The interior of Earth in 3D

Special to the Reporter from the European Space Agency

小时候，3D洞穴映射的Speleists兼专家Tommaso Santagata从未想象过他会测试一些最新，最具创新性的3D扫描技术，以进行未来的太空探索。2017年，他在欧洲航天局（ESA）太空飞行模拟现场运动中在西班牙兰萨罗特（Lanzarote）度过了五天的密集映射。虽然该开创性课程的第一个结果不断流入，但冒险的speleoloks已经产生了地球上熔岩管的最大3D扫描。

他与地质学家Umberto del Vecchio和Marta Lazzaroni一起绘制了大部分熔岩管系统，作为由Lanzarote和意大利Padova大学支持的项目的一部分。最终的地图非常详细，帮助当地机构保护这种地下环境。它还提供了科学数据来研究管子的起源及其特殊的地层。

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The terrain

Pangea-X探险队冒险进入西班牙Lanzarote岛的“ La Cueva de Los Verdes”熔岩，这是世界上最大的火山洞综合体之一，总长度约为8公里。该洞穴既有干燥的部分也有水。

The 6-km dry portion of the lava tube has natural open skylights, orjameosas the locals call them, that are aligned along the cave pathway. Some of the caves are large enough to accommodate residential streets and houses.

这些地层与火星和月球上的地层相似。作为地下结构，它们提供了辐射的良好避难所。这种相似性使Lanzarote成为训练宇航员并模拟太空探索的绝佳环境。

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为什么要在洞穴内进行3D映射？

When a new environment is discovered, mapping the area is always a first starting point of exploration. This also applies to missions to other planets, where one of the main objectives will be to choose places to setup base camp.

熔岩管是具有恒定温度的环境，免受宇宙辐射的屏蔽，并免受微量历史的保护，为人类提供了安全的栖息地。

精确测量熔岩洞穴的几何形状将使科学家改善其模型，并更好地了解他们对其他天体的演变。

For these reasons, learning how to map lava tubes on Earth is helping exploration off Earth. ESA astronaut, Matthias Maurer, joined the expedition to test two different instruments developed by Leica Geosystems, the Leica Pegasus:Backpack and the Leica BLK360.

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Mobile mapping

Leica Geosystems移动映射团队在短短20分钟内就如何操作Pegasus：背包培训了Maurer。

宇航员走过困难的地形，并通过平板电脑当场检查了结果。他通过沿着试管行走并返回以比较数据的准确性来执行洞穴映射任务。

“使用高科技背包远足和执行地质映射非常容易有效。我可以完美地看到它在我们的航天服中融合在一起，以供未来的月球或火星探索任务。”莫勒说。

The Pegasus:Backpack synchronises images collected by five cameras and two 3D imaging LIDAR profilers, the laser equivalent of radar. It enables accurate mapping where satellite navigation is unavailable, such as in caves.

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任务

该团队使用Pegasus：背包进行了两次不同的收购，以测试该解决方案中嵌入的所有定位技术。这两个任务均使用Leica Pegasus Manager软件处理。

1.The fused 同时本地化和映射（SLAM）任务

Starting from the outdoor with good GNSS conditions then going indoor in challenging GNSS conditions with very low or zero satellites coverage and finishing the mission outdoor with good GNSS conditions. For this type of mission, the team used multiple positioning technologies: GNSS + Inertial Measurement Unit (IMU) + SLAM. The processing software recognised automatically the different phases of the mission.

Pegasus：Backpack是第一个位置不足的解决方案，可以在数据采集期间跟踪Maurer的动作，IMU每秒记录了125次。这样，团队在任务的开始和结束时都获得了最高准确性的第一个良好轨迹。该团队需要使用SLAM覆盖零卫星的零件来重新强加计算。在此阶段，没有创建图片或点云。没有任何GNSS信息的任务部分使用上一步中获得的轨迹作为输入值来处理SLAM算法。结果是改进的轨迹，并估计了位置误差，在该误差中生成点云，图片方向和球形视图。

2.纯粹的大满贯任务

纯粹的大满贯任务通常是在诸如建筑物，洞穴和隧道之类的GNSS贬低环境中的任务。用于此类任务的主要定位传感器是指南针，IMU和SLAM仅激光雷达（So Lidar）。正确放置参数，完整的任务可能是processed in one single click。PEGASUS：背包的基本轨迹是使用Compass和IMU的信息处理的。完整的任务使用第一个轨迹作为输入值来处理SLAM算法。点云和图片方向和球形视图是通过此轨迹生成的。

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3D激光扫描

在Lanzarote中，由于熔岩在多次喷发上流动，沿着先前喷发剩下的裂缝和裂缝，熔岩管通常沿着不同的隧道开发。在没有攀爬设备的情况下，并非总是可以进入高层。

作为洞穴2016培训课程的一部分，该团队使用了摄影测量法 - 从至少两张照片中获得精确的测量和3D数据 - 作为一个很好的选择。但是，摄影测量法不能总是保证良好的结果，尤其是没有正确的光条件。

为了解决这些问题，Pangea-X活动测试了BLK360，这是市场上最小，最轻的成像扫描仪。Leica Geosystems团队以固定位置进行操作，获得仅三分钟内的360°环境图像通过按一个按钮并直接通过平板电脑应用对齐扫描。

In少于三个小时, data from both instruments obtained a complete 3D model of a1.3 km section of the lava tube.

Pangea-X活动使用了两种最新的Leica Geosystems Technologies进行苛刻的任务。这两种技术都提供了有价值的信息和准确的数据，以在不可用的卫星导航的短时间内绘制区域。

这个故事的一个版本首先出现在欧洲航天局博客中。