مقدمة

لقد أحدثت تقنية LiDAR تحولًا في صناعات مثل المركبات ذاتية القيادة ورسم الخرائط. مع ظهور تطورات جديدة، يكتسب 4D LiDAR الاهتمام.

في هذه المقالة، سنقوم بمقارنة 3D LiDAR و4D LiDAR، مع تسليط الضوء على الاختلافات والتطبيقات الرئيسية بينهما. ستتعرف على المزايا والقيود الخاصة بكل منها وكيفية اختيار الحل المناسب لاحتياجاتك.

ما هو 3D ليدار؟

كيف يعمل جهاز LiDAR ثلاثي الأبعاد

يعمل 3D LiDAR عن طريق إصدار نبضات ليزر ترتد عن الأشياء وتعود إلى المستشعر. ومن خلال قياس الوقت الذي تستغرقه عودة النبض، يستطيع النظام تحديد المسافة إلى الأشياء الموجودة في البيئة المحيطة. تُعرف هذه العملية باسم تقنية زمن الرحلة (ToF). باستخدام هذه التقنية، تقوم أنظمة LiDAR ثلاثية الأبعاد بإنشاء 'سحابة نقطية'، وهي تمثيل رقمي للبيئة، وتلتقط خرائط تفصيلية ثلاثية الأبعاد. تعتمد دقة البيانات ودقتها على كثافة السحابة النقطية وعدد قنوات الليزر التي يمتلكها المستشعر.

مزايا 3D LiDAR

يوفر 3D LiDAR دقة ملحوظة في إنشاء قياسات مسافة دقيقة للغاية، مما يجعله مثاليًا لتطبيقات مثل رسم الخرائط الجغرافية والبناء والمركبات ذاتية القيادة. ويستخدم على نطاق واسع في المركبات ذاتية القيادة لرسم الخرائط في الوقت الحقيقي واكتشاف الأشياء. نظرًا لأن أنظمة LiDAR ثلاثية الأبعاد راسخة، فإنها تميل إلى أن تكون أكثر فعالية من حيث التكلفة مقارنة بالتقنيات الأحدث. بالإضافة إلى ذلك، فهو يوفر دقة ودقة عالية في السيناريوهات التي لا يكون فيها التتبع الديناميكي للكائنات أمرًا بالغ الأهمية.

حدود 3D LiDAR

على الرغم من أن تقنية 3D LiDAR ممتازة في رسم خرائط للأجسام الثابتة، إلا أنها لا توفر معلومات حول سرعة الأجسام أو الأهداف المتحركة. ويصبح هذا القيد واضحًا في البيئات سريعة الحركة مثل القيادة الذاتية، حيث يعد اكتشاف سرعة واتجاه الأجسام المتحركة أمرًا بالغ الأهمية. علاوة على ذلك، قد تواجه أنظمة LiDAR ثلاثية الأبعاد صعوبات في الظروف الجوية السيئة مثل الأمطار الغزيرة أو الضباب. يمكن أن تؤدي نبضات الضوء المنتشرة في هذه الظروف إلى فقدان البيانات، مما يقلل من الفعالية الإجمالية للنظام.

تكنولوجيا	المزايا	القيود
ليدار ثلاثي الأبعاد	- دقة عالية للأشياء الثابتة	- لا يمكن تتبع الأجسام المتحركة
	- راسخة وفعالة من حيث التكلفة	- يقل الأداء في الظروف الجوية السيئة
4D ليدار	- السرعة في الوقت الحقيقي وتتبع الحركة	- أكثر تكلفة
	- تحسين الأداء في البيئات الديناميكية	- منحنى التعلم أكثر حدة للتكامل

ما هو 4D LiDAR؟

كيف يعمل 4D LiDAR

يعتمد 4D LiDAR على قدرات 3D LiDAR من خلال تقديم بُعد إضافي: السرعة. يتم تحقيق ذلك من خلال تأثير دوبلر، الذي يقيس تغير التردد في ضوء الليزر أثناء انعكاسه على الأجسام المتحركة. في جوهر الأمر، فإن أنظمة 4D LiDAR قادرة على اكتشاف ليس فقط مسافة الأشياء ولكن أيضًا سرعتها واتجاهها. ومن خلال الجمع بين هذه العناصر الثلاثة - المسافة والاتجاه والسرعة - يتيح نظام LiDAR 4D اكتشاف الحركة في الوقت الفعلي، مما يجعله لا يقدر بثمن في البيئات الديناميكية.

