機(jī)載激光雷達(dá)pos系統(tǒng)

1、機(jī)載激光雷達(dá)的簡(jiǎn)介

機(jī)載LiDAR(Light Laser Detection and Ranging)是激光探測(cè)及測(cè)距系統(tǒng)的簡(jiǎn)稱。
它集成了GPS、IMU、激光掃描儀、數(shù)碼相機(jī)等光譜成像設(shè)備。其中主動(dòng)傳感系統(tǒng)(激光掃描儀)利用返回的脈沖可獲取探測(cè)目標(biāo)高分辨率的距離、坡度、粗糙度和反射率等信息，而被動(dòng)光電成像技術(shù)可獲取探測(cè)目標(biāo)的數(shù)字成像信息，經(jīng)過地面的信息處理而生成逐個(gè)地面采樣點(diǎn)的三維坐標(biāo)，最后經(jīng)過綜合處理而得到沿一定條帶的地面區(qū)域三維定位與成像結(jié)果。
在不同的文獻(xiàn)中機(jī)載LiDAR的稱呼不同，主要有機(jī)載激光測(cè)高(airborne laser altimetry,ALA)；機(jī)載激光地形測(cè)繪(airborne laser topographic mapping,/airhorne laser terrain mapping,ALTM)；機(jī)載激光測(cè)量系統(tǒng)(airborne laser mapping,ALM)；機(jī)載激光掃描測(cè)量系統(tǒng)(airborne laser scanning,ALS)；激光測(cè)高(laser altimetry)。
激光雷達(dá)(Light Detection and Ranging ,LIDAR)技術(shù)在各個(gè)方面迅速發(fā)展，相對(duì)于其它遙感技術(shù)，激光雷達(dá)技術(shù)是遙感技術(shù)領(lǐng)域的一場(chǎng)革命。但目前激光雷達(dá)數(shù)據(jù)主要應(yīng)用于基礎(chǔ)測(cè)繪、城市三維建模和林業(yè)應(yīng)用、鐵路、電力等。在過去十年，作為精確、快速地獲取地面三維數(shù)據(jù)的工具已得到廣泛的認(rèn)同。據(jù)統(tǒng)計(jì)，截至2001年7月全球約有75個(gè)商業(yè)組織使用60多種類似的系統(tǒng)，從1998年起，以每年25%的速度遞增。加拿大Optech公司生產(chǎn)的ATLM和SHOALS、瑞士Leica公司的ALSSO、瑞典的TopoEyeAB公司生產(chǎn)的TopEye、德國(guó)IGI公司的LiteMapper、法國(guó)TopoSys公司的FalconⅡ等是當(dāng)前較成熟的商業(yè)系統(tǒng)。

2、國(guó)內(nèi)有沒有做車載激光雷達(dá)的公司

北醒光子就做車載激光雷達(dá)。

激光雷達(dá)分類：
一般來說，按照現(xiàn)代的激光雷達(dá)的概念，可以分為以下幾種:
1、按激光波段分，有紫外激光雷達(dá)、可見激光雷達(dá)和紅外激光雷達(dá)。
2、按激光介質(zhì)分，有氣體激光雷達(dá)、固體激光雷達(dá)、半導(dǎo)體激光雷達(dá)和二極管激光泵浦固體激光雷達(dá)等。
3、按激光發(fā)射波形分，有脈沖激光雷達(dá)、連續(xù)波激光雷達(dá)和混合型激光雷達(dá)等。
4、按顯示方式分，有模擬或數(shù)字顯示激光雷達(dá)和成像激光雷達(dá)。
5、按運(yùn)載平臺(tái)分，有地基固定式激光雷達(dá)、車載激光雷達(dá)、機(jī)載激光雷達(dá)、船載激光雷達(dá)、星載激光雷達(dá)、彈載激光雷達(dá)和手持式激光雷達(dá)等。
6、按功能分，有激光測(cè)距雷達(dá)、激光測(cè)速雷達(dá)、激光測(cè)角雷達(dá)和跟蹤雷達(dá)、激光成像雷達(dá)，激光目標(biāo)指示器和生物激光雷達(dá)等。
7、按用途分，有激光測(cè)距儀、靶場(chǎng)激光雷達(dá)、火控激光雷達(dá)、跟蹤識(shí)別激光雷達(dá)、多功能戰(zhàn)術(shù)激光雷達(dá)、偵毒激光雷達(dá)、導(dǎo)航激光雷達(dá)、氣象激光雷達(dá)、偵毒和大氣監(jiān)測(cè)激光雷達(dá)等。

