世界上最完整的恶魔岛数字双胞胎
获取最大的恶魔岛3D 扫描数据集
美国恶魔岛监狱环境独特。这座臭名昭著的监狱占地 22.5 英亩，其崎岖的地形现在已被数字化捕捉到了前所未有的细节3D ，其中涉及一个世界领先的项目，该项目采用了多种测绘技术。在旧金山寒冷的冬天，项目负责人皮特-凯尔西（Pete Kelsey）和团队成员杰里米-索福尼亚（Jeremy Sofonia）博士在监狱臭名昭著的牢房里扎营三周，向我们讲述了这项意义重大的工作的背景。
"如果没有 Hovermaps，这个项目不可能在允许的时间内完成......。不可能，绝对不可能。它们是更大解决方案的关键组成部分"。
项目负责人 Pete Kelsey，VCTO 实验室
恶魔岛规划
皮特-凯尔西（Pete Kelsey）讨论了项目目标、拥有整个遗址的数字孪生系统对公园管理局的重要性，以及数据的多种再利用方式。他详细介绍了为确保项目成功而进行的大量前期规划工作--从获得许可到评估团队要部署的技术，再到在短短 3 周内准确安全地测绘岛上的每一个空间--以及为什么Hovermap ST -X 是这项工作的最佳工具。您还可以了解团队如何克服访问挑战，包括如何最大限度地减少对恶魔岛游客的干扰，以及如何对项目进行日常管理以确保一切按计划进行。
绘制 "岩石 "地图
杰里米-索福尼亚（Jeremy Sofonia）讨论了该项目的起源，以及如何从创建虚拟游览发展到开发3D 模型，用于监控遗址并规划维护和修复工程。您还可以了解典型一天的挑战，以及团队如何通过应用不同的扫描技术来克服绘制遗址地图的复杂性，例如危险、黑暗和难以进入的区域。数据量巨大，杰里米详细介绍了如何在采集数据时对数据进行验证。他谈到了在多台计算机上处理、管理和合并数据的工作流程和结构，最终为整个场地提供一个准确、详细的数据集。
恶魔岛录音带：访谈实录
Emesent Hovermap 和Aura 在恶魔岛数字孪生地图绘制项目中发挥了关键作用。团队领导兼项目组织者皮特-凯尔西（Pete Kelsey）和Emesent的杰里米-索福尼亚（Jeremy Sofonia）讲述了他们所面临的挑战以及他们从历史3D 勘测任务中获得的主要收获。
佩特-凯西：恶魔岛项目是为美国国家公园管理局进行的。
岛内外的所有建筑都可以作为基线，用于衡量今后的所有调查。因此，该项目的起源实际上是为了建立一个基线调查，用于未来的变化检测，因为恶魔岛--它有很多东西--但我认为大多数人不了解的是，它是一个非常动态的环境。
公园管理局热衷于提及气候变化、海平面上升以及每年超过一百万游客的影响。它就在旧金山的圣安德烈亚斯断层上，所以地震很活跃。
因此，他们非常希望能完成基线调查。从那时起，我们的谈话变成了各种有趣而有创意的方式，这种现实捕捉数字孪生类型的数据可以被重新利用。这就是创世纪。
杰里米-索福尼亚：这个项目最初的想法是为国家公园管理局创建一个3D 模型，一个虚拟游览，把内容放在网上的数字空间里，这样人们就可以通过虚拟方式来参观恶魔岛了。
，这样做有几个好处，除了能够进入那些通常被禁止进入的地方之外。由于建筑的状况和条件，有很多地方完全不可能有旅游团不断地经过。因此，这将恶魔岛向更多的公众开放。
佩特-凯西：恶魔岛项目的规划......历时九个月。谈话从2023年1月开始。我们在2023年12月开始扫描。所有这些都涉及什么？我首先想到的是许可程序，因为恶魔岛是一个国家公园，每周每天都有人来参观。它从不关闭。因此，参观和旅游一直都在进行。许可程序是科学研究许可。
，我谈到恶魔岛的环境是多么充满活力。公园管理局在整个公园系统中，包括恶魔岛在内，都有大量积压的维护工作。单是监狱、部分其他基础设施和恶魔岛上的建筑--几乎就像一层蛋糕。
有美洲原住民。还有内战。从30年代到60年代，从1963年监狱关闭到今天。所有这些历史和基础设施都需要维护，因为这是公园服务章程的一部分。
关于规划，有运营和维护部分，还有生物部分--恶魔岛一直是海鸟栖息、筑巢和其他方面非常受欢迎的地方。人们对无人机和鸟类非常关注。第一件事：调查必须等到所有的幼鸟都羽翼丰满，所有的鸟儿都离开了巢穴。这就是为什么我们要在冬天 12 月进行调查。
有生物部分，也有考古部分--因为这里有太多的历史--还有生物学家、植物学家、考古学家和地质学家，他们都为公园管理局工作。因此，在我的前期规划中，我尽我所能让调查所得的数据尽可能广泛地吸引更多的公园管理局，我们与公园管理局谈得越多，我就越知道这将是一个很好的契机。
