Oggigiorno, ce ne sono moltiScanner LiDAR SLAM portatileprodotti disponibili sul mercato. Ma cos'è SLAM? Qual è il suo scopo? E come si può scegliere un prodotto Handheld SLAM LiDAR Scanner adatto? Questo articolo vi fornirà le risposte.

Che cosa è SLAM?

SLAM sta per Simultaneous Localization and Mapping. È composto da tre elementi chiave: simultanea, localizzazione e mappatura.

Localizzazione

La localizzazione è il processo di determinazione della posizione di un dispositivo all'interno di una mappa data. Come il posizionamento GPS o della stazione totale, la localizzazione SLAM misura la distanza e l'angolo tra il dispositivo J e i punti di riferimento noti (A, B, C) per calcolare la posizione del robot.

Certamente, la spiegazione semplificata della localizzazione menzionata sopra non copre un aspetto importante, che è l'orientamento o l'assetto (Roll, Pitch, Heading) del dispositivo. L'acquisizione di questi tre valori comporta la trasformazione delle coordinate tra il sistema di coordinate del sensore e il sistema di coordinate della mappa, che può essere inteso come gli angoli di rotazione nella trasformazione a sette parametri.

Mappatura

Una volta note le posizioni e gli orientamenti (J1-J3 nel diagramma sottostante) di diverse posizioni, possiamo usare uno scanner LiDAR per scansionare gli oggetti e ottenere dati cartografici. Questo processo è in qualche modo simile al flusso di lavoro della fotogrammetria obliqua, in cui vengono determinate posizioni e orientamenti accurati delle fotografie (indicati come "intersezione spaziale"), seguiti dalla ricostruzione tridimensionale degli oggetti.

Simultaneo

Ora potresti chiederti se la mappa viene prima o dopo. Se la mappa viene prima, possiamo scansionare la scena con posizioni e orientamenti noti. Ma se abbiamo già una mappa, perché fare la scansione? Inoltre, se abbiamo una mappa, possiamo ottenere la nostra posizione e orientamento, consentendoci di scansionare la scena. Tuttavia, sorge la domanda: da dove proviene la localizzazione iniziale? Negli ambienti esterni, possiamo fare affidamento su GPS e IMU per la localizzazione. Ma in aree come i corridoi sotterranei in cui i segnali GPS non sono disponibili, abbiamo bisogno di dati di mappa. Pertanto, la domanda di cui sopra è simile al "problema dell'uovo e della gallina".

È qui che entra in gioco l'aspetto "simultaneo" di SLAM. In parole povere, possiamo eseguire la localizzazione e la costruzione della mappa simultaneamente. Ad esempio, immagina di voler esplorare un centro commerciale in un luogo sconosciuto. Per prima cosa, prendi un taxi per l'ingresso del centro commerciale e scatti una foto come punto di riferimento. Dopo aver avuto una conoscenza preliminare dell'ingresso e dei suoi dintorni, entri nel centro commerciale e segui il processo di registrazione sanitaria. Mentre esplori ogni negozio, stabilisci connessioni tra negozi adiacenti, annotando le loro distanze, le relazioni spaziali e la tua posizione attuale. Visitando tutti i negozi in sequenza, sviluppi gradualmente una comprensione olistica della disposizione del centro commerciale.

In sintesi, SLAM ci consente di eseguire la localizzazione e la costruzione della mappa simultaneamente. Ciò è particolarmente utile in scenari in cui la localizzazione iniziale è impegnativa o quando i segnali GPS non sono disponibili, consentendoci di esplorare e mappare ambienti sconosciuti.

Applicazioni dello scanner portatile SLAM LiDAR

Quando si considera un nuovo dispositivo, è importante comprenderne le applicazioni e i potenziali utilizzi. Ecco tre principali aree di applicazione per gli scanner SLAM LiDAR portatili:

Rilievo minerario

I dispositivi SLAM portatili sono adatti all'esplorazione mineraria per i seguenti motivi:

1. A causa dell'assenza di segnali GPS nelle miniere, è difficile utilizzare misurazioni RTK.

2. Scarse condizioni di illuminazione che possono influire su altri metodi di misurazione, come le stazioni totali.

3. Cunicoli minerari stretti e complessi, che rendono inefficienti le misurazioni tradizionali tramite stazione totale.

Date queste sfide, gli scanner SLAM LiDAR portatili sono particolarmente adatti per miniere e grotte geologiche, in quanto possono eseguire la mappatura simultanea durante la navigazione senza fare affidamento sui segnali GPS e non sono influenzati dalle condizioni di illuminazione. I risultati per le applicazioni minerarie che utilizzano dispositivi SLAM portatili includono planimetrie di miniere, sezioni trasversali, volumi e modelli 3D.

