Applicazione dello scanner Cygnus SLAM nei rilievi topografici urbani

Utilizza gli scanner laser Cygnus SLAM, ottenendo informazioni più complete e dettagliate sulla città in 3D.

Background del progetto

Per la mappatura topografica urbana, in alcune aree in cui non è possibile applicare facilmente il permesso di volo, il rilievo mobile a terra è una soluzione ideale per la sua flessibilità e le minori restrizioni. Inoltre, l'utilizzo di tecnologie di telerilevamento aereo, come la fotogrammetria e il LiDAR aviotrasportato, per la mappatura topografica urbana non è in grado di ottenere informazioni 3D complete della città, poiché si verifica un buco di dati a causa dell'occlusione degli oggetti a terra.

Nel caso seguente, utilizziamo l'applicazione multipiattaforma di SLAM per raccogliere informazioni 3D di viadotti urbani e spazi sotto ponti, strade e gallerie, come complemento ai dati ALS (Airborne Laser Scanning). Oltre alla modalità portatile, i laser scanner SLAM possono essere trasportati a zaino, montati su veicoli e trasportati in aria.

Panoramica del caso

Disponiamo dei dati ALS originali della superstrada e delle aree circostanti, ma mancano informazioni complete su strade, ponti e gallerie. Per esprimere meglio i dati completi di quest'area, utilizziamo la scansione laser mobile basata su SLAM per acquisire dati più dettagliati e completi della nuvola di punti. I dati originali ALS sono mostrati nella Figura 1.

Figura 1 I dati della nuvola di punti ALS di origine

In primo luogo, è stata rilevata l'area del ponte e sono stati eseguiti molti preparativi, come l'esperimento di pre-acquisizione dei dati della nuvola di punti. In base all'ambiente del campo e alla convalida del metodo tecnico, per l'acquisizione dei dati della nuvola di punti sono stati selezionati due metodi di scansione, uno montato su veicolo e l'altro a zaino, per ottenere dati della nuvola di punti di alta precisione in modo più efficiente e flessibile. Per il cavalcavia e lo spazio sotto il ponte, è stato utilizzato il metodo di scansione laser a zaino. Per la raccolta di informazioni su strade e gallerie, abbiamo montato lo scanner SLAM sul veicolo per la scansione.

Sistema di scansione laser mobile a zaino

Nella scena esterna, gli utenti possono utilizzare il sistema di scansione laser mobile a zaino con RTK coinvolto. Il sistema di scansione laser mobile a zaino è leggero e solido e può ottenere i dati della nuvola di punti in un'area limitata alle persone. Convertendo l'osservazione RTK e la traiettoria SLAM, gli utenti possono ottenere la nuvola di punti con coordinate assolute. Le osservazioni RTK possono essere utilizzate come valori di verità a terra per verificare l'accuratezza assoluta di SLAM. Le osservazioni RTK possono essere aggiunte come valore di osservazione globale (simile a un vincolo ad anello chiuso) per correggere l'errore cumulativo dello SLAM. L'immagine seguente mostra il sistema di scansione mobile a zaino Cygnus con RTK.

Figura 2 Sistema di scansione laser mobile a zaino

Utilizziamo il sistema laser mobile a zaino Cygnus con RTK per acquisire l'area del ponte. La Figura 3 mostra una panoramica dei dati della nuvola di punti della scansione a zaino, mentre la Figura 4 mostra il dettaglio dello spazio sotto il ponte.

Sistema di scansione SLAM a bordo

Gli scanner SLAM possono essere estesi anche alle applicazioni veicolari. Per quanto riguarda le scene di corridoio, come strade e gallerie, montando lo scanner SLAM sull'auto e raccogliendo dinamicamente i dati durante il viaggio a senso unico o a doppio senso lungo la strada, si riduce notevolmente il tempo di scansione invece di camminare. Per il misuratore, inoltre, è relativamente facile da usare dal punto di vista fisico. La Figura 5-a mostra il kit per auto e la Figura 5-b mostra la panoramica dell'applicazione per auto dello scanner SLAM.

Sull'auto vengono montati gli scanner Cygnus SLAM e anche l'RTK. Per ottenere risultati di migliore qualità, abbiamo impostato diversi punti di controllo nel caso in cui il segnale GNSS sia sbloccato. Inoltre, l'operazione di scansione round-trip per rendere la traiettoria close-loop garantisce dati più affidabili. I dati della nuvola di punti della scansione a bordo sono mostrati nella Figura 6-a, mentre la nuvola di punti dell'ingresso del tunnel è riportata nella Figura 6-b.

Dati della nuvola di punti multi-sorgente

Entrambi i tipi di dati vengono risolti automaticamente con una sola chiave attraverso il controllo dell'APP SLAM Manager di Cygnus. Senza troppi interventi manuali, è possibile risparmiare notevolmente manodopera e tempo nella produzione reale. La fusione dei dati della nuvola di punti consiste nell'unificare i dati del veicolo, dello zaino e dell'aereo originale in un sistema di coordinate coerente e nell'esportare il formato della nuvola di punti *.las. I dati della nuvola di punti fusi garantiscono l'integrità del ponte e dell'ambiente circostante ed evitano al massimo il "buco" dei dati. L'insieme dei dati è mostrato nella Figura 7.

Conclusione

Sfruttiamo la versatilità del laser scanner SLAM, come quello a zaino e quello montato su veicolo, per eseguire una migliore raccolta dei dati e combinare la soluzione SLAM con altre tecnologie di telerilevamento aereo per ottenere informazioni urbane tridimensionali più complete e dettagliate.