مزايا 4D LiDAR

الميزة الرئيسية لـ 4D LiDAR مقارنة بـ 3D LiDAR هي قدرته على التقاط المعلومات الديناميكية حول البيئة. وهذا أمر مهم بشكل خاص في تطبيقات مثل المركبات ذاتية القيادة، حيث يكون التتبع في الوقت الفعلي للأجسام المتحركة ضروريًا. على سبيل المثال، يمكن لـ 4D LiDAR تتبع المركبات أو المشاة أو راكبي الدراجات وتوفير تحديثات في الوقت الفعلي عن سرعتهم وحركتهم. هذا البعد الإضافي يجعل 4D LiDAR مثاليًا للبيئات المعقدة ذات الحركة عالية السرعة، مثل شوارع المدينة أو الطرق السريعة. ويمكنه أيضًا تقديم أداء أفضل في الظروف التي يكون فيها اكتشاف الحركة أمرًا بالغ الأهمية، مما يوفر بيانات أكثر شمولاً مقارنةً بتقنية LiDAR ثلاثية الأبعاد.

حدود 4D LiDAR

على الرغم من أن 4D LiDAR يوفر إمكانات أكثر تقدمًا، إلا أنه يأتي مع بعض التحديات. لا تزال هذه التكنولوجيا جديدة نسبيًا وغالبًا ما تأتي بتكلفة أعلى بسبب تعقيدها والميزات المتقدمة التي تقدمها. بالإضافة إلى ذلك، قد يتطلب دمج أنظمة LiDAR رباعية الأبعاد معرفة وتدريبًا أكثر تخصصًا، مما يؤدي إلى منحنى تعليمي أكثر حدة. على الرغم من هذه العيوب، فإن القدرة على التقاط الجوانب المكانية والزمانية للبيئة تجعل من 4D LiDAR أداة قوية في العديد من التطبيقات عالية السرعة في الوقت الفعلي.

3D LiDAR مقابل 4D LiDAR: مقارنة تفصيلية

الدقة والقرار

يقدم كل من 3D LiDAR و4D LiDAR بيانات عالية الدقة، لكن تطبيقاتهما تختلف. يتفوق برنامج 3D LiDAR في إنشاء خرائط ثلاثية الأبعاد دقيقة للبيئات الثابتة. وهو فعال بشكل خاص في السيناريوهات التي تكون فيها الحاجة الأساسية إلى دقة مكانية عالية، كما هو الحال في النمذجة المعمارية أو رسم الخرائط البيئية. من ناحية أخرى، يوفر 4D LiDAR دقة مماثلة ولكن مع ميزة إضافية تتمثل في اكتشاف السرعة. هذه الطبقة الإضافية من البيانات تجعل 4D LiDAR مفيدًا بشكل خاص للبيئات الديناميكية حيث يعد فهم حركة الأشياء أمرًا بالغ الأهمية، كما هو الحال في القيادة الذاتية.

المدى والسرعة

عادةً ما يكون لـ 3D LiDAR نطاق أقصر مقارنةً بـ 4D LiDAR. وهذا يجعل تقنية LiDAR ثلاثية الأبعاد مثالية للتطبيقات التي تتطلب دقة عالية على مسافات أصغر، مثل رسم خرائط المباني أو الهياكل. ومع ذلك، تم تصميم 4D LiDAR للكشف على المدى الأطول، مما يجعله أكثر ملاءمة للتطبيقات عالية السرعة. على سبيل المثال، في المركبات ذاتية القيادة، يمكن لـ 4D LiDAR اكتشاف الأشياء على مسافة أكبر وتتبع حركتها، وهو أمر ضروري لضمان السلامة بسرعات عالية.

