CN113866789A - 无人机激光雷达点云数据处理系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了无人机激光雷达点云数据处理系统，安装在无人机底部处的激光雷达，其用于对无人机下方周围环境进行检测，获取目标参数；设置在无人机底部处的摄像头；分析模块，分别与激光雷达和摄像电性连接，并生成不同时间段的点云数据组；重组模块，与分析模块电性连接，进而获得不同区域内的不同的点云数据；用于将不同区域内的点云数据配准至同一坐标系，进而获得不同区域内的三维数据。该无人机激光雷达点云数据处理系统，设计合理，能提高极大提升点云数据的处理速度与精度，为点云数据的处理与应用提供了保障，适合推广使用。
Description
技术领域
本发明属于无人机测绘技术领域，具体涉及无人机激光雷达点云数据处理系统。
背景技术
无人机航测是传统航空摄影测量手段的有力补充，具有机动灵活、高效快速、精细准确、作业成本低、适用范围广、生产周期短等特点，在小区域和飞行困难地区高分辨率影像快速获取方面具有明显优势。
随着无人机与数码相机技术的发展，无人机航拍可广泛应用于国家重大工程建设、灾害应急与处理、国土监察、资源开发、新农村和小城镇建设等方面，尤其在基础测绘、土地资源调查监测、土地利用动态监测、数字城市建设和应急救灾测绘数据获取等方面具有广阔前景。
现有的无人机点云数据处理系统，计算量大，算法较为复杂，在测绘时对无人机的测绘停留的时间要求较为严格。
发明内容
本发明的目的在于提供无人机激光雷达点云数据处理系统，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案无人机激光雷达点云数据处理系统，包括：
安装在无人机底部处的激光雷达，其用于对无人机下方周围环境进行检测，获取目标参数，目标参数包括目标距离、方位、高度、速度、姿态、甚至形状等参数；
设置在无人机底部处的摄像头，其用于对无人机下方地面的信息进行拍摄，得到拍摄数据，利用立体对立体模型进行的摄影测量；
分析模块，分别与激光雷达和摄像电性连接，用于接收并分析激光雷达输出的目标参数以及摄像头输出的拍摄数据，并生成不同时间段的点云数据组；
重组模块，与分析模块电性连接，用于将若干个不同时间段的点云数据组进行分析并删除掉重合多余的点云数据，进而获得不同区域内的不同的点云数据；
建模模块，分别与分析模块和重组模块电性连接，用于将不同区域内的点云数据配准至同一坐标系，进而获得不同区域内的三维数据。
作为进一步的优选方案，所述建模模块运行时，包括以下步骤：
S1：对获取的第一组点云数据进行分析并计算，以每个激光发射器发出1条激光射线，其起点均为雷达上的同一个点，称该点为基准点，所有激光发射器围绕着过基准点的一根直线进行定轴旋转，称该直线为转轴，垂直于转轴的平面为基准面，同一时刻激光发射器发射的NL条射线位于垂直于基准面的平面内，任选转轴一侧方向为转轴方向；
S2：雷达每个扫描周期开始时刻射出的激光射线在基准面上的垂直投影都重合于由基准点发出的一条射线，该射线称为基准线，在一个扫描周期T时间内激光发射器所旋转过的角度为Fmax＝o*T，o为在扫描周期T内激光发射器的旋转角速度，在扫描周期结束后激光发射器回到扫描周期开始时的位置与姿态，雷达的最大探测距离为Dmax，雷达上的基准点﹑基准线、基准面和转轴位置与姿态均定义在固定于雷达的物体坐标系中；
S3：以太网接口模块将分析模组中的点云数据组送入到点云数据加速模块进行初次加速处理，并在需要硬件处理时将点云数据组传输至上位机，通过上位机对需要硬件处理的点云数据组进行二次处理，并处理后将分析而得的坐标点云数据配准至同一坐标系的基准面上；
S4：如此往复对点云数据组进行处理并配准至同一坐标系的基准面上，进而将不同区域的点云数据配准到同一坐标系的对应区域处，从而获得三维数据。
作为进一步的优选方案，所述S3中以太网接口模块还与通信模块相配合，进而将点云数据组传输到上位机上，进而方便进行点云数据分析。
作为进一步的优选方案，所述S3中点云数据加速处理模块用于对点云数据进行预处理计算，并通过点云滤波算法对适合硬件加速的部分进行加速处理，并将结果存至高速存储模块或通过PCIE通信模块返回至上位机。
作为进一步的优选方案，所述分析模块还包括点云数据解析模块，所述点云数据解析模块用于对PCIE格式的点云数据传输和PCIE协议包的解析卸载，获取点云数据详细的点云数据参数；