想要夠買車載激光雷達(dá)可以了解一下北醒（北京）光子科技有限公司，北醒是一家專注于激光雷達(dá)及其解決方案的國(guó)家高新技術(shù)企業(yè)。北醒產(chǎn)品的優(yōu)勢(shì)有：1. 產(chǎn)品幀率高、體積小、成本低、接口多；2. 北醒激光雷達(dá)現(xiàn)已實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，年產(chǎn)能達(dá)到60萬臺(tái)；3. 其中代理商100+，合作伙伴覆蓋全球超過64個(gè)國(guó)家和地區(qū)。點(diǎn)擊了解激光雷達(dá)在自動(dòng)駕駛領(lǐng)域的詳細(xì)介紹 　　國(guó)內(nèi)做車載激光雷達(dá)的公司有兩家，一個(gè)北科天繪一個(gè)中海達(dá)，四維遠(yuǎn)見的SSW車載系統(tǒng)用的就是北科天繪的R-Angle系列，中海達(dá)的iScan前一段時(shí)間做過巡演，好像是集成MDL的掃描儀。
　　車載/船載激光雷達(dá)
　　不論是車載還是船載甚至是機(jī)載的激光雷達(dá)，其原理都是將三維激光掃描儀加上POS系統(tǒng)裝載車上。目的就是為了能在更長(zhǎng)，更遠(yuǎn)的范圍內(nèi)建立DTM模型。GPS的的應(yīng)用目的就是為了讓車子“知道”自己在任何時(shí)刻的位置，以方便擬合。
　　在任何移動(dòng)測(cè)量的系統(tǒng)中，做為賦予點(diǎn)云和影像的地理坐標(biāo)的來源——導(dǎo)航系統(tǒng)，都是其關(guān)鍵的部件。導(dǎo)航系統(tǒng)一般都會(huì)使用GPS和慣導(dǎo)單元。但是，地面上復(fù)雜的狀況，例如：樹木。建筑物和立交橋等往往會(huì)阻斷GPS信號(hào)。因此，一套先進(jìn)的導(dǎo)航系統(tǒng)必須包括其他輔助的傳感器和完善的數(shù)據(jù)處理方法，以使得在GPS丟失信號(hào)的同時(shí)其航線的精度也能夠得到保障。 據(jù)我所知國(guó)內(nèi)做這個(gè)的有兩家，一個(gè)北科天繪一個(gè)中海達(dá)，四維遠(yuǎn)見的SSW車載系統(tǒng)用的就是北科天繪的R-Angle系列，中海達(dá)的iScan前一段時(shí)間做過巡演，好像是集成MDL的掃描儀。 我用過四維遠(yuǎn)見的那個(gè)系統(tǒng)，從數(shù)據(jù)上看北科天繪的掃描儀性能參數(shù)不遜于RieglVQ250

3、機(jī)器人里面用激光器雷達(dá)嗎?用來做什么功能?國(guó)內(nèi)做的比較好的是哪些企業(yè)...

激光雷達(dá)是以發(fā)射激光束探測(cè)目標(biāo)的位置、速度等特征量的雷達(dá)系統(tǒng)。從工作原理上講，與微波雷達(dá)沒有根本的區(qū)別：向目標(biāo)發(fā)射探測(cè)信號(hào)（激光束），然后將接收到的從目標(biāo)反射回來的信號(hào)（目標(biāo)回波）與發(fā)射信號(hào)進(jìn)行比較，作適當(dāng)處理后，就可獲得目標(biāo)的有關(guān)信息，如目標(biāo)距離、方位、高度、速度、姿態(tài)、甚至形狀等參數(shù)，從而對(duì)飛機(jī)、導(dǎo)彈等目標(biāo)進(jìn)行探測(cè)、跟蹤和識(shí)別。

但本文并不講什么飛機(jī)導(dǎo)彈，本文主要介紹的是在汽車上的激光雷達(dá)，俗稱車載激光雷達(dá)，而車載激光雷達(dá)又稱車載三維激光掃描儀，是一種移動(dòng)型三維激光掃描系統(tǒng)，是目前城市建模的最有效的工具之一。

什么是三維激光掃描儀？

三維激光掃描儀是利用激光的傳播速度快，直線型好的特點(diǎn)將激光發(fā)射出去，并接收返回的信息來描述被測(cè)量物理的表面形態(tài)的。由于被測(cè)物體的反射率不同接收到的返回信息也有強(qiáng)弱之分。所謂的三維既是利用掃描儀的水平轉(zhuǎn)動(dòng)來覆蓋一整片區(qū)域。這個(gè)過程很類似民間的360度全景攝影。區(qū)別就是我們得到的“底片”不是圖像而是成千上萬個(gè)點(diǎn)組成的表面形態(tài)，在測(cè)量術(shù)語中叫做點(diǎn)云。請(qǐng)見右圖的船體，看似是一副圖片，其實(shí)是由無數(shù)個(gè)激光點(diǎn)組成的。不同的顏色就是激光返回不同的反射率的表現(xiàn)。