الأداء البيئي

يواجه نظام LiDAR ثلاثي الأبعاد صعوبة في الظروف الجوية السيئة مثل الضباب أو المطر أو الثلج، حيث قد لا تعمل الأنظمة المستندة إلى الضوء على النحو الأمثل بسبب تشتت الضوء. في المقابل، تضيف قدرة 4D LiDAR على اكتشاف الحركة في الوقت الفعلي طبقة إضافية من القوة، خاصة في البيئات الصعبة. على الرغم من أنه لا يزال يعتمد على نبضات الضوء، إلا أن دمج قياس السرعة يساعد في الحفاظ على الموثوقية حتى في البيئات ذات الأجسام المتحركة، مما يجعله خيارًا أكثر تنوعًا للظروف الديناميكية.

التكلفة والتكامل

تعد أنظمة LiDAR ثلاثية الأبعاد عمومًا أقل تكلفة وأسهل في الاندماج في سير العمل الحالي، حيث إنها موجودة منذ فترة أطول وهي راسخة في مختلف الصناعات. وبالمقارنة، تميل أنظمة LiDAR رباعية الأبعاد إلى أن تكون أكثر تكلفة نظرًا لقدراتها المتقدمة. قد تكون التكلفة المتزايدة لـ 4D LiDAR رادعًا لبعض المؤسسات، ولكن جودة البيانات المحسنة التي توفرها في السيناريوهات عالية السرعة أو الديناميكية قد تبرر الاستثمار في حالات استخدام معينة.

ميزة	ليدار ثلاثي الأبعاد	4D ليدار
نوع البيانات	السحب النقطية ثلاثية الأبعاد (المكانية)	السحب النقطية ثلاثية الأبعاد + السرعة (الديناميكية)
دقة	دقة عالية للأشياء الثابتة	دقة عالية للأجسام الديناميكية والمتحركة
يتراوح	مسافات قصيرة إلى متوسطة	نطاق كشف أطول
يكلف	أكثر بأسعار معقولة	تكلفة أعلى بسبب الميزات المتقدمة
مجالات التطبيق	رسم الخرائط البيئية والبناء	القيادة الذاتية، والتتبع في الوقت الحقيقي
أداء الطقس	يكافح في الطقس السيئ	أداء أفضل في البيئات الديناميكية

متى تختار 3D LiDAR

التطبيقات المناسبة لـ 3D LiDAR

يعد 3D LiDAR خيارًا ممتازًا للتطبيقات التي تتطلب الدقة والدقة على المسافات القصيرة إلى المتوسطة. ويستخدم على نطاق واسع في رسم الخرائط البيئية، مثل مسح الغابات أو الحدائق أو مشاريع البناء الكبيرة. كما أنه مثالي للمواقف التي يكون فيها التركيز على الكائنات الثابتة، مثل إنشاء نماذج ثلاثية الأبعاد للمباني أو البنية التحتية أو المواقع التاريخية.

لماذا لا يزال 3D LiDAR هو الخيار المفضل؟

على الرغم من التقدم في 4D LiDAR، يظل 3D LiDAR حلاً موثوقًا وفعالاً من حيث التكلفة للعديد من الصناعات. إن وجودها الراسخ في السوق والقدرة على تحمل التكاليف يجعلها الاختيار الأمثل للتطبيقات التي لا تتطلب تتبع السرعة في الوقت الفعلي. بالنسبة لمهام مثل إنشاء خرائط طبوغرافية أو تصميمات معمارية، تظل تقنية LiDAR ثلاثية الأبعاد فعالة للغاية.

متى تختار 4D LiDAR

التطبيقات المناسبة لـ 4D LiDAR

يعتبر 4D LiDAR هو الأنسب للبيئات الديناميكية، خاصة عندما تكون الأشياء متحركة. وهذا يجعلها تقنية أساسية للمركبات ذاتية القيادة، حيث يجب مراقبة المسافة والسرعة بشكل مستمر. كما أنه مفيد في مجال الروبوتات، والأتمتة الصناعية، وأنظمة المراقبة في الوقت الحقيقي، حيث يعد تتبع الحركة ضروريًا للتحكم الدقيق والملاحة.

حافة 4D LiDAR في التقنيات الناشئة

تعد تقنية LiDAR 4D في طليعة التقنيات الناشئة، لا سيما في قطاعات مثل النقل المستقل، والروبوتات، ومعالجة البيانات في الوقت الفعلي. إن قدرتها على توفير بيانات السرعة جنبًا إلى جنب مع القياسات المكانية تضعها كأداة حاسمة للابتكارات المستقبلية في القيادة الذاتية، والروبوتات المتقدمة، والمراقبة البيئية.