是的，这其中有生物部分，有考古部分，当然还有运营和维护部分。
前期规划时间很长。有两份许可证--一份是实际开展工作的科学许可证，第二份同样重要，是在国家公园内驾驶无人机的许可证，因为国家公园内不允许无人机飞行。任何地方都不例外。
佩特-凯西：恶魔岛项目的规划......历时九个月。谈话从2023年1月开始。我们在2023年12月开始扫描。所有这些都涉及什么？我首先想到的是许可程序，因为恶魔岛是一个国家公园，每周每天都有人来参观。它从不关闭。因此，参观和旅游一直都在进行。许可程序是科学研究许可。
，我谈到恶魔岛的环境是多么充满活力。公园管理局在整个公园系统中，包括恶魔岛在内，都有大量积压的维护工作。单是监狱、部分其他基础设施和恶魔岛上的建筑--几乎就像一层蛋糕。
有美洲原住民。还有内战。从30年代到60年代，从1963年监狱关闭到今天。所有这些历史和基础设施都需要维护，因为这是公园服务章程的一部分。
关于规划，有运营和维护部分，还有生物部分--恶魔岛一直是海鸟栖息、筑巢和其他方面非常受欢迎的地方。人们对无人机和鸟类非常关注。第一件事：调查必须等到所有的幼鸟都羽翼丰满，所有的鸟儿都离开了巢穴。这就是为什么我们要在冬天 12 月进行调查。
有生物部分，也有考古部分--因为这里有太多的历史--还有生物学家、植物学家、考古学家和地质学家，他们都为公园管理局工作。因此，在我的前期规划中，我尽我所能让调查所得的数据尽可能广泛地吸引更多的公园管理局，我们与公园管理局谈得越多，我就越知道这将是一个很好的契机。
是的，这其中有生物部分，有考古部分，当然还有运营和维护部分。
前期规划时间很长。有两份许可证--一份是实际开展工作的科学许可证，第二份同样重要，是在国家公园内驾驶无人机的许可证，因为国家公园内不允许无人机飞行。任何地方都不例外。
PETE KELSEY: So once those 2 permits were issued, things actually happened pretty quickly. I knew that there was going to be an airborne component and a terrestrial component, an interior component and an exterior component. The airborne, obviously, it was all drone-based, all LiDAR-based for one particular flavor of LiDAR or another: we had GNSS, we had SLAM. We even had terrestrial laser scanning on the ground for the terrestrial component. We had photogrammetry and we flew multispectral because some of the biologists were interested in the plant life, which is on the island as well.
The biggest task was the interior spaces because there’s the famous prison, the cell house – of course widely known around the world – but there’s a hospital, kitchen, cafeteria, and morgue. There’s the powerhouse that generated electricity for the entire island, all that infrastructure, and a lot of it is not accessible to visitors, much less anyone, because it’s in bad shape or it presents risk to life and limb.
