Роботизированные системы исследуют незнакомую местность, здания или опасные зоны с помощью камер. В проекте 3D-InAus исследователи из Института коммуникации, обработки информации и эргономики Фраунгофера (FKIE) используют лазер LiDAR на мобильном роботе, испуская лазерные импульсы для измерения расстояний. Результаты используются для создания геометрически точных 3D-сред.
В случае катастрофы, например, аварии на химическом заводе или наводнения, аварийно-спасательным службам нужны способы быстро получить обзор ситуации. Но во многих случаях им не разрешается входить на место происшествия, чтобы не подвергать себя риску.
Исследователи из Fraunhofer FKIE в Вахтберге работают над решением этой проблемы в проекте 3D-InAus. Робот, оснащенный лазером LiDAR (обнаружение и определение дальности света), исследует территорию. Технология LiDAR использует импульсы света для сканирования окружающей среды и измерения расстояний. Это создает 3D-модель, показывающую здания, комнаты, открытое пространство, объекты и все связанные с ними измерения и расстояния. Пользователи могут свободно перемещаться по 360-градусной визуализации с помощью джойстика, исследуя виртуальную среду.
Тимо Рёлинг, технический менеджер проекта из отдела когнитивных мобильных систем, поясняет: «По сравнению с роботизированными системами, которые используют камеры для исследования опасной зоны, наш проект делает большой шаг вперед. Лазерные импульсы обеспечивают измерения для точной 3D-картографии участка местности или здания. Расстояния и размеры не оцениваются, а определяются с точностью до нескольких сантиметров».
Геометрическое облако точек, полученное из лазерных импульсов
Центральным элементом оборудования является лазер LiDAR, установленный на поворотном столе. В модуль LiDAR встроено вращающееся зеркало. Он может сканировать область, состоящую из 16 вертикальных секций, или «срезов», 10 раз в секунду. Поворотный стол вращает лазер так, что вертикальные секции покрывают полный обзор на 360 градусов вдоль горизонтальной оси.
Система генерирует в общей сложности 1,3 миллиона лазерных импульсов в секунду. Эти импульсы отражаются от окружающих объектов, а задержка между ними используется для расчета соответствующего расстояния. Модуль LiDAR устанавливается на транспортном средстве, которое движется по области либо непрерывно, либо в режиме остановки и движения.
Непрерывная работа намного быстрее, но и менее точна. Результатом является 3D-облако точек, в котором каждая точка соответствует лазерному импульсу или измерению расстояния. Также имеется система камер с количеством камер до шести. Изображения с камер используются для раскрашивания связанных объектов или форм.
«Можно подумать, что мы объединяем изображения с камер и облако точек. Это даёт нам яркую, детализированную и геометрически точную трёхмерную среду, показывающую здания, открытое пространство и объекты», — говорит Рёлинг.
Необработанные данные, полученные лазером LiDAR, предварительно обрабатываются компьютерным модулем внутри робота ещё до того, как он завершит свою миссию. Окончательная визуализация затем производится на стационарной основе во время постобработки. На картирование области размером 400 x 400 м уходит около трёх часов. В случае катастрофы, когда время имеет решающее значение, можно использовать ускоренную операцию, чтобы получить начальный обзор всего за один час. Также возможно исследовать область, используя несколько транспортных средств одновременно.
Этот метод 3D-картирования также ценен для Бундесвера, заказавшего исследовательский проект. Его можно использовать для создания сложных ситуационных обзоров незнакомой местности или опасной зоны, и таким образом спасать жизни военнослужащих. Программное обеспечение системы способно обрабатывать значения измерений от датчиков, которые обнаруживают газообразные токсичные вещества или источники радиации, а затем размещать их на 3D-картах.
Виртуальный GPS внутри здания
Система робота обычно управляется по радио, пользователем, работающим с джойстиком и планшетом. Если радиосвязь отсутствует, системы робота также могут перемещаться по местности автономно.
Исследование зданий — это сложная задача, поскольку там нет приёма GPS, но исследователи Fraunhofer FKIE нашли решение и для этого. Местоположение и размер здания уже известны из картографирования местности, и программное обеспечение использует эту информацию для создания виртуального GPS для внутренней части здания. Это позволяет системе робота автономно перемещаться внутри конструкции.
Команда Fraunhofer FKIE использовала свой многолетний опыт в роботизированном моделировании трёхмерных сред для работы над проектом. «Мы придумали концепцию, выбрали компоненты и реализовали алгоритмы», — объясняет Рёлинг.
Команда тщательно следила за тем, чтобы роботизированная система была максимально универсальной. Например, лазерный модуль и поворотный стол можно устанавливать на широкий спектр различных транспортных средств. В зависимости от рельефа местности можно использовать транспортные средства с колесами или гусеницами или даже беспилотники. Пользователи собирают определенные компоненты в соответствии с каждым сценарием.
Ведёт расследования о коррупции в любых эшелонах власти
