Problemy związane z autonomicznym prowadzeniem samochodu
Z roku na rok powoli rośnie liczba nowych autonomicznych samochodów, a różne urządzenia skanujące pozwalają producentom samochodów na tworzenie bardziej niezależnych, inteligentnych i bezpieczniejszych pojazdów autonomicznych. Spróbujmy się przyjrzeć dwóm systemom – jeden oparty na radarze a drugi na lidarze.
Najpierw krótki opis różnic:
CO TO JEST LIDAR?
Nazwa LIDAR pochodzi od angielskich słów “Light Imaging Detection And Ranging”. Jest to technologia, która wykrywa obiekty na powierzchni, a także ich wielkość i dokładne rozmieszczenie.
LIDAR pojawił się na rynku po RADAR i SONAR i wykorzystuje impulsy światła laserowego do skanowania otoczenia, w przeciwieństwie do fal radiowych (Radar) lub dźwiękowych (Sonar). Wojsko USA i NASA wymyśliły technologię LIDAR ponad 45 lat temu do pomiaru odległości w kosmosie, chociaż jej pierwsze komercyjne zastosowanie miało miejsce dopiero w 1995 r. na potrzeby topograficzne.
Obecnie konstrukcja systemu LIDAR jest dość kompaktowa i umożliwia przemysłowi zastosowanie tej technologii do nowych celów. Urządzenie wykorzystujące technologię LIDAR jest również często nazywane tym samym; jest to w rzeczywistości skaner, który może stworzyć cyfrową kopię dowolnego fizycznego obiektu.
JAK DZIAŁA TELEDETEKCJA LIDAR?
Algorytm działania LIDARU wygląda następująco:
- Emisja sygnału laserowego
- Sygnały laserowy dociera do przeszkody
- Sygnał odbija się od przeszkody
- Sygnał wraca do odbiornika
- Rejestroacja impulsu laserowego
Urządzenie emituje impulsy laserowe, które poruszają się na zewnątrz w różnych kierunkach, aż sygnały dotrą do obiektu, a następnie odbijają się i wracają do odbiornika. W rzeczywistości jest to ta sama zasada, której używa SONAR, z wyjątkiem tego, że SONAR emituje fale dźwiękowe.
W LIDARZE światło jest 1 000 000 razy szybsze niż dźwięk. Przykładem jest huragan z oświetleniem – najpierw widzimy błyskawice, a dźwięk słyszymy dopiero po kilku sekundach.Tak duża prędkość pozwala urządzeniu na odbieranie danych z ogromnej liczby impulsów laserowych na sekundę. Oznacza to, że informacje są aktualizowane częściej, a co za tym idzie, otrzymywane są dokładniejsze dane. Wewnętrzny procesor zapisuje każdy punkt odbicia lasera i generuje trójwymiarowy obraz otoczenia. Te zasady działania pozwalają na tworzenie precyzyjnych map za pomocą np. LIDARA zainstalowanego na pokładzie samolotu.
Co więcej, ten sam procesor może obliczyć odległość między wykrytym obiektem a odbiornikiem LIDARU przy użyciu prostego wzoru szkolnego, w którym znana jest prędkość impulsu laserowego i czas odbicia, a następnie obliczamy odległość, jaką przebył impuls laserowy. Ta możliwość znalazła zastosowanie w przemyśle motoryzacyjnym i tam się rozwija: wszystkie autonomiczne samochody wykorzystują pokładowe LIDARY do skanowania otoczenia.
CO TO JEST RADAR?
Nazwa RADAR pochodzi od słów “Radio Detection And Ranging” i jest używany do wykrywania obiektów na odległość, określania ich prędkości i rozmieszczenia. Wszyscy znamy to urządzenie, ponieważ policja używa go do wykrywania i regulowania prędkości pojazdów na drogach.
Technologia systemu RADAR została wynaleziona w 1940 roku, tuż przed II wojną światową; jednak rozwój faktycznie rozpoczął się w 1886 roku, kiedy pewien niemiecki fizyk zdał sobie sprawę, że fale radiowe mogą odbijać się od ciał stałych.
JAK DZIAŁA RADAR?
