SLAM 革命

對于任何有興趣將周圍世界數(shù)字化的人來說，SLAM 已經(jīng)改變了游戲規(guī)則。但這項技術到底是什么、它是如何工作的以及什么是適合您的 SLAM？

直到 20 世紀 80 年代末，商業(yè)上可行的 GPS 系統(tǒng)推出后，激光雷達數(shù)據(jù)才成為提供準確地理空間測量的有用工具。從那時起，研究和開發(fā)迅速推進和改進了激光雷達技術。

什么是SLAM？

SLAM 代表同步定位和建圖（有時稱為同步定位和建圖）。這是繪制區(qū)域圖并同時跟蹤設備在該區(qū)域內(nèi)的位置的過程。這使得移動測繪成為可能，從而可以在更短的時間內(nèi)實現(xiàn)大面積的數(shù)字化。SLAM 系統(tǒng)簡化了數(shù)據(jù)收集，為掃描室外或室內(nèi)環(huán)境提供了途徑。

繪制未知環(huán)境的復雜算法

使用 SLAM 軟件，設備可以使用 SLAM 算法同時進行本地化（在地圖中定位自身）和地圖繪制（創(chuàng)建位置的虛擬地圖）。

使用慣性測量單元 (IMU) 的基本位置數(shù)據(jù)

使用這些傳感器數(shù)據(jù)，設備可以計算出其所在位置的“最 佳估計”。每隔幾秒就會收集一次新的位置信息，特征對齊，并且估計會改進。

SLAM 有許多不同類型的算法和方法

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l圖SLAM

lEFK SLAM

l快速SLAM

l拓撲SLAM

l視覺SLAM

l2D 激光雷達 SLAM

l3D 激光雷達 SLAM

l球體猛擊

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移動測繪設備使用視覺和激光雷達 SLAM 來生成點云。

什么是視覺 SLAM？

視覺 SLAM 僅使用攝像機的視覺輸入來計算設備相對于周圍環(huán)境的位置和方向，同時繪制環(huán)境圖。

基于特征的視覺 SLAM 通常通過連續(xù)的相機幀跟蹤興趣點，以對相機的 3D 位置進行三角測量。此信息構建 3D 地圖。

什么是激光雷達 SLAM？

基于激光雷達的 SLAM 系統(tǒng)使用激光傳感器生成其環(huán)境的 3D 地圖。激光雷達（光探測和測距）通過發(fā)送光脈沖、將光脈沖從物體反射回傳感器并記錄飛行時間 (ToF) 來測量到物體的距離。

激光雷達快速、準確，非常適合各種環(huán)境和條件。通過這種方法生成的激光傳感器點云非常準確，非常適合多個行業(yè)。

地圖繪制發(fā)生了怎樣的變化

對于任何參與地理空間數(shù)據(jù)獲取的人來說，SLAM 因其多功能性而成為一個重要的游戲規(guī)則改變者。它補充了其他形式的 3D 激光雷達數(shù)據(jù)捕獲，例如地面激光掃描，填補了難以到達區(qū)域的空白。

隨處繪制地圖 - 只需在環(huán)境中行走，邊走邊構建數(shù)字地圖

什么是適合您的 SLAM？

以下是需要考慮的五個方面：

l速度和準確性

l質(zhì)量失真

l靈活性和部署

l實時數(shù)據(jù)采集

l多種環(huán)境下的使用

SLAM的不斷完善

在眾所周知的困難掃描環(huán)境（例如重復的走廊、光滑的隧道和有人移動的空間）中測試 SLAM 技術，有助于完善、磨練和突破其極限。其結果是不斷改進的 SLAM 算法，該算法非常強大，現(xiàn)在在室外開放環(huán)境中與室內(nèi)一樣有效。

使用SLAM有什么好處？

基于 SLAM 的系統(tǒng)本質(zhì)上是移動的——在移動中使用時它們才能發(fā)揮最 佳性能。借助 SLAM 移動地圖系統(tǒng)，您可以輕松地在環(huán)境中行走并構建數(shù)字地圖，從而節(jié)省時間并提供經(jīng)濟高效的解決方案?；?SLAM 的移動地圖系統(tǒng)獲取數(shù)據(jù)的速度提高了 10 倍。

GPS 拒絕區(qū)域中的 SLAM

GPS 需要至少三顆衛(wèi)星的視線才能發(fā)揮作用，因此無法在地下或室內(nèi)工作。此外，茂密森林等環(huán)境很難繪制地圖，因為樹冠阻擋了天空的視線，城市峽谷或高層建筑也阻擋了建成區(qū)的信號。SLAM 技術通過完全消除 GPS 來克服這些障礙。

LiDAR、SLAM 和 IMU

LiDAR SLAM 依靠光波來構建周圍區(qū)域的圖像。LiDAR 用于構建地圖并創(chuàng)建所收集數(shù)據(jù)的 3D 點云。SLAM 算法有助于計算最 佳位置估計，并通過慣性測量單元 (IMU) 進一步增強。IMU 包括加速計、陀螺儀，有時還包括磁力計。

這些工具相結合，可以測量物體在 3D 空間中如何移動、旋轉或改變位置。該技術通常嵌入到各種產(chǎn)品中，包括無人機、智能手機，甚至“智能”運動器材，以幫助實時跟蹤物體的位置行蹤。該技術在 GPS 三角測量困難或不可能的情況下最為理想，例如在采礦或林業(yè)中，茂密的樹冠阻擋了全球定位數(shù)據(jù)。

它還可用于無人駕駛汽車、無人機、增強現(xiàn)實和虛擬現(xiàn)實應用、建筑物或封閉空間內(nèi)的室內(nèi)導航、建筑、工程和施工以及長期城市規(guī)劃，其中“像森林一樣，” “混凝土叢林”可能會阻擋或部分干擾 GPS 信號。

除了基于 LiDAR 的 SLAM（包括 2D 和 3D 映射）之外，還有視覺 SLAM 或 vSLAM。顧名思義，視覺 SLAM 僅使用相機來計算設備相對于周圍環(huán)境的位置和方向，同時繪制環(huán)境圖。同時，基于特征的視覺 SLAM 通過連續(xù)的相機幀跟蹤興趣點，以三角測量相機的 3D 位置。然后，該信息用于構建 3D 地圖。

移動掃描與 SLAM 的價值

通過基于 SLAM 的移動掃描，可以更快地掃描更多位置，現(xiàn)場人員更少，數(shù)據(jù)缺口的風險更小，從而減少或消除重復現(xiàn)場訪問。增強的吞吐量和項目間的敏捷性（得益于速度、準確性、易用性和便攜性）可能意味著在現(xiàn)有和尚未開發(fā)的市場中帶來重要的新商機。

SLAM 技術將繼續(xù)進步，速度和準確性將提高，其應用領域?qū)⒗^續(xù)拓寬。

所有這些都表明，在繪制和測量室內(nèi)外物理世界方面，SLAM 技術正在迅速成為“灌籃高手”。