車載／船載激光雷達(dá)

不論是車載還是船載甚至是機(jī)載的激光雷達(dá)，其原理都是將三維激光掃描儀加上POS系統(tǒng)裝載車上。目的就是為了能在更長(zhǎng)，更遠(yuǎn)的范圍內(nèi)建立DTM模型。GPS的的應(yīng)用目的就是為了讓車子“知道”自己在任何時(shí)刻的位置，以方便擬合。。

在任何移動(dòng)測(cè)量的系統(tǒng)中，做為賦予點(diǎn)云和影像的地理坐標(biāo)的來源——導(dǎo)航系統(tǒng)，都是其關(guān)鍵的部件。導(dǎo)航系統(tǒng)一般都會(huì)使用GPS和慣導(dǎo)單元。但是，地面上復(fù)雜的狀況，例如：樹木。建筑物和立交橋等往往會(huì)阻斷GPS信號(hào)。因此，一套先進(jìn)的導(dǎo)航系統(tǒng)必須包括其他輔助的傳感器和完善的數(shù)據(jù)處理方法，以使得在GPS丟失信號(hào)的同時(shí)其航線的精度也能夠得到保障 有。過去，國(guó)內(nèi)搬運(yùn)機(jī)器人企業(yè)大都是采購(gòu)德國(guó)西克（Sick）、日本北陽(yáng)（Hokuyo）的激光雷達(dá)產(chǎn)品來保證產(chǎn)品的穩(wěn)定性和安全性，但進(jìn)口雷達(dá)的高昂費(fèi)用也將工業(yè)AGV的制造成本拉高。
如今，國(guó)產(chǎn)激光雷達(dá)產(chǎn)品迎來發(fā)展，而且在性能上不遜色于國(guó)外的產(chǎn)品。
深圳市機(jī)智人科技有限公司（以下簡(jiǎn)稱：機(jī)智人科技）創(chuàng)始人沈天龍說：“經(jīng)過測(cè)試，機(jī)智人科技（Witty Robotics）脈沖激光雷達(dá)在某些應(yīng)用場(chǎng)景性能還要優(yōu)越于西克（Sick）和北陽(yáng)（Hokuyo）?！? 有的，用來掃描

4、機(jī)載激光雷達(dá)數(shù)據(jù)誤差源分析方法

機(jī)載激光雷達(dá)系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的多傳感器集成系統(tǒng)，其精度受到系統(tǒng)內(nèi)各個(gè)組成部分的共同影響，因此LiDAR系統(tǒng)的誤差源很多，也很復(fù)雜。一般而言，機(jī)載LiDAR數(shù)據(jù)與其他空間數(shù)據(jù)一樣存在三種類型誤差：粗差、隨機(jī)誤差、系統(tǒng)誤差。

一、量測(cè)誤差

1、激光測(cè)距誤差

激光測(cè)距儀是LiDAR系統(tǒng)最重要的核心設(shè)備，激光測(cè)距受到多種因素的影響，主要有三類：① 測(cè)距儀引起的觀測(cè)誤差。激光測(cè)距的每一個(gè)工作過程都會(huì)帶來一定的誤差，但起主要作用的是電子光學(xué)電路對(duì)經(jīng)過地面反射和空間傳播后的不規(guī)則激光回波信號(hào)進(jìn)行處理、估計(jì)和時(shí)間測(cè)量帶來的誤差，分別有時(shí)延估計(jì)誤差和時(shí)間測(cè)量誤差兩類。② 大氣折射誤差。激光在穿透大氣時(shí)，同GPS 信號(hào)一樣也會(huì)受到大氣(對(duì)流層) 折射誤差的影響，其影響程度取決于激光脈沖的波長(zhǎng)。③ 地物目標(biāo)引起的誤差。激光脈沖信號(hào)發(fā)射到地面時(shí)，由于地表物理特征的不同而產(chǎn)生不同的反射。當(dāng)信號(hào)發(fā)生漫反射時(shí)大量反射信號(hào)被接收，會(huì)形成較大的接收噪聲；當(dāng)信號(hào)發(fā)射到光滑物體表面便形成鏡面反射，可能會(huì)造成激光測(cè)距信號(hào)“丟失”；

