郑勇:室内移动测量解决方案:SLAM

3sNews2015-06-12 16:23:16

摘要: 在智慧城市峰会中,北京华泰天宇科技有限公司总裁郑勇带来了主题为“室内移动测量解决方案:SLAM”的精彩演讲。

  6月10-11日,北京国家会议中心,以“构筑地理信息新生态”为主题的2015年全球地理信息开发者大会 (WGDC2015)在此拉开帷幕。

  6月11日,WGDC2015-智慧城市峰会在北京国家会议中心4层报告厅举办。WGDC自2012年起开始举办,四年时间里,伴随着中国地理信息产业的快速发展,WGDC已经成为位置与空间领域最具影响力的技术创新盛会。

  其中智慧城市峰会一直都是WGDC分论坛中的主力,今年的智慧城市峰会更加精彩:来自政府部门、地理信息行业、规划领域、互联网、英国的嘉宾为我们分享了自己的观点、案例和产品。现场气氛热烈、精彩观点迸发、掌声不断。

  在智慧城市峰会中,北京华泰天宇科技有限公司总裁郑勇带来了主题为“室内移动测量解决方案:SLAM”的精彩演讲。

郑勇:室内移动测量解决方案:SLAM

  以下为演讲实录(未经本人核实):

  郑勇:谢谢大家,各位下午好,感谢3sNews,非常高兴有这个机会跟大家交流。这两天我们看了很多很多很令人激动的一些东西,一些产品,一些技术,比如另外一个论坛是倾斜摄影和无人机的论坛,倾斜摄影和智慧城市怎么发生关系呢?昨天我刚刚把奥运村的倾斜三维打开看了,我们看到鸟巢、水立方,之后到我们的会议中心。当他的鼠标点到会议中心门口的时候,有人问你能不能进去?还有很多做街景的给大家街景看看的很好,街景到某个商场的门口,有人问你们能不能进去。还有很多移动互联公司做智慧商场,包括做智慧建筑,需要精准的获得二维或者三维地图的依据,如何获取,很多移动互联,他们做智慧商场,地下停车场,如何获取?所以,今天我跟各位探讨的是我们室内测量技术,如何用很高的效率尽快的得到室内的二三维,这是我们今天探讨的主题。

  我会讲的比较快,所以大家如果感兴趣,可以关注我们的微信公众号。我们室内移动技术,其实主要是两部分,一个是Mobile,一个是Indoor。移动测量不用多讲了,移动测量就是迅速获取海量数据的手段,我们老讲大数据,其实大数据真正的基础是什么?是一个能够迅速的获取海量数据的一个数据采集的技术手段。我们首先有了这种手段,能够采集数据,后面才是数据应用的问题。所以,这个数据获取手段非常重要。我们今天讲的就是这部分内容。

  移动测量能不能进入室内?我们看了很多测量设备,包括倾斜摄影,其实也是一种移动测量,只是在天上的。室内你们可能见的很少。这个可能是用的很多,一款非常好的室内扫描的设备,激光三维扫描仪,它是相位的,所以扫描室内非常合适。比如我用它扫整个国际会议中心,它的整个工作可能持续几个月。我们的方案是什么?这是我们很早,2011年的时候最早的雏形,但那时候我们就叫移动,所以我们可以在室内进行移动扫描。移动扫描和静态的区别在哪儿?首先是效率,如果我只扫描一层,大概要几个小时,我们如果走一圈,大概一二十分钟,这就是效率的问题,是几十倍的对比。

  在数据处理上面,当你拿到一个室内的静态站的点云,可能有几百上千个点云要拼起来,这个工作量非常巨大,现在有很多自动拼接的方式,但是跟操作人的技巧有很大关系。我们是没有拼接的,一次性扫描出来的是完整的激光点云,所以我们在点云拼接上面效率会高几十倍。大量的点云拼接之后,会造成漂移的误差,因为我们是一次性直接成图的完整的点云,所以我们没有这个问题。还有我们会遇到静态采集,它会遇到一些死角的问题,就是你扫描的东西是不可视的。我们有可能比如屏幕后面是我关注的东西,我摆在这儿没有扫掉,如果意识到了,可以在这儿再加一站,扫了再拼起来,有的可能太多,就会漏了,我们不会发生这个问题。

