SLAM‑сканер

SLAM‑сканер в работе: тестируем LiGrip O2, сравниваем с НЛС и разбираем реальные кейсы

Что такое SLAM‑сканер и зачем он нужен

Что такое SLAM-сканер, почему он становится незаменим? Какой мобильный сканер выбрали мы?
SLAM (Simultaneous Localization and Mapping) — технология, которая позволяет устройствам одновременно определять своё местоположение в пространстве и строить карту окружающей среды в реальном времени. Переводится как «одновременная локализация и картографирование». Мобильный сканер с технологией SLAM сделает цифровой двойник объекта за короткий промежуток времени.
Ключевые задачи, которые мы решаем с помощью мобильного сканирования:

топографическая съёмка;
кадастровые работы;
подеревная съёмка;
обмерные работы и создание чертежей зданий и сооружений с допустимой погрешностью измерений;
контроль объёмов и быстрый расчёт земляных масс, насыпей и выемок.

Почему «Сканэнергоконтроль» выбрал сканер LiGrip O2 (Green Valley)

В условиях, когда использование БВС (беспилотников) ограничено (и, соответственно, выполнение уже привычных методов съёмки АФС, ВЛС иногда становится невозможным), пришлось искать новых помощников при выполнении топографических работ в рамках предпроектных инженерно‑геодезических изысканий. Чаще всего — это сложные условия местности с труднодоступными местами. Для таких работ на первый план выходит мобильность и «дальнобойность» оборудования, чтобы не только «под носом» собирать информацию, а расширить свои возможности, включая возможность использования в движении на технике.
Мы протестировали множество решений и сделали выбор в пользу сканера LiGrip O2 на базе лидара Hesai с версией на 32 канала с заявленной максимальной дальностью 300 м и скоростью сканирования до 640 000 т/сек, отказавшись сразу от многочисленных версий сканеров на базе лидара Livox с рабочей дальностью сканирования до 20 м.

Главные критерии при выборе:

Большая дальность действия.

Позволяет проводить съёмку масштабных объектов и труднодоступных зон, в том числе с движущейся техники. Для топографии и изысканий возможность дотянуться дальше часто облегчает и ускоряет полевой этап.
Мощное ПО и алгоритмы обработки данных.

Не секрет, что именно математика, заложенная в алгоритмы обработки данных с одинакового «железа», позволяет получить достойный результат, поэтому для нас именно ПО становится в данном вопросе не вспомогательным элементом, а не менее важным, а в какой‑то части и ключевым фактором выбора оборудования. Возможности родного программного обеспечения и алгоритмы обработки данных, заложенных в LIDAR360, плюс относительно расширенные возможности за счёт того, что модель вышла последней на момент покупки.
Передовая технологичность.
Модель LiGrip O2 — это инновационный мультиплатформенный инструмент для сбора и анализа 3D‑данных в движении, работающий на основе технологии PPK, SLAM, MLF SLAM, RTK SLAM (одновременная локализация и картографирование) для применения в трёх сферах: на земле, под землёй и в воздухе. Его можно использовать:
- с руки;
- на телескопической вехе;
- на фронт‑рюкзаке (разгрузке);
- на рюкзаке;
- есть возможность установить на движущийся транспорт и вроде как даже на БВС, но пока это больше маркетинг, чем решение.

Комплект поставки и особенности LiGrip O2

В комплект поставки LiGrip O2 входит:

основной блок сканера O2;
2 батареи;
подставка;
зарядное устройство (зарядное устройство и адаптер);
USB‑накопитель;
защитный чехол;
держатель для телефона;
транспортировочный кейс;
кабель для скачивания данных.

Дополнительно можно приобрести различные вспомогательные аксессуары в виде переходников, рюкзаков для разгрузки на спину или передний и крепления на авто (на мой сугубо личный взгляд неоправданно дорого стоит).

Особенности:

аккумулятор, встроенный в ручку, имеет большую ёмкость, чем у собратьев по рынку;
кейс проходит под параметры ручной клади в большинстве авиакомпаний, что очень важно для такого оборудования;
предлагается большая геодезическая антенна, имеющая более хороший и стабильный приём спутникового сигнала в сложных условиях, например, в залесённой местности или в городской застройке, где различные источники помех могут отрицательно повлиять на результат.

Особенности

✔ Аккумулятор, встроенный в ручку, имеет большую ёмкость, чем у собратьев по рынку;

✔ Кейс проходит под параметры ручной клади в большинстве авиакомпаний, что очень важно для такого оборудования;

✔ Предлагается большая геодезическая антенна, имеющая более хороший и стабильный приём спутникового сигнала в сложных условиях, например, в залесённой местности или в городской застройке, где различные источники помех могут отрицательно повлиять на результат.

