《表1 点云采集系统硬件设备组成》

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《基于三维激光雷达的无人机场景建模》

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点云采集系统由四个模块组成，经查询相关文献，目前在无人机模块开发中所使用的无人机一般有两种：基于开源飞控的多旋翼无人机以及基于大疆公司的无人机。考虑到本系统，无人机所参与的角色为飞行平台，且对无人机飞行过程中的稳定性以及控制的复杂程度，本次无人机模块所用的无人机确定为大疆公司的M200型号无人机，具备6 kg的最大负载以及30 min的有效飞行时间，能满足此次的搭载需求以及电力巡检的航时要求。随着激光雷达技术水平的上升，带来的是激光雷达产品的价格下降，考虑到三维空间建模，市面上常用的解决方案是多线激光雷达或者带有摆臂机构的单线激光雷达，以此实现对三维空间的环境感知。单线激光雷达由于其自身需要在无人机上安装摆臂机构，在无人机飞行过程中产生运动畸变，当飞行速度较大时，难以通过软件算法进行弥补。为此，本系统选用多线激光雷达作为环境感知模块。多线激光雷达可分为4线、16线、32线、64线等，当前在无人驾驶领域常用64线激光雷达作为主传感器以产生致密的点云。但是考虑到其自身重量和体积较大，若搭载到无人机上将会极大地减小无人机的飞行时间，不利于产品的推广和使用。且其价格昂贵，最终考虑到经济和使用成本，激光雷达模块选用的是美国Velodyne公司生产的VLP-16型号3D激光雷达，该款型号雷达为16线激光雷达，分辨率为3 cm，垂直视野达到30°，最大测距范围为100 m，满足要求[7]。此外，本系统还包括NVIDIA公司生产的TX1型号处理器，同类产品还包括TK1，TX2型号。在处理器选型的过程中，本实验室已有设备TK1，但是其处理速度难以满足在点云处理建模过程中对处理速度的要求。经过市场调查，该款处理器具备256个NVIDIA CUDA核心、64为CPU，可满足点云数据的实时处理需求。并作为机载处理器处理点云数据，实现大疆的onboard sdk协议[8]，实时读取大疆无人机输出的IMU信息，对点云数据进行校准。而TERSUS的BX316差分GPS组件在无人机端配置了双天线结构，可提供精准的厘米级定位以及航向角度信息。供电模块使用无人机机载电源，通过电源转换器对电压进行转换。各个模块的配置信息如表1所示。