But we had access to it all. I knew right away that the only way to do all these interior spaces in the time we had was going to be with a Hovermap. Just because it’s mobile and can be deployed in a number of different ways.
We were exceptionally lucky because we had two Hovermaps on site for that portion. And without the Hovermaps this project wouldn’t have been successful. We wouldn’t have got it done. We basically had three weeks to do every single space on the island, interior and exterior, and we actually used the Hovermap for both, but mostly for the interior.
Getting into the workflow a little bit, we had to have a fair amount of the exterior done as well. So we could use that data to match with the airborne drone-based LiDAR. So the Hovermap, both of them fortunately were the newest model the ST-X – with its fabulous range, was the right tool for the right job. This project would not have finished in the time we had been permitted for without the Hovermaps. No way, not a chance. They were a key component to the greater solution.
JEREMY SOFONIA: The primary objective was to do handheld mapping of the interiors. That was Emesent Hovermap’s role in this case. So just your basic handheld mapping was used most of the time. But because many of the spaces are not well lit – or even lit at all – we had a special lighting rig that the engineering team had put together that snapped right onto my Hovermap unit and could illuminate the field of view of the GoPro. The GoPro was was there to get RGB true color data.
Not only were we looking at the LiDAR data, but colorized so that blue rubbish bins are blue and the rust on the wall looks like rust. Adding that element of color to the requirements increased the challenge and the difficulty significantly. One of our issues was, how do you light these large spaces or these small tunnels? This lighting rig that I had on the handheld units worked great. It did its job perfectly.
For those hard-to-reach places I also brought an extension pole and used it a few times. A good example of this was on the top of the lighthouse. I knew that the top of the lighthouse was going to be seen by the drone data, but I wanted a complete Hovermap model for our own purposes as well. So I was able to walk the interior of the lighthouse and we were able to scan the exterior easily enough, but I couldn’t get up to the tip-top of the lighthouse without climbing another small ladder. That just looked like a bad idea. Plus, the lighthouse is an active Coast Guard station. Going on top of that would have required seeking additional approvals. It just wouldn’t have been worthwhile. We didn’t want to bother the Coast Guard with something like that. So, by being able to put the Hovermap on a pole, I could do a walk around the top, along the balustrade of the balcony of the lighthouse. It saved me from having to climb up and accessing a part that would have been potentially dangerous, but also requiring additional levels of approval.
Lastly, Boston Dynamics. They arrived with Spot, the robotic quadruped dog, and we used that in a building called Building 64. It’s the old accommodation units for the guards and their families. So, think about a massive apartment complex. People don’t realize this, or at least I didn’t, that the guards didn’t live in San Francisco and commute back and forth. Their entire families lived on the island. They had a school. They had everything that they needed, more or less. So, this old housing building, multi-story, large complex space is actually closed with signs on the door that say: Danger Lead, Danger Asbestos. And for those signed levels, we were able to use Hovermap on Spot to go in and capture that data because Spot is not affected by lead or asbestos the way that we would be.
It would have taken us longer to put the PPE on and take it off than it did for us to just do the whole job. It’s a great example of how we can use robotic systems to not just keep ourselves safe, but to minimize the red tape and the time consumption that it does take, not just for us, but even for the health and safety people that have to review these things. It’s a massive time saver all around.