  这个不是我们做的效果图,这是我们在实际扫描的时候实时的一个画面的图。中间这个三角的位置就是我们扫描的移动设备,我在办公楼里移动的时候,所有可扫描的东西都是可视的,走到哪儿能看到哪儿。这里面比如有一些遮挡,有一些点是挡住了,挡住这些点可能不关键,不是那么重要。如果重要的静态的需要支一单过去,如果那边需要扫,可能走一圈,可能多增加几十秒的时间,效率非常高。所以,有了这套东西,所有你要扫描的建筑在你的掌控之内,不会担心丢一些死角。

  这是移动,就是带来效率上的提高,Indoor的部分。室内移动为什么大家都不能做?它的瓶颈就在这儿,因为我在室内没有GPS,没有位置,我怎么做?看看这个方案。这个是我很尊敬的一家业内很有名的公司,我在这个公司前后待过将近十年,这是一款非常好的设备,首先是集成了一个整机,它本身IMU造价非常高,这种太昂贵的设备,可能在我们国内很难普及。它自己有一套不错的算法,它的算法里面要求你在同一个已知点上做初始化,做一次初始化是45分钟,就是45分钟不能工作,要停在那儿,这个对我们来说挺难接受,因为对我来说,45分钟可以完成一栋楼了,没有办法能够忍受它停在那里。

  这是我们的做法,今天来的很多,我们有很多专家,包括有人到我们的展台上说我五年前就搞过这个算法,我们只是把它真正做成一个商业化的产品。我们用的是SLAM,这是一个机器人上用的技术,这边有一个激光头。什么是SLAM?同步定位与制图算法。什么叫同步定位与制图,它把移动测量分成两个部分,我们在做移动测量的时候,测量的扫描仪或者相机是做Mapping,Location的设备,所以我们必须加起来才能做结果。

  同步是什么意思?我们用激光雷达获取数据,同时用Mapping做Location。我们里面没有GPS,也没有IMU,它完全靠本身对环境的确定来定自己的位置。这是搞SLAM的专家对SLAM的解释,SLAM就是一个测图的过程,就是对你不熟悉的建筑,对熟悉的环境测图。怎么理解呢?如果我现在站在这里边,我想扫描这个大厅,当我一个没有定位的设备,我站在这里的时候,其实我不知道我在什么位置。

  为什么机器人它一定能找到路径,从这个门出去,不会走下去,因为机器人完全是对环境的判断,它会判断,走到这个位置会摔下去,这边有人,我不能过去,然后怎么判断?这种判断就是一个测图的过程。所以,我的设备开机之后,第一分钟把它打开,迅速的呈现一个二维的平面图根据环境,激光雷达扫了一个平面图之后,我自然知道我处于平面图的什么位置。当我再走一步的时候,继续扫描,继续确定我的位置,同时把前面的位置记录下来,这个就是SLAM。就是我在移动中根据环境定我的位置,反而把路径记录下来。

  所以,SLAM是一个非常好的室内的设备,其实不止室内,我们在城市里,在建筑群,或者在很多林子遮挡很厉害的衡量下,GPS用的越好的空间,SLAM越是没用的,GPS越困难,完全不能用的环境里,对SLAM来说,它是一个特别好的环境,我通过这个就可以定位。

  那么,SLAM的一个数据处理的过程,是什么过程呢?它的第一步是我们先解算一个二维图,刚才那个屏幕是一个实时的二维图,这都是我们测的二维图,然后它里面大量的工作做一个Auto-constraint,当你比如想人的步数5公里,设备的扫描距离30米,我从这个地方往前走的时候,这个墙会扫很多遍,会有大量冗余的数据。所以,前两天我们在群里讨论,有人置疑你的精度怎么能达到,精度是这样的,通过你大量的数据,你一定会想办法进行校准,提高精度,这个就是大量数据,当然在这个图会非常难。

