基于SLAM的激光雷达三维测绘仪前景分析

李宝航 孙久翕 富靖松 李语泽 郭丽君

摘 要

文章阐述了基于SLAM的激光雷达三维测绘的市场前景。首先介绍了此类产品应用的背景，其次对所研究产品的技术性能作了描述，紧接对技术应用现状的介绍，最后站在市场需求，市场份额和销售额的角度上讨论产品的应用前景。

关键词

基于SLAM的三维测绘仪;激光雷达;市场前景

中图分类号： TD175                       文献标识码： A

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2020.19.065

随着近几年来人工智能的高速进步，三维曲面重构技术应用于许多领域，而激光雷达作为三维曲面重构技术的一个环节，占据着举足轻重的地位，使得该技术在社会发展的过程中具有更广泛的应用，基于激光雷达扫描的三维重构技术也自然而然地崭露头角。经由调查，我们发现激光雷达在建筑测绘领域应用的较少，目前在建筑误差测量领域，主要仍应用传统电子机械设备为测量工具，而这些相对来说难操作，效率低下。本产品则能让传统的人力测量以及检验变得高效，能对地形地貌进行准确的测量[1]，为使用者的后续提供了技术保障。机载激光雷达在三维重构方面的前景即为本文研究重点所在。

1 基于SLAM的激光雷达三维测绘仪简介

1.1 技术性能简介

产品集以激光雷达，深度相机与IMU（惯性测量单元）为一体，搭建的机载激光雷达三维空间感知传感器平台。激光雷达应用三维点云重建技术，利用三维点云进行场景的空间重建，并取得了方法上的突破。首先，激光雷达对被测空间进行扫描并获取点云数据，同时通过深度相机以RGB格式完成点云的绘制，随后利用激光雷达提供的的网口把数据传送到上位机中。之后通过上位机进行数据预处理的任务。我们利用高斯双边滤波算法、ICP 实时配准算法和贪婪三角形投影算法，分别完成对点云的去除离散点、降噪、滤波、拼接、配准、三角网格生成等工作后，使用SLAM算法对周边进行实时的三维重构，并通过上位机的Wi-Fi模块远程回传实时视频与立体点云数据。下位机同步读取IMU信息。同时，为了能让消费者更清楚的了解三维重构信息和测绘数据，我团队开发出了能对激光雷达重构的周围环境三维重构的立体图与视频进行实时查看，还能远程对机载激光雷达三维空间感知传感器进行控制。我团队的产品高效便捷，使用方法简单，适用在建筑领域。我们的潜在客户众多，市场广阔，具有工程实用价值。

1.2 技术优势特点

（1） 我产品利用激光雷达对被测空间进行扫描并获取点云数据[2]，使机载雷达可以突破未知环境障碍，扩大了可探测的范围。

（2）我產品平台搭载深度相机，实现了实时传输三维重构点云数据的RGB格式图像数据，这样重构出的三维图片更加逼真，色彩更加明显，细节感更强。更容易满足消费者的需要，带来更好的应用体验。

（3）完成了远程控制功能。对于机载激光雷达三维空间感知传感器，技术人员可以在客户端远程接收传感器数据，从而实现远程控制。不但增加了便捷程度，也避免了恶劣环境下作业可能对工程人员带来的危险。

（4）相比于传统的激光雷达三维扫描装置，本产品功能齐全，集多种自主开发算法与一身，性价比高，16线激光雷达与stencil相结合便可实时完成三维空间的扫描。

（5）目前，三维点云重建技术钻研大多在在静态点云处理领域，重点钻研优化三维点云模型的方法，而针对点云进行实时重建技术的研究相对较少。然而，在某些领域，如无人驾驶技术中，点云的实时处理尤为重要。为了使三维点云重建技术得到更好的应用，所以在研究点云数据处理算法的基础上，我产品重点研究了点云数据的实时传输、处理以及实时显示，并据此搭建实验平台进行实验，取得了良好的效果。

2 基于SLAM的激光雷达三维测绘仪应用现状

在曲面重构方面，数据处理技术已然成熟，在欧美的国家开始较早，在国内的发展也相当快，主要应用于地形数据的采集，文物的保护及工程的安全检测等方面，Leica和Lindenbergh（2005）公司对蓄水期大坝的不同时段的点云数据处理，能够计算出大坝的水平位移，从而起到安全检测的作用。2008年鸟巢奥运圣火的燃气管道建设工程以及鸟巢的安全监测中，三维激光扫描技术成功应用，恰好展现了该技术相较其余技术的优越性。美国军方使用三维激光扫描系统，针对鱼雷回收船（TWR）和三叉戟战略核潜艇建立了三维模型，进而研发了用于对相干数据处理的软件，船舶建造范畴的自动化程度因此大大进步。在三维激光扫描技术的混合应用方面，将地面和机载三维激光扫描技术结合使用，己经成功应用于山海关长城的维护与修复工程、Nuria峡谷铁路沿线山脉的模型重建工程、Chasmer也结合了这两种系统完成了某森林的考察任务[3]。

3 市场分析

3.1 市场优势

本产品基于实用性和广泛性，让该机载激光雷达三维空间感知传感器成为科技测绘领域的必需品。准确的产品定位致力于要重点突出购买者的需求、需要及市场。我们发现：由于激光雷达的可实现功能相对较为单一，并且性价比较低，专业性较强，所以目前激光雷达并不适合普通消费者群体，故我们将目标客户定位为某一特定应用领域的群体。

本团队研发了可实现针对不同建筑结构、不同环境的进行三维精准重构并进行地形地貌测绘的机载激光雷达三维空间感知传感器，该产品适用于室内和室外、建筑和监测等多领域，能够使使用者方便快捷地获取相关建筑结构信息及地形地貌数据的误差指标，通过对客户端的简单操控即可完成对空间的扫描并自动获取环境信息，对于操控人员的技术性水平要求并不高，多数工作者均可以灵活使用。

3.2 市场份额和销售额

虽然基于激光雷达的三维重构测试仪的设计早有产品且应用于市场，不过应用不多见且价格昂贵，而基于SLAM的三维测绘仪，不仅集stencil、16线激光雷达、深度相机于一体而且集成了大量自主开发算法，价格便宜，实用性强。但由于产品还处于初期阶段，它主要的目标客户为致力于研究古建筑与文物保护的工作人员、设计建筑结构外形的工作者、建筑的所有权人、按设计图进行建筑的建筑师及工人等。产品的售价为3万元，并且还可以出售测绘数据，定价为1000元/GB，也可以选择租赁的方式，价格为2000元/天。基于三维测绘仪的售卖方式的多样化，以及人们越来越重视建筑的构造以及古建筑的修缮，此三维测绘仪将具有一定的市场份额，并能迅速实现销售额的增长。

4 结语

综上所述，随着激光雷达技术的持续发展，本产品必然会广泛应用在相关领域，同时，在市场中的需求量一定会不断增加并占取相当大的市场份额。其前景巨大值得我们为之付出。

参考文献

[1]张苏.《基于遥感纹理的黄土地貌景观图谱研究——以陕北黄土高原为例》[D].2017.

[2]Fredric18的博客SLAM流程之视觉前端[EB/OL].https：//blog.csdn.net/Fredric18/article/details/95.

[3]王艋.《基于地面三维激光点云数据的三维重构研究》[D].2016.