作为进一步的优选方案，所述激光雷达为三维多线激光雷达，激光雷达可以让无人机为定位、测绘、避障等提供有力的保障。
作为进一步的优选方案，所述摄像头为高速摄像机，摄像头可以为以在很短的时间内完成对高速目标的快速、多次采样，从而对目标捕获。
本发明的技术效果和优点：该无人机激光雷达点云数据处理系统，通过在无人机上安装以太网接口模块以及点云数据加速处理模块之间的配合，可以对点云数据进行预处理计算，并对特定处理算法中适合硬件加速的部分进行加速处理，并在需要进行通过硬件配合时将数据结果通过PCIE通信模块返回至上位机并进行储存，可极大提升点云数据的处理速度与精度，为点云数据的处理与应用提供了保障，可以有效降低测绘的整体时间，从而避免无人机测绘时测绘停留较长时间。该无人机激光雷达点云数据处理系统，设计合理，能提高极大提升点云数据的处理速度与精度，为点云数据的处理与应用提供了保障，适合推广使用。
具体实施方式
对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供了无人机激光雷达点云数据处理系统，包括：
安装在无人机底部处的激光雷达，其用于对无人机下方周围环境进行检测，获取目标参数，目标参数包括目标距离、方位、高度、速度、姿态、甚至形状等参数；
设置在无人机底部处的摄像头，其用于对无人机下方地面的信息进行拍摄，得到拍摄数据，利用立体对立体模型进行的摄影测量；
分析模块，分别与激光雷达和摄像电性连接，用于接收并分析激光雷达输出的目标参数以及摄像头输出的拍摄数据，并生成不同时间段的点云数据组；
重组模块，与分析模块电性连接，用于将若干个不同时间段的点云数据组进行分析并删除掉重合多余的点云数据，进而获得不同区域内的不同的点云数据；
建模模块，分别与分析模块和重组模块电性连接，用于将不同区域内的点云数据配准至同一坐标系，进而获得不同区域内的三维数据。
具体的，所述建模模块运行时，包括以下步骤：
S1：对获取的第一组点云数据进行分析并计算，以每个激光发射器发出1条激光射线，其起点均为雷达上的同一个点，称该点为基准点，所有激光发射器围绕着过基准点的一根直线进行定轴旋转，称该直线为转轴，垂直于转轴的平面为基准面，同一时刻激光发射器发射的NL条射线位于垂直于基准面的平面内，任选转轴一侧方向为转轴方向；
S2：雷达每个扫描周期开始时刻射出的激光射线在基准面上的垂直投影都重合于由基准点发出的一条射线，该射线称为基准线，在一个扫描周期T时间内激光发射器所旋转过的角度为Fmax＝o*T，o为在扫描周期T内激光发射器的旋转角速度，在扫描周期结束后激光发射器回到扫描周期开始时的位置与姿态，雷达的最大探测距离为Dmax，雷达上的基准点﹑基准线、基准面和转轴位置与姿态均定义在固定于雷达的物体坐标系中；
S3：以太网接口模块将分析模组中的点云数据组送入到点云数据加速模块进行初次加速处理，并在需要硬件处理时将点云数据组传输至上位机，通过上位机对需要硬件处理的点云数据组进行二次处理，并处理后将分析而得的坐标点云数据配准至同一坐标系的基准面上；
S4：如此往复对点云数据组进行处理并配准至同一坐标系的基准面上，进而将不同区域的点云数据配准到同一坐标系的对应区域处，从而获得三维数据。
具体的，所述S3中以太网接口模块还与通信模块相配合，进而将点云数据组传输到上位机上，进而方便进行点云数据分析。
具体的，所述S3中点云数据加速处理模块用于对点云数据进行预处理计算，并通过点云滤波算法对适合硬件加速的部分进行加速处理，并将结果存至高速存储模块或通过PCIE通信模块返回至上位机。
具体的，所述分析模块还包括点云数据解析模块，所述点云数据解析模块用于对PCIE格式的点云数据传输和PCIE协议包的解析卸载，获取点云数据详细的点云数据参数；
具体的，所述激光雷达为三维多线激光雷达等，激光雷达可以让无人机为定位、测绘、避障等提供有力的保障，所述三维多线激光雷达的型号为RS-Lidar-16，可使用但不限于该型号。
具体的，所述摄像头为高速摄像机，摄像头可以为以在很短的时间内完成对高速目标的快速、多次采样，从而对目标捕获，所述型号高速摄像机的型号为为i-SPEED726，可使用但不限于该型号。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.无人机激光雷达点云数据处理系统，其特征在于，包括：
安装在无人机底部处的激光雷达，其用于对无人机下方周围环境进行检测，获取目标参数；
设置在无人机底部处的摄像头，其用于对无人机下方地面的信息进行拍摄，得到拍摄数据；
