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如果說 Nextcore 團(tuán)隊有什么特點的話，那就是他們對不斷改進(jìn)無人機 LiDAR 技術(shù)的熱情，以制造安全且易于使用的經(jīng)濟(jì)高效、可靠的設(shè)備。 Nextcore 意識到增加高度可以為無人機測量帶來顯著優(yōu)勢，因此開始設(shè)計和制造一款配備高性能 LiDAR 和導(dǎo)航系統(tǒng)有效負(fù)載的無人機，該無人機可以從 80 m 高度提供測量級數(shù)據(jù)集。這成為了RN80項目。
典型的無人機 LiDAR 測量在大約 40 m AGL 處進(jìn)行。此高度通常會帶來與地形和植被碰撞的風(fēng)險，并在地形急劇變化時施加限制，例如使 AGL 超出可接受限制的空隙。因此，高海拔測量具有明顯的優(yōu)勢，但也對激光雷達(dá)傳感器和慣性導(dǎo)航系統(tǒng)（INS）提出了深刻的挑戰(zhàn)。這些之間的操作性能和準(zhǔn)確性之間的任何不匹配都不可避免地會降低調(diào)查質(zhì)量并嚴(yán)重限制系統(tǒng)的使用。
Nextcore著手開發(fā)一種可行的解決方案，可以從70 m的初始目標(biāo)高度維持每m 2 200~500點的點云密度。這相當(dāng)于每秒生成數(shù)百萬個點的 LiDAR 點云數(shù)據(jù)。要實現(xiàn)這一目標(biāo)，需要 GNSS-INS 提供適當(dāng)精確的地理參考數(shù)據(jù)。由于測量數(shù)據(jù)源自 3D 空間中持續(xù)運動的源，因此 GNSS-INS 的功能對于生成有價值的數(shù)字孿生至關(guān)重要，并且對于任務(wù)成功至關(guān)重要。
Nextcore 之前的 RN50 無人機激光雷達(dá)可以在最大 50 m AGL 處進(jìn)行測量，盡管該距離很高，但仍然存在與植被和電線碰撞的風(fēng)險。該團(tuán)隊設(shè)定的主要目標(biāo)是將測量高度提高到 AGL 80 m。對于在日本和馬來西亞勘測困難地形的幾個 Nextcore 客戶來說，更高海拔的勘測也是理想的選擇 - 他們需要能夠?qū)⒖睖y無人機飛得更高。
80 m高空作業(yè)不僅降低了碰撞風(fēng)險，還使測量人員能夠在相同的時間內(nèi)覆蓋更大的區(qū)域，大大提高了解決方案的效率。然而，這個雄心勃勃的目標(biāo)也引起了一些擔(dān)憂。
“將無人機 LiDAR 有效載荷飛離地面更高的問題是，飛得越高，LiDAR 數(shù)據(jù)集就越不準(zhǔn)確。” Nextcore 首席運營官兼聯(lián)合創(chuàng)始人 Ashley Cox 說道。
Nextcore 技術(shù)官 Tom Simmons 補充道，高海拔測量的一個主要挑戰(zhàn)是所使用的 IMU（慣性測量單元）的準(zhǔn)確性和可靠性，他說：“此時您實際上依賴于 IMU 的準(zhǔn)確性，任何不準(zhǔn)確性您在 IMU 中獲得的信息將反映在您的 LiDAR 中。這將導(dǎo)致準(zhǔn)確性下降，并且不會成為測量指標(biāo)中的可用數(shù)據(jù)?！?/p>
Nextcore 之前曾在其 RN50 UAV-LiDAR 裝置中使用先進(jìn)導(dǎo)航空間雙 GNSS-INS，并對結(jié)果和可靠性非常滿意。然而，Nextcore 希望通過 RN80 UAV-LiDAR 嘗試改進(jìn)導(dǎo)航系統(tǒng)，以適應(yīng)在比以前的系統(tǒng)高出 50% 以上的海拔高度運行的性能挑戰(zhàn)。
在測試和評估不同制造商的各種 INS 后，Nexcore 將其 LiDAR 與基于先進(jìn)導(dǎo)航 MEM 的 Certus Evo GNSS-INS 結(jié)合起來，后者提供接近 FOG 的性能，陀螺儀漂移率（偏差不穩(wěn)定性）為每小時 0.2 度。這種組合產(chǎn)生了非凡的結(jié)果，使他們能夠?qū)⒏叨壬舷薮蠓鶖U展到 120 m，同時保留一致、準(zhǔn)確的測量數(shù)據(jù)。
