menu
home
線上對話線上對話需要幫手? 線上對話
導航‧探測大進化
強大測量、偵距新技術
引領新世代物聯生活

在未來物聯世界,功能強大的自動駕駛汽車、不同種類的機械人以及航拍機等先進設備,都需要大量運用各種測量及偵距技術,以快捷、精確地取得環境資料及規劃相關路徑,從一般家用產品、基本商用產品以至大型工程等範疇實現安全應用。今次我們會為大家介紹測量及偵距技術之特色及應用。

部分圖片及影片:互聯網

SLAM配合各種感測技術使用

作為測量及偵距技術的「智能大腦」,SLAM(Simultaneous localization and mapping)是指目前主流的測量偵距運算法。當初SLAM是用作機械人身處不同空間時計算定位,經過不同廠商改良及技術提升,現時於民用、商用、航太及軍用等領域廣泛應用,簡單如家用掃地機械人、無人機,以至智能消毒機械人、自駕車、大型水底探索載具、太空無人探測車等,以滿足即時定位、導航,以及2D或3D空間建圖等需求。有了SLAM這個「智能大腦」,也需要有其他如「眼」、「耳」、「皮膚」等「器官」感測環境才能實現各式運作,因此SLAM需配合激光、光學及聲納等感測技術以識別各種應用、不同場景。

SLAM+LiDAR
技術應用速覽

相信不少朋友都聽過LiDAR這名字,原因在於蘋果iPhone和iPad Pro上使用了LiDAR鏡頭,加強拍攝景深模擬效果及速度,更提供強大AR應用空間。LiDAR 全稱Light Detection And Ranging,又被稱為「光學雷達」。它透過近似雷達的原理,利用脈衝激光照射物件及計算飛行時間(ToF),在有效距離內測量物件位置和取得 3D 空間的「深度」數據,建立更詳細室內空間訊息,而且計算速度極快及極為精確。除了iPhone和iPad Pro外,更可在自動駕駛車輛、航拍機等眾多產品及設備上看到LiDAR身影。不過LiDAR頗受現場情況及狀態影響,若激光光束遇上灰塵、雨水、雪等環境,或會因產生干擾而失效。

iPhone 12 Pro及iPhone 12 Pro Max備有LiDAR感應器,從拍攝景深模擬的照片,到量度不同距離、方位、高度、速度、姿態、甚至形狀等資料都可以做到,十分強大。

LiDAR 技術可讓自動駕駛汽車快速精確偵測環境狀況及其他障礙物。


應用一:泊車分配

LiDAR技術目前常用於自動化泊車位分配,更有效率及安全地分配不同類型車輛進行泊位,只要在停車場內設置好LiDAR進行監測,就能快捷地向駕駛者提示場內空置車位位置。

停車場的自動化泊車位系統採用LiDAR進行監測,可以更快及更有效率指示駕駛者泊車位置。

 

應用二:動作及面容辨識

除了在電玩範疇開始流行手勢識別外,LiDAR亦應用在汽車駕駛,可偵測駕駛者身體動作作為簡單指令,他們就不必將手指點於指定按鈕或圖示上,操作更方便。此外不少機場的安檢亦開始以LiDAR技術進行3D面容掃描,以SLAM演算法計算人臉以至頭部輪廓,提升面容辨識精準度,加強保安。

 

(左)汽車採用LiDAR技術後可以偵測駕駛者身體動作成為簡單指令,免除將手移離軚盤按鍵所產生的危險。(右)LiDAR可透過SLAM演算法極快速及精確地計算人臉輪廓,提升保安檢測準確度。


應用三:莊稼分類

丹麥奧胡斯大學(Aarhus University)利用UAV LiDAR技術去測量田地並作出分類,了解不同農作物適合在那些地域或田地種植,更可將無人機編程,於不同地點施放合適的肥料或農藥。

農業採用無人航拍機結合LiDAR技術可以測量田地並作出分類,更有效率種植不同農作物。

 

應用四:風力發電(Wind turbines)

