SENSORES LEJANOS

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Sensores LIDAR

¿Qué es la tecnología LIDAR?

LIDAR son las siglas de Light Detection and Ranging o Laser Imaging Detection and Ranging. Es una tecnología que permite determinar la distancia desde un emisor a un objeto o superficie utilizando un haz láser, la distancia al objeto se determina midiendo el tiempo de retraso entre la emisión del pulso y su detección a través de la señal reflejada.

Este equipo emite haces de rayos láser que viajan por el aire, y cuando impacta en una superficie u objeto el rayo laser es reflejado y es detectado por un receptor presente en el sensor. La cuestión fundamental es que estos dispositivos son capaces de medir el tiempo invertido en este trayecto de ida y vuelta, de tal modo que es posible calcular la distancia real existente entre ambos puntos.

Sabiendo la dirección en la que fue emitido este rayo, la distancia recorrida y repitiendo el proceso miles de veces, un LIDAR es capaz de generar una nube de puntos muy densa que se ajusta perfectamente al entorno que ha sido escaneado.

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La tecnología de la imagen LIDAR se ha convertido en una referencia como instrumento avanzado para medir distancias y escenas sin contacto y a distancias significativas. Permite la obtención de imágenes 3D en tiempo real.

← Fig: Izquierda: Sensor Lidar Comercial. Derecha: Imagen 3D obtenida con un sensor LIDAR

Últimamente, la tecnología LIDAR se está aplicando para muchas soluciones:

- - Incorporada a un medio aerotransportado, permite obtener una mayor densidad de medidas de la estructura de la vegetación (alturas y coberturas principalmente) que cualquier otro sistema conocido, presentando la ventaja frente a otros sensores de poder penetrar en la cubierta vegetal y capturar de esta forma información de diferentes estratos de vegetación. Una de las grandes aplicaciones prácticas de este conocimiento preciso está ligada a la prevención y gestión de incendios forestales. En efecto, el riesgo y el peligro de incendios, así como el comportamiento del fuego, están muy condicionados por la estructura de la vegetación y las características y el estado del estrato arbustivo dentro y fuera del bosque.
  - Reconstrucción Arborea: Montado en un vehículo todoterreno, se puede obtener la información sobre las características geométricas y estructurales de las plantaciones frutales. Conocer y tener en cuenta las dimensiones externas del dosel foliar (altura, anchura y volumen), así como también las características internas y la estructura de la copa (porosidad, ocupación del espacio e índice de área foliar) puede, por ejemplo, mejorar la poda o el manejo de los fitosanitarios (El conocimiento de las características geométrico-estructurales de las plantaciones permite optimizar el uso de recursos y, con ello, reducir el impacto medioambiental y económico de su aplicación).
  - Montado en un vehículo todoterreno, puede ayudarnos en la detección, caracterización de frutos y estimación de cosechas frutícolas. La detección de frutos en campo resulta fundamental para realizar previsiones precisas de la cosecha, para progresar en la recolección robotizada o para optimizar las operaciones de aclareo, entre otras muchas aplicaciones.

La aplicación más utilizada en la agricultura es la monitorización del crecimiento de árboles y cultivos agrícolas, creando modelos 3D de la superficie del cultivo y observando con el tiempo el crecimiento del dosel del cultivo.

Fig. Izquierda. Sistema LiDAR 3D (+ antena GNSS) escaneando un manzano. Fuente: Gené-Mola et al. (DOI: 10.1016/j.compag.2019.105121 ). Derecha: De izquierda a derecha: imagen RGB del manzano; nube de puntos LiDAR; manzanas detectadas a partir de la intensidad de señal reflejada. Fuente: Gené-Mola et al. (DOI: 10.1016/j.biosystemseng.2019.08.017 ). →

Ventajas

- - La tecnología LIDAR no requiere buenas condiciones de luz para poder recopilar puntos. El sensor emite su propia energía con lo que puede capturar puntos tanto de día como de noche.
  - Montados sobre un dron:
    - - Los sistemas LIDAR son capaces de ofrecer una densidad de puntos muy alta. Por ejemplo, dispositivos comerciales de gama media son capaces de generar entre 300 y 1000 puntos por metro cuadrado. Son capaces de reconstruir elementos finos como cables y líneas eléctricas.
      - Son equipos con productividades muy altas ya que requieren menos superposición de líneas de vuelo (20%-30%). Además, cada «pasada» del dron suele abarcar una anchura mayor que con las cámaras más habituales (Una regla fácil es considerar la anchura como el doble de la altura de vuelo).
      - En general, cada punto medido genera una coordenada más precisa que el equivalente con métodos fotogramétricos.
      - El láser tiene cierta capacidad de penetración, con lo que es posible obtener modelos digitales que pueden, por ejemplo, ignorar la vegetación. En este caso, el “número de pulsos” que emite el sensor determina cuántos rebotes es posible detectar en una dirección concreta.

Inconvenientes

- - El coste de los sensores LIDAR es alto.
  - El procesamiento de los datos obtenidos es especializado.
  - No todos los LIDAR son capaces de reconstruir el aspecto visible de los objetos, con lo que en algunos casos solo está disponible la nube de puntos sin colorear.