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UgCS for drone-based LiDAR missions

UgCS 用于基于无人机的 LiDAR 任务

用于激光雷达任务规划的 UgCS 工具集目前支持 UgCS ENTERPRISE 许可证和支持的 DJI 无人机。要使用激光雷达工具集 - 为 DJI M600、M300 或 M210/M200 创建新路线。

概览

LIDAR(光探测和测距)越来越受到专业无人机测量员的欢迎。然而,为了获得准确的激光雷达扫描结果,飞行员需要遵循一些规则:

  • 正确初始化 IMU
  • 在扫描之间保持正确的飞行高度和行距,以确保覆盖范围和点密度
  • 确保正确的无人机转弯和线扫描,以最大限度地减少 IMU 误差累积和 LIDAR 在感兴趣区域上方的过度晃动

在手动飞行模式下不可能做到一切正常,而使用为摄影测量测量量身定制的飞行计划工具非常困难。 SPH Engineering 的 UgCS LIDAR 工具集释放了 LIDAR 的全部潜力,使遥感最有效,没有人为错误:

  • IMU 初始化模式作为无人机命令:
    • 八字形
    • U字形
  • 航线规划的飞行模式:
    • 激光雷达区域
    • 激光雷达走廊
  • 预设无人机转弯:
    • 银行转弯
    • 循环转弯
  • AGL(高于地面)和 AMSL(高于平均海平面)行距

让我们更详细地了解所有这些东西是如何工作的。

内容

IMU 初始化

IMU 初始化通常在每次飞行中至少执行两次。扫描开始前和扫描结束后。可选地,飞行员可以暂停飞行并进行额外的 IMU 初始化以重置累积的错误。这就是为什么我们将此功能实现为无人机命令的原因,以便飞行员可以随时运行它。要运行此命令,无人机应该已经在空中。

不同的激光雷达制造商推荐不同的模式。在 UgCS 中,我们支持最流行的两种:八字形和 U-字形。


八字形

校准模式的主要目标是让无人机在侧倾角方面发挥最大能力。这实际上意味着飞行员想要以最大可能的速度通过八位数,这将进行适当的 IMU 校准。

要添加图形,飞行员在地图上单击以指定中心和高度,然后指定转弯的宽度、长度、速度、高度和方向角。

参数 定义
速度,米/秒 无人机水平速度,m/s
宽度,米 图形边界框的宽度。默认值:30 米
长度,米 图形边界框长度
海拔高度,m 图形中心海拔高度
方向角 指定前转的方位角
(可以转图)
循环次数 循环次数

U字形

U-figure turn
图 1。U字形转弯

输入参数和八位数很相似,但是生成的轨迹不同。无人机来回经过几次,然后掉头(图 1)。

要添加图形,飞行员在地图上单击以指定中心和高度,然后指定转弯的宽度、长度、速度、高度和方向角。

参数 定义
速度,米/秒 无人机水平速度,m/s
宽度,米 图形边界框的宽度。默认值:30 米
长度,米 图形边界框长度
海拔高度,m 图形中心海拔高度
方向角 指定前转的方位角
(可以转图)
循环次数 循环次数

飞行计划技巧

激光雷达测量通常采用以下模式:

  • 走廊
  • 面积

无人机可以配备激光雷达或激光雷达和相机。在后一种情况下,我们必须考虑 LIDAR 的 FOV 和相机的 FOV,并选择最小的。

扫描感兴趣区域

激光雷达区域扫描有助于以下领域:建筑工地、露天矿、发电站、垃圾填埋场、考古和林业。


飞行员必须指定以下内容:

  • 区域边界为多边形
  • 飞行高度 AGL 或 AMSL
  • 有效的扫描仪 FOV(视野)

该区域可分为以下轨迹:

  • 单格
  • 双格

扫描走廊

激光雷达走廊扫描对以下方面有帮助:道路、电力线和管道。

走廊可分为以下轨迹:

  • 单程-沿走廊中心线
  • 通过扫描某个横向重叠来覆盖某个走廊宽度的多通道

在道路几何形状的情况下,用户指定中心线和宽度。

常用输入参数

除了一般轨迹形状外,飞行员还输入以下内容:

