velodyne、Ouster、禾賽等多光束雷射雷達移動測繪系統的數據對比...

原標題：velodyne、Ouster、禾賽等多光束雷射雷達移動測繪系統的數據對比分析

　　在移動製圖中，地理空間數據是通過安裝在車輛上的一個或多個攝像頭和 / 或一個或多個雷射雷達傳感器獲取的，該車輛在陸地，水或空中移動。雷射雷達光束在場景上的分布可以通過旋轉鏡或固態設備來實現。可以同時發射多個光束，並且可以捕獲單個或多個返回。本文通過對比 128、64、和 32 光束下 velodyne、Ouster、禾賽、quanergy 等討論了適用於移動製圖的各種多光束雷射雷達傳感器的功能和生產率。

　　對於選定的雷射雷達傳感器，用於在場景上分布發射光束的機制基於旋轉鏡或固態技術。

　　機械旋轉雷達中運動機械零件可能會引入幹擾和故障，從而影響被測點雲的質量。此外，不斷需要校準，從而導致更高的測量成本。

　　固態雷射雷達傳感器沒有機械零件，但缺點是視野有限(FoV)，這意味著需要三個，四個甚至更多個傳感器才能獲得完整的 360° 覆蓋範圍。考慮雷射雷達傳感器的功能，儀器的操作方面及其測量特性對於移動製圖很重要。

　　影響操作方面的主要因素是尺寸，重量，功耗和價格。測量特性包括最大範圍，範圍精度，VFoV 和點密度 - 所有這些都應該很高。點密度主要取決於光束髮散度，光束輸出速率和角解析度。這些測量特性將在下面更詳細地討論。

　　測量特性

　　最大範圍：製造商將目標反射率指定為最大範圍 80%或 10%。對於汽車和其他有光澤的物體，反射率約為 80%，從而導致更長的最大範圍。

　　對於人行道和其他無光物體，反射率約為 10%，從而導致最大範圍變短。考慮到大多數現實生活中的目標反射率都較低，因此最好使用更長的雷射雷達掃描範圍。較大的最大範圍意味著更好的覆蓋範圍，這對於移動地圖應用程式是有益的。

　　距離精度通常相對於測量範圍在 2 釐米至 20 釐米之間。範圍精度越高，道路表面，道路家具，建築物，樹木和其他感興趣對象的點雲表示質量就越高。

　　發射後，雷射束髮散並傳播成圓錐形，當光束撞擊表面時會產生橢圓形的足跡。在距離車輛較遠的地方捕獲小物體需要較小的佔地面積。

　　點密度很大程度上取決於光束輸出速率，通常將其指定為雷射雷達系統發射的每秒點數(pts / sec)。如果應用需要高點密度，則光束輸出速率至關重要。

　　通常在垂直和水平方向上都指定的角度解析度越小，則點雲越密集，因此出現的細節越多。通常，雷射雷達傳感器會獲得第一和最強的回報。這些多返回傳感器產生更密集的點雲和更好的對象表示。

　　VFoV:大多數自旋雷射雷達傳感器的水平視場(HFoV)覆蓋範圍均為 360°。固態系統需要三個或更多對齊的傳感器才能獲得完整的 360°覆蓋範圍。另一方面，VFoV 越大，覆蓋的場景越好。

　　上面討論的雷射雷達傳感器的功能在很大程度上決定了移動測繪系統(MMS)的勘測生產率。

　　根據製造商提供的規格，已將可能適用於移動製圖的雷射雷達系統選擇(參見圖 1)分為四類：極高生產率，高生產率，足夠的生產率等。表 1 列出了所選系統的規格。

表 1:製造商提供的雷射雷達傳感器的規格。(點擊可以查看高清大圖)

　　極高的生產率(128 光束)

　　目前，雷射雷達最大波束數為 128，選定的三個雷射雷達傳感器已處在極高的生產率當中，影響生產率的主要因素是同時發射的雷射束數量。

　　Ouster OS1-128 所有 128 個光束的總輸出速率為 260 萬 pts / 秒，是所有所選系統中最高的輸出速率。它的價格和 45的 VFoV 使它比其他類型的產品更具優勢。

　　其他效率極高的 Ouster Lidars OS0-128 和 OS2-128 由於掃描範圍較短或 VFoV 較窄而不太適合移動地圖應用。

　　Velodyne Alpha Prime 全部 128 條光束的總輸出速率為 240 萬點 / 秒，是最佳紡紗設備之一。

　　與其他 128 束傳感器相比，該系統具有較寬的 VFoV，較高的返回率和較大的最大範圍。就尺寸和重量而言，Alpha Prime 是最大，最重的系統之一。

　　固態 Luminar 具有最長的最大射程，輸出速率超過半百萬 pts / sec。由於需要三個設備才能實現 360°VFoV，因此總輸出速率為 150 萬個點 / 秒。該系統重 3.9kg，相對較重。

　　高生產率(64 光束)