سيناريو	ليدار ثلاثي الأبعاد	4D ليدار
دقة عالية على مسافات قصيرة	مثالية لرسم خرائط المناطق الصغيرة	أقل أهمية بسبب التركيز بعيد المدى
تتبع الأجسام المتحركة	غير مناسب للتتبع الديناميكي	مثالية لتتبع الكائنات في الوقت الحقيقي
تطبيقات حساسة للتكلفة	أكثر بأسعار معقولة	تكلفة أعلى، ولكن ميزات متقدمة
المركبات ذاتية القيادة	يقتصر على رسم الخرائط الثابتة	ضروري للتتبع الديناميكي

خاتمة

يعتمد الاختيار بين 3D LiDAR و4D LiDAR على الاحتياجات المحددة للتطبيق. يُعد 3D LiDAR مثاليًا للمهام عالية الدقة على مسافات قصيرة إلى متوسطة، بينما يتفوق 4D LiDAR في البيئات الديناميكية التي يكون فيها تتبع السرعة أمرًا ضروريًا. كلاهما له مميزاته، ويعتمد اختيار الخيار المناسب على عوامل مثل النطاق والدقة والتكلفة. توفر شركة ZG TECHNOLOGY حلول LiDAR المتقدمة التي تلبي احتياجات الصناعة المختلفة، وتقدم أداءً وكفاءةً عاليتين للمشاريع.

التعليمات

س: ما هو الفرق الرئيسي بين 3D LiDAR و4D LiDAR؟

ج: يتمثل الاختلاف الرئيسي في أن 3D LiDAR يوفر بيانات مكانية، وينشئ خرائط تفصيلية ثلاثية الأبعاد، بينما يضيف 4D LiDAR قياسات السرعة، مما يتيح تتبع الأجسام المتحركة في الوقت الفعلي.

س: كيف يعمل الماسح الضوئي بالليزر ثلاثي الأبعاد؟

ج: يستخدم الماسح الضوئي بالليزر ثلاثي الأبعاد نبضات الليزر لإنشاء سحب نقطية مفصلة، ​​وقياس المسافات بدقة لإنشاء نماذج ثلاثية الأبعاد. انها تستخدم على نطاق واسع في البناء ورسم الخرائط.

س: متى يجب أن أختار 4D LiDAR بدلاً من 3D LiDAR؟

ج: يعد 4D LiDAR مثاليًا للبيئات التي يكون فيها تتبع السرعة والحركة في الوقت الفعلي أمرًا بالغ الأهمية، مثل المركبات ذاتية القيادة أو الروبوتات عالية السرعة.

س: هل 4D LiDAR أغلى من 3D LiDAR؟

ج: نعم، يميل 4D LiDAR إلى أن يكون أكثر تكلفة نظرًا لميزاته المتقدمة، بما في ذلك قياس السرعة والتتبع الديناميكي في الوقت الفعلي.

س: هل يمكنني استخدام ماسح ضوئي ليزر ثلاثي الأبعاد لتطبيقات المركبات ذاتية القيادة؟

ج: في حين أن ماسحات الليزر ثلاثية الأبعاد دقيقة لرسم الخرائط الثابتة، فإن 4D LiDAR أكثر ملاءمة للمركبات ذاتية القيادة نظرًا لقدرتها على تتبع الأجسام المتحركة.

س: ما هي مزايا 4D LiDAR؟

ج: يوفر 4D LiDAR إمكانات محسنة، بما في ذلك اكتشاف الحركة في الوقت الفعلي وتتبع السرعة، مما يجعله مثاليًا للتطبيقات الديناميكية وعالية السرعة.

س: ما مدى دقة الماسح الضوئي بالليزر ثلاثي الأبعاد؟

ج: يتميز الماسح الضوئي بالليزر ثلاثي الأبعاد بالدقة العالية، حيث يوفر قياسات دقيقة لإنشاء نماذج ثلاثية الأبعاد مفصلة في تطبيقات مختلفة، بدءًا من البناء وحتى رسم الخرائط البيئية.