¿Qué es LiDAR?

Los datos LiDAR pueden utilizarse para generar desde mapas topográficos detallados hasta modelos 3D precisos y dinámicos necesarios para guiar con seguridad un vehículo autónomo por un entorno en constante cambio. La tecnología LiDAR también se utiliza para evaluar riesgos y catástrofes naturales como flujos de lava, corrimientos de tierras, tsunamis e inundaciones.

LiDAR funciona según el mismo principio que el radar (que significa "localización por radio", un sistema de localización que suelen utilizar barcos y aviones) y el sonar (que significa "navegación y localización por sonido", un sistema que suelen utilizar los submarinos). Estas tres tecnologías emiten ondas de energía para detectar y rastrear objetos. La diferencia es que, mientras que el radar utiliza microondas y el sonar ondas sonoras, LiDAR utiliza luz reflejada, lo que permite medir la distancia más rápidamente, con mayor precisión y mayor resolución que el radar o el sonar.

Un instrumento LiDAR típico se compone de varios componentes:

• un escáner láser que emite impulsos rápidos de luz láser infrarroja cercana
• un sensor LiDAR utilizado para detectar y recoger los impulsos luminosos, y
• un procesador para calcular el tiempo y la distancia y para construir el conjunto de datos resultante, denominado nube de puntos LiDAR. 

Para que la teledetección sea precisa, las mediciones del tiempo y el espacio deben ser exactas, por lo que un sistema LiDAR también utilizará electrónica de cronometraje, una unidad de medición inercial (IMU) y GPS.

El instrumento LiDAR emite luz láser pulsada en el entorno. Estos impulsos viajan a la velocidad de la luz, rebotan en los objetos circundantes y vuelven al sensor LiDAR. El sensor mide el tiempo que tarda en volver cada pulso y calcula la distancia que ha recorrido. Dado que la velocidad de la luz láser es constante, este "tiempo de vuelo" puede utilizarse para calcular distancias precisas.

Al repetir el proceso y enviar pulsos láser a un área mayor, se pueden recoger mediciones del tiempo de vuelo en miles de millones de puntos individuales y procesarlos en tiempo real en lo que se conoce como nube de puntos LiDAR.

Los datos se someten a varias etapas de procesamiento para transformar la nube de puntos LiDAR en un mapa 3D. En primer lugar, se comprueba que sean correctos y completos y se limpia para eliminar ruidos anómalos. A continuación, se pueden identificar y clasificar algorítmicamente las características de la superficie del terreno, como edificios, bancos y marquesinas.

Para simplificar el análisis, los algoritmos reducen la resolución de la nube de puntos para eliminar los datos redundantes y reducir el tamaño del archivo. A continuación, los datos se convierten al formato de archivo LAS (o LASer) estándar del sector que se utiliza para intercambiar datos 3D x, y, z.

Tras la conversión, los datos de la nube de puntos pueden visualizarse y modelarse como un mapa 3D del terreno analizado por LiDAR. Estos cálculos son constantes y continuos para un sistema LiDAR en movimiento, como los que se utilizan en los vehículos autónomos. Según algunas fuentes, los vehículos autónomos generan y procesan un terabyte de datos cada hora¹

Los sistemas LiDAR pueden dividirse en dos tipos principales en función de su plataforma: LiDAR aerotransportado y LiDAR terrestre.

Los sistemas LiDAR aerotransportados, también conocidos como sistemas de escaneado láser aerotransportado, utilizan escáneres LiDAR montados en aeronaves (normalmente helicópteros o drones) para generar modelos 3D de la superficie terrestre.

La cartografía LiDAR aerotransportada se ha convertido en una valiosa herramienta para crear modelos digitales de elevación de la superficie terrestre, sustituyendo principalmente al método de fotogrametría, más antiguo y menos preciso. El escaneado LiDAR aerotransportado también se utiliza mucho en silvicultura para elaborar estudios LiDAR del dosel forestal y modelos topográficos del terreno de la superficie del bosque.

Los tipos de tecnología LiDAR aerotransportada incluyen:

LiDAR batimétrico El LiDAR batimétrico captura datos SIG en aguas poco profundas y a lo largo de las costas. El LiDAR batimétrico emite rayos láser verdes a una longitud de onda que puede penetrar en el agua para medir la elevación digital del fondo marino, en lugar de utilizar luz láser infrarroja como los sistemas LiDAR típicos.

LiDAR basado en el espacio La NASA y otras agencias espaciales utilizan el LiDAR basado en el espacio para la navegación de naves espaciales y el mapeo digital de cuerpos celestes. LiDAR también se utiliza para conducir los vehículos autónomos de la NASA y el helicóptero Ingenuity en Marte.

El LiDAR terrestre es un sistema terrestre que se utiliza con frecuencia para cartografiar el terreno y el paisaje. LiDAR terrestre puede utilizarse para recopilar datos más localizados a corta distancia, lo que lo hace ideal para cartografiar zonas más pequeñas con gran precisión.

Los tipos de LiDAR terrestre incluyen:

LiDAR estático Algunos sistemas LiDAR terrestres son estáticos, fijos en un lugar y se utilizan para realizar escaneos LiDAR precisos y repetidos de una sola área. El LiDAR estático se utiliza a menudo para sitios arqueológicos, proyectos de construcción y evaluaciones de peligros. Puede supervisar la superficie del suelo de volcanes activos, fallas sísmicas y zonas de inundación.

LiDAR móvil El LiDAR móvil es una forma de LiDAR terrestre que recopila datos LiDAR desde un vehículo en movimiento. Los sistemas LiDAR móviles (MLS) son fundamentales para la industria de la automoción en el desarrollo de la asistencia al conductor y la conducción autónoma, ya que la recopilación de datos en tiempo real mediante detección y alcance de luz permite a los vehículos autónomos identificar los activos e infraestructuras de la vía de forma rápida, precisa y económica.

Los escáneres LiDAR tienen una amplia gama de usos en el mundo real en muchos sectores. Pueden crear modelos detallados del terreno de la superficie del suelo y el fondo marino y también producir visualizaciones precisas, de alta resolución y en tiempo real de objetos en movimiento.

Los equipos de investigación desarrollan constantemente nuevos sistemas y algoritmos para aumentar la precisión, velocidad y eficacia de LiDAR. De momento, el desarrollo se centra en conseguir que la tecnología LiDAR sea más pequeña, ligera y asequible. Esto permitiría una adopción más amplia en diversos sectores, como la robótica y los dispositivos domésticos inteligentes. LiDAR es cada vez más popular en los vehículos autónomos y se espera que desempeñe un papel importante en el futuro del automóvil.

A medida que la tecnología siga mejorando y los costes disminuyan, es probable que los usos de LiDAR aumenten drásticamente.