在最后一个点之后不触发相机
参数 定义
视场 激光雷达的视野,度数
海拔模式 AGL - 高于地面意味着无人机将遵循数字高程模型。
AMSL - 高于平均海平面意味着无人机将以恒定的绝对高度直线飞行。
飞行高度,米 以米为单位的高度取决于高度模式
行距
  • 侧面重叠,%
  • 边距,m
有 2 个选项。飞行员可以指定以百分比为单位的侧面重叠或以米为单位的侧面距离

如果是百分比,软件将根据 FOV 和飞行高度计算行距
飞行速度,米/秒 无人机速度
相机 摄像机的预配置配置文件列表(可选)
方向角 指定前向传递的方位角。仅适用于区域。为走廊隐藏
双格 一个复选框。如果选中,则轨迹为双网格,否则为单网格(蛇)。
转弯类型
  • 自适应坡度转弯
  • 停止和转弯
环路转角,度 软件将为转弯添加循环的最大值低于该最大值
对于大于“循环转弯角度”的值,将使用标准坡度转弯。
值的范围:(0;180)
  • 默认值:90
转弯后直线飞行,m 对于激光雷达,在进入下一段之前,每转弯后至少有 X 米的直线飞行是至关重要的。
默认值:10 米
圆角半径 自适应转弯半径
区域缓冲区 向所有方向扩展指定米数*

*仅适用于激光雷达区域
过冲 向前传球延伸指定的米数。过冲为无人机提供了一些空间来转弯并尽可能笔直地返回扫描区域。

如果走廊过冲仅适用于多通道模式中平行通道之间的转弯*

*仅适用于激光雷达区域
超调速度 过冲段的无人机速度*

*仅适用于激光雷达区域
动作执行 如何执行动作:
  • 每个点
  • 开始时(段开始)
AGL 公差 允许最小化合成航路点的数量,生成以保持地形上方的恒定高度。值越大,生成的路点越少
避开障碍物
最后一点没有动作 如果段

视野和行距

飞行员总是手动指定FOV。一般的假设是无人机总是在低于激光雷达范围的高度飞行;即飞行员独立定义FOV和高度。这些参数影响行间距。

AGL 和 AMSL 模式的行距计算方式不同:

Line spacing calculation for AGL
图 2a。 AGL

的行距计算

UgCS for LIDAR Line spacing calculation for AMSL

图 2b。 AMSL

的行距计算

SW(扫描宽度)= 2*H*tan (FOV/2)

行间距(边距)= SW*(1 边重叠百分比)

转弯

激光雷达数据的质量很大程度上受无人机转弯方式的影响。最重要的是减少传感器的晃动,尽可能准确地跟随轨迹。

对于大于“环形转弯角度”度数的角度,转弯应该看起来像正常的坡度转弯(图 3)。

The trajectory of the turn

图3.转弯的轨迹

坡度转弯半径应符合“坡度转弯半径”中的规定。

对于小于或等于“循环转弯角度”度数的角度,转弯可能看起来像循环机动(图 4)。

The trajectory of the loop turns
图4.循环的轨迹转

重要:在循环转弯后,在进入下一段之前,无人机应该连续飞行“转弯后直飞时间”秒。

循环转弯不适用于过冲段中的转弯。在超调匝数的情况下,应用银行模式。

区域缓冲区和过冲

默认情况下,轨迹和激光雷达足迹假定在走廊或区域内。

区域缓冲区适用于所有飞行区域,以通过扩展原始形状来提高边界覆盖率。

Overshoot 扩展了向前的传球以在主轨迹之外进行转弯。

过冲 = 0
区域缓冲区 = 0

UgCS LIDAR area buffer and overshoot

过冲 > 0
区域缓冲区 = 0

UgCS LIDAR area buffer and overshoot

过冲 = 0
区域缓冲区 > 0

UgCS LIDAR area buffer and overshoot

过冲 > 0
区域缓冲区 > 0

UgCS LIDAR area buffer and overshoot

支持的激光雷达

  • 大疆

  • 黄色扫描

  • 凤凰激光雷达

  • 里格尔

  • 美国激光雷达

  • 地理提示

  • 摇滚机器人

  • GeoSun 激光雷达

DJI M300、M600、M210/200 无人机目前支持 UgCS 激光雷达工具集

新的 LIDAR 功能适用于 UgCS EXPERT 和 UgCS ENTERPRISE 许可类型。

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