LIDAR

LIDAR (ev. LiDAR eller lidar) er en optisk fjernmålingsteknikk som brukes til hurtig måling av fysiske objekters posisjon. Ved å måle tidsforskjellen eller endringer i bølgefasen mellom et emittert lasersignal og et reflektert lys kan avstanden til og andre egenskaper ved objekter beregnes. Ordet LIDAR er et teleskopord sammensatt av ordene «light» og «radar», men blir feilaktig ofte ansett som en forkortelse (et akronym) for Light Detection And Ranging.^{[trenger referanse]}

Dette laserinstrumentet kan brukes til å lage 3D-modeller av bygninger, landskapsformasjoner osv.

Generell beskrivelse

LIDAR bruker ultrafiolett, synlig eller infrarødt lys til innhenting av data. Det kan brukes på et bredt spekter av materialer, inkludert metaller, stein, vann, kjemiske forbindelser, aerosoler, skyer og selv enkeltmolekyler. En smal laserstråle kan kartlegge fysiske egenskaper med svært høy oppløsning. LIDAR har vært brukt mye innen atmosfærisk forskning og meteorologi, og nedoverrettede LIDAR-instrumenter montert på fly, helikoptre og satellitter utfører oppmåling og kartlegging av landskap.

Den amerikanske romfartsorganisasjonen NASA har identifisert lidar som en nøkkelteknologi for å utvikle autonom presisjonslanding av fremtidige ubemannede og bemannede månefartøyer.

Bølgelengden på LIDAR-signalet varierer for å passe til målet: fra omtrent 10 mikrometer til UV (ca. 250 nm). Vanligvis reflekteres lyset via tilbakespredning.

Ulike typer av spredning er brukt for ulike LIDAR-applikasjoner, slik som Rayleigh-spredning, Mie-spredning, Raman-spredning, og fluorescens. Basert på typen tilbakespredning kan metoden kalles Rayleigh-LIDAR, Mie-LIDAR, Raman-LIDAR, Na/Fe/K fluorescens LIDAR, og så videre. Egnede kombinasjoner av bølgelengder tillater fjernmåling av atmosfærisk innhold ved identifisering av forandringer i intensiteten av det returnerte signal basert på bølgelengden.

Bruksområder

ALOMAR (Arctic Lidar Observatory for Middle Atmosphere Research) utafor Andenes (2008)

LIDAR-data kan samles inn fra luftbårne eller landbaserte farkoster, fra fastmonterte målere på et stativ, eller fra offshore-installasjoner. Luftbåren LIDAR-skanning brukes ofte for å lage høyoppløselige kart mens den bakkebaserte skanningen lager detaljerte tredimensjonale modeller. Sluttproduktene brukes gjerne innen fagfelt slik som geomatikk, arkeologi, geografi, geologi, geomorfologi, seismologi og lignende.

Laserskannere som bruker LIDAR teknologi kan i prinsippet brukes til å dokumentere alle slags objekter i tre dimensjoner, alt fra små gjenstander til store landskapsrom. Til vitenskapelige formål kan LIDAR blant annet brukes til å måle aerosoler, skyer eller gasser som for eksempel ozon i atmosfæren. LIDAR er også blitt tatt i bruk til identifisering, vurdering, kartlegging og overvåking av farer for naturkatastrofe, og til tredimensjonal skanning av tunneler for å gjøre dem sikrere og bedre dokumentert.

En vanlig anvendelse er å bruke laser for å måle avstand eller fart. Ved slike målinger er det gjerne tidsforsinkelsen mellom en utsendt laserpuls og det reflekterte lyset som anvendes. Denne teknikken ligner den som anvendes av en radar, og enkelte ganger betegnes LIDAR feilaktig som en laser-radar. Lasermåleren som norsk politi bruker til fartskontroll er en LIDAR.

LIDAR er nyttig ikke bare fordi teknologien kan kartlegge nøyaktige posisjoner over store områder, men også fordi teknologien er rask. En moderne LIDAR kan registrere opptil mer enn 1 million posisjoner per sekund. Det ville ta flere år å samle inn tilsvarende data ved hjelp av tradisjonelle landmålingsteknikker. LIDAR blir derfor tatt mer og mer i bruk blant annet til kartlegging av infrastruktur for å støtte oppgaver som vedlikehold, modellering og visualisering.