分析模块，分别与激光雷达和摄像电性连接，用于接收并分析激光雷达输出的目标参数以及摄像头输出的拍摄数据，并生成不同时间段的点云数据组；
重组模块，与分析模块电性连接，用于将若干个不同时间段的点云数据组进行分析并删除掉重合多余的点云数据，进而获得不同区域内的不同的点云数据；
建模模块，分别与分析模块和重组模块电性连接，用于将不同区域内的点云数据配准至同一坐标系，进而获得不同区域内的三维数据。
2.根据权利要求1所述的无人机激光雷达点云数据处理系统，其特征在于，所述建模模块运行时，包括以下步骤：
S1：对获取的第一组点云数据进行分析并计算，以每个激光发射器发出1条激光射线，其起点均为雷达上的同一个点，称该点为基准点，所有激光发射器围绕着过基准点的一根直线进行定轴旋转，称该直线为转轴，垂直于转轴的平面为基准面，同一时刻激光发射器发射的NL条射线位于垂直于基准面的平面内，任选转轴一侧方向为转轴方向；
S2：雷达每个扫描周期开始时刻射出的激光射线在基准面上的垂直投影都重合于由基准点发出的一条射线，该射线称为基准线，在一个扫描周期T时间内激光发射器所旋转过的角度为Fmax＝o*T，o为在扫描周期T内激光发射器的旋转角速度，在扫描周期结束后激光发射器回到扫描周期开始时的位置与姿态，雷达的最大探测距离为Dmax，雷达上的基准点﹑基准线、基准面和转轴位置与姿态均定义在固定于雷达的物体坐标系中；
S3：以太网接口模块将分析模组中的点云数据组送入到点云数据加速模块进行初次加速处理，并在需要硬件处理时将点云数据组传输至上位机，通过上位机对需要硬件处理的点云数据组进行二次处理，并处理后将分析而得的坐标点云数据配准至同一坐标系的基准面上；
S4：如此往复对点云数据组进行处理并配准至同一坐标系的基准面上，进而将不同区域的点云数据配准到同一坐标系的对应区域处，从而获得三维数据。
3.根据权利要求2所述的无人机激光雷达点云数据处理系统，其特征在于，所述S3中以太网接口模块还与通信模块相配合，进而将点云数据组传输到上位机上，进而方便进行点云数据分析。
4.根据权利要求2所述的无人机激光雷达点云数据处理系统，其特征在于，所述S3中点云数据加速处理模块用于对点云数据进行预处理计算，并通过点云滤波算法对适合硬件加速的部分进行加速处理，并将结果存至高速存储模块或通过PCIE通信模块返回至上位机。
5.根据权利要求1所述的无人机激光雷达点云数据处理系统，其特征在于，所述分析模块还包括点云数据解析模块，所述点云数据解析模块用于对PCIE格式的点云数据传输和PCIE协议包的解析卸载，获取点云数据详细的点云数据参数。
6.根据权利要求1所述的无人机激光雷达点云数据处理系统，其特征在于，所述激光雷达为三维多线激光雷达。
7.根据权利要求1所述的无人机激光雷达点云数据处理系统，其特征在于，所述摄像头为高速摄像机。
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| CN202111136535.8A CN113866789A (zh) | 2021-09-27 | 2021-09-27 | 无人机激光雷达点云数据处理系统 |
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| CN (1) | CN113866789A (zh) |
Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN114993263A (zh) * | 2022-05-26 | 2022-09-02 | 邓州市邓房测绘有限公司 | 一种基于水准点定位的高精度建筑物无人机测绘系统 |
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2021
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN114993263A (zh) * | 2022-05-26 | 2022-09-02 | 邓州市邓房测绘有限公司 | 一种基于水准点定位的高精度建筑物无人机测绘系统 |
| CN114993263B (zh) * | 2022-05-26 | 2023-11-21 | 邓州市邓房测绘有限公司 | 一种基于水准点定位的高精度建筑物无人机测绘系统 |
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