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徕卡CityMapper-2:如何实现以300公里/小时的速度创建3D城市地图?

11/02 07:05 作者:与非网编辑
阅读需 6 分钟
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隶属于海克斯康的徕卡测量系统(Leica Geosystems)是一家全球领先的测绘和测量解决方案供应商。旗舰产品之一是徕卡CityMapper-2:一个用于生成高精度城市三维地图的机载斜面成像结合LiDAR的解决方案,它结合了光学、机电一体化、高速电子和软件。为了加快这个高度复杂的系统的开发,徕卡测量系统选择了Enclustra瑞苏盈科来提供关键部件。

CityMapper-2 图示

徕卡测量系统在4年前就将Enclustra核心板模块设计在系统中,并使用Enclustra IP产品中的FPGA Manager PCIe通信解决方案,这样工程师们可以专注于关键项目的具体细节。通过专注于其核心竞争力,徕卡测量系统能够将徕卡CityMapper-2更快地推向市场。

徕卡CityMapper-2是徕卡测量系统使用Enclustra Mercury+ XU8模块和FPGA Manager PCIe IP解决方案开发的最新解决方案之一。徕卡CityMapper-2是专门为机载三维城市测绘而设计的,即利用从飞机上拍摄的图像和LiDAR数据创建城市的三维数字模型。

项目简单而艰巨

徕卡 CityMapper-2的项目目标简单而艰巨:与徕卡CityMapper相比,性能提高一倍,这意味着相机的分辨率和帧速率提高一倍。六台1.5亿像素的相机和一台LiDAR需要以最低的抖动同步,同时每0.9秒拍摄一张图像。图像数据被存储到运行Windows 10的主机上的四个固态硬盘中——这里特别值得一提的是,让一个非实时的操作系统处理近2GBytes/s的数据流并要求不能出现任何的丢帧是对核心数据处理技术的巨大挑战。

解决方案

因为一开始并没有一个开箱即用的解决方案可以满足所有的要求,徕卡测量系统评估了几个不同的技术方案。有两件事从一开始就很明确:首先,只有基于FPGA的解决方案才能实现所需的高带宽、低延迟和高集成度;其次,应该采用一个高度集成的FPGA核心板模块。徕卡测量系统最终决定使用一个现成的模块,并将宝贵的工程资源投入到其核心竞争力上:建立高性能和高精度的光机电系统。

在仔细比较了不同供应商的各种FPGA模块后,徕卡测量系统决定选择Enclustra的解决方案:2018年发布的Mercury+ XU8核心板模块,是基于AMD Xilinx的Zynq UltraScale+ MPSoC系列器件。它拥有快速的DDR4 ECC SDRAM、eMMC闪存、四路SPI闪存、双千兆以太网PHY、双USB 3.0,构成了一个完整而强大的嵌入式处理系统。Enclustra的FPGA核心板不但是硬件平台更是全面的生态系统,包括Linux板级支持包(BSP)、详细的文档和参考设计,使其容易上手。作为城市测绘领域的先驱,徕卡测量系统一直在寻找最新的可用技术,为未来做好准备。

水星Mercury+ XU8核心板 上视图

水星Mercury+ XU8核心板 底视图

FPGA SOM Block Diagram

写在最后

徕卡CityMapper-2是当今最先进的城市测绘机载解决方案。与过去的项目相比,使用Enclustra模块化的FPGA解决方案比内部自行设计提供了更好的成本和风险控制。研发团队无需设计核心硬件、打样、改版重新设计、撰写文档,也不需要冒着犯错的风险而无法保证最终的结果是完美的。除了工程成本,开发团队还对该模块具有竞争力的价格感到惊讶。由于标准模块的高产量和不断增长的产量,以及Enclustra在优化生产方面的长期经验,该模块的成本几乎与小批量需求的FPGA芯片的价格相同。"Enclustra提供了一个我们知道会成功的插件解决方案",徕卡测量系统电子开发团队负责人Daniel Wintsch说,"使用FPGA SOM解决方案,减少了我们团队的压力,使我们能够专注于我们的核心竞争力,这使Enclustra成为我们长期信赖的供应商"。作为一个长期客户,徕卡测量系统在过去几年中一直在其产品组合中使用Enclustra的FPGA SoM解决方案。同时,他们将继续评估新的FPGA技术和Enclustra的SoM解决方案,用于其未来的项目和开发。

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