Мобильный лазерный сканер может работать там, где спутниковая навигация недоступна: в помещениях, тоннелях, шахтах, подвалах, метро и закрытых складах. Для этого используется технология SLAM сканирование — система определяет свое положение по собственным измерениям окружающего пространства.
Как работает сканирование без GPS?
На открытой территории мобильный сканер может получать координаты через GNSS. Внутри здания сигнал ослабевает или полностью исчезает. Поэтому сканирование без GPS основано на совместной работе лидара и инерциальных датчиков.
Лидар постоянно измеряет расстояния до стен, пола, потолка, колонн и других объектов. При движении система сравнивает новые измерения с предыдущими и определяет изменение своего положения.
Проще говоря, сканер постоянно сопоставляет то, что видит сейчас, с тем, что уже было измерено.
Что такое SLAM простыми словами?
SLAM расшифровывается как Simultaneous Localization and Mapping — одновременная локализация и построение карты.
Во время движения система одновременно решает две задачи:
- строит карту окружающего пространства;
- определяет собственное положение внутри этой карты.
Например, оператор начинает движение по коридору. Сканер фиксирует его стены и углы. Через некоторое время оператор возвращается в уже знакомую зону. Система снова распознает те же объекты и сопоставляет новые измерения с предыдущими.
Так постепенно формируется единая траектория движения и целостная трехмерная карта объекта.
Именно поэтому SLAM сканирование подходит для помещений, где спутниковая навигация недоступна.
Роль инерциального блока IMU
Важную роль играет инерциальный блок IMU сканер. Встроенные акселерометры и гироскопы фиксируют ускорение, повороты, наклоны и изменение направления движения.
Если оператор поворачивает прибор, IMU фиксирует изменение ориентации. Эти данные помогают отслеживать движение между моментами, когда лидар получает надежные ориентиры.
Таким образом, инерциальный блок IMU сканер дополняет лазерные измерения и помогает системе сохранять устойчивую навигацию без спутников.
Как система «сшивает» траекторию?
Во время движения сканер получает большое количество точек и формирует отдельные участки пространства. Программное обеспечение сопоставляет их между собой.
Если в разных моментах видны одни и те же стены, колонны или другие характерные объекты, система использует их для уточнения положения. Так отдельные измерения объединяются в единую модель.
На длинных однообразных участках работа SLAM может быть сложнее, поэтому маршрут желательно планировать с проходами через зоны, содержащие узнаваемые элементы.
Где применяется сканирование без GPS?
Технология востребована там, где обычная спутниковая навигация не работает:
- подвалы и подземные паркинги;
- тоннели;
- шахты;
- метро;
- склады без окон;
- промышленные цеха;
- технические помещения;
- внутренние пространства зданий;
- длинные коридоры и коммуникационные зоны.
Например, сканирование тоннеля требует непрерывного получения данных на значительной протяженности. Спутникового сигнала внутри нет, поэтому положение системы определяется по сочетанию лазерных измерений и инерциальных данных.
Что делает лидар?
В основе системы находится лидар — лазерный датчик, который измеряет расстояние до окружающих поверхностей.
Во время движения он формирует множество точек. Каждая точка содержит информацию о положении соответствующего участка поверхности. Совокупность таких измерений создает трехмерное представление пространства.
Именно поэтому сканер в помещении лидар способен фиксировать геометрию стен, пола, потолка и оборудования даже при полном отсутствии GPS.
При этом качество результата зависит от условий съемки. Очень длинные однообразные пространства, недостаток характерных объектов, быстрое движение или большое количество динамических препятствий могут увеличивать ошибки позиционирования.
Как контролируют точность?
SLAM-система автоматически строит траекторию, но для ответственных задач результат дополнительно контролируют. Для этого могут использоваться контрольные точки, повторные проходы или отдельные геодезические измерения.
Проверяют:
- совпадение объектов при повторном проходе;
- замыкание маршрута;
- соответствие контрольным измерениям;
- стабильность координат;
- отсутствие заметных смещений между участками модели.
При необходимости мобильное сканирование дополняют статическими сканами или тахеометрическими измерениями.
Навигация там, где GPS недоступен
Сканирование без GPS стало возможным благодаря совместной работе лидара, IMU и алгоритмов SLAM. Лидар распознает окружающую геометрию, IMU отслеживает движение и ориентацию, а программное обеспечение объединяет эти данные в единую траекторию.
Поэтому SLAM сканирование особенно ценно для тоннелей, шахт, метро, подвалов и других закрытых объектов. Система может перемещаться вместе с оператором и создавать пространственную модель там, где спутниковая навигация практически неприменима.