  找到大量它是自动的,所以软件处理都是自动的,在constraint会形成精准的二维图,有了精准的二维图后,我们在这上面处理三维的点云,所以为什么点云没有拼接是一个整体,因为我们精准的框架,所以我们三维的位置是非常准的,是没有漂移的,这是加了影像的效果,这个只是我放大了一个局部给大家看,我们精准二维图看起来很好,包括那个图,输入到CAD可以直接用,但是它不是线画图,还是一个二维的点云,所有的放大了之后全是点的数据。

  SLAM的现状是怎么样呢?全球有很多SLAM论坛,可能都是搞机器人,但是写论文的很多,真正出成果的全球应该不超过两家。我曾经工作的一个瑞士的公司,他们刚刚发布了一款SLAM的背包,那个细节大家可以去关注一下,他们SLAM真正要用的时候可能要到明年的2月份。这是我们的设备,我们的设备怎么配置?它有三个激光头,一个可以向上扫270度,向下扫270度,中间这个激光头,它就是我们所有的SLAM算法从它来的,它不参与三维的点云,它只是在做一个二维的平面,完全是做SLAM定位用的,所有的定位是从中间这个激光头来的。

  所以,我们后面有几款同类的设备,它一定在中间某个位置,有一个水平的激光头。再看这个图的时候,可能之前是扫描到这里,其实刚刚相反,甭管扫还是不扫,墙就在这里,只不过因为你扫了它,才知道自己的位置,所以刚好是反过来的关系。刚刚讲的是一个激光的SLAM,这个是影像的SLAM,有了SLAM影像的技术,可以允许你用很便宜的GPS和IMU低成本达到很高的精度。

  讲一下SLAM的产品系列,iMMS就是我们三维的设备,它的用处除了一些建筑,还有一些地方可以用,比如一些军管的地区,对位置很敏感的区域,禁止使用GPS,这种情况下,我们可以用这种设备,这样我们只提供一个三维的信息是不带任何位置的。这个是可以的。它是整合了360度影像,影像的采样监测可以自己设,影像可以帮你提供色彩,可以提供彩色电云,还有能够提供影像,帮你做3D的建模。这是我们商场的一个扫描,是一个闭合的结构,所以这个精度是非常好的。主要的一些参数,它的精度是1厘米,激光雷达范围30米。

  这是另外一款设备,也是用SLAM算法,这个是所有的移动互联公司,或者测试二维图的最爱,这个设备和iMMS用的是完全一样的技术,所以它上面有一个激光图,只不过它用一个激光雷达进行SLAM算法,算它的二维图,同时我们后处理提供精准的二维图,所以属于拿着走一圈,在室内就能提供非常精准的二维地图的设备,这个设备也是第一代,其实我们已经停了,我们展台上有新一代产品,有些人可能看到了。

  这个基于iMMS是一样的技术,用SLAM,但是它有一个区别,嵌入了一个AHRS的一个姿态校正,我是IMU提供它姿态的控制,因为这个设备如果拿在人的手里,走路的时候会有颠簸,我是用它修整姿态的,肯定不是用IMU进行定位的。常规的室内测图二维的方法,多数用手持的测距仪,它可以达到扫描,但是它的测量方式实际上精度很低,而且它要拼起来,所以它里边会有很多你拼接的误差。

  我们是整体的一次性成图,所以这个效率,高100倍,它不是一个准确值,但是越复杂的环境我们的效率越高,可能高到几百倍。一个移动互联的商场,两万平米的商场,你多久帮我测完,我说我不好估,因为我不知道你多复杂,我可以半天给你把最终结果测完,半天给你成图。这个是在商场、超市、办公楼等用处非常大,这个背包是一个示意性的,很多移动互联的公司,这个背包是他们的最爱,他们希望不出现专业的设备,能够帮他们轻轻松松出图,我只需要背着包走一圈,就能够把商场的二维图精准的测出来。

