SLAM地下空间测图这么火，你选对了吗？

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一、背景概述

自2021年下半年，国内部分省区根据住房和城乡建设部印发《关于加强城市地下市政基础设施建设的指导意见》(建城〔2020〕111 号)文件要求，率先开展城市地下市政基础设施普查工作，地下空间测量受限于其空间环境，对测量普查工作带来了前所未有的挑战。

在科技创新技术改革的背景下,我们测绘技术发展也同样在不断进化,行业处于“问科技要创新,问技术要效率”的变革时期;地下空间测量工作的特殊性使得激光SLAM技术作为一种新型测绘技术手段备受青睐，SLAM技术凭借的是其独特的技术优势（无需GPS移动测量）可以完成高精度高效率的三维建图工作可谓恰逢其会。

于是，众多激光SLAM产品喷薄而出，似乎都想要抓住这一风口起飞，大有曾经无人机百家齐放的意思，而带给市场更多选择的同时，也让不了解情况的用户犹豫不定或误入歧途。今天我们来为您解惑地下空间该选择什么样的SLAM产品。

二、什么是SLAM技术

SLAM 是同步定位与地图构建 (Simultaneous Localization And Mapping) 的缩写。SLAM被定义为解决机器人从未知环境的未知地点出发，在运动过程中通过重复观测到的地图特征（比如，墙角，柱子等）定位自身位置和姿态，再根据自身位置增量式的构建地图，从而达到同时定位和地图构建目的。

SLAM技术的核心步骤：

大体上而言，SLAM包含了：感知、定位、建图这三个过程。

感知——机器人能够通过传感器获取周围的环境信息。

定位——通过传感器获取的当前和历史信息，推测出自身的位置和姿态。

建图——根据自身的位姿以及传感器获取的信息，描绘出自身所处环境的样貌。

SLAM技术特点：

常见的测角、测距、测高、定向、定位和绘图通常是通过多余观测或重复测量来保证精度和稳定性，劳动强度大、作业时间长。而长期以来用测角、测距、测水准为主体的常规地面定位技术，正逐步被以一次性确定三维坐标的、高速度、高效率、高精度的GPS技术所代替，同时定位范围已从陆地和近海扩展到海洋和宇宙空间，定位方法已从静态扩展到动态。

但目前地面移动测量系统均需要依赖于全球卫星导航系统(global navigation satellite system，GNSS)和惯性导航系统，只能用于室外环境。然而，由于室内和地下空间等环境中没有GPS信号，因此，传统的移动测量系统无法正常工作。固定式激光扫描可以用于室内室外的环境，但是复杂场景需要大量换站，然后进行点云拼接，数据获取的效率十分低下。

SLAM技术优势：

由于SLAM技术在测绘领域中的应用降低了测量复杂性，不需要大量标记地物点，不需要GPS信号，适用于在室内室外场景，对工作环境又有极强的适应性，具体表现为：

(1) 外业数据采集速度极快，可快速获得所需点云数据，数据精度高。

(2) 内业点云预处理时间短，自动化程度高，基本不需要人工干预，短时间便能获得配准好的点云数据。

(3) 操作简单方便，无需换站，连续采集，具有连贯性，可实现室内外一体化扫描作业。

(4) 基于SLAM技术的测绘移动测量机器人在任意环境中长时间工作故障率低，对于精度要求较高的重点区域，可与固定测站式三维激光系统配合使用，既能保证精度，又能保证效率。

三、SLAM产品现状

基于SLAM技术的三维激光扫描仪通常包括硬件、软件两个部分；

硬件部分：与当前智能手机的发展相似，各个厂商通过相似性结构和相同的零部件使得SLAM扫描仪硬件趋同性极高，采用相同的激光传感器，360°旋转结构或双头背包结构，对标相同的性能参数指标；更有甚者，在产品命名方式上都沿用了当年手机的山寨路线。相似的外观、参数和命名也是迷惑众多用户的根源。

软件部分：SLAM算法依靠传感器数据来实现准确的位姿估计。

而想要达到较高的成果精度，在建图的过程中软件算法是非常重要的，这其中涉及了点云匹配、闭环检测等过程。当使用激光雷达作为传感器时，我们得到的是一组点云，需要帧到帧配准来获得帧之间的相对转换。注册步骤是一个非常具有挑战性的问题，目前大多数的配准方法都是基于迭代最近点(ICP)配准。ICP算法迭代对两组点进行对齐，每次迭代首先找到最好的点对点对应，然后计算所有对应点对之间的刚性变换。ICP对于点云配准效果很好，但在处理场景级点云配准时并不是最好的。它只利用点向距离来找到优化的对应关系，全局信息常常被忽略，这就造成数据成果在小范围内没有问题，而数据整体的累积误差常常超限，这也是大多数不成熟产品的通病。