2、 DGPS定位誤差

DGPS的定位誤差是影響激光腳點(diǎn)精度的主要因素，GPS 動(dòng)態(tài)定位誤差主要包括衛(wèi)星軌道誤差、衛(wèi)星鐘差、接收機(jī)鐘差、多路徑效應(yīng)、天線相位中心不穩(wěn)定外，還有衛(wèi)星星座、觀測(cè)噪聲、整周模糊度的求解正確與否等，盡管GPS 定位誤差較明顯，但它隨著觀測(cè)環(huán)境的變化而不斷變化，不容易消除或者模型化。為削弱GPS 定位誤差的影響，通常采用的方法是在測(cè)區(qū)內(nèi)建立多個(gè)分布比較均勻的基準(zhǔn)站，保證GPS 動(dòng)態(tài)定位計(jì)算時(shí)離基準(zhǔn)站不會(huì)太遠(yuǎn)。

3、姿態(tài)量測(cè)誤差

姿態(tài)測(cè)量誤差是影響機(jī)載LiDAR 系統(tǒng)定位精度的因素之一。在機(jī)載LiDAR 系統(tǒng)中，通過將剛體IMU 與激光掃描儀進(jìn)行連接，兩者的姿態(tài)可以說是完全一致的。IMU 姿態(tài)測(cè)量的精度會(huì)受到加速度計(jì)比例誤差、速度計(jì)常數(shù)誤差、隨機(jī)漂移、陀螺各種系統(tǒng)漂移等因素的影響，其姿態(tài)測(cè)量的精度必然會(huì)影響到直接定位的結(jié)果。目前，在國(guó)內(nèi)民用INS 系統(tǒng)的精度水平為：航偏0.1、側(cè)滾和俯仰0.05°，采用GPS/INS 組合的精度水平為 0.03°；國(guó)外先進(jìn)的GPS/INS組合的精度水平為：航偏0.01°、側(cè)滾和俯仰0.005°。

4、掃描角誤差

掃描角誤差是指由于安裝、設(shè)計(jì)等原因使得掃描系統(tǒng)轉(zhuǎn)軸方向偏離了理想狀態(tài)，使得掃描角的起始角度不為零，這是固定的，可以在出廠時(shí)測(cè)定；掃描電機(jī)的非勻速旋轉(zhuǎn)以及掃描鏡的震動(dòng)等也會(huì)給掃描角帶來誤差；此外，扭矩誤差的存在也使得實(shí)際掃描角與預(yù)計(jì)的掃描角不一樣。這些都會(huì)給計(jì)算結(jié)果帶來誤差。

二、硬件安置誤差

1、偏心距誤差

偏心距誤差是各儀器坐標(biāo)系之間的平移誤差。由于各設(shè)備具有不同的坐標(biāo)系中心，需要在安置后對(duì)各個(gè)設(shè)備位置的相互關(guān)系進(jìn)行精確的測(cè)定，觀測(cè)值會(huì)存在一定的誤差。一般來說，這種誤差在數(shù)據(jù)解算時(shí)都進(jìn)行了消除，帶來的影響不大。偏心距誤差主要是GPS接收機(jī)天線中心到激光束在掃描鏡上發(fā)射點(diǎn)的距離的量測(cè)誤差。

2、安置角誤差

儀器安置時(shí)產(chǎn)生的誤差，主要是指非掃描狀態(tài)下，由于安裝而造成的激光束偏離機(jī)下點(diǎn)的系統(tǒng)誤差航偏誤差、俯仰誤差、側(cè)滾誤差圖片。機(jī)載LiDAR 系統(tǒng)中，IMU 與激光掃描儀緊密固聯(lián)，安裝時(shí)盡量保證IMU 各軸與激光掃描儀系統(tǒng)的各軸指向精確平行，但實(shí)際上安裝后IMU 各軸指向與激光掃描儀的各軸指向間有一個(gè)微小的角度差，即偏心角，也稱安置角，在實(shí)際生產(chǎn)中，飛機(jī)落地時(shí)的劇烈震動(dòng)可能造成儀器的移位，并對(duì)數(shù)據(jù)造成干擾。因此，必須研究其形成機(jī)理、影響規(guī)律，并做出準(zhǔn)確的補(bǔ)償。偏心角在實(shí)際應(yīng)用中必須檢校、精確測(cè)定偏心角的大小，并在各種轉(zhuǎn)換中考慮該值，才能把IMU 記錄的姿態(tài)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為可用于攝影測(cè)量生產(chǎn)的精確外方位元素，尤其在機(jī)載LiDAR 這種直接對(duì)地定位的高精度應(yīng)用中尤為重要。