Geomatikk

LIDAR kan også brukes til tredimensjonal skanning av tunneler, for å gjøre dem sikrere og bedre. I Norge ble teknologien blant annet tatt i bruk for slike formål etter at ca. 25 meter av taket i den nye Hanekleivtunnelen på E18 i Vestfold raste ned i veibanen i desember 2006. Raset bidro til å avdekke svakheter ved norske tunnelprosjekter, og bidro til at forskningsprosjektet «Tunnel Stability» ble finansiert av programmet Brukerstyrt Innovasjonsarena (BIA) i Norges forskningsråd. Forskningsprosjektet har utviklet LIDAR til å bli en praktisk teknologi for fremtidig tunnelbygging.

Ved normal tunneldriving fører hver sprengsalve tunnelarbeidene fem-seks meter lenger inn i berget. Den nye delen av tunnelen kartlegges så av ingeniørgeologer, før bergoverflaten sikres med bolter og dekkes med sprøytebetong. Med LIDAR kan man isteden bruke en laserbasert skanner i to omganger. Først brukes skanneren til å kartlegge den sprengte bergoverflaten i tunnelen, før sprøytebetongen blir påført. Dette gir et tredimensjonalt bilde av hver eneste kvadratcentimeter av tunnelen, inkludert sprekker og ujevnheter. Deretter blir tunnelen skannet igjen etter at sprøytebetongen er lagt på, og til slutt brukes dataene til å lage en modell som viser tykkelsen på selve sprøytebetongen. Resultatet er tredimensjonalt bilde av både sprøytebetongen og berget under betongen, med en oppløsning på ca. tre målepunkter per kvadratcentimeter. Dette letter vurderingen av behovet for supplerende og permanent sikring og er til stor hjelp dersom man senere skulle avdekke ustabile tunnelpartier.

I Norge ble LIDAR for første gang brukt i tunneler under byggingen av den ca. 1200 meter lange Lørentunnelen på Ring 3 i Oslo, som sto ferdig i 2013. Fremgangsmåten er presentert i en kort video publisert på YouTube.

Kartleggingen i Løren-tunnelen var delvis et utviklingsprosjekt, men teknikken er senere blitt brukt i fullskala ved Nedre Romerike Vannverk. Vannverket er i ferd med å anlegge et høydebasseng i en fjellhall på Hauglifjell ved Leirsund, og under utsprengning ble det avdekket to soner på ca 15 meters lengde der det var uventet dårlig bergkvalitet. LIDAR-kartleggingen førte til at entreprenøren kunne planlegge endringer i prosjektet med en detaljgrad som ville vært umulig ved hjelp av eldre teknikker, og dermed ble byggherrens tilleggskostnader minimert.^{[trenger referanse]}

Arkeologi

Innenfor det arkeologiske fagfeltet brukes gjerne flybåren LIDAR-teknologi for å analysere store landskapsrom med tanke på kartfesting av ulike typer kulturminner. Dette er spesielt hensiktsmessig ved kartlegging av kulturminner i skogsområder, der tradisjonell registrering kan være vanskelig og tidkrevende.

Historikk og etymologi

LIDAR-teknologien ble utviklet i USA på 1960-tallet, noe etter at laserteknologien ble oppfunnet, og utnyttet muligheten for å beregne avstand ved hjelp av lysrefleksjon. Teknologien ble først tatt i bruk til meteorologiske studier, hvor den ble brukt til å måle forskjellige egenskaper ved skyer. I 1971 ble teknologien også brukt av mannskapet på Apollo 15 til å kartlegge månens overflate.

Ordet LIDAR anses ofte som et akronym, men begrepet er faktisk et teleskopord av «light» og «radar». Den første publiserte begrepsbruken tydeliggjør dette:

«Eventually the laser may provide an extremely sensitive detector of particular wavelengths from distant objects. Meanwhile, it is being used to study the moon by 'lidar' (light radar)..."

The Oxford English Dictionary støtter denne etymologien. Påstanden om at ordet skulle være et akronym ble fremsatt senere, i 1970. Dette var basert på antakelsen om at siden begrepet «radar» var et akronym for «RAdio Detection And Ranging», måtte LIDAR være en tilsvarende forkortelse for «LIght Detection And Ranging» eller «Laser Imaging, Detection and Ranging».

Selv om ordet «lidar» gjerne blir skrevet med store bokstaver, finnes det ingen konsensus, og alternative skrivemåter som eksempelvis LiDAR, LIDaR og Lidar forekommer.