¶ LiDAR - Light Detecting and Ranging
LiDAR-Systeme sind Messinstrumente zur Fernerkundung von Erdoberfläche und Erdatmosphäre durch optische Abstands- und Geschwindigkeitsmessung. Statt Radiowellen, wie beim Radar, werden Laserstrahlen zum dreidimensionalen Scannen verwendet. LiDAR-Systeme erfassen so sehr genau ihre Umgebung und erzeugen ein präzises Bild. Auch in der Land- und Forstwirtschaft wird diese Technologie zur Erstellung von hochauflösenden Landkarten und zur autonomen Steuerung von landwirtschaftlichen Fahrzeugen genutzt [1]. Neben der Land- und Forstwirtschaft wird LiDAR unter anderem auch im Verkehr (autonomes Fahren) [2], der Archäologie [3] und der Meteorologie und Klimatologie [4] eingesetzt.
¶ Beschreibung
Fernerkundung
Beschreibt die berührungsfreie Analyse der Erdoberfläche durch Messung. Die Erdoberfläche ist hier der Informationsträger. Es finden Wechselwirkungen statt, wenn Strahlung auf diese trifft. Die Art der Wechselwirkung hängt von dem Material, dem Zustand und der Wellenlänge ab. Unter anderem kann elektromagnetische Strahlung reflektiert und emittiert werden.
Dadurch werden die im Sensor ankommenden elektromagnetischer Wellen beeinflusst. Durch die Interpretation, der den Sensor erreichenden elektromagnetischer Wellen, werden dann Informationen über die Erdoberfläche gewonnen.
Passive und aktive Sensoren
Es wird zwischen passiven und aktiven Sensoren unterschieden. Die LiDAR-Methode nutzt aktive Sensoren. Das bedeutet der Sensor sendet selbst Strahlungen und empfängt diese, nachdem sie auf eine entsprechende Oberfläche getroffen ist. Im Falle von LiDAR sind dies Laserstrahlen. Die Radar-Technologie nutzt Radiowellen.
LiDAR- Sensor 3D LiDAR- Sensor SICK MRS 1000
Elektromagentische Strahlung
Zu den elektromagnetischen Strahlen gehören unter anderem Radiowellen, Infrarotstrahlung, (sichtbares) Licht, Röntgenstrahlen und Gammastrahlen. Man kann sie als Wellenbewegungen auffassen, die sich im Raum fortpflanzen.
Zwei wichtige Charakteristiken in der Fernerkundung sind Wellenlänge (λ) und Frequenz (f) der Schwingung. [6]
¶ LiDAR in der Landwirtschaft
LiDAR ermöglicht die autonome Steuerung von landwirtschaftlichen Fahrzeugen. Das ist technisch, aber auch rechtlich bereits heute vollständig möglich, da es im Gegensatz zum Straßenverkehr auf einem Feld in der Regel keine weiteren Verkehrsteilnehmer gibt, die das vollständig autonome Fahren erschweren.
Nicht nur wird in der Landwirtschaft bereits autonom gefahren, sondern auch gearbeitet. Beispielsweise das Aufnehmen von Heuballen ist durch LiDAR möglich [7].
Vorteil der LiDAR- Sensoren in der Landwirtschaft
Staub, Dunkelheit und Nebel mindern, anders als beispielsweise bei einer Kamera, die Qualität der Informationen nicht. LiDAR ist daher gerade in der Landwirtschaft oft von Vorteil. Durch die dreidimensionalen Daten kann die Umwelt so genau abgebildet werden, dass beispielsweise auch der Anzahl und die Arten des Viehbestands zuverlässig identifiziert werden. Verlassen die Tiere ihre Weidebeschränkung, kann auch nachts ein automatisierter Alarm ausgelöst werden [7].
Anbieter LiDAR Sensoren
- SICK GmbH
- Pepperl+Fuchs Vertrieb Deutschland GmbH
- Proxitron GmbH
- DTC Navigation Solutions GmbH & Co. KG
¶ Anwendungsbereich
Hier folgen passende Praxisbeispiele von FARMPRAXIS
¶ Quellen
- LIDAR Systeme: Fraunhofer ISIT
- Lidar for autonomous driving: The principles, challenges, and trends for automotive lidar and perception systems
- Wie die Archäologie mit Luftscans arbeitet: Deutschlandfunk
- Dynamik der atmosphärischen Grenzschicht über der Stadt – erste Ergebnisse der Wind-LIDAR-Messungen am Leipziger Institut für Meteorologie
- NASA EarthData Open Access For Open Science: Sensors
- Das Basiswissen der Chemie, C. E. Mortimer, U. Müller, Thieme, Stuttgart (2014), 6.1 Elektromagnetische Strahlung
- LiDAR applications in precision agriculture for cultivating crops: A review of recent advances
- Solarthermie
- SICK GmbH
¶ Wissenschaftliche Publikationen
- LiDAR applications in precision agriculture for cultivating crops: A review of recent advances: G. Rivera, R. Porras, R. Florencia, J. Patricia Sanchez-Solis, Elsevier (2023)
- NASA EarthData Open Access For Open Science: Sensors
- Handbuch Fahrerassistenzsysteme, Heinrich Gotzig Dr, rer, nat, & Georg Otto Geduld, Springer Vieweg (2015)
¶ Autoren*innen
Jonathan Voss, Technische Zentralstelle Dienstleistungszentrum Ländlicher Raum Rheinhessen-Nahe-Hunsrück (TZ DLR-RNH)