OxTS发布了一个案例研究,解释了澳大利亚地理空间创新公司Klau Geomatics如何使用OxTS地理参考器和他们的Novatel导航系统来获取瞄准和地理参考激光雷达数据。
澳大利亚地理空间创新公司Klau Geomatics需要一种灵活的软件解决方案,帮助他们利用NovAtel导航数据获取视觉和地理参考激光雷达数据。该解决方案需要无缝地融入他们的工作流程,因为它将成为更广泛的映射有效载荷的一部分,Klau Geomatics随后将出售给他们的客户。
Klau Geomatics希望开发一种航空测绘有效载荷,使他们的客户能够生成特定环境的精确3D点云。为了完成有效载荷,Klau Geomatics需要一个软件解决方案,帮助他们“弥合”激光雷达和导航数据之间的差距。他们求助于OxTS,以帮助他们创建一个解决方案,允许他们使用非OxTS导航数据对激光雷达数据进行地理参考。
Klau Geomatics是谁?
Klau Geomatics是一家澳大利亚地理空间技术和服务公司,总部位于新南威尔士州的诺瓦。自2014年以来,他们一直在为无人机建造定位系统。
Klau Geomatics与客户密切合作,开发符合客户个人需求的定制地理空间数据捕获解决方案。无论是为无人机设计和建造定制的传感器有效载荷,车载移动激光雷达扫描仪,还是开发一个完整的任务计划到数据传输项目,Klau Geomatics都有专业知识来帮助。
这个项目的总体目标是什么?
Klau Geomatics提供的产品范围从低成本的无人机解决方案到复杂、精密的有人驾驶飞机测绘系统。他们还为载人陆基车辆开发传感器有效载荷。然而,无人机已经使航空测绘和摄影测量成为测量员的有力工具。
虽然无人机在小范围内(最多10平方公里)是有效的测量工具,但在更大范围内,它们就不那么可行了。另一方面,虽然有人驾驶飞机绘图可以处理大面积区域,但它也带来了巨大的管理费用,如昂贵的传感器、机队和高昂的动员成本。因此,这些系统在较小规模(小于100平方公里)的情况下不具有成本效益。
Klau Geomatics旨在缩小这一差距,并使专业人员能够获得高质量的数据,无论他们需要调查的区域大小如何。
为此,Klau Geomatics开始了一个项目,开发他们自己的移动激光雷达扫描产品。他们想要包括两台高质量的摄影测量相机和一个激光雷达传感器。该产品需要包括无缝协作的硬件和软件组件,以生成准确的点云数据。重要的是,成品必须在质量、准确性和易用性之间取得平衡。Klau Geomatics还希望为客户提供适合所有预算和项目需求的激光雷达传感器选择。
尽管该项目的重点是生产一个精确的航空激光雷达系统,但Klau Geomatics公司意识到,他们可以利用在项目中获得的知识,同时开发一种车载移动激光雷达扫描产品。结果发现,安装在车顶上的一个系统实际上提供了正确的测试配置,以提高产生的数据的准确性和质量。
通过驾驶该系统,可以轻松地使用不同的激光雷达传感器,以不同的速度,通过复杂的环境,使用不同的定位方法(NTRIP RTK和terrstar - c Pro),在地面目标上发布坐标的测试补丁上进行测试。
客户体验和可用性也是开发阶段的关键因素。项目团队希望提供一种解决方案,不仅为Klau Geomatic的航空测绘客户提供高质量的结果,而且在不影响最终点云精度的情况下,使用起来简单直接。
为了确定成功,最终产品需要实现敏捷的设备部署、快速的数据周转和高精度的结果。准确的点云数据捕获和快速生产也是必不可少的。
挑战
Klau Geomatics需要克服许多重大挑战。一个是商业性质的,另一个是以技术为基础的。
激光雷达现在是一项关键的地理空间技术,许多测量员将激光雷达视为他们武器库中的重要工具。随着激光雷达变得更容易获得,成本更低,在许多情况下精度更低,机载激光雷达产品开始涌入市场。这随后压低了系统的平均价格。
因此,Klau Geomatics面临的商业挑战是创造一种介于市场上低成本、低质量的无人机系统和高成本、高质量但复杂的载人飞机系统之间的移动激光雷达系统。
Klau Geomatics负责开发解决方案的团队是一个由硬件和软件专家组成的小型敏捷团队,他们是GNSS、IMU、INS和LiDAR技术(特别是NovAtel硬件)的经验丰富的用户。由于该团队的所有经验都基于NovAtel,因此他们决定开发基于NovAtel导航技术的解决方案,该技术可与多个激光雷达传感器(Riegl, Hesai和其他公司)协同工作。
这给他们带来了两个新的挑战。首先,他们必须找出一种方法来校准导航设备和激光雷达传感器的坐标框架,其次,对激光雷达数据进行地理引用,使他们能够创建点云。未能准确对齐导航和激光雷达设备的坐标帧将产生连锁效应,可能导致点云模糊和“双重视觉”。
由于Klau Geomatics项目团队是一个相对较小的专家团队,由于开发内部解决方案的复杂性,这提出了一个重大挑战。尽管知识已经存在,但开发解决方案所需的人力时间意味着单独处理项目不是一个可行的选择。
更复杂的是,成品需要适应许多不同的飞机,而不需要进一步的工程。其中包括塞斯纳飞机和各种直升机。
解决方案
