SLAM 매핑 설명: 휴대형 lidar 스캐너 및 모바일 매핑

SLAM 매핑이란 무엇입니까?

SLAM 매핑은 동시 위치추정 및 지도작성을 뜻합니다. 이동하는 센서가 알 수 없는 환경의 지도를 만들면서 지도 내 자신의 위치를 동시에 추정합니다. 정확한 지도 작성에는 알려진 위치가 필요하고 위치 결정에는 지도가 필요하다는 순환 문제를 해결합니다.

SLAM 기술은 GNSS 없이 실내를 이동해야 하는 로봇 분야에서 시작되었습니다. 측량에서는 작업자가 걸으면서 건물, 터널, 광산과 숲의 데이터를 취득하는 핸드헬드 및 백팩 레이저 스캐너의 핵심 기술입니다. 결과물은 삼각대 스캐너와 비슷한 포인트 클라우드이지만 연속적으로 취득합니다.

SLAM은 이동 플랫폼에서 공간 데이터를 취득하는 광범위한 개념인 모바일 매핑의 한 형태입니다. 라이다 스캐너의 작동 원리 문서에서는 이 기술의 센서 측면을 설명합니다.

SLAM 알고리즘은 어떻게 작동합니까?

SLAM 알고리즘은 스캐너가 이동한 위치를 예측하고, 센서가 관측한 내용으로 예측을 검증하며, 경로와 지도를 모두 갱신하는 과정을 반복합니다.

이 과정은 크게 두 부분으로 나뉩니다. 프런트엔드는 단기 추적을 담당합니다. 관성측정장치(IMU)가 1초 미만의 시간 간격으로 움직임을 예측하고, 스캔 매칭이 새로운 라이다 스캔을 최근 지도에 정렬하여 포즈(위치와 방향)를 정밀화합니다. 백엔드는 전체 일관성을 담당합니다. 포즈를 그래프에 저장하고 전체 궤적이 서로 맞도록 최적화합니다.

경로를 따라 작은 오차가 누적되는 현상을 드리프트라고 합니다. 스캐너가 이미 관측한 장소로 돌아오면 알고리즘이 이 루프 폐합을 감지하고 궤적 전체에 보정량을 분배합니다. 후처리에서는 일반적으로 실시간보다 더 철저하게 이 최적화를 반복하므로 후처리한 SLAM 데이터가 실시간 미리보기보다 보통 더 깨끗합니다.

라이다 SLAM과 비전 SLAM 비교

SLAM은 라이다, 카메라 또는 둘 모두를 기반으로 작동할 수 있습니다. 전문 측량에서는 라이다 SLAM이 주로 사용되며, 로봇, 휴대전화와 소비자 기기에서는 비전 SLAM이 흔히 사용됩니다.

많은 측량용 SLAM 스캐너에는 포인트 클라우드 색상화를 위한 카메라가 추가되어 있으며, 일부는 기하학적 구조가 반복되는 공간에서 영상 특징을 보조적으로 사용합니다.

모바일 매핑 시스템의 종류

모바일 매핑 시스템은 플랫폼에 따라 다르며, 각각 취득 속도, 접근성과 위치 결정 방식 사이의 균형이 다릅니다.

• 핸드헬드 SLAM 스캐너: 건물, 계단실, 기계실과 지하 공간에 적합한 가벼운 1인용 장비입니다.
• 백팩 시스템: 더 무거운 센서를 등에 메는 방식이며, 긴 경로의 실외 작업을 위해 GNSS를 포함하는 경우가 많습니다.
• 차량 탑재형 모바일 매핑 라이다: 자동차나 철도 트롤리에 설치한 센서로 GNSS와 IMU를 이용해 위치를 결정하며 도로와 철도 구간에 사용합니다.
• 로봇 플랫폼: 바퀴형 또는 다리형 로봇에 로봇 SLAM을 적용하여 반복 점검과 위험 구역 작업에 사용합니다.

실외에서는 라이다 모바일 매핑 시스템이 SLAM과 GNSS를 결합하여 장거리 드리프트를 제한할 수 있습니다. 실내와 지하에서는 SLAM이 유일한 위치 결정 방식이므로 기준점의 중요성이 더 커집니다.

SLAM 스캐너의 정확도는 어느 정도입니까?

측량급 SLAM 스캐너는 일반적으로 센티미터급 상대 정확도를 달성하며 넓은 현장의 절대 정확도는 드리프트 제어와 지상 기준점에 따라 달라집니다.

