一、飛馬激光雷達(dá)背包平臺系統(tǒng)簡介

飛馬激光雷達(dá)背包平臺系統(tǒng)（以下簡稱D-PACK100）是針對飛馬全系列機(jī)載激光雷達(dá)系統(tǒng)推出的一體化高精度擴(kuò)展平臺。該平臺總重6kg，工作時長不少于5小時，可掛載飛馬所有已上市的機(jī)載激光雷達(dá)（以下簡稱LiDAR）系統(tǒng)，通過背包步行或騎行方式運(yùn)行，實現(xiàn)了機(jī)載LiDAR系統(tǒng)的地面復(fù)用，進(jìn)一步提升設(shè)備的使用價值。D-PACK100整機(jī)系統(tǒng)延續(xù)了飛馬機(jī)器人工業(yè)化、高可靠性、全自動化的設(shè)計理念，主打高可靠性、單人作業(yè)、可復(fù)制的高精度作業(yè)模式。

圖1 D-PACK100實物圖

D-PACK100平臺采用模塊化設(shè)計，使用單塊高密度智能電池，用戶可根據(jù)作業(yè)需求將D200系列智能無人機(jī)平臺的LiDAR模塊轉(zhuǎn)做地面使用，無需任何改裝操作，是機(jī)載LiDAR數(shù)據(jù)的重要補(bǔ)充。同時，D-PACK100亦可單獨用于高精度地面或室內(nèi)數(shù)據(jù)采集。D-PACK100配備高精度POS系統(tǒng)，通過配套“無人機(jī)管家專業(yè)版”進(jìn)行高精度軌跡后處理解算或后SLAM解算。

二、系統(tǒng)介紹

1、系統(tǒng)組成

飛馬D-PACK100平臺主要由背包收納支架、核心控制系統(tǒng)、GPS模塊、控制盒、智能電池等組成，內(nèi)含數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)、定位系統(tǒng)、智能供電系統(tǒng)、載荷系統(tǒng)等；可選配地面數(shù)傳電臺、手持地面站和全景相機(jī)模塊。

圖2 D-PACK100組成

2、系統(tǒng)參數(shù)

三、系統(tǒng)特點

D-PACK100平臺具有以下特點：

• 使用快拆結(jié)構(gòu)，單人可快速安裝和拆卸；
• GNSS天線便于收納和攜帶；
• 高精度POS系統(tǒng)，通過后處理輸出高精度點云數(shù)據(jù)；
• 人體工學(xué)設(shè)計，減少負(fù)重感，提升野外作業(yè)體驗；
• 可通過飛馬無人機(jī)管家專業(yè)版進(jìn)行在線設(shè)備固件升級；
• 支持飛馬機(jī)載LiDAR系統(tǒng)即插即用，無需任何軟硬件改造；
• 復(fù)用飛馬無人機(jī)管家專業(yè)版進(jìn)行數(shù)據(jù)解算，無需另購軟件；
• 復(fù)用旋翼機(jī)載高密度智能電池，無需另購電池；
• 選配地面手持終端，可實時監(jiān)控設(shè)備狀態(tài)和進(jìn)行設(shè)備控制；
• 選配全景相機(jī)模塊，同步獲取影像數(shù)據(jù)，通過后處理為點云賦色；
• 采用SLAM后處理技術(shù)，實現(xiàn)無GPS工作測量模式；

四、工作模式

1、基于高精度POS后處理模式

基于高精度POS后處理的模式，與機(jī)載LiDAR數(shù)據(jù)獲取和處理一致，需要在GNSS搜星條件良好的室外環(huán)境進(jìn)行作業(yè)。根據(jù)基站GNSS、流動站GNSS及高精度IMU數(shù)據(jù)進(jìn)行POS聯(lián)合解算，并與LiDAR點云數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，獲取激光點云的絕對位置。

圖3 使用管家進(jìn)行軌跡解算
圖4 針對D-PACK100選擇背包模式進(jìn)行點云解算

在該模式下，用戶可通過D-PACK100平臺手持控制盒或者手持地面站（選配）的狀態(tài)燈觀察GNSS搜星狀態(tài)，確保在良好的戶外環(huán)境進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。該模式可應(yīng)用于土方測量、航測數(shù)據(jù)補(bǔ)測、建筑物立面測量等的LiDAR點云數(shù)據(jù)獲取。

