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EcoDrone轻小型机载激光雷达系统
易科泰轻小型机载激光雷达系统,是我公司在自主研发的EcoDrone多旋翼无人机遥感系统基础上,搭载国外先进的激光雷达传感器,自主集成研发的全新一代机载激光雷达系统,革新了激光雷达的航空扫描模式。相对传统机载激光雷达动辄上百公斤的自重、上千万元的售价、复杂的操作和高昂的运输及后勤费用,本产品具有体积小、重量轻、成本低、适应性强和操作简便等优势。
为适应客户对价格、产品功能、所需精度等指标的不同需求,我公司提供两种解决方案供选配,分别为基于Velodyne公司Puck Lite传感器的无人机激光雷达SCOUT方案和基于Riegl公司miniVUX传感器的无人机激光雷达miniRANGER方案。
主要技术指标
1、EcoDrone UAS-8无人机平台
1)整机重量≤5000g,**起飞重量≥15000g,**载荷≥5000g,对称轴距1200mm,自动折叠脚架,螺杆电机,减震无虚位
2)具备强大的可扩展性,可灵活安装配置多光谱、高光谱、红外热成像、LiDAR、可见光等各种传感器,可同时安装其中任意两种传感器以同步采集多样化地面信息
3)空载悬停时间不低于50分钟,有效作业时间30分钟(搭载多光谱相机),飞行速度10m/s
4)高精度GPS定位模块,支持GPS/北斗双模
5)具备航点导航、定点、悬停、定高、航线、区域覆盖、环绕及跟随(follow-me模式,需地面站支持)等飞行模式,具备“黑匣子”功能模块等
6)具备信号干扰保护,故障保护,低电压自动保护,一键自动返航降落功能
7)气压和GPS定高,10m以内超声波定高,精确度1cm
8)标配4K高清画质彩色成像镜头,帧频30FPS(**分辨率4K情况下),图片分辨率16MP;光学镜头f/2.8,120度HFOV(可选配82度HFOV无畸变光学镜头);可选配单反20MP或24MP分辨率彩色镜头
9)遥控器:工作频率2.400~2.483GHz(DSSS技术),通道数16或32可选,发射功率(EIRP)FCC 100 dBm,控制距离2.7km(打开增程模式约达5公里)
10) 在线图传(FPV接收):模拟信号与数字信号双路图传技术,可同时在线图传可见光和热成像影像视频,工作频段5.8G,支持1080P实时高清图传,显示屏分辨率1920x1080,**距离5km,既保障同步图传无延迟时滞、又可在线高清接收显示画面
11) 数据同传模块,包括无人机作业过程中的位置(经纬度)、高度、温度、湿度、太阳辐射、地面温度、太阳辐射等数据信息同步传输显示在地面站上
12) 地面站:包括便携箱、野外勘测级笔记本及相应软件等,可进行谷歌地图、高德地图或必应地图切换、航点输入规划自动飞行、航速/距离/高度/水平/经纬度/升降速度/温度等监测、下载任务日志文件、实现无人机自动跟踪地面站功能(follow-me)等
13) 能量管理系统:标配电池容量22000mAh,**充电电流12A,双通道充电器,**充电功率1400W
2.1、SCOUT激光雷达遥感方案
1)外形尺寸:160×116×116mm
工作电压:12~28V
功耗:40W
重量:1.65Kg
工作温度:-10℃~40℃
2)导航系统
卫星系统:GPS,GLONASS
校准支持:静态、差分、双天线
工作模式:实时、后处理
定位精度:1cm+1ppm(水平方向)
3)LiDAR传感器
激光性能:1级人眼安全,905nm
测量范围:1m~120m,分辨率:2mm
测距误差:30mm
扫描频率:300000次/秒,**可达600000点/秒
视场范围:垂直±15°,水平360度
多重回波:2
激光面板数量:16
推荐扫描高度:20~60m(离地高度)
点云密度与飞行速度及航高之间关系
2.2、THE mini RANGER激光雷达遥感方案
1)传感器外形尺寸:269×99×85mm(STIM)/302×99×85mm(FOG)
导航盒外形尺寸:300×99×85mm
工作电压:12~28V
功耗:80W
重量(传感器+线缆):3.5Kg(7.7lbs)FOG/IMU;2.9Kg(6.4lb)STIM/IMU
工作温度:-10℃~40℃
2)导航系统
卫星系统:GPS,GLONASS
校准支持:静态、差分、双天线
工作模式:实时、后处理
定位精度:1cm+1ppm(水平方向)
3)LiDAR传感器
激光性能:1级人眼安全,905nm
*小测距:3m
激光束大小:160mm×50mm@100m
**有效测量频率:100000次/秒
视场角:360°
精度:15mm@150m
4) 扫描仪性能
扫描机制:镜面旋转
镜面转速:10-100扫描/秒
扫描角宽:0.05°~0.5°
角度测量分辨率:0.001°
内部同步定时器:实时同步时间戳
点云密度与飞行速度及航高之间关系(100kHZ)
3、标配4K高清画质RGB彩色成像镜头,F/2.8,FOV 120度广角镜头(可选配其它光学镜头),图片分辨率16MP;可选配Sony A6000镜头
4、软件:LiDAR点云数据处理、3D矢量数据及模型等
技术路线
图3 地形测绘
图5 点云横断面厚度
精度验证:
随机选取测区若干特征点作为控制点,采用RTK方法实测控制点坐标,对比激光点云量测坐标和控制点实测坐标,得出高程真误差,反映其精度指标。
控制点:平面精度<1cm;高程精度<1.5cm
序号 | 东坐标 | 北坐标 | 控制点高程 | 激光点高程 | 高程真误差 |
1 | 355007.194 | 6681305.610 | 65.159 | 65.168 | +0.009 |
2 | 355042.113 | 6681331.238 | 68.236 | 68.279 | +0.043 |
3 | 355054.820 | 6681319.338 | 68.628 | 68.667 | +0.039 |
4 | 355071.565 | 6681286.798 | 66.806 | 66.844 | +0.038 |
15 | 354970.664 | 6681080.558 | 71.597 | 71.558 | -0.039 |
43 | 355124.750 | 6681082.099 | 67.006 | 67.006 | -0.000 |
44 | 355132.507 | 6681054.538 | 67.092 | 67.034 | -0.058 |
45 | 355075.257 | 6681018.545 | 66.014 | 66.045 | +0.031 |
47 | 355038.927 | 6681041.354 | 67.626 | 67.601 | -0.025 |
*小误差 **误差 平均误差 均方根 标准差 | -0.058 +0.043 0.031 0.035 0.037 |
由上表可知,点位高程中误差(标准差)为3.7cm,完全满足高精度测绘要求。可用于包括大比例尺地形图测绘在内的各领域。
三、应用方向
无人机激光雷达兼具无人机和激光雷达各自优势,以其低成本、高精度、高效便捷的优势广泛应用于各行各业。典型应用如下:
l地形测绘
l城市三维建模
l农业及林业
l考古及文化遗产保护
l冰川雪地测绘
l滑坡监测