部分地方如台灣等採用了浮動式Floating LiDAR系統,利用激光測量技術搭配其他海上工具與設備,用以測量離岸風場在不同高度下的風勢。此外亦有一些地方的風力發電裝置透過LiDAR技術去測量風勢方向及風力,計算並調整風車葉去配合,從而得到最大的發電量。

在風力發電中,LiDAR能有效測量風勢、方向及風力,從而計算並調整風車葉去獲取最大程度的發電。

 

SLAM+SONAR
技術應用解說

SONAR又稱聲納, 是英文Sound Navigation And Ranging的縮寫,有如蝙蝠和海豚等「聆聽」聲音的動物,顧名思義就是聲音導航與測距的技術。它利用高頻或低頻聲波在水中傳播和反射特性,並通過電聲轉換及訊號處理而實現導航和測距,可有效偵測深海內的地形、船隻及大型海洋生物,更涵蓋軍用或民用領域。

民用方面,漁船主要採用SONAR技術探測魚群位置而令魚穫更豐富。而在極地或冰河地區航行的船隻,也會是用它來探測海底的冰山,以防止船隻觸礁。至於在軍事用途上,SONAR廣泛用作探測敵軍潛艇位置或魚雷的路線,從而進行攻擊或迴避行動。在研究及探測層面,SONAR技術可用以探測沉船的位置,方便進行拯救及打撈,而過程中亦需要預測海底的深度及地形進行評估。不過使用高頻聲納可能會影響海洋生態,其原因可能是鯨魚及海豚等動物也透過聲音辨別環境及導航,人工聲納技術可能會對牠們感知環境構成嚴重干擾而發生意外。

SONAR技術在航海、漁業及軍事用途上都有廣泛應用,而且相當精確。

 

SLAM+光學鏡頭
技術應用探索

傳統光學鏡頭亦能以環境反射光線吸收,配合演算法作基本感測。由於不需要發出激光,所以成本較低,適用於精度要求相對較低的智能裝置,如掃地機械人等。此外,在廣闊環境又日光猛烈等情況下,因激光的運作效率或較低,透過普通可見光的光學鏡頭進行偵測可能比激光更準確,惟在暗黑環境下則較難正常運作。

部分掃地機械人產品透過光學技術去偵測障礙物,可在較低成本之下即能提供有效的地圖繪制功能。

 

太空探測

2003年美國發射的「機遇號」與「勇氣號」火星探測車,以及2011年發射的「好奇號」火星車,均配備了雙目立體導航相機,通過序列圖像視覺偵測方法,修正了運行軌跡推算法的定位誤差,並為探測車提供安全避障與路徑規劃所需的基礎地圖。它可讓探測車穿越崎嶇困難區域時,獲得高精度定位與製圖結果,是火星車探測任務時不可或替的重要工具。

雙目立體導航相機,通過序列圖像視覺偵測方法,在太空探測的用途上發揮很大作用,修正了運行軌跡推算法的定位誤差。

室內定位導航

現時流行的室內定位技術,大多以Wi-Fi或藍牙實現,但無線訊號的接收存在很多干擾因素,令室內定位精度不夠準確,容易出現定位錯誤問題。至於光學鏡頭配合SLAM,則可進行自主定位導航,具備更強的環境適用性和提升準確度。2014年Google發佈的Tango便是首款面向普通用戶、用於未知室內環境感知的產品。通過集成RGB-D相機與IMU,Tango在實現定位的同時,更可對未知環境進行細緻的3D模型繪圖,用於室內的導航定位及VR、AR等應用皆適合。

iCleanic Robotics智能消毒機械人令消毒工作效率更高。

 

temi機械人可充當接待員為客人指示方向及提供消毒搓手液。

 

HKT Smart Living提供全方位智能住宅項目發展企劃,專家會為不同需要的商業客戶度身設計至適合的智能方案!歡迎致電2888 6388、電郵至busniess@smartliving.hkt.com登入HKT Smart Living網站了解更多智能住宅項目企劃及智能家居服務資訊。