四川洞穴探险队测量组
研发新成果
洞穴世界的旷古之美，令人无法拒绝。
因为洞穴探测，人终于可以抵达地理的另一个维度。
人凭借勇气毅力征服一切，自然并不用于征服，但是勇气不可少，探索发现的精神不可少。
我叫奈落，四川洞穴探险队测绘组组长，小组成员包括了我、炯叔、余老师、小郭耳朵、冒号，＂德智体美劳＂组合，话不多说上帅照！
几个人来自不同的职业，环境，因为对户外探险的热爱，在不同的时间，加入了队伍，又在一次次洞穴探险活动中，找到了真正坚持这项运动的意义，那就是，
洞穴测绘。
今天要分享的，是我们测绘组目前的一点成绩。大家看完＂不明觉厉＂的，直接扫二维码详情咨询。
看看这是啥▼▼▼
木有看懂？我尽量用普通话解释下，上述图片是采用3d扫描技术采集点云，经过处理形成的洞穴3d图，洞穴尺度，高宽约40m，长约100m。
现在再看看?
是不是很像一件艺术品？
雄伟的轮廓，详细的细节，海量的数据，简直就是艺术品。
这个东西是怎么做到的？需要什么工具，需要什么技术？
话说我16年进入探险队，当时国内主流的洞穴测绘技术，是以莱卡distoX310改为硬件核心，topodroid为软件核心的。
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此项技术就是把采用指南针、倾角仪、皮尺的传统测量法使用电子设备替代，优点是相对简单直接，缺点是操作重复性高，虽然强度不大，但大量的重复性工作容易叫人疲惫。用一位圈内大佬的说法就是，枯燥，相当的枯燥！
测量草图及成图如下▼
第一张是草图，第二张是成图的局部，这两张图里面一笔一划都是用写生一样的方法描摹出来的，费事费力！
为了搞一次测绘，小组成员需要在洞内待更长的时间，每一段分配两名队友，前测手和后测手互相配合，漆黑的洞穴，重复的人工点测，机械运动，不能随便乱跑，而且每次要尽可能详细地描述出每个点的环境特征，耗时费力！
所以在队里，测绘小组又叫中老年组，一手搞测量，一手拿个保温杯，边测边喝茶…
2018年9月的一次测绘，我在洞里连续作业了5天，灰头土脸，身心俱疲。还有一次，两个人留在后头测，地震了，轰隆隆蹦迪一样的声音，数据还没测完，不能跑…
有没有更简单的方法呢？，有！就是geoslam！边走边扫描，边自行生成洞穴3d模型。
geoslam的基本原理是通过扫描头的旋转来收集单点全方向的3d数据，再通过惯导和软件算法来实现行进过程中3d数据拼合。
猜一猜，这玩意儿要多少钱？70万！！就是平替也要至少40万！
所以勤俭持家的我考虑能不能自己研发一套，虽不能像geoslam那样先进，但也不像disto那样枯燥的设备。
有了＂洞穴三维建模”这么高大上的梦想，没钱咋办呢？埃隆马斯克说：“我要去火星，但是火箭发射太贵了，咋办捏？降成本降下来！”如梦初醒，定下了一个小目标：“让洞穴三维建模平民化！”
我、余老师、炯叔，三个男神（理科男），一个学土木的、一个学机械的、一个视觉设计大学老师，开始了（打鸡血）研发之路。
开始我们论证了两条技术路线：一条是摄影测量，利用照片拼接建模的原理对洞穴进行扫描建模。经过多次在洞穴内拍摄和验证，发现洞穴内复杂的环境和浓重的阴影是个大问题，在洞穴中布设三维建模理想的光源需要大量灯光设备，以及大量配套的电池。这对于洞穴环境来说太奢侈了，干活前先要徒步一天，所有物资需要人力搬运，操作性太低！
我们优化了前景的目标，“平民化的洞穴三维测绘系统，轻便易携带的现场作业设备＂，
走向了第二条技术路线，激光扫描。
激光扫描头这个东西，贵，死贵，一般人玩不起，但皇天不负有心人，突然间我们又想到了另一个东东，可以用自动驾驶的激光雷达嘛！
相对廉价且功能齐全。为了论证可行性，我们把激光扫雷达的资料查了个遍，都是“洋货”为了梦想，“菜英文”硬着脑壳就上了，得到了结论是“激光雷达可以实现三维建模，虽然精度较百万级激光扫描仪差一些，对于洞穴测绘精度完全可以覆盖。”
