The interior of Earth in 3D

欧洲航天局的记者特别

As a child, Tommaso Santagata, speleologist and expert in 3D cave mapping, would have never imagined that he would test some of the newest and most innovative 3D-scanning technologies for future space exploration. In 2017, he spent five days of intense mapping in Lanzarote, Spain, during the PANGEA-X (Planetary ANalogue Geological and Astrobiological Exercise for Astronauts) an European Space Agency (ESA) Spaceflight Analog field campaign. While the first results from that pioneering course keep flowing in, the adventurous speleologist has produced the地球上熔岩管的最大3D扫描。

Along with geologists Umberto Del Vecchio and Marta Lazzaroni, he mapped most of the lava tube system as part of a project supported by the Cabildo of Lanzarote and the University of Padova, Italy. The resulting map comes alive in great detail, helping local institutions to protect this subterranean environment. It also provides scientific data to study the origins of the tube and its peculiar formations.

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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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Why 3D mapping inside a cave?

当发现新的环境时，映射该区域始终是探索的第一个起点。这也适用于其他行星的任务，其中一个主要目标是选择设置大本营的地方。

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 Geosystemsmobile mapping team trained Maurer on how to operate the Pegasus:Backpack in just 20 minutes.

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。”said Maurer.

Pegasus：背包同步通过五个摄像机和两个3D成像激光镜（激光等效）收集的图像。它可以在不可用的卫星导航（例如洞穴中）进行准确的映射。

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The missions

The team did two different acquisitions with the Pegasus:Backpack to test all the positioning technologies embedded in this solution. Both missions were processed with the Leica Pegasus Manager software.

1.The fused 同时本地化和映射（SLAM）任务

从室外良好的GNSS条件开始，然后在挑战性GNSS条件下进行室内，具有非常低或零卫星的覆盖范围，并以良好的GNSS条件完成了任务户外。对于此类任务，团队使用了多种定位技术：GNSS +惯性测量单元（IMU） + SLAM。处理软件自动识别任务的不同阶段。

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 laser scanning

在兰萨罗特,熔岩管一般t一起发展unnels on different levels due to lava flowing over multiple eruptions and following cracks and crevasses left from previous eruptions. It is not always possible to access the upper levels without climbing equipment.

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by pressing one button and aligning the scans directly through a tablet app.

In少于三个小时，两种仪器的数据都获得了一个完整的3D模型1.3 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。