LiDAR
LiDAR meria vzdialenosť časovaním laserových impulzov odrazených od povrchov a vytvára 3D bodový oblak z lietadiel, vozidiel, dronov alebo telefónov.
Čo je LiDAR a ako meria vzdialenosť?
LiDAR (light detection and ranging) je snímacia technológia, ktorá meria vzdialenosť pomocou laserového svetla. Prístroj vysiela krátke impulzy, meria, ako dlho sa každý z nich vracia od povrchu, a tento čas prepočíta na vzdialenosť. Ak sa to opakuje mnohokrát za sekundu, vznikne bodový mrak, teda súbor 3D súradníc, ktoré popisujú povrchy, na ktoré lúč dopadol.
Na pohyblivej platforme, ako je lietadlo, vozidlo alebo dron, nestačia samotné surové vzdialenosti. Systém zároveň zaznamenáva svoju polohu pomocou prijímača satelitnej navigácie (GNSS) a svoju orientáciu pomocou inerciálnej meracej jednotky (IMU), aby sa každý bod dal umiestniť do reálneho súradnicového systému. Bez týchto dvoch zdrojov by mal mrak správny tvar, ale nespoľahlivú polohu.
Mnohé systémy zaznamenávajú z jedného impulzu viacero odrazov. Ak lúč prejde medzerou vo vegetácii, jeden odraz môže prísť z lístia a neskorší zo zeme. Preto dokážu letecké merania zmapovať terén aj pod lesným porastom.
Na akých platformách sa LiDAR nosí a na čo sa ktorá hodí?
LiDAR je určený princípom snímania, nie miestom, kde senzor stojí. Platforma určuje pokrytie, hustotu a presnosť, ktorú možno očakávať, preto výber závisí od otázky, na ktorú potrebujete odpoveď.
| Platforma | Typické použitie | Hlavná výhoda | Hlavné obmedzenie |
|---|---|---|---|
| Pozemný (statív na zemi) | Budovy, interiéry, fasády | Vysoká detailnosť na krátku vzdialenosť | Na úplné pokrytie treba veľa stanovísk |
| Mobilný (na vozidle) | Cesty, uličné fronty, koridory | Rýchle snímanie pozdĺž trasy | Pokrytie je obmedzené tým, čo cesta umožňuje |
| Dron | Staveniská, strechy, svahy, lomy | Flexibilný a blízko zemi | Čas letu a pravidlá vzdušného priestoru obmedzujú plochu |
| Letecký (lietadlo) | Regionálny terén a štátne mapovanie | Pokrýva veľmi veľké územia jednou kampaňou | Hustota bodov je nižšia ako pri metódach na krátku vzdialenosť |
| Telefón alebo tablet | Rýchle zachytenie miestnosti alebo predmetu | Lacné a vždy po ruke | Krátky dosah, nie geodetická presnosť |
Pozemné a mobilné skenery stoja za väčšinou stavebných zameraní, ktorým sa článok o laserovom skenovaní venuje ako pracovnému postupu. Drony nesú ľahšie senzory a lietajú nižšie, takže dokážu zachytiť stavenisko, strechu alebo svah v jedinom lete. Letecké systémy pokrývajú celý región a práve tento rozsah umožňuje vytvoriť celoštátny dátový súbor.
LiDAR v telefónoch a tabletoch je novinka. Niektoré zariadenia triedy Pro obsahujú krátkodosahový hĺbkový senzor, ktorý vytvorí hrubý 3D model miestnosti alebo predmetu. Je užitočný na orientáciu a na rýchle odovzdanie náčrtu klientovi. Nenahrádza však zameranie, pretože jeho chyby sú väčšie a nedáva overený súradnicový systém.
Čím sa LiDAR líši od laserového skenu pri zameraní budovy?
Oba pojmy sa v bežnej reči prekrývajú, ale odpovedajú na iné otázky. LiDAR označuje princíp merania. Laserový sken je samotný úkon zachytenia budovy alebo lokality takýmto prístrojom spolu so spracovaním, ktoré surový mrak premení na použiteľný výstup. Ten istý senzor slúži obom účelom, preto si ľudia tieto pojmy zamieňajú.
V praxi zameranie budovy zahŕňa plánovanie skenovacích stanovísk, spájanie stanovísk do jedného mraku, odstraňovanie pohybujúcich sa ľudí a náhodných bodov a rozhodnutie, čo sa z mraku vytiahne. Tieto kroky patria do pracovného postupu skenovania. Princíp snímania hovorí, čo prístroj dokáže a nedokáže zmerať, napríklad ako tmavý alebo lesklý povrch odráža lúč. Poznanie oboch pomáha klást geodetovi správne otázky.
Ako sa LiDAR porovnáva s fotogrametriou?
Obe metódy vytvárajú 3D geometriu, ale zachytávajú ju odlišne. LiDAR meria vzdialenosť priamo pomocou svetla. Fotogrametria odvodzuje geometriu z prekrývajúcich sa fotografií. Tento rozdiel určuje, v čom je každá z nich silná.
| Aspekt | LiDAR | Fotogrametria |
|---|---|---|
| Ako sa získava geometria | Priame meranie vzdialenosti | Vypočítaná z zhodných bodov na snímkach |
| Závislosť od svetla | Funguje v tieni aj v tme | Potrebuje rovnomerné a stabilné osvetlenie |
| Farba a textúra povrchu | Hodnoty odrazivosti alebo farba z pridanej kamery | Realistická textúra prevzatá z fotografií |
| Jednotné povrchy bez znakov | Konzistentné, pretože sa nespolieha na textúru | Má problémy tam, kde má povrch malú textúru |
Mnohé projekty kombinujú obe metódy. Dron môže niesť laserový senzor a kameru zároveň, takže mrak poskytuje spoľahlivú geometriu a fotografie vzhľad fasády. Voľbu určte podľa otázky: pre rozmerovú presnosť na rovnom povrchu sa opierajte o LiDAR, na vzhľad alebo lacný rýchly model môže stačiť fotogrametria.
