机器人系统可以利用摄像头探索陌生地形、建筑物或危险区域。据外媒报道，在3D-InAus项目中，来自弗劳恩霍夫通信、信息处理和人体工程学研究所（Fraunhofer FKIE）的研究人员在移动机器人上使用激光雷达，发射激光脉冲来测量距离，并利用这些数据成功创建出几何精确的3D环境模型。

图片来源：Fraunhofer FKIE

在发生化工厂事故或洪水等灾难时，紧急救援人员需要快速了解灾情。但在许多情况下，出于安全考虑，他们不能直接进入现场，以免将自己置于危险之中。

Fraunhofer FKIE研究所的研究人员正在3D-InAus项目中研究解决这一问题的方案——配备激光雷达（LiDAR）的机器人探索现场。激光雷达技术使用光脉冲扫描环境并测量距离，从而创建一个3D模型，显示建筑物、房间、开阔区域、物体及其相关尺寸和距离。用户可以使用操纵杆自由地在360度的虚拟环境中移动并进行探查。

认知移动系统部的技术项目经理Timo Röhling解释道：“与使用摄像头探索危险区域的机器人系统相比，我们的项目更进一步。激光脉冲能够为地形或建筑物区域的精确3D制图提供测量数据。距离和尺寸不是通过估算得出的，而是精确到几厘米。

激光脉冲生成的几何点云

硬件的核心是安装在转盘上的激光雷达。激光雷达模块内置了旋转镜。它可以扫描由16个垂直部分或“切片（slices）”组成的区域，每秒扫描10次。转盘可旋转激光器，确保垂直部分覆盖沿水平轴的360度视野。

该系统每秒生成130万个激光脉冲。这些脉冲在周围物体上反弹，中间的时间差被用来计算相关距离。激光雷达模块安装在车辆上，而车辆会以连续或走走停停的模式在区域内移动。

连续运行速度更快，但精确度也更低。最终生成的是一个3D点云，其中每个点代表一个激光脉冲或距离测量值。此外，还有一个最多可配备6个摄像头的摄像系统，所拍图像用于为相关物体或形状着色。

“你可以将摄像头图像与点云结合起来，生成一个生动、详细且几何精确的3D环境，显示建筑物、开阔区域和物体。”Röhling说道。

激光雷达获取的原始数据首先由机器人内的计算模块进行预处理，然后在完成任务后进行后期处理，最终生成可视化效果。绘制面积为400 x 400米的区域地图大约需要3个小时。在时间紧迫的灾难情况下，可以使用加速操作，在短短一个小时内获得初步概览。此外，还可以使用多辆汽车同时探索一个区域。

建筑物内的虚拟GPS

该机器人系统一般由用户通过操纵杆和平板电脑进行无线控制。如果没有无线联系，机器人系统也可以在地形中自主移动。

探索建筑物是一项挑战，因为建筑物内无法接收GPS信号，但Fraunhofer FKIE的研究人员也找到了解决方案。通过绘制地形图已经知道了建筑物的位置和大小，软件可利用这些信息为建筑物内部生成虚拟GPS。这样，机器人系统就能在建筑物内部自主导航。

该研究团队尽可能确保所研发的机器人系统具有通用性。例如，激光模块和转盘可以安装在多种不同的车辆上。根据地形的不同，可以使用轮式、履带式车辆甚至是无人机。用户可以根据具体情况组装相应的组件。