РАЗРАБОТКА ПРОТОТИПА МОБИЛЬНОГО ЛАЗЕРНОГО СКАНИРУЮЩЕГО КОМПЛЕКСА (52-56)

52 Национальная ассоциация ученых (НАУ) # 50 , 201 9
8. Загиров Н.Ш., Гаджиева Т.Ю. Оценки
постоянной В.А. Маркова в весовом пространстве
Якоби // Вестник ДГУ, се р. Ест.н., Т33, №3, 2018. С.
54 -61.
9. Галеев Э.М., Тихомиров В.М. Краткий
курс теории экстремальных задач. Изд -во МГУ,
1989. 204 с.
10. Дзядык В.К. Введение в теорию
равномерного приближения функций по линомами.
М., «Наука », 1977. 514 с.

РАЗРАБОТКА ПРОТОТИПА МОБ ИЛЬНОГО ЛАЗЕРНОГО СК АНИРУЮЩЕГО
КОМПЛЕКСА

Спирина Н.С., Спи рин В.В., Попков Е.В., Котлобай В.Н.
DOI: 10.31618/nas.2413 -5291.2019.3.50.122
Ключевые слова : Мобильный лазер ный сканер, лидар, ГНСС, мобильное картографирование, облако
точек, инерциально -измерительный блок

Введение
Мобильные лазерные с канирующие
комплексы – это новый виток эволюции в развитии
сканирующих систем. Их выгодно отличает от
статическ их сканирующих с исте м возможность
перемещения по поверхности земли и вследствие
чего сканирование протяженных объектов.
Согласно данным с сайта geo-matching .com
(агрегатор новостей в сфере лазерного
скани рования) количество поисковых запросов по
теме мобил ьного лазерного скан ирования растет,
начиная с 2016 года. Также был отмечен рост
поисковых запросов в системе Google по тематике
мобильного карто графирования, пик пришелся на
2018 год. [1] Это говорит о р астущем спросе в мире
на системы мобильного лазерног о сканирования и
усл уги, которые последние могут предоставить. В
России данная тематика развита слабо, и на данный
момент имеются только 2 произв одителя подобных
систем.
В данной статье рассматривается сп особ
построения подобной системы из отдельных
состав ляющих ее элемен тов, приводится
информация о необходимом программном
обеспечении и результатах испытаний собранной
системы.
Аппаратная часть
Мо бильные лазерные сканеры использоваться
внутри помещений и на открытой местности. В
связи с этим меняется аппар атная составляющ ая. В
данной статье рассматривается сканер, который
работает вне помещения.
В состав мобильного лазерного сканера входят
следующи е устройства:
Лазерный дальномер или лидар.
Предоставляет н абор расстояний до объектов, углы
относительно оси в ращения лидара, при которых
эти расстояния были измерены, и время. По
полученным данным можно рассчитать
координаты точек в декартовой системе ко ординат,
центром которой является центр лидара.
Навигационн ая система. Предоставляет набор
данных о местоположе нии устройства в
пространстве и качестве полученной информации:
широта, долгота, высота, среднеквадратичная
ошибка широты, долготы и высоты, коли чество
спутников на небосводе и т.п.
Инерциально -измеритель ный модуль.
Предоставляет данные о линейных ускорени ях и
угловых ско ростях мобильного лазерного сканера.
После обработки этих данных при помощи фильтра
Калмана или Маджвика получаются углы, которые
задают ориентацию сканера в пространстве (крен,
тангаж, ры ска нье). Это углы Эйлера.
Плата синхронизации. Обесп ечивает
синхрони зацию устройств 1 -3 по времени
навигационной системы и сигналу PPS .
Бортовой компьютер. Предназначен для
управления и сбора данны х с устройств 1 -3. На
бортовом компьютере запускается прогр амм ное
обеспечение, которое позволяет включать и
ост анавливать запис ь с устройств, задавать им
настройки и контролировать текущие статусы.
Схематично устройство мобильного лазерного
сканирования представлено на рис. 1.

Национальная ассоциация ученых ( НАУ) # 50 , 201 9 53
Рис. 1 Устройства в составе систе мы мобильного лазерного сканирования.

Для реализаци и прототипа моби льного
лазерного сканера был выбран лазерный дальномер
Velodyne HDL -32 e, который обладает
характеристиками, приведенными в таблиц е 1. [2]

Таблица 1.
Характеристики лазерного дальномера Ve lodyne
Характеристика Значение
Количество точек 700 000 в сек. для одиночного режима и 1 400 000
для двойного
Точность До 3 см
Дальность От 5 см до 100 м
Частота вращения 5-20 Гц
Количество ла зеров 32
Напряжение питания 12 В
Ток 2 А
Интерфейс подкл ючения Ethernet, 100 Мб/с
Вес 1.4 кг

Внешний вид лазерного дально мера Velodyne HDL -32 e приведен на рис. 2.

Рис. 2 Лазерный дальномер Velodyne HDL -32 e.