Управление сканером

Управляется сканер приложением со смартфона, которое доступно как для Android, так и для iOS. Подключение осуществляется через точку доступа Wi‑Fi.
В приложении осуществляется:

просмотр и экспорт предыдущих проектов;
сбор данных сканирования активного проекта, где отображается:
облако точек в реальном времени;
траектория движения;
время записи;
состояние аккумулятора;
количество спутников в работе;
различные инструменты для просмотра облака точек.

Существует удобная функция добавления KML‑файла, например, с границами работ или заранее построенным маршрутом при съёмке (работает только при наличии спутников в работе).
Также управлять сканером можно с кнопок, располагающихся на задней панели сканера.

Вопросы, которые возникают при знакомстве с SLAM‑сканером:

Сколько весят сырые данные с LiGrip O2 на 32 канала с дальностью сканирования 300 м?
Какая фактическая дальность сканирования?
На сколько по времени хватает заряда одного аккумулятора?
Насколько облако точек является точным? Насколько сходятся облака точек при нескольких проходах одного и того же объекта?
Может ли SLAM‑сканер заменить наземный лазерный сканер в задачах для моделирования и создания обмерных чертежей?

Ответы из первого опыта использования:

Облако точек 10‑минутного сканирования городской застройки:

в цветном режиме «весит» 10 Gb;
при съёмке в ч/б ОТ «весит» 2 Gb.

2. В реальных условиях тест на дальность сканирования показал рабочий результат до 200–220 м, что является достаточно хорошим результатом.
3. По заявлению производителя заряда одного аккумулятора достаточно для работы в течение 120 минут. При съёмке при температуре примерно −15 °C после 50‑минутной съёмки было израсходовано 60 % ёмкости аккумулятора. Вероятно, при положительных температурах время будет близкое к заявленному.
Ответы на 4‑й и 5‑й вопросы требуют отдельного подробного анализа и и мы разберем их далее.

Краткие рекомендации по работе с SLAM‑сканером

Одним из важных этапов является планирование маршрута.
Самым важным этапом ещё до начала сканирования является рекогносцировка территории, даже если маршрут уже был спланирован на этапе подготовки.
Нельзя допускать резких манёвров и поворотов под прямым углом, траектория должна быть плавной.
Для более точной сшивки облака точек при переходе из одного помещения в другое или при переходе из помещения на улицу и наоборот необходимо, чтобы в поле зрения сканера находилась уже отсканированная область.
Не подносить сканер близко к сканируемой поверхности, так как он имеет «мёртвую» зону примерно 0,5 м.
Топографическую съёмку при наличии высокой травянистой растительности лучше производить на вехе, подняв сканер максимально высоко, чтобы потом было проще классифицировать рельеф.
Контрольные точки следует располагать равномерно и в достаточном количестве.
Для минимизации ошибок рекомендуется (но не является обязательным условием) замыкать траекторию в процессе, а также начало и конец траектории должны располагаться ± в одном месте. При наличии GNSS‑сигнала выполнять калибровочные «восьмёрки» диаметром 2 м — это приводит к более качественной начальной инициализации и финальной привязке данных.
Рекомендуется выполнять сканирование одной сессии до 40–60 минут, чтобы процесс обработки не занимал слишком много времени и не накапливалась большая ошибка.
Сканирование в движении с транспорта требует отработки технологии, чтобы добиться желаемого результата, но в этой комплектации работает при соблюдении ряда условий.

Сравнение SLAM‑сканера LiGrip O2 с НЛС Trimble X7

Первый пример — часть помещений нашего офиса

Невооружённым взглядом видна разница в толщине «пирога» двух облаков точек. Если говорить точнее — так, как любит и привыкли большинство геодезистов, — в цифрах: на данном примере у X7 это порядка 1 см, у O2 — порядка 2,5 см.
Вторая характерная черта абсолютного большинства SLAM‑сканеров — скруглённые углы. Здесь мы специально выделили участок стены с двумя углами, чтобы наглядно показать результат. Общее сопоставление всех помещений представлено в выводах в конце статьи.

