LiBackpack 背包激光雷达扫描系统精度验证

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LiBackpack是由数字绿土自主研发的背包式室内外一体化激光雷达扫描系统，结合激光雷达和SLAM算法实现室内外一体化测量，无需GNSS信号即可实现厘米级数据精度。可用于地下空间信息获取、数字工厂、数字矿山、林业资源普查、BIM、建筑立面测量等领域。

产品特征
  • 高精度

结合激光雷达和SLAM算法实现室内外一体化测量，无需GNSS信号即可实现厘米级数据精度

  • 高效率

实时显示高精度点云数据，支持在线闭环检测以及闭环优化,扫描完成即可导出采集点云数据。

  • 低成本

无需GPS，成本大幅度降低。

  • 易操作

自动化程度高，开机即用。

  • 多平台

设计轻巧便捷，可搭载不同的移动平台，无论是手持、步行、骑行、车载都可以轻松采集数据。

  • 查看简洁方便

支持手机、平板等移动端实时显示和控制，操作便捷，无需繁冗的连接线，支持边采集边查看数据成果。

重要参数

  • 数据精度：～5 cm
  • LiDAR精度：±2cm（HDL32E）/±3cm（VLP16E）
  • 重量：6.0kg（HDL32E）/5.5kg（VLP16E）
技术参数
尺寸(mm) 896 X 302 X 120 功率 76W / 60W
LiDAR 传感器 HDL32E / VLP16 电压 19V
重量 6.0kg/5.5kg 电流 2.3A
LiDAR精度 ±2cm/±3cm 电池 2600mAh
点云格式 Las,ply,bag 端口 HDMI,USB
存储 512G SSD 控制及显示 网络控制和显示

(手机，平板电脑)
效率及精度评估
选取林区和室内环境进行测试，评估LiBackpack获取的点云精度。
（一）林区树木胸径量测精度验证
  • 试验区
北京植物园针叶林样地，选取长宽分别为40米和20米的样地作为研究区。
  • 目标数据
研究区内15棵树的胸径值。
  • 采集手段
  1. 人工测量：使用皮尺在地上1.3m处测量并记录树木胸径。
  2. 地基激光雷达设备： FARO FOCUS3D 120相位式激光雷达，为了完整获取树木的胸径点云，架设8个站点。
  3. 便携式移动激光雷达系统：LiBackpack背包激光雷达对，测区进行移动扫描。
样地
人工实测树木胸径
FARO扫描
LiBackpack扫描
实验区示意图
  • 效率对比
人工测量方式耗时15分钟;FARO架站扫描每站扫描时间为6分钟左右（同步获取点云和影像，可导出真彩色点云），共架设8个站，此外加上布设标靶球、搬站、拼接等，数据获取及处理总时间大约为2小时;LiBackpack支持实时获取和解算点云，整个样地数据获取时间大约为127秒;
  • 数据展示与处理
LiBackpack可输出LAS或PLY格式的点云，倒入LiDAR360软件进行显示和处理；
LiBackpack采集的点云数据
LiDAR360进行胸径拟合，测出数值
FARO采集的原始数据为厂商自定义的工程文件格式FLS，通过扫描仪配套软件处理后导出为TXT格式，包含点云坐标和颜色信息；
FARO点云数据
  • 精度对比
对比人工量测、LiBackpack、FARO获取的15棵树的实测胸径值，单位为cm。
从上图中可以看出：LiBackpack与实测值相比，平均误差为1.757cm，标准差为1.161cm；FARO与实测值相比，平均值为-0.605cm，标准差为0.849cm；LiBackpack与FARO相比，平均值为2.543，标准差为1.004cm。数据精度对比分析说明LiBackpack可达到厘米级测量精度，能够满足林下结构数据的采集和提取。
（二）室内建筑物扫描精度验证
  • 试验区
数字绿土办公室
  • 采集手段
  1. 人工实测：采用NT-8580激光测距仪（毫米级测量精度）。
  2. 便携式移动激光雷达系统：LiBackpack背包激光雷达系统对测区进行移动扫描。

人工采用NT-8580激光测距仪实测
LiBackpack扫描
实验区示意图
  • 数据展示与处理
LiBackpack扫描的点云数据
  • 精度验证结果
为了减少人工测量的误差，利用NT-8580激光测距仪测量时每次均测量三次，最后取三次测量的平均值与点云中测量的值对比，从上图中可以看出：LiBackpack的平均偏差为9mm，标准差为8mm，测量精度可达到厘米级。