選擇 Certus Evo 的原因是：
?高精度，對于減少高海拔測量帶來的角度誤差變得越來越重要。
?與之前的空間雙 INS 相比，可輕松集成到 Nextcore 的現(xiàn)有系統(tǒng)中，無需進(jìn)行額外的工程設(shè)計。
?具有成本效益，并以 OEM 形式提供，可最大限度地減少有效負(fù)載，使 Nextcore 能夠為客戶提供更好的價值。
“經(jīng)過一些試飛后，Advanced Navigation Certus Evo 滿足了我們對 RN80 項目的所有要求。這使我們能夠利用 Spatial Dual 集成并應(yīng)用 Certus Evo 作為該系統(tǒng)的直接替代品。它也是一款非常經(jīng)濟(jì)高效的傳感器，也是一款價格具有競爭力的產(chǎn)品。” 西蒙斯評論。
有效負(fù)載最小化也是 INS 的一個關(guān)鍵方面，因為測量員總是尋求更長的飛行時間。這只能通過更輕的有效負(fù)載技術(shù)堆棧來實現(xiàn)。該團(tuán)隊使用 Certus Evo 的加固外殼版本來提高強度和耐候性，同時保持高效的有效負(fù)載設(shè)置。
“業(yè)界不斷尋求更輕的有效載荷、更長的飛行時間以及適合更小、更安全的無人機。監(jiān)管限制要求行業(yè)滿足某些規(guī)范，無人機激光雷達(dá)也是如此。我們遇到了天花板。盡管我們現(xiàn)在所取得的成就是真正的游戲規(guī)則改變者，但我們需要能夠?qū)Υ诉M(jìn)行改進(jìn)。”考克斯說。
“當(dāng)我們完成計算后，我們預(yù)計能夠飛到距地面 80 米的高度?！笨伎怂拐f。相反，Certus Evo 的表現(xiàn)非常出色，以至于 Nextcore 能夠生產(chǎn)出無人機激光雷達(dá)，能夠以高達(dá) 120 m AGL 的速度提供測量級點云數(shù)據(jù)集。 120 m 的高度比最初的目標(biāo)又超出了 50%，提供的解決方案是之前 RN50 高度的兩倍多。
海拔較高往往會增加激光雷達(dá)測繪帶的寬度。海拔約 50 m 處的典型測繪帶寬度約為 120 m，具體取決于實際高度以及 LiDAR 朝向測繪帶邊緣的入射角。在 120 m 處，實現(xiàn)了 180 m 的可靠幅寬。這比之前增加了 50%，相當(dāng)于測量特定區(qū)域的航線減少了約 33%，這顯著提高了測量員的生產(chǎn)力和效率。
配備無人機激光雷達(dá)的 Certus Evo 隨后成為 RN100。 RN100 使 Nextcore 的客戶能夠飛得比以前高得多，并且安全性更高，同時在相同的飛行時間內(nèi)測量更大的區(qū)域并實現(xiàn)測量級結(jié)果。
生成的調(diào)查材料包含 LiDAR 點云數(shù)據(jù)和來自 INS 的地理參考數(shù)據(jù)。所有數(shù)據(jù)處理均在飛行后進(jìn)行，以確保盡可能高的準(zhǔn)確性。PPK用于校正 GNSS-INS 位置、橫滾、俯仰、偏航和航向數(shù)據(jù)。然后將處理后的 INS 數(shù)據(jù)與處理后的點云數(shù)據(jù)相結(jié)合，為點云提供絕對位置。該系統(tǒng)在 120 m AGL 下實現(xiàn)了一致的 30~40 mm 精度。 Nextcore 集成了 LiDAR 和 INS 處理平臺，可自動合成數(shù)據(jù)集，從而縮短調(diào)查完成時間。根據(jù)規(guī)模和復(fù)雜性，該解決方案可以在任務(wù)完成后 30 分鐘內(nèi)將調(diào)查數(shù)據(jù)處理成客戶可用的 3D 地圖。
“將 Certus Evo 集成到我們的產(chǎn)品線中，使我們能夠以非常實惠的價格為客戶提供更高端的解決方案。這為我們在國際和國內(nèi)開辟了新市場。”西蒙斯總結(jié)道。
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