Второй объект сравнения — станция водоочистки на очистных сооружениях

Ранее мы проводили сканирование этого объекта с помощью НЛС с последующим моделированием в Revit. Здесь уже был практический опыт и непосредственная область интереса: сможет ли SLAM‑сканер помогать нам в таких проектах и ускорять работу?
Объект идеально подошёл для тестов: он насыщен инженерными коммуникациями, разноуровневый — в общем, самое место для проверки возможностей сканера.
Пример визуализации объекта мы показали на результате пока ещё новой для нас технологии DGS (Gaussian splatting), полученной со SLAM‑сканера LiGrip O2. Это интересная технология: она позволяет быстро и наглядно визуализировать пространство, но пока в полной мере оценить возможность её последующего практического применения нам ещё предстоит разобраться.

Итоги сравнения

Безусловно, скорость сканирования SLAM‑сканером оказалась выше и проще. Но если смотреть объективно, то на весь объём работ трудозатраты уложились в один рабочий день в обоих случаях. При этом:

со SLAM‑сканером мы справились за пару часов;
с Trimble X7 потребовалось потратить полную рабочую смену.

Качество материалов и точностные характеристики:

В целом по основному конструктиву помещений результаты удовлетворительные. То есть для общих обмерных работ SLAM‑сканер можно смело использовать. И даже в таких узких и длинных однотипных проходах проблем с регистрацией облака в режиме SLAM‑сканирования не возникло.
Но это подходит только для общих задач, а не для ключевых объектов моделирования. Сегодня использовать для этих задач первый попавшийся SLAM‑сканер будет ошибкой. Даже в нашем случае использовалась не базовая версия, а максимальная (32‑канальный, точек/сек), и всё равно ключевые объекты моделирования не позволяют сходу получить надёжный результат.
Особенно это заметно на трубопроводах: их в производственном помещении достаточно много, и их необходимо детально смоделировать для последующей замены одного оборудования на другое в те же места.
Теоретически, конечно, можно добавить много опознаков и контрольных точек — по ним можно качественнее произвести регистрацию облака и выполнить прочие манипуляции, повышающие конечный результат. Но тогда, на мой взгляд, теряется весь смысл: по скорости всё и так укладывается в один рабочий день, а если ещё дополнительно использовать тахеометр, то это уже явно не упрощает процесс, а значительно его усложняет.

Выводы

SLAM‑сканер сегодня можно уверенно использовать:

для общих обмерных работ;
техпланов;
поэтажной съёмки;
прочих вариантов работ, требующих сантиметровой точности.

Это позволит значительно оптимизировать трудозатраты на полевом этапе и в большинстве случаев — на камеральном тоже. Итоговый результат для таких работ вполне сопоставим с традиционными материалами НЛС.
На рисунке ниже мы привели пример сопоставления той самой части нашего офиса, о которой писали в начале статьи, с указанием средней величины отклонений между облаками и площади помещений. Это поможет наглядно понять, о каких значениях идёт речь (зелёным цветом — НЛС, фиолетовым — SLAM).

Однако когда стоит задача выполнения работ для последующего моделирования, особенно с детализацией LOD250/300 и более, использовать SLAM в чистом виде я бы точно не стал на сегодняшний день.

Уверен, что спустя совсем небольшое время технологии существенно усовершенствуются, математические алгоритмы обработки данных доработаются, и мы перейдём на следующую ступень развития и использования оборудования.

Общий вывод по SLAM‑сканерам:

В последнее время SLAM‑сканеры всё чаще применяются в решении различных инженерных задач — как геодезических, так и обмерных. Во многом эта технология сильно упрощает и ускоряет процесс полевого сбора данных: получаемое за довольно короткий отрезок времени облако точек содержит большое количество полезной и необходимой информации, на получение которой другими методами было бы потрачено существенно больше времени.
Но и аспекты обработки полученных данных требуют соответственных мощностей и программного обеспечения. Не нужно рассчитывать, что это будет «волшебная палочка‑выручалочка» на все случаи — это совсем не так. Как и у любого другого оборудования, у SLAM‑сканеров есть свои ограничения, недостатки и преимущества, о которых подробно будем рассказывать дальше.

Автор статьи: Устинов Артём Юрьевич — главный инженер.

Посмотрите другие статьи

#3D обмер 14-05-2024

Почему стоимость 3D обмера разная при одинаковой площади?

#ВЛС #АФС 12-01-2026

Что такое Аэрофотосъемка и что можно получить на выходе?

#ВОДНЫЙ ОБЪЕКТ 16-01-2026

В каких случаях и как происходит установление статуса водного объекта и включение или исключение его из государственного водного реестра?

#ВОДНЫЙ ОБЪЕКТ 17-01-2026

Формула успеха при проведении судебной гидрологической экспертизы по водным объектам: этапы, ключевые вопросы, сроки выполнения.

Вам понравилась эта статья?