제조사는 평면에 포인트가 얼마나 촘촘히 모이는지를 나타내는 포인트 클라우드 두께나 상대 정확도를 제시하는 경우가 많습니다. 이는 건물 전체의 전역 정확도와 같지 않습니다. 절대 오차는 경로가 길거나 기하 조건이 나쁘거나 루프 폐합이 없을수록 커집니다.

SLAM 정확도에 영향을 미치는 요인은 다음과 같습니다.

• 루프 폐합 사이의 경로 길이.
• 긴 복도와 터널처럼 특징이 없거나 반복되는 공간.
• 급격한 회전, 흔들림 또는 출입문을 매우 느리게 통과하는 움직임.
• 사람, 차량과 기계 같은 움직이는 물체.
• 궤적을 구속하는 데 사용하는 기준점의 수와 분포.

더 높은 정확도가 필요한 곳에서는 SLAM을 지상형 스캔 또는 측량 기준망과 결합하십시오. 지상형 레이저 스캐닝의 정확도와 작업 절차 문서에서 정지식 대안을 설명합니다.

핸드헬드 SLAM 스캐닝 현장 작업 절차

양질의 SLAM 데이터는 주로 경로에 달려 있습니다. 핸드헬드 스캐너의 일반적인 현장 작업 절차는 다음과 같습니다.

1. 경로 계획: 같은 지점에서 시작하고 끝나는 적당한 길이의 폐합 루프를 설계하고 긴 막다른 경로를 피합니다.
2. 기준점 설치: 포인트 클라우드를 측량 그리드에 맞춰야 한다면 일정 간격으로 타겟이나 좌표가 알려진 점을 배치합니다.
3. 초기화: 개방되어 있고 특징이 풍부한 구역에서 시작하여 장비가 지정한 시간 동안 스캐너를 정지 상태로 유지합니다.
4. 일정한 속도로 보행: 평소의 일정한 걸음 속도를 유지하고 천천히 회전하며 문을 통과할 때 잠깐 멈춥니다.
5. 루프 폐합: 이미 스캔한 구역을 다시 지나고 마지막에는 시작점으로 돌아옵니다.
6. 실시간 데이터 검토: 실시간 화면에서 누락과 정렬 불량을 살펴보고 문제가 있는 구역을 다시 스캔합니다.
7. 후처리: 최적화를 실행하고 기준점을 적용한 뒤 포인트 클라우드 처리를 위해 표준 형식으로 내보냅니다.

SLAM과 지상형 스캐닝: 각각 언제 사용해야 합니까?

밀리미터 정확도보다 속도와 취득 범위가 중요할 때는 SLAM을, 엄격한 허용오차나 장거리가 가장 중요할 때는 지상형 스캐닝을 사용하십시오.

SLAM은 평면도, 공간 계획, 체적 확인, 광산 및 터널 측량, 산림 자원 조사와 공정 현황 취득에 적합합니다. 좁은 계단실이나 천장 속 공간처럼 삼각대를 사용하기 어려운 곳에도 접근할 수 있습니다. 구조용 철골, 배관 제작, 변형 모니터링과 원거리 외벽 측정에는 지상형 스캐닝이 적합합니다.

많은 팀이 두 방식을 함께 사용합니다. 전체 범위는 SLAM으로, 중요한 구역은 지상형 스캔으로 취득한 뒤 모두 함께 정합합니다.

Mars Geosystems의 SLAM 스캐너

Mars Geosystems 핸드헬드 SLAM 레이저 스캐너는 걸으면서 스캔하는 장비로, 반사율 80 %에서 0.1–70 m의 측정 범위와 905 nm 레이저를 제공합니다. 포인트 클라우드 두께는 실시간으로 2 cm 이하, 후처리 후 1 cm 이하입니다. 본체 무게는 925 g이며 핸들과 베이스를 포함하면 1450 g입니다. WLAN 및 USB로 연결합니다.

중요 구역에서 삼각대 스캔 수준의 상세도가 필요한 프로젝트에서는 당사의 지상형 위상차 스캐너와 함께 사용할 수 있습니다. 1대부터 주문할 수 있으며 대리점을 위한 OEM 옵션도 제공합니다. 적합한 SLAM 스캐너 구성을 안내받으려면 견적 페이지에 주로 수행하는 프로젝트 유형을 보내주십시오.

당사 엔지니어의 추가 자료: SLAM의 정의와 알고리즘 작동 원리.

자주 묻는 질문