Support-Zentrum besuchen Support-Zentrum besuchen Händler finden Händler finden Kontakt Kontakt

INS- und LiDAR-Kalibrierung - mit Daten gelöst!

Industrie-Artikel 19. Mai 2021

Wenn LiDAR Daten georeferenziert werden, um eine Punktwolke zu erzeugen, muss jedes Bild mit präzisen Navigationsdaten gepaart werden. Die relative Verschiebung und Ausrichtung zwischen dem LiDAR-Gerät und dem Navigationsgerät (INS) muss bekannt sein. Werden diese Winkel nicht genau gemessen, ist es schwierig, eine optimale Leistung zu erzielen. Dieser Prozess kann eine Herausforderung sein. Es gibt jedoch eine schnelle und effiziente datengesteuerte Methode, um die Position und Ausrichtung des LiDAR-Geräts in Bezug auf das INS mit der Genauigkeit zu bestätigen, die erforderlich ist, um die bestmöglichen Daten zu erhalten. Hier erkunden wir, wie Sie das Rätsel der INS- und LiDAR-Kalibrierung lösen können....mit Daten.

 

OxTS INS und Velodyne LiDAR-Kalibrierung
Mobile Kartierung - OxTS xNAV550 INS und Velodyne LiDAR

 

Wichtigkeit der LiDAR- und INS-Kalibrierung

LiDAR bietet normalerweise eine hohe Genauigkeit von mehreren Zentimetern pro Bild. Diese Art von Genauigkeit in einer georeferenzierten Punktwolke zu erreichen, ist viel schwieriger. Es erfordert sehr präzise Navigationsdaten. Wir können eine schnelle Vorstellung davon bekommen, wie genau dies sein muss, indem wir eine kleine Winkelapproximation nehmen und die Reichweite mit dem Winkelfehler multiplizieren, um einen Positionsfehler in betrachteten Objekten zu erhalten. Bei 50 m haben wir einen Fehler von etwa 9 cm, wenn wir einen Orientierungsfehler von nur 0,1° in einer einzelnen Achse haben (0,09 = 50 x 0,1° x 2π/360).

Sie sehen also, dass die Reichweite, da sie den Fehler multipliziert, sehr empfindlich auf den Orientierungsfehler reagiert. Daher muss die INS- und LiDAR-Kalibrierung so genau wie möglich sein.

Ein INS-Gerät kann typischerweise Navigationsdaten mit einem Fehler von 0,1° im Steuerkurs ausgeben.

Die Navigationsdaten sind eindeutig der begrenzende Faktor, um präzise Daten in Ihrer Punktwolke zu erhalten. Aber es gibt noch eine weitere Komplikation. Bei der Kombination von LiDAR- und Navigationsdaten ist eine Beziehung zwischen den Geräten notwendig. Vermesser, die die Position eines Punktes in der Punktwolke berechnen, würden die folgende Formel verwenden:

Position und Orientierung des Navigationsgeräts in der Welt + Relation des LiDAR-Geräts zum Navigationsgerät + Position des Punkts in Bezug auf das LiDAR-Gerät.

 

Die Beziehung zwischen den Geräten beinhaltet eine Drehung. Dies führt eine zusätzliche Orientierungsunsicherheit ein, die auf dem gleichen Genauigkeitsniveau liegen muss wie die Kurs- und Nick-/Roll-Genauigkeit, sonst wird sie zum neuen Engpass der Genauigkeit in der Punktwolke.

Dies gilt für alle Vermessungsgeräte, die ein separates Navigationsgerät verwenden und Objekte aus der Ferne betrachten, nicht nur für LiDAR.

Die Fähigkeit, diesen Winkel mit der gleichen Genauigkeit zu messen, ist entscheidend für die endgültige Genauigkeit der Punktwolke.

Das Bild hier ist ein Beispiel für ein Hardware-Diagramm, das die INS-Position in Bezug auf den LiDAR-Sensor zeigt. Dieses Bild wurde aus OxTS Georeferencer - unserer LiDAR-Georeferenzierungssoftware - aufgenommen.

 

Position vs. Orientierungsfehler
Diagramm, das den Positionsfehler eines Objekts aufgrund eines Orientierungsfehlers zeigt
Beispiel für ein schlecht kalibriertes Setup
Ein schlecht kalibrierter Aufbau zeigt dasselbe Objekt in verschiedenen Frames unterschiedlich an, und wenn diese georeferenziert werden, ist die Punktwolke unscharf

Achsenkalibrierung

Die Drehung des LiDAR gegenüber dem INS auf 0,1° zu messen, ist nicht einfach. Das Entwerfen und Bauen von CAD-gedruckten Montageanordnungen kann teuer und zeitaufwendig sein und bietet eine unflexible Lösung. Der effizienteste Weg, die Drehung des LiDAR in Bezug auf das INS zu kalibrieren, ist die Verwendung einer datengesteuerten Methode, die georeferenzierte Daten und einen Algorithmus zur Berechnung der Drehung verwendet, die die beste Punktwolke ergibt.