54 Национальная ассоциация ученых (НАУ) # 50 , 201 9
Дальномер Velodyne HDL -32 e был выбран из -
за того, что он обладает приемлемой точностью
съемки и сто имостью по сравнению с аналогами.
В качестве навига ционной системы и
инерци ально -измерительного блока была выбрана
инерциально -навигационная система (ИНС)
Novatel Span CPT 6, потому что обладает
необходимой для подобной системы точностью,
при помощи техно логии SPAN она выдает сразу
углы Эйлера (крен, танга ж, рысканье), чт о
позвол яет не реализовывать фильтр Калмана или
Маджвика.
Характеристики системы Novatel Span CPT 6
приведены в таблице 2.[3]

Та блица 2
Характеристики системы Novatel Span CPT 6.
Характе ристики Значение
Группировки спутников, от которых
принимается сигн ал и частоты GPS/GLONASS/Galileo/BeiDou L1/L2
Частота работы ИНС До 200 Гц
Точность опеределения положения в режиме
Real Time Kinematic (RTK ) 1-2 см
Диапазон измерения акселерометра +-10g
Диапазон измер ения гироскопа +-375 град/с
Интер фейс подключения USB ( виртуальный последовательный порт )
Напряжение питания От 9 до 18 В
Мощность 16 Вт
Вес 2.28 кг

Внешний вид инерциально -навигационной системы Novatel Span CPT 6 приведен на рис. 3 .

Рис. 3. Инерциально -навигационная система Novate l Span CPT 6.

В качестве бортового компьютера был выбран
Intel NUC , потому что он обладает сравнительно
небольшими размерами, стоимостью и
необх одимыми интерфейсами для подключения
устройств.
Характерис тики компьютера Intel NUC
приведены в таблице 3.[4]
Таблица 3
Хара ктеристики компьютера Intel NUC .
Характеристика Значение
Процессор Intel Celeron N3050, 1600 МГц
ОЗУ DDR3L, 1600 МГц, 4 Гб
Нак опитель SSD 512 Гб
Напряжение питания 9-16 В
Мощность 65 Вт
Вес 0.6 Кг
Габариты 115 х 52 х 111 мм
Интерфей сы USB 2.0 x 2, USB 3.0 x 4, Ethernet 100 Мб /с х 1

Внешний вид компьютера Intel NUC приведен на рис. 4.

Национальная ассоциация ученых ( НАУ) # 50 , 201 9 55
Рис. 4. Компьютер Intel NUC .

Прототи п мобильной лазерной сканирующей
системы был собран на лист е ОСБ плиты,
установлена антенна и измерены необходи мые
смещения.

Рис. 5. Внешний вид прототип мобильного лазерного сканирующего комплекса.

Программная часть
Программная часть мобильного лазер ного
сканирующего комплекса состоит из двух
программ.
Прогр амма для управления аппаратной
частью, названная SCA DA , содержит дра йвера для
взаимодействия с устройствами, блок чтения
конфигурации устройств, интерфейс для
взаимодействия пользов ателя с системой .
Программа SCADA работает под управлением
операционной сис темы Linux Ubuntu 16.

Рис. 6 Интерфейс программы SCADA .

56 Национальная ассоциация ученых (НАУ) # 50 , 201 9
Вторая п рограмма – это сборщик облака точек.
Она распаковывает данные, записанные с
устройств и проводит с ними математические
преобразов ания, в результате чего получается
облако точек, которое за тем записывается в LAS -
файл.
Программа работает под управлением
опер ационной системы Linux Ubuntu 16 в
консольном варианте.
Испытания
Были проведены испытания разработанного
прототипа системы моби льного лазерного
сканирования. Для этого она была расположе на на
крыше микроавтобуса, который перемещался на
скорости не менее 20 км/ч. Для точного
позиционирования мобильного сканера была
приме нена технология RTK , которая требует
наличия базовой станции. Длительность
сканирования составила 1 минуту.
Результаты
В результате испытаний прототипа системы
мобильного л азерного сканиро вания было
установлено, то система способна выдавать
удовлетворител ьный результат, а именно
визуально ровное облако точек с точно стью до 20
см.

Рис. 7. Образец облака точек, полученного при помощи разработанного прототипа.

Сравнивая прям ой и обратный за езды было
выявлено, что они имею расхождения, как в плане,
так и по высоте. Исправить получившиеся
расхождения можно при помощи к алибровки всей
системы. [5]

Литература
GIM International . Режим доступа:
электронный ресурс - https://www.gim -
international.com/content/article/mobile -mapp ing -
trends -and -insights (дата обращения 12.12.2019)
Velody ne LIDAR HDL -32E User Manual
Novatel Span CPT User M anual
Характерис тики компьютера Intel NUC . Режим
доступа: электронный ресурс - https://www. dns -
shop.ru/product/591f618fe1073330/platforma -intel -
nuc -boxnuc5cpyh /characteristics/
R. Le Scouarnecb, T. Touzé, J.B. Lacambreb, N.
Seube, A new reliable boresight calibration method for
mobile laser scanning application, 2014, The
International Archive s of the Photogrammetry, Remote
Sensing and Spatial Informati on Scie nces, Volume XL -
3/W1