一、概述
飞马激光雷达背包平台系统（以下简称D-PACK100）是针对飞马全系列机载激光雷达系统推出的一体化高精度扩展平台。该平台总重6kg，工作时长不少于5小时，可挂载飞马所有已上市的机载激光雷达（以下简称LiDAR）系统，通过背包步行或骑行方式运行，实现了机载LiDAR系统的地面复用，进一步提升设备的使用价值。D-PACK100整机系统延续了飞马机器人工业化、高可靠性、全自动化的设计理念，主打高可靠性、单人作业、可复制的高精度作业模式。
图1 D-PACK100实物图
D-PACK100平台采用模块化设计，使用单块高密度智能电池，用户可根据作业需求将D200系列智能无人机平台的LiDAR模块转做地面使用，无需任何改装操作，是机载LiDAR数据的重要补充。同时，D-PACK100亦可单独用于高精度地面或室内数据采集。D-PACK100配备高精度POS系统，通过配套“无人机管家专业版”进行高精度轨迹后处理解算或后SLAM解算。
二、系统介绍
1、系统组成
D-PACK100平台主要由背包收纳支架、核心控制系统、GPS模块、控制盒、智能电池等组成，内含数据传输系统、定位系统、智能供电系统、载荷系统等；可选配地面数传电台、手持地面站和全景相机模块。
图2 D-PACK100组成
2、系统参数
三、系统特点
D-PACK100平台具有以下特点：
- 使用快拆结构，单人可快速安装和拆卸；
- GNSS天线便于收纳和携带；
- 高精度POS系统，通过后处理输出高精度点云数据；
- 人体工学设计，减少负重感，提升野外作业体验；
- 可通过飞马无人机管家专业版进行在线设备固件升级；
- 支持飞马机载LiDAR系统即插即用，无需任何软硬件改造；
- 复用飞马无人机管家专业版进行数据解算，无需另购软件；
- 复用旋翼机载高密度智能电池，无需另购电池；
- 选配地面手持终端，可实时监控设备状态和进行设备控制；
- 选配全景相机模块，同步获取影像数据，通过后处理为点云赋色；
- 采用SLAM后处理技术，实现无GPS工作测量模式；
四、工作模式
1、基于高精度POS后处理模式
基于高精度POS后处理的模式，与机载LiDAR数据获取和处理一致，需要在GNSS搜星条件良好的室外环境进行作业。根据基站GNSS、流动站GNSS及高精度IMU数据进行POS联合解算，并与LiDAR点云数据进行融合，获取激光点云的绝对位置。
图3 使用管家进行轨迹解算
图4 针对D-PACK100选择背包模式进行点云解算
在该模式下，用户可通过D-PACK100平台手持控制盒或者手持地面站（选配）的状态灯观察GNSS搜星状态，确保在良好的户外环境进行数据采集。该模式可应用于土方测量、航测数据补测、建筑物立面测量等的LiDAR点云数据获取。
2、基于SLAM后处理模式
在SLAM后处理模式下，用户无需GNSS信号便可通过SLAM技术对D-PACK100平台所获LiDAR点云数据和高精度IMU数据进行事后处理，生成三维点云。该模式可应用于森林区林木调查、地下车库测绘、粮仓内部测绘等无GNSS环境下的三维点云获取。
当前D-PACK100平台硬件设备已支持SLAM后处理模式，无人机管家专业版配套功能尚在开发中。
五、应用案例
1、河道测量
挂载设备：D-LiDAR110
测量场景：河道及周边道路
2019年12月，对某市内河道进行测量。由工作人员背负挂载了D-LiDAR110的D-PACK100，在枯水期的河道内进行数据采集。通过架设基站连接CORS进行坐标采集，并经由飞马“无人机管家专业版”完成数据解算，便可获取具有绝对位置坐标的三维点云数据。图5为外场数据获取现场图，图6、7为试验所获点云数据。
图5 外场数据获取
图6 河道点云数据
图7 河道点云剖面图
2、停车场测量
挂载设备：D-LiDAR150
测量场景：地上停车场
2019年11月，工作人员背负挂载了D-LiDAR150的D-PACK100平台进行地上停车场数据获取。通过对所获三维点云数据进行混合模式渲染，可以识别出地面停车标志线、车辆、周边地物等。该数据经处理后，可以用作智慧停车场的基础数据，也可以服务作业时段停车量及车辆类型等信息的提取用途。
图8 停车场点云数据
图9 停车场点云数据放大图
3、道路测量
挂载设备：D-LiDAR110
测量场景：城市道路
2020年1月，工作人员背负挂载了D-LiDAR110的D-PACK100平台对某地某街区的道路进行了往返测量。图10所示为试验所获的三维点云数据，可以用作城市道路三维建模或资产统计等源数据。
图10 道路及周边点云数据
图11 道路部分区域点云数据
4、公园测量
挂载设备：D-LiDAR150
测量场景：公园道路及树木
2019年11月，工作人员背负挂载了D-LiDAR150的D-PACK100平台对某一线城市公园内部进行数据采集。如图12所示，该平台可以完整获取公园内绿植的三维信息，可服务智慧公园管理等用途。
图12 公园区域点云数
六、总结与展望
当前，D-PACK100平台搭载D200系列机载LiDAR模块，已支持在GNSS接收条件良好环境下的数据采集作业，虽然对GPS环境仍有一定要求，但已极大扩展了飞马机载高价值LiDAR设备的应用场景，也为用户提供了更加多元化的数据获取方案。且随着飞马后SLAM研发的进一步推进，D-PACK100平台所面临的环境限制也将被进一步打破，为用户持续创造更大的设备复用价值和数据价值。此外，飞马机器人也在同步创新研发车载、船载LIDAR移动式平台，为持续专业的多场景应用打造利器。
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