3、角度步進(jìn)誤差

角度步進(jìn)誤差是角度記錄裝置在記錄角度變化時(shí)產(chǎn)生的誤差，一般在出廠時(shí)進(jìn)行校正。

4、扭矩誤差

如果將掃描鏡視為剛體，在旋轉(zhuǎn)和擺動(dòng)時(shí)由于慣性其轉(zhuǎn)動(dòng)的實(shí)際角度必然會(huì)與預(yù)期的(記錄裝置記錄值)角度不一樣，這就是扭矩誤差。其與掃描鏡旋轉(zhuǎn)軸的彈性和機(jī)械性能有關(guān)，在掃描航帶的邊緣，掃描鏡在最大加速度時(shí)，其實(shí)際的鏡面位置和編碼器計(jì)算位置有細(xì)微差別；而在航帶中心，無扭矩誤差，因?yàn)榇藭r(shí)加速度為零。

三、數(shù)據(jù)處理誤差

1、時(shí)間同步誤差

機(jī)載LiDAR 系統(tǒng)由POS以及激光掃描系統(tǒng)組成，它們是各自獨(dú)立的系統(tǒng)設(shè)備，具有不同的時(shí)間記錄裝置，這些時(shí)間相互獨(dú)立。為了確定一個(gè)激光點(diǎn)的三維坐標(biāo)，必須保證激光發(fā)射的位置、姿態(tài)以及測(cè)距值是同一時(shí)刻的觀測(cè)值，如果存在時(shí)間偏差，或不能精確地確定這一偏差，就會(huì)造成點(diǎn)位的誤差。而且這種誤差是變化的，會(huì)隨著相關(guān)量測(cè)的變化率的增加而增加。例如，飛機(jī)平穩(wěn)飛行時(shí)，測(cè)距和測(cè)姿之間時(shí)間偏差的影響很小，這時(shí)，姿態(tài)角一般保持不變或者變化很小；而當(dāng)飛行不平穩(wěn)時(shí)，時(shí)間的偏差就會(huì)對(duì)激光點(diǎn)的量測(cè)誤差造成很大影響。

2、內(nèi)插誤差

內(nèi)插誤差是由于激光掃描測(cè)距系統(tǒng)與POS系統(tǒng)有不同的數(shù)據(jù)記錄(采樣)頻率引起的。一般而言，激光掃描測(cè)距系統(tǒng)的頻率最高，可達(dá)150kHz；IMU次之，200Hz左右；DGPS 的頻率最低，只有20Hz左右。因此，要想得到每個(gè)激光腳點(diǎn)的位置和姿態(tài)，就必須對(duì)POS數(shù)據(jù)進(jìn)行內(nèi)插。顯然，這樣會(huì)帶來內(nèi)插誤差。

3、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換誤差

機(jī)載LiDAR系統(tǒng)得到的數(shù)據(jù)是基于WGS-84 坐標(biāo)系的。而測(cè)量的目的一般都是為了工程服務(wù)，需要將激光腳點(diǎn)的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換到當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)系統(tǒng)中，而由于高程異常的影響，這一過程也會(huì)出現(xiàn)誤差，這就是坐標(biāo)轉(zhuǎn)換誤差。

5、車載激光雷達(dá)有什么用

車載激光雷達(dá)主要包括由發(fā)射系統(tǒng)、接收系統(tǒng)、信息處理三部分組成。車載激光雷達(dá)又稱車載三維激光掃描儀，是一種移動(dòng)型三維激光掃描系統(tǒng)，是城市建模最有效的工具之一。車載、船載或者是機(jī)載的激光雷達(dá)，其原理都是將三維激光掃描儀加上POS系統(tǒng)裝載車上。目的就是為了能在更長(zhǎng)，更遠(yuǎn)的范圍內(nèi)建立DTM模型。以下是車載激光雷達(dá)的應(yīng)用：1、公路測(cè)量，維護(hù)和勘察；公路資產(chǎn)清查（交通標(biāo)志，隔音障，護(hù)欄，下水道口，排水溝等）；2、公路檢測(cè)（車轍，道路表面，道路變形）；公路幾何模型（橫向和縱向的剖面分析）；3、結(jié)構(gòu)分析（立交橋）；淹水評(píng)估分析；在GIS系統(tǒng)中的疊加分析；滑坡分析，危害評(píng)估（滑坡變形測(cè)量與危害分析，滑石和流水分析）；4、交通流量分析，安全評(píng)估和環(huán)境污染評(píng)估；土石方量分析；駕駛視野和安全分析。

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