OxTS hat eine Methode entwickelt, mit der eine kurze Vermessung einiger Kalibrierungsziele separat (oder als Teil einer längeren Vermessung) durchgeführt werden kann, die zur Kalibrierung der Rotation im Post-Processing auf den Genauigkeitsgrad der georeferenzierten Daten verwendet wird.

Die Methode ist einfach: Es werden zwei flache, quadratische Reflexionsziele aufgestellt. Das mit dem LiDAR ausgerüstete Fahrzeug wird dann manövriert, um die Ziele über einen Zeitraum von 3-10 Minuten zu vermessen, bis ein angemessenes Bild der Ziele georeferenziert werden kann. Die Ziele können so einfach sein wie Holzbretter mit reflektierendem Band.

OxTS Georeferenzierer

Die SoftwareOxTS Georeferencer sucht in den georeferenzierten Daten nach den zu den Zielen gehörenden Reflexionspunkten und berechnet dann mit einem Algorithmus die Drehung, die die Ziele so flach wie möglich macht.

Dies alles geschieht mit minimalen Benutzereingaben und minimaler Einrichtungszeit. Alles, was erforderlich ist, ist eine starre Montage zwischen den Geräten, damit sie sich nicht relativ zueinander bewegen können. Wenn die Hardware-Einrichtung unverändert bleibt, muss die Kalibrierung nicht wiederholt werden.

 

Erfahren Sie mehr über OxTS Georeferencer

OxTS Endoskopische Kalibrierung
Der Benutzer muss die Software nur darauf richten, wo sich die Ziele in einem Querschnitt der Punktwolke befinden

"Als Ingenieur kenne ich kein einfaches Werkzeug, das die Winkel zwischen INS und LiDAR auf besser als ein Zehntelgrad genau messen könnte. OxTS hat dieses Problem elegant mit dem Einsatz von Werkzeugen gelöst, die bereits für die LiDAR-Vermessung vorhanden sind. Die Durchführung einer zehnminütigen Datenerfassung zwischen zwei reflektierenden Zielen (die billig und einfach zu bauen sind) ist der schwierigste Teil. Angesichts der gut dokumentierten Anleitungen von OxTS ist der nächste Schritt eine einfache Angelegenheit, die gesammelten Datendateien in OxTS Georeferencer auszuwählen und die Schaltfläche "Run Boresight Calibration" zu drücken. Es ist wirklich so einfach, und nach der Angabe der berechneten Winkel hat sich die Genauigkeit der Punktwolke deutlich verbessert, sogar für das menschliche Auge sichtbar"

Andri Karo, Spezialist für Systemintegration, Skycorp Oü

Zum Schluss

Ein unkalibrierter Aufbau kann leicht der Grund für Ungenauigkeiten in einer georeferenzierten Punktwolke sein. Neben Navigationsdaten mit sehr hoher Orientierungsgenauigkeit muss die Rotation zwischen dem LiDAR und dem INS auf Grad genau bekannt sein. Dies zu erreichen, kann sehr schwierig sein. Der effektivste und effizienteste Weg zur Kalibrierung des Hardware-Setups ist die Verwendung der georeferenzierten LiDAR-Daten selbst in einer datengetriebenen Methode. Durch eine kurze Vermessung von reflektierenden Zielen kann die Einrichtung innerhalb von Minuten kalibriert werden und ist dann bereit für hochpräzise Vermessungen.

Jakob Amacker
Produktingenieur, OxTS

 

Kontakt OxTSGeoreferencer um die Boresight-Kalibrierungsfunktion in OxTS zu besprechen, oder laden Sie alternativ unser Broschüre zur Endoskopie-Kalibrierung um mehr zu erfahren...

 

Broschüre zur Bohrlochkalibrierung

Broschüre lesen

Bleiben Sie auf dem Laufenden in Sachen Vermessung und Kartierung unter OxTS

Hier bei OxTS arbeiten wir kontinuierlich an neuen und innovativen Produkten und Funktionen, die den Umfrageprozess in jedem Schritt optimieren.

Darüber hinaus ermöglicht unsere Webinar-Reihe "Center of Excellence" den Vermessungsingenieuren ein tiefgehendes Verständnis unserer Technologie, während unsere umfangreiche Bibliothek mit Leitfäden und Broschüren den Vermessungsingenieuren die Informationen liefert, die sie für eine "sichere Vermessung" benötigen.

Wenn Sie möchten, dass wir uns mit Ihnen in Verbindung setzen, um OxTS Georeferencer , Boresight Calibration oder eines unserer vermessungsspezifischen INS-Geräte zu besprechen, füllen Sie das nebenstehende Formular aus und einer unserer Mitarbeiter wird sich mit Ihnen in Verbindung setzen.

Wenn Sie als Erster über die neuesten Inhalte und Neuigkeiten von OxTS informiert werden möchten, tragen Sie sich noch heute in eine unserer Mailinglisten ein!

[Formular id="1″]

zurück zum Anfang

Zurück nach oben

,