由于传统激光扫描技术的局限性,矿山迫切需要可移动的三维激光扫描仪,提升设备的机动性,从而提高工作效率。针对露天矿山,设备便于安装在车辆与飞行器等各种载具上,并利用GPS,北斗卫星导航技术、GNSS惯导技术等进行实时定位,动态获取测量设备定位信息以达到移动测量的效果。此类技术在“数字地球”,“智慧城市”等露天建设项目中已得到广泛应用。
SLAM技术最初由R.C. Smith和P. Cheeseman在1986年针对空间不确定性的估测研究而提出,主要解决从未知环境的未知地点出发,在运动过程中通过重复观测空间特征(比如,墙角,柱子等)以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的目的。
如下图所示,SLAM移动扫描技术主要处理步骤有四步,分别为:
1.探头对三维空间进行扫描并获取点云数据;
2.探头移动后,复测之前的三维空间,并获取位移后的点云数据;
3.系统反算探头运动轨迹,并根据轨迹信息还原移动的三维空间;
4.通过空间信息反算匹配,获取真实三维空间的三维点云数据。
(以上数据处理,均有由计算机自动完成,无需人为干预处理)
SLAM技术解决了移动过程中扫描仪空间位置、扫描仪运动轨迹、待测空间环境三者之间的同步定位问题,从而使井下快速移动测量成为可能,该技术的两大优点是:
1.无需GPS和GNSS等硬件模块,使得基于SLAM技术的扫描仪体积小,重量轻,便于人工携带,大幅度降低了移动激光扫描仪的成本;
2.移动扫描技术避免了由于激光通视原因导致的远距离测量点云离散、空间遮挡等传统测量的弊端,有效提升了复杂空间测量效率与碎部轮廓精度。