Môže celoštátny model terénu z LiDARu pomôcť pri preverení pozemku pred kúpou?
Áno, na prvotné posúdenie. Celoštátne letecké laserové skenovanie Slovenska zabezpečuje Úrad geodézie, kartografie a katastra SR (ÚGKK SR). Jeho prvý cyklus prebiehal v rokoch 2017 až 2023 a vytvoril súvislý digitálny model terénu DTM 5.0 pokrývajúci celú krajinu. DMT je povrch holej zeme, z ktorého sú odstránené budovy a vegetácia, takže popisuje podklad, na ktorom by ste stavali.
Údaje možno zobraziť v aplikácii MAPKA a ZBGIS, celoštátny geografický základ prevádzkovaný ÚGKK SR, je vstupným bodom na sťahovanie. Pred kúpou z modelu môžete odvodiť vrstevnice a sklon pozemku a zistiť, ako klesá terén smerom k ceste, susedovi alebo vodnému toku. To vám včas ukáže, či pozemok bude potrebovať oporné múry, dlhý prístupový úsek alebo významné zemné práce, a tie všetky ovplyvňujú náklady.
Obmedzenia sú dôležité. Celoštátny model je regionálny produkt, takže jeho detail sa hodí na všeobecnú kontrolu sklonu, nie na projekt. Nezobrazuje vaše hranice, ktoré pochádzajú z katastra, ani polohu podzemných vedení. Na projekt si objednajte polohopis a výškopis u oprávneného geodeta, ako je opísané v článku o topografickom zameraní lokality. Celoštátne údaje vám pomôžu rozhodnúť, či pozemok stojí za tento výdavok.
Čo môže LiDAR prehliadnuť alebo pochybiť?
LiDAR zobrazuje to, čo lúč dosiahol, a to je už samo osebe obmedzenie. Pred spoliehaním sa na dataset je dobré poznať niekoľko bežných medzier.
- Skryté povrchy zostanú skryté. Čokoľvek za stenou, pod podlahou alebo vo vnútri potrubia sa v mraku nenachádza.
- Vegetácia mení obraz terénu. Hustá koruna môže nechať zem nedostatočne vzorkovanú, preto pred dôverou v jemnú vrstevnicu skontrolujte body na zemi.
- Sklo, voda a tmavé či lesklé materiály vracajú slabé alebo zavádzajúce signály.
- Počasie je dôležité. Silný dážď, hmla, prach a sneh znižujú dosah aj kvalitu a lety sa plánujú na jasné podmienky.
- Hustota nie je presnosť. Hustý mrak môže byť aj tak posunutý, ak poloha a orientácia neboli kontrolované.
Bodový mrak berte ako geometriu, nie ako overený právny dokument. Mrak môže ukázať, že svah je strmý, ale nedokáže určiť právne hranice ani vlastníctvo.
Často kladené otázky
- Dá sa mobilným telefónom alebo tabletom nahradiť profesionálne zameranie?
- Nie. LiDAR v telefóne alebo tablete poskytne rýchly, hrubý 3D náčrt miestnosti alebo predmetu. Nemá overený súradnicový systém a jeho chyby sú väčšie ako pri geodetických prístrojoch, preto sa hodí na orientáciu a rozhovor s klientom. Rozmery na povolenie alebo na stavbu však stále potrebujú autorizovaného geodeta alebo overené skenovanie.
- Vidí LiDAR cez stromy?
- Čiastočne. Impulzy z letu môžu prejsť medzerami v korunách a vrátiť sa ako odraz od zeme, vďaka čomu sa dá zmapovať terén pod lesom. Hustá koruna však stále znižuje počet bodov na zemi, takže model terénu je pod hustým porastom menej podrobný. Impulz, ktorý zasiahne len listy, nevráti žiadny odraz od zeme.
- Je celoštátny model terénu Slovenskej republiky voľne použiteľný?
- ÚGKK SR zverejňuje bezšvový DTM 5.0 pre verejnosť a dá sa prezerať v aplikácii MAPKA. Oficiálna stránka leteckého laserového skenovania však neuvádza podmienky sťahovania samotného modelu terénu. Pred komerčným alebo rozsiahlejším použitím skontrolujte podmienky poskytovania na geoportal.sk.
- Aký je rozdiel medzi DTM a DSM?
- Digitálny model povrchu (DSM) zahŕňa všetko, čo laser zasiahne, vrátane budov, stromov a vozidiel. Digitálny model terénu (DTM) ponecháva iba holý terén. Na kontrolu sklonu zvyčajne potrebujete DTM, zatiaľ čo DSM pomáha pri určovaní výšky striech a vegetácie.
- Zastaví LiDAR tma alebo zlé počasie?
- Tma nie, pretože LiDAR si svetlo dodáva sám. Silný dážď, hmla, prach a sneh však znižujú dosah aj kvalitu, preto sa lety a skenovania plánujú na jasné počasie.