Echo dźwięku pozwala nam określić, jak daleko coś się znajduje, za pomocą odbicia fali dźwiękowej od obiektów stałych. Czas potrzebny na podróż dźwięku do przodu i do tyłu zależy od odległości źródła dźwięku i powierzchni, na której odbijają się fale dźwiękowe. Jednocześnie przesunięcie Dopplera echa pozwala nam określić prędkość poruszającego się obiektu poprzez pomiar wysokości echa.
Zasada ta opiera się na systemie RADARU, z tą różnicą, że RADAR wykorzystuje fale radiowe zamiast dźwięku. Fale radiowe mogą przemieszczać się znacznie dalej niż dźwięk, są szybsze i są niewykrywalne dla ludzkich narządów zmysłów. Tak więc główna różnica między LIDAREM i RADAREM polega na tym, że do wykrywania obiektów używają różnych sygnałów, chociaż zasada działania jest taka sama.
Ponadto fale radiowe i świetlne mają tę samą prędkość – prędkość światła. Tak więc, jeśli chodzi o pytanie, jak szybko dane są aktualizowane w każdym systemie (systemy LIDAR vs RADAR), mamy uczciwy remis.
JAK UŻYWANY JEST RADAR?
Najbardziej rozpowszechnione zastosowanie radarów dotyczy celów wojskowych. Samoloty wyposażone w RADAR potrafią precyzyjnie mierzyć wysokość i wykrywać znajdujące się w pobliżu inne urządzenia transportu lotniczego. Morskie systemy RADAROWE są używane w podobny sposób do pomiaru odległości między innymi statkami, aby zapobiec kolizjom.
Technologia ta jest również wykorzystywana do krótkoterminowego prognozowania pogody w celu monitorowania wiatru i opadów. RADAR penetrujący ziemię jest używany w geologii do określania składu skorupy ziemskiej. Wreszcie, policja używa “pistoletów” radarowych do monitorowania prędkości ruchu, chociaż ostatnio LIDAR stał się bardziej rozpowszechniony w tym obszarze, ze względu na swoją precyzję.
Porównanie RADAR vs LIDAR
| Przewaga Lidaru nad Radarem | Przewaga Radaru nad Lidarem |
| Krótka długość fali pozwala nam wykrywać małe obiekty. LIDAR może zbudować dokładny monochromatyczny obraz 3D obiektu. | RADAR może bez problemu działać w pochmurnej pogodzie i w nocy. Dłuższy zasięg działania. |
| Wady użytkowania LIDARU | Wady zastosowania RADARÓW |
| Ograniczone użycie w nocy/pochmurnej pogodzie. Wysokość operacyjna to tylko 500-2000m. Dość droga technologia. | Krótsza długość fali nie pozwala na wykrywanie małych obiektów. RADAR nie może zapewnić użytkownikowi dokładnego obrazu obiektu ze względu na dłuższą długość fali. |
Jeśli będziemy mieli oddzielnie porównywać te dwie technologie bez żadnego tła, będzie to strata czasu. Mają podobne zasady działania, ale każdy z nich wykorzystuje inne rodzaje fal i źródła fal. RADAR wykorzystuje antenę do emitowania sygnałów radiowych, a urządzenie LIDAR ma specjalistyczną optykę i lasery do odbioru i transmisji.
Radary są oczywiście wygodniejsze, gdy odległość wykrywania jest ważniejsza niż rzeczywisty wygląd obiektu. Na przykład w powietrzu coś dużego, co lata, jest prawdopodobnie samolotem i ważne jest, aby jak najszybciej to wykryć, aby uniknąć kolizji.
Z drugiej strony, gdy jesteśmy na drodze, bardzo ważne jest, aby rozpoznać, czy obiekt to pieszy, samochód czy ściana . Rozpoznanie to pozwoli systemowi przewidywać ruch za pomocą oprogramowania pokładowego, a także nie skupia się na obiektach znajdujących się dalej niż 500 m przed nim.
Te cechy sprawiają, że urządzenie działające w oparciu o światło jest zwycięzcą, jeśli chodzi o jazdę autonomiczną.