于是几个大男人把私房钱一凑，正式开干！
入手了激光雷达，有了大宝贝，虽然不是几十万的尖儿货，也是价格不菲的精密仪器。小心翼翼伺候了几个月，研究说明书、看论文、查资料、研究案例，终于摸清了它的脾性，让它乖乖地听话了。
激光雷达可以操控自如了，但是有一个硬伤：视角固定，也就是无法完成360度扫描。于是我遇到第一个难题，怎么让它转起来。加上可控云台，是一个理想的方案。学机械设计的炯叔，开发一套云台在他的射程范围内，但是研究后发现，结构、控制、通信一套研发工作周期较长，而且制作定制件的成本也相当高，我们需要尽快实现建模，跑通我们的建模理论。十分狂热的我们决定曲线救国，先搞一个二手电动云台，尽快推进，云台的开发就放到下一阶段，完成建模后再杀回来。挑挑选选、拼拼凑凑，一番省吃简用，云台上线，我们的雷达转起来了！
终于“洞穴三维扫描仪”的雏形有了。接下来就要开始建模了。
有百万级激光扫描仪珠玉在前，我们的研发也有迹可循，第一个任务是仿照成熟的激光扫描仪，完成一个空间球状空间的扫描。
插播一段：我们也考虑过使用“惯性导航系统”，仿照SLAM。这个系统我们都很陌生，它的原理和算法都太专业了，且价格不菲。所以我们还是“平民”方针。
仿照成熟的激光扫描仪建模思路，完成球状空间的扫描，需要将多个雷达的扫描结果整合起来，形成一个球。算法小专家炯叔登场，用python 语言编写了一套算法，将多个扫描结果按照一定规律进行拼接，最后形成一个抽象球体的扫描结果。
这就成了？nonono。
自此我们开启了：现场扫描、图像拼接、算法优化、建模软件优化、流程优化、机构优化的无限循环模式，听起来是不是头很昏？
周末数据采集和深夜电话会议成了主旋律，无数个不知所谓的数据、千奇百怪的模型、丰富多彩的故障，在一遍又一遍流程和算法的优化中，终于迎来了第一个有模样的模型——一段地下车库的点云模型。
当时的场景实在难忘，一脸傻笑，上窜下跳，奔走呼号。
球有了，接下来就是把多个球拼接在一起。简单来说有点像切面团，一根面棍切成面团，相当于把洞穴切成若干阶段，然后把每个面团再拼回面棍。
这就成了？no。洞穴不是直线，它有相当复杂的前进路线，多模型拼接可是业内的难题。还是那个熟悉的配方，熟悉的无限循环。结合了坐标拼接和重叠率拼接两套技术方案，终于消灭了这个拦路虎。这个阶段余老师尽显雷霆手段，在无数个深夜完成了模型的杂点过滤、拼接优化、空洞补缺、面片化生成。
数月过去，终于迎来了第二个有模样的模型——一段长一点的地下车库的点云模型。
成年人的快乐，就是这么简单且枯燥。
终于，可以下洞了，离成功只差一步，想象我们的研发成果让业内震惊，随之开发产品大卖特卖，改变了行业格局，从此走上人生巅峰……
让我再陶醉一下下，再之后就是大家看到的开头的洞穴测绘成果。
总结一下：
1、
本套设备的优点？
价格相较于geoslam便宜数倍，略高于disto的价格，一般洞穴测量爱好者均可承担；数据量，精确度，出图效果接近geoslam，远高于disto的2d绘图模式；自动化程度高，大幅降低测量者的劳动强度，大幅降低测量者的主观意识对于测绘结果的影响；
2、
本套设备的缺点？
设备较大较重，便携性较disto差；限于扫描头50cm的测距下限，宽高低于1m的狭窄洞道无法测量；单站扫描由设备自动完成，目前估算时间约为disto测量的2-3倍，等待时间约为15分钟，测量者无事可做容易着凉。
3、
目前进度及未来开发方向？
工程机1.0已经开发完成，可用于较大的洞道测量；扫描头采用外采，随自动驾驶激光扫描头的技术进步，不断提升，尤其是扫描视角范围的提升，可提高单站扫描速度；云台采用外采，未来将自研硬件及程序，降低自重，减少程序冗余，提高单站扫描速度；数据收集及处理采用笔记本电脑，未来将利用树莓派自研套件，并整合云台程控，降低成本，降低自重；仍需使用disto，未来探索其他替代工具。
再来欣赏一下洞穴3d模型▼
