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基于重定位SLAM的城市综合管廊三维移动扫描技术
时间: 2018-4-24 来源: 北京华泰天宇科技有限公司 作者:
产品简介
  管廊运营单位、入廊管线单位、政府行业管理部门、规划部门及城市地下空间数据中心等管廊用户对设施设备信息、监测信息、环境信息、定位信息、资产信息等有不同的需求,而信息化的基础是管廊本体三维空间数据。

  但是在城市综合管廊内采集三维空间数据的难度很大。

  (1)城市地下管廊无GPS等通信信号

  城市综合管廊内无GPS信号,在进行管廊三维数据获取过程中,难以依赖GPS等其他通讯手段。

  (2)管廊内部环境和结构复杂

  管廊内部的环境与结构复杂,尤其是铺设了管线设施的管廊,内部结构错综复杂。而大部分室外测量技术手段在管廊内部的工作效率大幅降低,甚至无法完成作业。

  基于重定位SLAM的三维激光移动扫描技术无需GPS信号辅助,即可实现对复杂综合管廊空间的快速三维点云采集,输出高精度连续彩色点云,解决综合管廊空间数据采集难点问题。

  在SLAM实时构建算法上,结合测量平差技术,惯性导航系统(INS)和摄影测量技术,以及多传感器技术融合,构建独有的无依托重定位(Re-localization SLAM)算法,可以解决大面积、大场景、复杂环境的高精度连续点云数据采集;一次可以采集数公里管廊三维数据,在保持高效的同时,保证其厘米级精度。




技术亮点
  1、创新点

  (1)POS数据输出;(2)所获取的惯性导航数据能通过重定SLAM算法反算高精度POS数据,以提高成果精度;(3)连续自动特征点匹配;(4)扫描轨迹可追溯。
  
2、自主知识产权

  华泰天宇自法国引进法国VIAMETRIS公司的SLAM技术到国内进行三维移动扫描。获得法国VIAMETRIS公司OEM许可,授权华泰天宇公司在中国进行设备组装、生产、研发、应用研究。多项关于重定位SLAM算法、管廊室内三维数据采集技术方法正在申请发明专利的过程中。
  
3、技术水平

  常用的SLAM算法包括对于民用领域和小场景三维数据采集,SLAM有很多相对成熟的算法。但在测绘和地理信息领域,与以上应用极大的不同,目前市面上的开源算法都不能解决问题,如何解决SLAM重定位精度,是全球都在研究的新课题。华泰天宇自主研发基于机器人同步定位与制图(SLAM)算法,研发了具有自主知识产权的重定位SLAM算法,不同于市面所有的SLAM产品,可以解决大面积大场景的高精度连续特征匹配,一次可以采集数万平米室内数据,在保持高效的同时,保证其测绘级精度。
  
4、商品化程度

  华泰天宇在引进国外先进算法的同时,根据国内的实际应用状况,对三维移动扫描设备进行升级改造,定制研发出符合国内实际应用需求的三维移动扫描产品。
  根据不同的应用场景,分别定制研发了不同运载平台的扫描设备。根据房屋测量、平面图测量的需求,定制研发了手持式二维扫描仪,设备轻巧,操作简便,技术人员单手持握即可完成快速的二维图扫描。

  针对常规建筑物、商场超市、地下管廊、地下空间等地势平坦的环境,我们定制研发了室内推车式三维移动扫描设备,可快速获取高精度室内三维点云。

  而针对地面起伏较大,地面不平整的区域,则定制研发了背包式三维移动扫描设备,移动速度更快,扫描效率更高。

  对于更大的扫描场景,或者交通道路、桥梁隧道等环境,则定制研发了车载移动扫描设备,数据采集效率进一步提高,采集范围进一步扩大。
  而所有的技术设备均为华泰天宇在国内进行模型设计、主板定制开发、零部件组装调试。
  
5、质量稳定性可靠性

  重定位SLAM(Re-localization SLAM)除具备常规SLAM算法的特性外,我们定制研发了一些新的关键技术,确保该技术的稳定性与可靠性。
   (1)实现连续的特征点匹配

  重定位SLAM是通过特征点匹配来实现定位,并形成增量地图。

  (2)高精度POS反算  算法能将低精度的POS数据反算成高精度POS,大大提升定位精度。

  (3)测量平差

  巧妙的将摄影测量技术引用到三维点云处理中,结合重定位SLAM算法,多帧数据匹配以及闭环检测,来实现三维激光点云的测量误差消除。该项技术目前是国际国内所有SLAM算法中最为先进的,也是解决在连续扫描三维激光点云的过程中,保持点云精度稳定的关键技术。
  
6、市场占有量

  针对狭长地下空间或者环形室内空间进行三维空间测量,综合考虑工作效率及成本,采用基于重定位SLAM算法的三维移动扫描是唯一可行的解决方案。

  在类似空间内的测量市场占有量较高。目前,华泰天宇已经完成超过500万平方米的地下空间、综合管廊、地铁等地下及室内空间三维扫描,成果质量良好,精度稳定。
  
7、优质服务提供量

  为了能够为客户提供优质的服务,华泰天宇不仅拥有一支热情、耐心、专业的培训队伍,而且建立了完善的培训讲师培养流程和完整的客户培训流程。



应用方向及应用成果
  基于重定位SLAM的三维移动激光扫描技术可应用多种环境,可对各种类型的建筑物、室内空间、管廊、广场、矿山、隧道、商场、公共设施、工业厂房等环境进行高精度的移动三维激光扫描。基于重定位SLAM的三维移动激光扫描技术适合应用于多种作业环境,尤其适合于在无卫星信号的室内、地下空间及城市高楼密集区域。

  在进行数据采集前,首先确定数据采集的范围。为了提高数据采集的效率,需要对采集环境进行踏勘,提前规划好扫描路径和注意事项。

  在对扫描环境进行了踏勘和路径规划后开始进行三维扫描,在扫描的过程中,对遇到的特殊环境和结构需要进行重点扫描,并且在设备自带的PAD终端观察扫描数据的效果,再确定质量完好的情况下,继续进行扫描。

  完成点云扫描后,即刻进行点云数据的导出和解算,生成三维点云数据。并进行整体数据质量检查,以确定扫描数据完整、正确。解算出的点云数据按照实际应用需求,分别转换成不同的数据格式,方便后续的三维建模及其他应用。

  城市综合管廊/地下隧道、地铁/人防工程/古建筑、常规建筑/变电站/高铁站/工业园区/商场超市/道路部件采集/室内定位导航/无依托定位导航/……

  尤其在城市综合管廊信息化建设过程中,应用价值更加凸显。

 

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