Livox стремится предоставлять недорогие высокопроизводительные LiDAR-датчики широкому кругу отраслей, включая автомобилестроение, робототехнику, геодезию и другие. С выпуском MID-40 — готового к поставке высокопроизводительного 3D LiDAR за $599 — Livox стремится сделать LiDAR-технологии максимально доступными для робототехнической навигации и картирования. Ключевые характеристики MID-40 можно найти по адресу https://www.livoxtech.com/mid-40-and-mid-100/specs. Отдельные характеристики также показаны в таблице 1.

 

Таблица 1. Выбранные базовые характеристики MID-40

Длина волны лазера	905 нм
Безопасность при работе с лазером	Класс 1 (IEC60825-1)
Дальность обнаружения (при фоне 100 клк)	90 м при отражательной способности 10% 130 м при отражательной способности 20% 260 м при отражательной способности 80%
Точность расстояния (1σ при 20 м)	2 см
Угловая точность	< 0.1°
FOV	Круговое 38,4°
Скорость данных	100 тыс. точек/с
Типовая мощность	10 W
Вес	Approx. 710 g
Габариты:	88×69×76 mm
РАБОЧАЯ ТЕМПЕРАТУРА:	от -20˚C до 65˚C (от -4˚F до 149˚F)

 

 

 

Рисунок 1. Мост Huizhou Bay Bridge и построенное облако точек, наложенные друг на друга

(a)

 

 

(b)

 

 

Начните с интеграции одного устройства Livox MID-40 ссенсором GNSS-INS от Inertial Sense который обеспечивает высокоточные измерения ориентации. Блок RTK также используется вместе с INS-сенсором для позиционирования сантиметрового уровня. Livox MID-40 и INS-сенсор надёжно соединены, чтобы исключить любое относительное смещение. Бортовой микрокомпьютер Raspberry Pi используется для обработки данных MID-40 и измерений INS в реальном времени. LiDAR Livox поддерживают внешние INS/RTK как с аппаратной синхронизацией времени, так и с программным слиянием данных сенсоров. Подробные инструкции по интеграции LiDAR Livox с INS/RTK и обработке данных можно найти по адресуhttps://github.com/Livox-SDK/LivoxIntegration.

 

 

Рисунок 2. Основные компоненты, использованные в этой конфигурации

 

 

Рисунок 3. MID-40 на дроне M600

 

 

INS и GNSS необходимы для компенсации движения LiDAR — как вращения, так и перемещения — во время полёта дрона. Хотя сам дрон оснащён IMU внутри полётного контроллера, обычно он отделён от корпуса дрона (и, следовательно, от LiDAR-сенсора) демпферами для поглощения вибраций от вращения пропеллеров и разных режимов полёта. Виброизоляция IMU полезна и иногда необходима для управления дроном. Однако для приложений вроде слияния сенсоров и картографирования нам нужно измерять все возможные движения LiDAR, включая вибрацию.

 

Мы использовали дрон DJI M600, поскольку он был у нас под рукой. Учитывая размер и вес MID-40, также подойдут более компактные дроны, такие как M200, M210 (RTK) или более новый M220. Для механической интеграции, благодаря разным вариантам крепления, доступным для Livox MID-40 (см.Краткое руководство Livox MID-40), установка Livox MID-40 на DJI M600 достаточно проста и требует несложных механических деталей. Для электронной аппаратной интеграции используется DC-DC регулятор напряжения, который понижает напряжение аккумулятора дрона (22 В) до входного напряжения MID-40 (10–16 В) и входного напряжения Raspberry Pi (5 В).

 

Во время картирования расстояние между дроном и мостом составляло около 50 м, что ограничено используемым здесь INS-датчиком. Большая дистанция могла бы снизить точность точек, поскольку ошибка измерения ориентации INS усиливается с ростом расстояния. С INS более высокого класса (например, APX-20 или NovAtel SPAN) дистанция могла бы быть больше, а сбор данных — эффективнее. Для моста Huizhou Bay процесс сбора данных с одним MID-40 занял полдня, а постобработка — менее получаса.

 

Все данные LiDAR и измерения INS, включая RTK-измерения, сохраняются на карту microSD в Raspberry Pi. С сохранёнными данными постобработка сводится к применению вращения и смещения, измеренных INS-датчиком, к данным LiDAR, после чего все точки проецируются в земную систему координат для построения глобальной карты.

 

Рисунок 4. Снятая модель моста, вид с разных углов

(a)

 

 

(b)

 

 

(c)

 

 

Как показано на рисунке 4, с помощью одного MID-40 весь мост был закартирован до мельчайших деталей. Ванты хорошо отделяются друг от друга, а метки на поверхности моста отчётливо видны. С LiDAR Livox аэрофотограмметрическое картирование стало эффективнее и доступнее, чем когда-либо. Показанный здесь кейс ещё не доведён до идеального результата — остаётся большой потенциал повышения точности картирования, чего можно добиться с помощью INS более высокого класса, более сложных алгоритмов постобработки (например, SLAM) или других решений разработчиков. Но уже на этом примере нетрудно представить безграничный потенциал LiDAR Livox.

 

Open-source код похожего проекта можно найти по адресу:https://github.com/Livox-SDK/livox_high_precision_mapping