2、基于SLAM后處理模式

在SLAM后處理模式下，用戶無需GNSS信號便可通過SLAM技術(shù)對D-PACK100平臺所獲LiDAR點云數(shù)據(jù)和高精度IMU數(shù)據(jù)進(jìn)行事后處理，生成三維點云。該模式可應(yīng)用于森林區(qū)林木調(diào)查、地下車庫測繪、糧倉內(nèi)部測繪等無GNSS環(huán)境下的三維點云獲取。

當(dāng)前D-PACK100平臺硬件設(shè)備已支持SLAM后處理模式，無人機(jī)管家專業(yè)版配套功能尚在開發(fā)中。

五、背包激光D-LiDAR110用途

1、河道測量

掛載設(shè)備：D-LiDAR110

測量場景：河道及周邊道路

2019年12月，對某市內(nèi)河道進(jìn)行測量。由工作人員背負(fù)掛載了D-LiDAR110的D-PACK100，在枯水期的河道內(nèi)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。通過架設(shè)基站連接CORS進(jìn)行坐標(biāo)采集，并經(jīng)由飛馬“無人機(jī)管家專業(yè)版”完成數(shù)據(jù)解算，便可獲取具有絕對位置坐標(biāo)的三維點云數(shù)據(jù)。圖5為外場數(shù)據(jù)獲取現(xiàn)場圖，圖6、7為試驗所獲點云數(shù)據(jù)。

圖5 外場數(shù)據(jù)獲取

圖6 河道點云數(shù)據(jù)
圖7 河道點云剖面圖

2、停車場測量

掛載設(shè)備：D-LiDAR150

測量場景：地上停車場

2019年11月，工作人員背負(fù)掛載了D-LiDAR150的D-PACK100平臺進(jìn)行地上停車場數(shù)據(jù)獲取。通過對所獲三維點云數(shù)據(jù)進(jìn)行混合模式渲染，可以識別出地面停車標(biāo)志線、車輛、周邊地物等。該數(shù)據(jù)經(jīng)處理后，可以用作智慧停車場的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，也可以服務(wù)作業(yè)時段停車量及車輛類型等信息的提取用途。

圖8 停車場點云數(shù)據(jù)

圖9 停車場點云數(shù)據(jù)放大圖

3、道路測量

掛載設(shè)備：D-LiDAR110

測量場景：城市道路

2020年1月，工作人員背負(fù)掛載了D-LiDAR110的D-PACK100平臺對某地某街區(qū)的道路進(jìn)行了往返測量。圖10所示為試驗所獲的三維點云數(shù)據(jù)，可以用作城市道路三維建?；蛸Y產(chǎn)統(tǒng)計等源數(shù)據(jù)。

圖10 道路及周邊點云數(shù)據(jù)
圖11 道路部分區(qū)域點云數(shù)據(jù)

4、公園測量

掛載設(shè)備：D-LiDAR150

測量場景：公園道路及樹木

2019年11月，工作人員背負(fù)掛載了D-LiDAR150的D-PACK100平臺對某一線城市公園內(nèi)部進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。如圖12所示，該平臺可以完整獲取公園內(nèi)綠植的三維信息，可服務(wù)智慧公園管理等用途。

圖12 公園區(qū)域點云數(shù)

六、總結(jié)與展望

當(dāng)前，飛馬無人機(jī)D-PACK100平臺搭載D200系列機(jī)載LiDAR模塊，已支持在GNSS接收條件良好環(huán)境下的數(shù)據(jù)采集作業(yè)，雖然對GPS環(huán)境仍有一定要求，但已極大擴(kuò)展了飛馬機(jī)載高價值LiDAR設(shè)備的應(yīng)用場景，也為用戶提供了更加多元化的數(shù)據(jù)獲取方案。且隨著飛馬后SLAM研發(fā)的進(jìn)一步推進(jìn)，D-PACK100平臺所面臨的環(huán)境限制也將被進(jìn)一步打破，為用戶持續(xù)創(chuàng)造更大的設(shè)備復(fù)用價值和數(shù)據(jù)價值。此外，飛馬機(jī)器人也在同步創(chuàng)新研發(fā)車載、船載LIDAR移動式平臺，為持續(xù)專業(yè)的多場景應(yīng)用打造利器。