Sky-Lark 无人机激光雷达系统

Sky-Lark无人机激光雷达系统是北科天绘自主研发的轻型激光雷达系统,是真正为轻小型无人机量身定制的激光雷达测量系统。整套系统总重7公斤,可搭载在多旋翼、油动直升机、固定翼等多种飞行平台上,广泛用于城市三维、电力巡线、海岛礁测量、林业普查、地籍测量、变形监测及水利勘测、灾害评估等各种需要灵捷、高效和高精度三维测量领域。

一、系统组成

Sky-Lark无人机激光雷达(LiDAR)系统以北科天绘自主研发的AP-0300机载激光雷达为核心,通过一个轻巧的安装“马甲”,将微型惯性测量单元、微单相机和GNSS测量终端及供电锂电池刚性连接组成。【AP-0300(绰号:云雀,简称AK)是适应与我国多山地貌和高效航测作业需求而研发的微型机载激光雷达设备。

SKY-LARK划分为V+AP-0300、I+AP-0300两种型号:

V+AP-0300是AP-0300产品的微型机载激光雷达系统的集成化解决方案,其中V+表示适用于无人机飞行平台。该系统包括AP-0300激光雷达、配置有MEMS IMU的组合惯性导航系统,数字相机和电源,适用于大多数测绘无人机飞行平台。

I+AP-0300是AP-0300产品的轻小型机载激光雷达系统的集成化解决方案,其中I+表示适用于更广泛的飞行平台。该系统包括AP-0300激光雷达、配置有光纤IMU的组合惯性导航系统,数字相机和电源

二、性能指标

SKY-LARK 无人机激光雷达(LiDAR)测量系统的精度指标参数如下表所示:

部件型号

指标名称

V+AP 0300

I+AP 0300

系统指标

系统作业航高

5-300m

5-300m

系统整体扫描视场

70°x 40°

70°x 40°

系统高程测量精度

<0.1m

<0.1m(@200m)

相对/绝对平面测量精度

<0.05m / <0.2m

<0.05m / <0.2m(@200m)

时间同步精度

<1 mSec,包括 GNSS,LiDAR,数字相机和IMU等

<1 mSec,包括 GNSS,LiDAR,数字相机和IMU等

无地面控制测图精度

1:1000 、 1:2000

1:1000 、 1:2000

数据存储

USB存储,数据来源:AP-0300,GNSS和IMU

USB存储,数据来源:AP-0300,GNSS和IMU

单元控制模式

IMU数字相机采用相互隔离的独立电源开关

IMU数字相机采用相互隔离的独立电源开关

数据下传

Ethemet & WiFi

Ethemet & WiFi

系统重量

7.2kg

9kg

工作温度

-20℃ - 55℃

-20℃ - 55℃

AP-0300

激光扫描仪


 

最小探测距离

3 (m)


最大探测距离

> 800 (p = 80%)


激光采样频率

50 - 600 kHz


激光安全等级

Class I


扫描视角

70°x 40 °


测距精度

10mm@100m(5mm + 50PPM)


测角分辨率

0.002°


激光回波数

1 - 4 回波


激光回波灰度级

12 bits


扫描仪重量

<4(kg)


组合惯导单元

IMU类型

MEMS IMU

FOG IMU(光纤陀螺)

IMU 更新频率

200 Hz

200 Hz

GNSS 天线数

1-2

1-2

定位模式

GPSL1/L2、GLONASSL1/L2、北斗B1/B2

GPSL1/L2、GLONASSL1/L2、北斗B1/B2

位置精度(后处理)

平面

0.01m(不失锁)

0.3m(GNSS信号失锁60秒)

平面

0.01m(不失锁)

0.3m(GNSS信号失锁60秒)

垂直

0.02m(不失锁)

0.1m(GNSS信号失锁60秒)

垂直

0.02m(不失锁)

0.1m(GNSS信号失锁60秒)

航向精度(后处理)

0.015°(不失锁)

0.03°(GNSS信号失锁60秒)

0.01°(不失锁)

0.02°(GNSS信号失锁60秒)

俯仰精度

0.01°(不失锁)

0.02°(GNSS信号失锁60秒)

0.005°(不失锁)

0.01°(GNSS信号失锁60秒)

横滚精度

0.01°(不失锁)

0.02°(GNSS信号失锁60秒)

0.005°(不失锁)

0.01°(GNSS信号失锁60秒)

数字相机

相机型号

Sony A7;Canon 5D

Sony A7;Canon 5D

像素

>2000万

>2000万

数字相机视场角

66*46;72*63

66*46;72*63

最小拍照间隔

2s;1s

2s;1s

重量

416g(仅机身);约860g(仅机身)

416g(仅机身);约860g(仅机身)

GNSS/INS

后处理软件

处理方式

支持事后差分和精密单点后处理

支持事后差分和精密单点后处理

支持基站数

≥7

≥7

IMU误差模型

支持自定义

支持自定义

数据后处理坐标系统

支持三维坐标转换

支持三维坐标转换


AP-0300 激光扫描仪采用椭圆轨迹扫描方式,具有 70°×40°的扫描视场角,且最高点频能够达到 60 万点每秒,最大测距可以达到 800 米。SKY-LARK无人机激光雷达系统集成微单相机,飞行时不仅能够获取激光点云,同时还能获取高质量影像数据。


三、适用飞行平台

Sky-Lark无人机激光雷达系统搭载于四轴八旋翼、八轴八旋翼、油动直升机及固定翼无人机平台。

  

无人机系统

图 1 多旋翼平台

  

  

直升机

图 2 油动直升机平台

四、系统特点

Sky-Lark 无人机激光雷达系统作为国内自主研发的第一款无人机激光测量装备,具有以下特色及优势:


1、大视场,具有 70°×40°的扫描视场角,航带宽与航高比值大,最高点频600kHz,飞行高度大于300米,测距精度10mm@100m(5mm+50PPM),具有作业效率高,使用场景广泛的特点。

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图 3 椭圆形扫描方式


2、Sky-Lark系统采用椭圆轨迹扫描方式,具有100%有效点频的特性,相对于普通扫描方式只能获取屋顶信息,椭圆轨迹扫描能很好地描述建筑物的侧面信息,地物轮廓描述更清晰精准。


3、一键启动的设备操作方式,外场飞行时,只需要对系统进行上电,系统就会按照前期配置好的规划文件进行数据采集,最大程度的减少外场操作步骤,提高外场飞行作业效率。


4、系统集成微单相机,一次飞行可以同时获取激光点云和影像数据,并且能够获取每张影像的高精度外方位元素数据,并于后期影像拼接处理。


5、模块化集成的方案设计,既能够保证系统整体高集成度,又能够根据需求进行灵活配置,如不需获取测区影像时,可直接将相机从系统中方便的拆卸下来,减轻载体重量,提高作业时长,保证作业效率。


6、内置可插拔式数据存储 U 盘,方便数据的存储拷贝管理。


五、数据成果

1、电力巡检

  

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激光点云

电力线

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2、三维建模

  


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因为SKY-LARK系统具有100%有效点频的特性,同样的扫描频率设置,点密度优于国外同类型进口产品,基于高点密度的点云数据就可以生成物体的三维表面模型,可以用于数字城市、数字小区的建设以及电力巡检等。


六、应用领域

●地形测绘;

●电力巡检;

●露天矿区测量;

●城市区域测量;

●应急测绘;

●铁路、石油管线巡检;

●滩涂测绘;

●航道测绘。


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