杰瑞米-索弗尼亚：这不仅仅是身体上的挑战，更主要的是精神上的挑战。我需要在这层楼行走，但这样做安全吗？我需要爬上这个梯子，但这样做安全吗？在做任何类似的事情之前，我们都会与国家公园的代表沟通，以确保去做这件事是安全的。这并没有让事情变得更有趣或不那么可怕，但我们总是能够在完全投入之前验证或证明某件事情是安全的。
我认为这是需要理解的一个重要因素。我们没有冒愚蠢的风险。
佩特-凯西：准入绝对是第一位的。我的意思是，每个房间都有一扇门。每扇门都有一把锁。我们有钥匙吗？如果没有谁有钥匙？他们今天工作吗？我们知道他们在岛上的什么地方吗？ 这样我们就能找到他们，借到钥匙，然后把钥匙还回去？
在最初的几天里，我们马上就意识到这是个问题。国家公园管理局的服务非常好。我问了恶魔岛的设施经理。我向她解释了我们遇到的问题，她眼睛都没眨一下。她站起来，走进一个保险箱， 把恶魔岛的钥匙递给我。
我一点也不夸张， 这把万能钥匙能打开整个岛的 每扇门和每把锁，一切都变了。然后，我明白了，我们要在有限的时间内完成这件事。风险消失了。所以，到目前为止，进出是第一位的。
不干扰游客--这一点非常重要。这对国家公园服务非常重要，对我们也非常重要，因为人们从世界各地来到恶魔岛，花了成千上万的美元来这里体验，而我们最不想做的就是以某种方式破坏他们的体验。
所以，尽可能地与他们周旋是一项挑战，但我认为我们在这方面也做得非常好。
所有室外工程的天气。这是 12 月的旧金山湾。天气又冷又湿，经常被大雾笼罩。但在我们获准飞行的两天里，天气非常好，阳光明媚，万里无云。这真是一个奇迹。
就个人而言，自上世纪 60 年代末、70 年代初美国原住民占领恶魔岛以来，我们是第一批在岛上长期生活的整个团队。也就是说，我们住在恶魔岛上，在牢房里睡了三个星期。50多年来从未有人这样做过。从挑战的角度来看，这意味着什么？我们必须自带所有食物。因为恶魔岛上不允许带食物。任何地方。他们不卖。你不能把它带到岛上。所以我们不得不把所有 我们自己的食物。所以这很像露营。
那么，你带什么食物？你不能带任何会变质的东西。所以都是冷冻干燥的，加水就可以了。
睡觉，我永远忘不了在恶魔岛D区牢房里睡的头几个晚上。全是钢筋水泥你什么都能听到我的几个队员打呼噜 就像，就像我从来没有听说过。因此，我们都没有， 我们没有得到任何睡眠 头几个晚上， 但我们移动了一些人 周围，克服了这一点。
第一天晚上，我们大吃一惊我们被蚊子活活吃掉了，真是出乎意料第二天，我跑到旧金山买了城里所有的蚊帐，把它们挂在我们的床铺上，解决了这个问题。
但最大的一个问题，也是这个项目的一个 "去 "与 "不去 "的问题，就是我们拿到了恶魔岛的钥匙。没有这把钥匙，这个项目就不会成功。不可能
佩特-凯西：首先，我组建了一个出色的团队，其中包括我的一些精通 IT 后台文件管理的朋友。如果没有扫描计划，没有命名规范，没有某种形式的标准化，这一切都不会成功。这绝对会造成混乱。
那么，我们是怎么做的呢？幸运的是，很多大部件都采用单一扫描。有一个单一的机载 GNSSLiDAR 飞行。有一次多光谱飞行。还有一次摄影测量飞行。
因为根据最后的统计，我仍然无法理解，我们已经进行了 200 多次Hovermap 扫描，我敢打赌这是第一次。所以，要知道每个扫描的名称......首先要知道我们在哪里？例如，CH 代表牢房，然后是牢房的哪个房间或哪个街区，诸如此类。
而且老实说，我们在最初的几天里，真的是想得太多了，不知道这是否可行。当一群聪明能干、才华横溢的人共处一室 我们都带着各自的习惯来讨论 "我们应该这么做，我们应该这么做" 我们都在说这是个好主意 然后我在后台说"伙计们，这真的很重要 但我们必须开始，我们必须行动起来时间紧迫"