　　在此部分中，已將四個雷射雷達傳感器分類。因為同時發射的雷射束數量為 64，它們的生產率較低。

　　旋轉的 Ouster OS1-64 的輸出速率為 130 萬磅 / 秒，最大範圍為 120m。

　　光束圍繞水平面對稱分布，VFoV 很好。結果，該系統具有許多有益的特性 - 特別是在車輛上安裝了兩個雷射雷達傳感器時。

　　所述 AHP 的 OS2-64 還具有 130 萬點 / 秒的輸出速率和其最大範圍是 240 米。狹窄的 VFoV 及其較大的尺寸使其不適用於移動地圖。

　　這兩個 Ouster 傳感器的價格都合理。它們的 850nm 光束波長很少被大氣中的水顆粒吸收，這意味著這兩個系統都可以在高溼度條件下高效運行。

　　來自中國製造商 Hesai 的雷射雷達系統也在高生產率類別中。Hesai Pandar64 的最大範圍是 200m，反射率為 10%，輸出速率為 1,152,000 pts / sec，VFoV 為 40°，解析度為 0.17°。

　　但是，表 1 中列出的三個 Hesai 系統在場景中不規則地(漸變)地分配光束。它們主要集中在水平面上。這可能會影響點分布的覆蓋範圍和均勻性。

　　該 Velodyne HDL-64E 具有可比產出率和 0.4 的垂直解析度°是合理的。缺點是它的重量，尺寸和價格。圖 2 顯示了一個封閉的矩形空間中不同雷射雷達設備的掃描模式，在這些空間中，它們垂直定向而沒有傾斜。

圖 2:不同雷射雷達傳感器的掃描模式。

　　足夠的生產率(32 光束)

　　在此部分中，三個雷射雷達傳感器已被分類。因為同時發射的雷射束數量為 32，它們的生產率低於極高和高生產率段。

　　該 Velodyne HDL-32 具有一個 40和 VFOV120 米的最大範圍。它具有合理的尺寸，重量和功耗，並被 CycloMedia，Topcon，Maverick Teledyne Optech 和 Viametris vMS3D 之類的移動製圖公司使用(圖 3)。

　　最近發布的 Ouster OS1-32 的功能可與 Velodyne HDL32 的功能相媲美，但輸出速率略低。

　　OS1-32 視線上方 / 下方的對稱角度有利於捕獲地面上方和下方的物體。考慮到其合理的價格，該多光束雷射雷達是一個受歡迎的選擇，尤其是當 MMS 中安裝了多個設備時。

　　除了發射的雷射束數量外，Hesai Pandar40P 的功能與高生產率 Pandar64 相似。

圖 3:各種測量公司正在使用的移動製圖系統。

　　其他

　　還有其他幾種雷射雷達傳感器，可能特別適合於室內和無人機系統(UAS)應用。

　　Quanergy M8 具有較小的水平角解析度，每個脈衝最多可捕獲三個回波，VFoV 為 20°，並同時發射八束光束。

　　該 Velodyne 普克傳感器(VLP-16，高解析度，精簡版)具有 30 萬點 / 秒的輸出速率。

　　它們的最大範圍，範圍精度，尺寸，重量，功耗和價格是合理的，但其幾何 / 掃描特性不如 HDL-32 足夠。

　　所述的特徵 Hesai Pandar40 類似於 Pandar40P 但 23°VFOV 窄。測繪公司正在其無人機系統和室內測繪系統中使用其中的一些雷射雷達傳感器(圖 4)。

　　例如，澳大利亞公司 Emesent 已在其 Hovermap UAS 上安裝了 Velodyne VLP-16 (圖 4a)，而 Viametris 已將 VLP-16(圖 4b)安裝在其背包室內地圖系統上。

　　所述 C2L 星雲 -LP MMS(圖 4c)和 GeoCue UAS(圖 4D)使用 Quanergy M8。

　　固態傳感器 Sense 30 的最大範圍為 21m，這對於室外應用是一個障礙。

　　列出的兩個 Blickfeld 固態傳感器的輸出速率較低。因此，密集點雲的採集需要很長的調查時間。

　　Ouster 新發布的超廣角雷射雷達(即 OS0-32，OS0-64 和 OS0-128)具有 90VFoV，對自動駕駛非常有效。

　　但是，由於它們的最大掃描範圍為 20m @ 10%目標反射率，因此它們與移動製圖應用的相關性較小。

圖 4:各種製圖公司使用的低成本多光束雷射雷達類型。

　　結束語

　　想要進行大規模項目或實現全市覆蓋的移動製圖公司可能會受益於具有高生產率的單個多光束雷射雷達，或者會集成來自極高或高生產率類別的多個雷射雷達設備。

　　當然，可用預算將在系統選擇中起關鍵作用。當為移動製圖系統選擇最合適的雷射雷達設備時，更寬的 VFoV 與更長的掃描範圍，更高的點輸出率和更好的範圍精度將始終非常重要。

（文章來源：與非網）

(責任編輯：DF318)