Klau Geomatics很快决定,为了使他们的项目能够按照他们要求的速度向前推进,他们需要与另一家在地理参考和高精度INS和激光雷达传感器校准方面有经验的公司合作。
Klau Geomatics通过各种出版物和网络研讨会了解到OxTS,他们伸出手来了解我们如何能提供帮助。
Klau Geomatics面临的挑战对OxTS来说是一个有趣的时期。在过去,OxTS的镗孔校准和地理参考软件仅适用于OxTS导航数据。然而,当Klau Geomatics取得联系时,这种方法发生了变化,并转向了一种新的模式。
Klau Geomatics将NovAtel GNSS/INS设备与激光雷达传感器一起使用,由于使用NovAtel设备的经验,他们无法离开该设备。
产品使用
OxTS Georeferencer
OxTS geooreferencer是OxTS开发的一款软件工具,用于将INS导航数据与原始激光雷达数据结合起来。它可以与任何INS和许多激光雷达传感器一起使用,以创建一个地理参考点云。
OxTS Georeferencer采用激光雷达扫描仪收集的文件、经过处理的导航轨迹文件和一些必需的配置文件来创建LAS点云文件,该文件可以在许多第三方激光雷达软件包中查看。
瞄准线校准
该工具允许OxTS Georeferencer的用户精细校准他们的LiDAR和INS设备的坐标帧。这种校准消除了点云的模糊和“双重视觉”。
这个过程包括测量两个回溯反射“目标”。然后,该软件使用这些数据精确地对齐设备的坐标帧。
Klau Geomatics选择了NovAtel,因为他们是公认的高质量硬件供应商,具有良好的业绩记录。NovAtel Terrastar-C Pro校正服务提供非常高的绝对精度,无论位置和项目大小或基站数据范围。
对于载人航测,这消除了RTK范围限制或PPK后处理基站挑战等限制。Terrastar-C Pro与NovAtel SPAN和ALIGN提供高质量的轨迹和方向数据,OxTS Georeferencer使用这些数据生成高精度的点云结果。
项目开始后,OxTS与Klau Geomatics合作,为NovAtel INS数据及其各种支持的激光雷达扫描仪提供支持。最终目标是能够生成高度精确的点云。这些点云被用来补充航空图像在摄影测量处理或作为一个独立的产品。
Klau Geomatics很快意识到,通过使用OxTS Georeferencer中的镗孔工具,他们可以将产品提升到功能性水平。然后在生成数据时,他们可以使用软件生成一个“真实世界”的点云。
在收到OxTS地理参考器的测试版本之前,Klau Geomatics已经建立了一个包括多个扫描设备的有效载荷。他们一拿到执照就开始测试。
他们最初测试了镗孔校准功能。通过以不同的角度和速度测量两个静态“目标”,项目团队能够使用他们收集的数据将NovAtel GNSS/INS设备的坐标帧和他们选择的激光雷达传感器对齐到十分之一度。校准测量可在几分钟内完成,数据在OxTS地理参考器中处理,只需按一下按钮。
一旦Klau Geomatics完成了他们的设置,只要设备没有重新定位,他们就不需要再次进行校准,并且可以根据需要收集尽可能多的数据。
Klau Geomatics很快意识到,使用OxTS Georeferencer中的boresight工具可以将他们自己的产品提升到功能级别,然后在生成数据时,他们可以使用该软件生成一个“真实世界”的点云。
软件的成本也需要考虑在内。为了使Klau能够坚持他们最初的计划,即建造一个介于低成本/低精度无人机系统和高成本/高精度载人飞机系统之间的系统,对他们来说,重要的是OxTS地理参考器的成本不高。
事实上,Klau Geomatics对所提供的成本和简单、直接的年度授权模式感到惊喜。
结果
能够准确地观测他们的NovAtel和LiDAR系统使Klau Geomatics能够将注意力集中在其他因素上,例如提高绝对精度。
事实上,OxTS Georeferencer内的镗孔校准工具的精度突出了Klau Geomatics之前未知的问题。这帮助他们意识到,他们用于数据收集的激光雷达传感器“有噪声”,不太适合客户将使用该系统进行的高精度地理空间工作。
因此,他们决定尝试另一个他们也支持的传感器品牌。一旦更换传感器,Klau Geomatics很快就获得了更好的结果,这进一步验证了OxTS Georeferencer的质量和他们更换传感器的决定。
“到目前为止,Klau Geomatics的成功建立在NovAtel上。我们将继续与OxTS合作,这一理念帮助我们克服了一些最困难的传感器校准挑战。——Rob Klau, Klau测绘部主任
一旦Klau Geomatics对基本的配置和集成有了一定的信心,他们就更少地花时间来研究他们的系统。这使得项目团队能够花更多的时间在其他重要领域,如坐标系和大地水准面,进一步提高精度。
如果没有精确的钻孔解决方案,Klau Geomatic的系统将无法在后期处理和地理参考阶段之前产生可用的数据。工作流。通过与OxTS的合作,Klau Geomatics能够大大加快项目的开发阶段,并确保其产品的其他方面的快速推出。