها به‌کار می‌رود. در این نوع لایدار، طول موج ارسال شده توسط لیزر، با طول موجی که توسط ذرات پراکنده شده معکوس شده‌اند، برابر است.
نقش لیدار یا لایدار در نقشه برداری
یکی دیگر از حیاتی‌ترین و مهمترین کاربردهای لیدار یا لایدار، استفاده و نقش آن در حوزه نقشه برداری است. مطمئنا برای ساخت سازه‌های مستحکم و ایمن، نیاز به تعیین و مشخص کردن اراضی ایمن و خارج از نواحی زلزله خیز و گسل‌ها ضروری می‌باشد. لذا کارشناسان و سایر متخصصان، با کمک قابلیت‌های این تکنولوژی، اقدام به شناسایی اراضی‌ای می‌کنند که از باب زلزله‌خیز بودن ایمن باشند. همچنین لیدار یا لایدار اطلاعات ارزشمند و کاملا شفافی را دراختیار مهندسین نقشه‌برداری قرار می‌دهند:
استفاده در سامانه اطلاعات جغرافیایی GIS
اطلاعات به‌دست آمده از لیدار یا لایدار، به‌طور آسان می‌توانند در سامانه اطلاعات جغرافیایی (GIS) گنجانده‌شوند. این اطلاعات از تحلیل‌های مکانی و مکان‌یابی برای مدیریت منابع زمین و مطالعات زمین‌شناسی بهره‌مند می‌شوند.
توپوگرافی
با استناد به تحقیقات انجام شده، اطلاعات اصلی از این دستگاه از طریق اندازه‌گیری فاصله بین سنسور و سطح زمین به دست می‌آید. این اندازه‌گیری با محاسبه مدت زمانی که از لحظه برخورد پالس با سطح زمین تا بازگشت آن به سنسور می‌گذرد، انجام می‌شود. علاوه‌بر این، فاصله بین سطح پرواز هواپیما و سطح زمین نیز به‌طور مداوم اندازه‌گیری می‌شود.
و نتیجه این اندازه‌گیری، اطلاعاتی درباره سطح زمین و پوشش گیاهان را ارائه می‌دهد. سنسورهای لیدار به‌صورت مستقیم پراکندگی سه بعدی آسمان سیاره و اجسام موجود در آن را اندازه‌گیری می‌کنند. همچنین، توپوگرافی سطح زمین نیز از طریق این سنسورها به‌دست می‌آید.
که به‌این ترتیب نقشه‌هایی بادقت بسیار بالا از ارتفاع، نوع پوشش گیاهی، و اجسام موجود در آسمان ارائه‌می‌شوند. نیروی لیزر و اندازه‌دهانه دریافت‌کننده، عوامل تعیین‌کننده حداکثر ارتفاع هواپیما هستند. این اطلاعات از طریق اندازه‌گیری عرض باریکه تحت تابش در هر پالس به‌دست می‌آید. و در نهایت ارتفاع ماکزیمم هواپیما را مشخص می‌کند.
استفاده از لایدار و جی پی اس در زمین شناسی و زلزله شناسی
در زمین شناسی و زلزله‌شناسی، ترکیبی از لایدارهایی که پایه هواپیمایی دارند، و سامانه جی‌پی‌اس به‌عنوان ابزارهای مهمی برای تشخیص و اندازه‌گیری گسل‌ها و فشارهای بالا برنده به‌کار می‌رود. این تکنولوژی‌ها به‌صورت همزمان به تولید مدل‌های دقیقی از عوارض زمین کمک کرده، و حتی ارتفاع زمین را از میان درختان نیز اندازه‌گیری کنند.
استفاده در تعیین مکان گسل‌ها
استفاده‌از ترکیب لایدار و جی‌پی‌اس به‌خصوص در تعیین مکان گسل‌ها یکی از کاربردهای مهم این تکنولوژی‌ها است. به‌عنوان مثال، در شهر سیاتل در واشینگتن، این ترکیب به‌کار گرفته شده است. اطلاعات به‌دست آمده از لایدار و جی‌پی‌اس باعث ایجاد مدل‌های دقیق‌تری از مکان گسل شده. و این اطلاعات برای مطالعه و پیش‌بینی رفتار زمین‌شناسی و زلزله‌ها مورد استفاده‌قرار گرفته‌اند.
سوالات متداول
چگونه لایدارها در زمینه علوم ستاره‌شناسی و فیزیک استفاده می‌شوند؟
لایدارها در شبکه جهانی رصد برای اندازه‌گیری فاصله بازتاب کننده‌های ماه و همچنین برای ایجاد نقشه‌برداری توپوگرافی دقیق سیاره مریخ استفاده می‌شوند.
چگونه لایدارها در فیزیک اتمسفری و زمین‌شناسی به‌کار می‌روند؟
در فیزیک اتمسفری، لایدار به‌عنوان یک آشکارساز راه‌دور برای اندازه‌گیری چگالی اجزاء اتمسفری نظیر پتاسیم، سدیم، و مولکول‌های نیتروژن و اکسیژن استفاده‌می‌شود. همچنین از لایدار برای اندازه‌گیری سرعت باد و اطلاعات درباره اغتشاشات عمودی ذرات کلوئیدی در هوا استفاده می‌شود.
چگونه لایدارها در زمینه ترافیک به‌کار می‌روند؟
در زمینه ترافیک، لایدارها به‌عنوان جایگزینی کوچک‌تر و دقیقتر برای تفنگ‌های راداری استفاده می‌شوند. این ابزارها می‌توانند سرعت وسایل نقلیه را در جریان ترافیک بادقت اندازه‌گیری کرده و حتی وسایل نقلیه‌مشخص را در موقعیت‌های گنجانده شده در ترافیک تمییز دهند.
آیا لایدارها در زمینه نظامی نیز استفاده می‌شوند؟
بله، لایدارها در زمینه نظامی به‌عنوان ابزارهایی برای معین کردن چگالی الکترون و درجه حرارت پلاسما در تأسیسات تحقیقات همجوشی هسته‌ای استفاده می‌شوند.
چگونه لایدارها در زمینه تحقیقات زمین‌شناسی به‌کار می‌روند؟
لایدارها در زمین‌شناسی برای اندازه‌گیری فاصله بازتاب کننده‌ها در زیر سطح زمین، ایجاد نقشه‌های توپوگرافی از مکان‌های باستانی با وضوح بالا و تشخیص گونه‌های زیر جنگلی استفاده می‌شوند.
نتیجه گیری
استفاده همزمان از لایدارها با پایه اتصال هواپیمایی و سیستم جی‌پی‌اس در زمین‌شناسی، نقشه‌برداری و زلزله‌شناسی، به‌طور هوشمندانه واکاوی شده است. این ترکیب فناوری‌ها امکان تشخیص دقیق گسل‌ها، اندازه‌گیری فشار بالارونده در مناطق زلزله‌زده، و حتی ایجاد مدل‌های دقیقی از زمین با پوشش گیاهی و درختان را فراهم می‌کند.
