欧洲最大洞穴之一的手持测绘研究

欧洲最大洞穴之一的手持测绘研究


发布日期: 2021-08-09 更新日期: 2021-08-09 编辑:xuzhiping 浏览次数: 1792

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摘要: 人类适应研究所在欧洲最大的洞穴系统之一: 3公里长的隆布里夫洞穴中进行了一项名为“深度时间”的开创性隔离实验。在低光照、10⁰C 的环境温度和 100% 的湿度水平下,密切监测环境对身体和心理的影响。该研究得到了 GeoSLAM 的地理空间测绘专家和技术的支...

人类适应研究所在欧洲最大的洞穴系统之一: 3公里长的隆布里夫洞穴中进行了一项名为“深度时间”的开创性隔离实验。在低光照、10⁰C 的环境温度和 100% 的湿度水平下,密切监测环境对身体和心理的影响。该研究得到了 GeoSLAM 的地理空间测绘专家和技术的支持。

对于深度时间实验的 15 名参与者来说,时间最近确实 停滞不前—而不仅仅是因为冠状病毒的封锁。他们在法国西南部比利牛斯山脉东部的Ariege的Lombrives洞穴扎营,在没有钟表、阳光,与外界零接触的情况下度过了40天。该研究旨在深入了解人类对孤立的适应性的限制,测试了人类在具有挑战性的环境中耐力的局限性。

形成了一个“深度计时器”社区,参与者每个人都被分配了 特定的角色和职责,执行任务以提供每天的结构感。在项目期间,团队的每个成员每天进行 50 多项科学测试和协议,从认知和感官能力测试到遗传学。第一个任务是使用 GeoSLAM 的同步定位和地图绘制 (SLAM) 技术对位置进行深入、完整的扫描。

该项目提出了许多复杂的挑战,包括不熟练的测量员、苛刻的洞穴环境和完成扫描的时间压力,更不用说洞穴中 没有任何 GPS。用于数字测绘的传统基于三脚架的系统 会给此类工作带来许多困难。除了需要专业测量员准确设置设备外,不平坦、具有挑战性的地形还会导致许多其他并发症,导致数据收集方法费时费力。相比之下,ZEB Horizon 手持式 SLAM 扫描仪的优势意味着任何人都可以简单地 “拿起并移动”以创建任何位置的详细点云。

参与者设置 ZEB Horizon 扫描仪

具有挑战性的情况

为了清楚地了解他们的新环境,该团队对复杂的洞穴系统 进行了数字扫描,该系统由两个刚好可以爬过的狭窄通道和 高达 70m 的巨大洞穴组成。凭借每秒 300,000 个点的采集 速率、1-3cm 的精度(取决于扫描环境)以及以 100m 的 范围容量捕获复杂测量的能力,手持式 ZEB Horizon 扫描仪克服了这些问题。简单的设置和“步行和扫描” 数据收集方法为团队提供了蹲伏、爬行和扫描洞穴深处和 狭窄运河的灵活性。结合全自动处理,能够快速创建准确可靠的结果。

虽然主要是手持设备,但扫描仪也可以安装到无人驾驶飞行器 (UAV 或“无人机”)上以进行航测。使用带有扫描仪的无人机 可以为测量员在洞穴或采矿环境中提供显着优势。当面对容易 倒塌的区域,否则人类测量员进入是不安全的,无人机提供了 一种快速安全的检查方法。因此,这种方法通常用于使矿工 能够在计划引爆后检查地雷,以确保结构安全。

虽然这些应用为保护参与者的安全提供了巨大的好处,但在洞穴和矿井中使用无人机依赖于空间和能见度来安全操作配备 SLAM 的无人机。在 Deep Time 实验中,扫描仪可以安装在支架 或可伸缩杆上,以进入洞穴中难以到达且具有潜在危险的区域,无论是在洞穴的黑暗深处还是在高洞中。这些额外的设备不仅 使团队能够进入洞穴的所有部分,而且在几乎漆黑的环境中 进行调查时,还确保了他们的健康和安全。

GeoSLAM Hub 收集和处理的数据集的图像,从洞穴外部看向“深度计时器”工作站的 3D 图像

与外界隔绝

许多传统的数字地图设备程序严重依赖 GPS 来提供原点以 准确计算距离和比例。然而,Lombrives 的部分洞穴深达地 平面以下 90m,这种数据收集方法是不可能的。

由于不需要卫星定位的帮助,SLAM 技术使扫描能够在复杂和 封闭的空间中进行,包括地下深处。使用统计和数学算法,SLAM 设备同时在扫描和地图中定位自身,使用激光雷达源结合惯性测量单元 (IMU) 提供的基本位置数据,创建该位置的虚拟 3D 图像。这种方法允许设备跟踪自己的位置,同时编译周围环境的准确和完整的 3D 点云。

ZEB Horizon 扫描仪的自给自足内部坐标系在整个 洞穴中使用了已知的控制点。它可以使用 GeoSLAM 的 调整控制功能手动进行地理配准,也可以使用 Connect 软件自动进行地理配准。

手持扫描仪使 Deep Time 参与者能够轻松扫描小到足以爬行的小空间

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