Misurazione della facciata

I metodi tradizionali di misurazione delle facciate basati sulla stazione totale presentano diverse limitazioni:

1. I metodi tradizionali richiedono molto tempo e manodopera e richiedono la collaborazione di più persone durante l'allestimento delle stazioni, con conseguente scarsa efficienza nella raccolta dei dati sul campo.

2. I metodi tradizionali richiedono elevate competenze tecniche da parte degli operatori.

3. Le tecniche tradizionali hanno difficoltà ad acquisire dati in modo efficace in scenari con occlusioni o ostruzioni.

4. I metodi tradizionali non possono identificare tempestivamente i problemi di qualità dei dati. Se vengono scoperti problemi durante l'elaborazione successiva dei dati, sono necessarie ulteriori misurazioni sul campo.

5. Sebbene le tecniche di fotogrammetria obliqua possano misurare le facciate attraverso fotografie aeree a bassa quota, risultano inefficaci nelle aree con zone interdette al volo o ostacoli costituiti da alberi, limitando l'acquisizione dei dati.

Gli scanner SLAM LiDAR portatili offrono vantaggi quali elevata efficienza, rapida acquisizione dei dati e informazioni complete (non limitate a finestre, porte e aperture). Possono misurare qualsiasi area scansionata, migliorando l'efficienza nella successiva elaborazione dei dati. Inoltre, i dispositivi con capacità di imaging panoramico aiutano gli operatori a identificare materiali, segnaletica, testo e altre informazioni.

Misurazione del volume

Le tecnologie tradizionali RTK (Real-Time Kinematic) e stazione totale prevedono la misurazione di singoli punti sugli oggetti per fornire una descrizione approssimativa dell'oggetto rilevato. Queste misurazioni vengono poi utilizzate con software di terze parti per calcoli di movimento terra. Tuttavia, i principali svantaggi dell'utilizzo di metodi tradizionali includono una grande spaziatura dei punti, lunghi tempi di lavoro sul campo e bassa efficienza delle tecniche RTK e stazione totale.

D'altro canto, la tecnologia SLAM (Simultaneous Localization and Mapping) non si basa su segnali o sulla necessità di impostare e spostare stazioni. Consente una densità di punti estremamente elevata (≥10.000 punti/metro quadrato). Che si tratti del volume di uno spazio interno o esterno, di un mezzo di trasporto o della facciata di un contenitore di stoccaggio di materiali, finché l'oggetto può essere scansionato, la misurazione del volume basata su nuvole di punti diventa estremamente comoda.

Altre applicazioni

Altre applicazioni includono strutture comunali sotterranee, selvicoltura, rilievi immobiliari, parcheggi, edilizia, geologia e molto altro.

Fattori da considerare quando si acquista uno scanner SLAM portatile

Qualità dei dati

Il primo aspetto da considerare è la qualità dei dati del point cloud. Come cliente, puoi giudicare la qualità dei dati in base ai seguenti fattori:

1. Stratificazione delle nuvole di punti: la stratificazione si riferisce al disallineamento o alla mancata registrazione delle nuvole di punti acquisite in momenti diversi nella stessa posizione durante un'operazione di scansione.

2. Spessore delle nuvole di punti: nuvole di punti più sottili indicano generalmente una migliore qualità dei dati, poiché nuvole di punti più sottili suggeriscono algoritmi superiori. Tuttavia, la sottigliezza non si riferisce all'assottigliamento, alla compressione o allo smoothing delle nuvole di punti.

3. Precisione relativa: la precisione relativa si riferisce alla precisione dimensionale e dovrebbe essere maggiore dell'intervallo di misurazione del laser stesso quando si verificano misurazioni della precisione relativa.

4. Precisione assoluta: attualmente, la maggior parte dei prodotti portatili sul mercato non ha dispositivi GPS, quindi si basano sulla marcatura dei punti per convertire le coordinate relative in coordinate assolute. La convalida della precisione assoluta richiede l'impiego di bersagli riflettenti (come gli adesivi riflettenti 3M) in loco o l'uso di segnaletica stradale come punti di controllo.

Design del prodotto

La progettazione del prodotto può essere valutata in base ai seguenti aspetti:

1. Stabilità: la stabilità si riferisce alla stabilità dell'acquisizione dei dati e alla capacità del dispositivo di resistere a condizioni difficili (ad esempio, nessun crash o malfunzionamento del dispositivo). Ciò presuppone il corretto funzionamento secondo le istruzioni del produttore e in conformità con le procedure stabilite.

2. Facilità d'uso: il design deve essere semplice e facile da usare, tenendo conto anche della praticità d'uso.

3. Facilità di manutenzione: il dispositivo deve essere facile da manutenere, consentendo riparazioni e assistenza agevoli.

Conclusione

Il fattore chiave nella valutazione di un dispositivo SLAM portatile risiede nella qualità dei suoi dati. Pertanto, quando si seleziona un prodotto, è fondamentale condurre test approfonditi e fare affidamento sull'esperienza pratica.