  这是另外一款产品,这是一个纯影像的产品,但是你注意,我们跟别人不一样,我们别人做博物馆,我们看到很多场景,比如会议中心,把房间打开是一个360度的全景都可以看,它会设一个箭头,一点切到另外一个厅,到无人机论坛,但是它是独立的拍摄的,我们加了一个激光雷达,它用的和前两款产品是一样的技术,加了一个云拍,当我停下来,按一下,拍八张,它是相机两三千万的效果是不能比的。

  它最大的优势是我所有的照片都不是独立的,我有一个姿态和位置信息在里边。这个产品我们刚开始没有做商业化,是给英国的一个奢侈品店设计的,奢侈品点虚拟店各实体店是一样的,它的广告是女孩逛商场,电话铃响退出来的时候,发现她不是逛商场,是对着电脑。只有单独点出这双鞋,才弹出这双鞋的三维模型。它有什么用?这个应该是上海FI的作品,它用影像三维,用照片合成的三维,肯定是非常不错的。但是,它的数据处理量巨大,要处理很久,连续影像就是我不需要把影像建三维,又可以实现这样的效果。

  这个是人民大会堂金色大厅的例子,当时用扫描建模做的,后来我们探讨,这种金色大厅只是展示,不需要量侧,只需要视觉效果,是胡总他们做的,当时好像做了很久。但是,如果用影像,可以做的非常快,几天的时间可以做完。

  IMU老有人问,你们是不是集成了IMU,我们在新一代产品里面是集成了IMU。但是,我们不是把它作为一个独立的导航定位系统,我觉得IMU它根据时间的漂移是没有办法在没有位置的情况下把它修正,我觉得是很难的。IMU它提供瞬间的姿态,提供Pitch&Roll。它解决什么呢?一个是解决产品高程的变化。还有颠簸,大家可能看到一些故宫的照片,我们加了IMU能够对它的姿态进行纠正,很颠的情况下达到很平滑的数据。

  同时,IMU后面我们可以做SLAM 3D。这是一个产品我认为是最完美的作品,它用SLAM 3D的作品,用了一个背包,一个很知名的公司发布了很类似的产品,但是如果你们有兴趣,可以要求他们给你做一下测试,我估计很难。这个照片是我们在休斯大学做测试的效果,休斯大学也在做研究,我们整个测试做的非常好,我们只是没有把它产品化,我们把产品做好之后,很快就可以出来。

  看一下这个地下停车场的案例,很多人在找地下停车场的方案说非常难,不知道怎么做。其实非常容易。这边是点云+影像的项目,它需要画车位,把车位号标出来,我们通过匹配影像,很容易标特征点,输入到CAD,直接可以成图,我们做车位非常的容易,这是三维的。还有二维的地下车库解决方案,比较复杂一点,但是整个从设备成本来说,二维的比三维的成本低很多。

  这是对建筑的一个扫描,我们刚刚在南京扫了一个大的工厂,这种车间里面,很多的生产线,很多的设备,这种是静态扫描的一个恶梦。它特别难,而这种环境是最适合我们的,我们只需要在里面走,你如果复杂,我们就多走一点,如果简单就少走一点,基本走一圈可以完成任务。

  这是故宫的数据,上面这张图,这个边界就是因为地面的起伏抖动所引起的。这是地铁,还有人防工程,这是很狭长的,再长的扫描仪也扫不了太远,所以可能拼接需要很多站,我们只需要沿着走一遍过去,整个隧道的模型就出来了。今天就讲到这里,非常感谢大家的时间,如果大家有兴趣可以关注我们的公众号,或者跟我们联系。谢谢大家!

[责任编辑:葛宇]
声明:泰伯网登载此文出于传递更多信息之目的,并不意味着赞同其观点或证实其描述,文章内容仅供参考。

第一时间获取位置服务与空间信息领域新鲜资讯、深度商业资本观察,请在微信公众账号中搜索「3sNews」or「www.3snews.net」,或用手机扫描左方二维码,即可获得3sNews每日精华内容推送和最优搜索体验,并参与编辑活动。

猜你喜欢

泰伯网官方微信

泰伯智库官方微信

泰伯网官方微信

京ICP备05007579号 | 经营许可证编号:京ICP证110169号 | 京公网安备11010802009008 | Copyright © 2005-2015 3sNews.net