Мобільний лазерний сканер може працювати там, де супутникова навігація недоступна: у приміщеннях, тунелях, шахтах, підвалах, метро та закритих складах. Для цього використовується технологія SLAM сканування – система визначає своє положення за власними вимірами навколишнього простору.
Як працює сканування без GPS?
На відкритій території мобільний сканер може одержувати координати через GNSS. Всередині будівлі сигнал слабшає або повністю зникає. Тому сканування без GPS засноване на спільній роботі лідара та інерційних датчиків.
Лідар постійно вимірює відстані до стін, підлоги, стелі, колон та інших об’єктів. Під час руху система порівнює нові виміри з попередніми та визначає зміну свого положення.
Простіше кажучи, сканер постійно зіставляє те, що бачить зараз, з тим, що було виміряно.
Що таке SLAM простими словами?
SLAM розшифровується як Simultaneous Localization and Mapping – одночасна локалізація та побудова карти.
Під час руху система одночасно вирішує два завдання:
- будує карту навколишнього простору;
- визначає власне становище всередині цієї карти.
Наприклад, оператор починає рух коридором. Сканер фіксує його стіни та кути. Через деякий час оператор повертається до вже знайомої зони. Система знову розпізнає ті самі об’єкти та зіставляє нові виміри з попередніми.
Так поступово формується єдина траєкторія руху та цілісна тривимірна карта об’єкта.
Саме тому сканування SLAM підходить для приміщень, де супутникова навігація недоступна.
Роль інерційного блоку IMU
Важливу роль відіграє інерційний блок сканер IMU. Вбудовані акселерометри та гіроскопи фіксують прискорення, повороти, нахили та зміну напрямку руху.
Якщо оператор повертає пристрій, IMU фіксує зміну орієнтації. Ці дані допомагають відстежувати рух між моментами, коли лідер отримує надійні орієнтири.
Таким чином, інерційний блок IMU сканер доповнює лазерні вимірювання та допомагає системі зберігати стійку навігацію без супутників.
Як система «зшиває» траєкторію?
Під час руху сканер отримує велику кількість точок та формує окремі ділянки простору. Програмне забезпечення порівнює їх між собою.
Якщо в різних моментах видно ті самі стіни, колони або інші характерні об’єкти, система використовує їх для уточнення положення. Так окремі виміри поєднуються в єдину модель.
На довгих одноманітних ділянках робота SLAM може бути складнішою, тому маршрут бажано планувати з проходами через зони, що містять відомі елементи.
Де використовується сканування без GPS?
Технологія користується попитом там, де звичайна супутникова навігація не працює:
- підвали та підземні паркінги;
- тунелі;
- шахти;
- метро;
- склади без вікон;
- промислові цехи;
- технічні приміщення;
- внутрішні простори будівель;
- довгі коридори та комунікаційні зони.
Наприклад, сканування тунелю вимагає безперервного отримання даних на значній протяжності. Супутникового сигналу всередині немає, тому становище системи визначається по поєднанню лазерних вимірів та інерційних даних.
Що робить лідер?
В основі системи знаходиться лідер – лазерний датчик, який вимірює відстань до навколишніх поверхонь.
Під час руху він формує безліч точок. Кожна точка містить інформацію про положення відповідної ділянки поверхні. Сукупність таких вимірів створює тривимірне уявлення простору.
Саме тому сканер у приміщенні лідер здатний фіксувати геометрію стін, підлоги, стелі та обладнання навіть за повної відсутності GPS.
При цьому якість результату залежить від умов зйомки. Дуже довгі одноманітні простори, нестача характерних об’єктів, швидкий рух або велика кількість динамічних перешкод можуть збільшувати позиціонування помилок.
Як контролюють точність?
SLAM система автоматично будує траєкторію, але для відповідальних завдань результат додатково контролюють. Для цього можуть використовуватись контрольні точки, повторні проходи або окремі геодезичні виміри.
Перевіряють:
- збіг об’єктів при повторному проході;
- замикання маршруту;
- відповідність контрольним вимірам;
- стабільність координат;
- відсутність помітних зсувів між ділянками моделі.
При необхідності мобільне сканування доповнюють статичними сканами або тахеометричними вимірами.
Навігація там, де GPS недоступний
Сканування без GPS стало можливим завдяки спільній роботі лідара, IMU та алгоритмів SLAM. Лідар розпізнає навколишню геометрію, IMU відстежує рух та орієнтацію, а програмне забезпечення поєднує ці дані у єдину траєкторію.
Тому SLAM сканування особливо цінне для тунелів, шахт, метро, підвалів та інших закритих об’єктів. Система може переміщатися разом з оператором і створювати просторову модель там, де супутникова навігація практично не застосовується.
