3D中的地球内部

欧洲航天局的记者特别

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largest 3D scan of a lava tube on Earth。

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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地形

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。

熔岩管的6公里干部分具有自然的开放天窗，或Jameos正如当地人所说的那样，它们沿着洞穴路径对齐。其中一些洞穴足够大，可以容纳住宅街道和房屋。

These formations are similar to those found on Mars and on the moon. Being underground structures, they offer good shelters from radiation. This similarity makes Lanzarote a great environment to train astronauts and simulate space exploration.

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为什么要在洞穴内进行3D映射？

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。

由于这些原因，学习如何在地球上绘制熔岩管正在帮助探索地球。ESA宇航员Matthias Maurer加入了探险队，测试Leica Geosystems开发的两种不同的乐器，Leica Pegasus：背包和Leica BLK360。

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移动映射

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。

“Hiking and performing geological mapping with the high-tech backpack was easy and efficient. I can perfectly see it integrated in our spacesuits for future exploration missions to the Moon or Mars,”莫勒说。

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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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.融合 Simultaneous Localisation and Mapping (SLAM) mission

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。

The Pegasus:Backpack, the first position-agnostic solution, could track Maurer’s movements during the data acquisition, and the IMU recorded them 125 times per second. This way, the team obtains a first good trajectory with greatest accuracy at both the beginning and the end of the mission. The team needed to re-enforce the calculation for the part with zero satellites coverage using SLAM. At this stage, no pictures or point clouds are created. The part of the mission without any GNSS information used the trajectory obtained in the previous step as an input value to process the SLAM algorithm. The result is an improved trajectory with an estimation of the positioning error where point clouds, pictures orientation and spherical views are generated.

2.The pure SLAM mission

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，完整的任务可能是单击一次处理。A basic trajectory of the Pegasus:Backpack was processed using information from the compass and the IMU. The complete mission uses this first trajectory as an input value to process the SLAM algorithm. Point cloud and pictures orientation and spherical views are generated with this trajectory.

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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。

As part of the CAVES 2016 training course, the team used photogrammetry – getting precise measurements and 3D data from at least two photographs – as a good alternative. However, photogrammetry cannot always guarantee good results, especially without the right light conditions.

要解决这些问题,PANGEA-X运动测试工程师ted the BLK360, the smallest and lightest imaging scanner on the market. The Leica Geosystems team operated it in set positions, obtaining360° images of the environment in just three minutes通过按一个按钮并直接通过平板电脑应用对齐扫描。

在less than three hours，两种仪器的数据都获得了一个完整的3D模型熔岩管的1.3公里。

The PANGEA-X campaign used two of the latest Leica Geosystems technologies for a demanding mission. Both technologies provided valuable information and accurate data to map areas in a short period of time where satellite navigation was unavailable.

A version of this story first appeared in the European Space Agency blog.