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技术快讯
1.3kg的它,靠这个“最强大脑”成为测绘界“拍立得”
时间:2021-08-11来源:点击:441分享:
为了追求“更小”,便携式设备会在性能上做出妥协吗?

北科天绘的答案是:“完全不会!”

今年春天,北科天绘发布了自主研发的第一款手持三维激光扫描仪——“星探”,不仅外形非常小巧,重量不足1.3kg,还有着深厚的“内功”。

星探采用的全新高精度SLAM算法,让它在各种各样的场景下,都高效高质地完成测绘作业堪称测绘界的“拍立得”。

今天,就让小绘带着大家,走进小小“星探”的“最强大脑”——SLAM算法看它如何玩转三维测量!


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SLAM(Simultaneous Localization And Mapping)即同步定位与建图,看起来好像是一个特别专业且艰深的技术概念,但事实上,想要理解SLAM并不复杂。


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比方说我们第一次去逛某个公园或者展览的过程,大致可以分为以下五个步骤:


  1. 看到并记住自己周围环境中的标志物;


  2. 根据双眼所见的信息,在脑海中用标志物的位置构建一张“地图”;


  3. 随着自己位置的变化,不断看到并记住新的标志物,扩大“地图”的范围,同时修正细节;


  4. 根据脑内不断扩大范围、修正细节的“地图”,确定自己目前在公园或展馆内的位置;


  5. 走了一段路之后,通过对比脑中的“地图”与此刻视野中的事物,确认自己是否曾经来过这个地方,是否走了原路。


SLAM的原理其实和上面描述的过程十分相似,只不过是由机器设备来完成,而非“活生生的人”。SLAM通常包括如下几个部分,特征提取,数据关联,状态估计,状态更新以及特征更新等。通俗来讲就是,“一边走一边开地图”,类似我们玩即时战略类游戏的感觉。


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像RTS游戏一样,人/设备到哪里,“视野”就到哪里


从实际应用场景的角度去理解,扫地机器人就是一个离我们日常生活最近、最典型也相对简单的SLAM应用。扫地机器人自动规划清洁路线,靠的就是SLAM技术,让它“掌握”了房间地面的“全景地图”。

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从实际应用场景的角度去理解,扫地机器人就是一个离我们日常生活最近、最典型也相对简单的SLAM应用。扫地机器人自动规划清洁路线,靠的就是SLAM技术,让它“掌握”了房间地面的“全景地图”。


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满足移动中高效作业需求,只是“星探”实力的第一层表现。通过SLAM算法,“星探”可以非常好地完成地下、室内、隧道等复杂区域的测绘作业,获取高精度、高密度的点云数据,并且实现完美闭合。


这是由于SLAM算法所构建的地图是“完全地图”,即不受障碍、不论大小地感知到作业区域内的每一个角落。无论是狭小、曲折还是空间结构复杂的环境,“星探”都能在作业区域内实现全方位的精准感知,“不放过任何蛛丝马迹”。


满足移动中高效作业需求,只是“星探”实力的第一层表现。通过SLAM算法,“星探”可以非常好地完成地下、室内、隧道等复杂区域的测绘作业,获取高精度、高密度的点云数据,并且实现完美闭合。


这是由于SLAM算法所构建的地图是“完全地图”,即不受障碍、不论大小地感知到作业区域内的每一个角落。无论是狭小、曲折还是空间结构复杂的环境,“星探”都能在作业区域内实现全方位的精准感知,“不放过任何蛛丝马迹”。


满足移动中高效作业需求,只是“星探”实力的第一层表现。通过SLAM算法,“星探”可以非常好地完成地下、室内、隧道等复杂区域的测绘作业,获取高精度、高密度的点云数据,并且实现完美闭合。


这是由于SLAM算法所构建的地图是“完全地图”,即不受障碍、不论大小地感知到作业区域内的每一个角落。无论是狭小、曲折还是空间结构复杂的环境,“星探”都能在作业区域内实现全方位的精准感知,“不放过任何蛛丝马迹”。



得益于SLAM算法,“星探”在作业过程中并不需要完全依赖卫星定位。在闭合区域扫描过程中,即便没有GPS信号,“星探”也可以轻松实现精确的点云匹配。


就如同人在确定自身所处位置的时候,大都不会打开地图App看定位一样。在范围固定的区域内,无论是人脑还是星探的SLAM算法,依靠“记忆”就能确认自身所处的位置,而无需时刻寻求卫星定位的帮助。

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“星探”拥有200m的核心三维测距,360°x30°的扫描视场,32万点每秒的脉冲点频。一块5000m²的作业区域,从数据采集到数据处理,仅需10分钟便可完成作业。


北科天绘在“星探”设计研发过程中,为不断优化误差模型算法,进行了海量的数据采集试验,最终使这款手持式激光三维扫描仪,实现了厘米级的绝对数据精度。


配合其小于5cm的点云厚度,共同支撑起了“星探”获取高精度、高密度三维点云与运动轨迹的测量实力,使作业目标区域内的一切细节都纤毫毕现。



优异的基本测绘参数之外,星探小小的身躯中还集成了许多可强化测绘性能的技术。比如,9自由度惯性导航系统,使星探可以在地面高低起伏、作业位置或目标存在倾角的情况下依旧能够实现精准测量、自由作业。


此外,“星探”还采用了倾斜补偿技术,支持水平±10°的自动修正,可以多角度全方位的进行数据采集。比如在扫描电力杆塔、高层建筑立面时,测绘人员在地面,就可以使用“星探”轻松地获取完整的三维点云数据及相关信息。



“星探”还支持以2m/s的移动速度进行作业。对于交通工具乃至于人类自身来说,这个速度或许显得非常缓慢,但在测绘过程中,特别是采用手持式设备进行测绘,2m/s完全称得上是“快速移动”。


在SLAM算法和诸多技术的共同加持下,“星探”能够从容面对不同场景、场地、任务的测绘作业,在建筑室内与地下空间扫描、体积测量、农林调查、市政园林、电力巡检补线、杆塔及建筑立面建模等领域,均能保质保量且经济高效地完成作业。

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北科天绘在激光雷达领域十余年间的积累,让众多的技术能力得以凝聚在“星探”小小的身躯之中,从而使其在测绘领域展现出了全面且耀眼的光芒,无愧为“解决激光扫描最后一公里问题的最佳答案”。