因此，从本质上讲，我知道Emesent 的杰里米-索福尼亚将是主要人物。Hovermap 的工作将由杰里米和我本人负责，杰里米的工作量最大，因为我负责项目管理和所有这些工作。因此，杰里米基本上负责创建一个对我们所有人都有意义的系统，但最重要的是，这个系统要适合他。他做到了，如今我们没有遇到任何问题。这真是太棒了。
JEREMEY SOFONIA：当然。有两个原因。第一，数据量大。我们希望在收集数据的过程中，确保得到我们想要的东西，因为这需要时间和精力。如果我们遗漏了什么，或者某个数据集的结果与我们的预期不符，那么再返回去就不容易了，尤其是对于来自澳大利亚布里斯班的我来说。
，只需检查你所获得的数据是否真实、正确，然后继续工作，这样会更有效率。我们在整个项目中采集了 100 多张扫描照片。我想仅在牢房里就有 28 个单独的扫描。听起来好像很多，但这又回到了我们需要的灵活性上。我可能在扫描 B 区的第 2 层。然后我发现有一群人进来了好吧好吧，我想我不会去第三层了。所以，你必须停下来。因此，把牢房打通后，我们就可以在那里捕捉数据，然后去做其他事情，然后再回来。
我们的想法是，我们可以边走边处理数据，在所有的扫描中，可能有两三个有小的疏漏。因此，你必须做出决定，是用不同的设置重新处理数据更快，还是走过去 10 英尺再扫描一次。这让我们能够进行质量保证和质量控制。
几乎所有的处理都是在Emesent的Aura 软件中完成的。经过初步处理后，您就可以使用可视化工具，该工具可以快速加载点云，而我们所要寻找的基本上就是点云是否有滑动。
我们使用的SLAM 算法非常强大，但这往往只是用户的失误。也许我离墙壁太近了。如果我在一个狭小的空间里，也许我挡住了Hovermap的视野，导致它无法将这个房间与前一个房间连接起来。诸如此类。在整个项目中，这种情况可能只发生过两次，但通过按时间对点云进行可视化，可以非常方便快捷地查看点云是否发生了偏移。在开始的地方，你应该看到相同的物体。在不同的颜色中，如果是按时间着色，它们应该在彼此之上，例如，不应该在有一个灭火器的地方出现两个灭火器。
这样，你就能很快发现问题所在。这样，我们就能验证扫描结果并继续前进。
PETE KELSEY：我与Hovermap 和Emesent 合作已有四年，也许五年。我的专业背景是 AEC（建筑、工程和施工），我第一次看到Hovermap 就知道它有潜力成为 AEC 领域非常有价值的工具。这就是为什么我开始与Emesent 合作。
，我就是知道它能做到这一点。当时，Hovermap 的重点是 GPS 信号屏蔽领域，特别是采矿业，而它是任何 GPS 信号屏蔽环境的完美解决方案。快进到恶魔岛，恶魔岛是一个典型的 AEC 项目。这是一个建筑和工程项目。我不记得我们用 Hovermaps 制作的实际建筑数量，但很容易就能达到 40 座。直截了当地说，我的预感是对的。Hovermap 是一个对 AEC 领域非常有用的工具。为什么这么说？因为速度快。因此，如果有人尝试使用地面激光扫描技术来完成我们的工作，他们会在那里待上六个月。也许更久。
好吧，地面激光扫描可能会提供更高水平的细节，但这并不是必需的。正如我之前说过的，从实地工作所需的时间来看，Hovermap 是最理想的工具。因此，在可用的实地时间内，Hovermap 是唯一的方法。
就我从Hovermap 上学到的东西而言，有一些细微差别是SLAM 而不是Hovermap 本身所特有的，这些细微差别就是要尽量避免良好的现场数据采集操作 - 即所有SLAM 技术所固有的可怕的滑动和漂移等问题。在数据采集方面，我从杰里米的观察和扫描中学到了一些东西，但我认为我最不了解的是Emesent'sAura 的功能有多大，特别是对于像这样的项目，因为每个单独的扫描都有其自身的价值。
，但能够将 200 多个扫描合并在一起，我严重怀疑以前是否有人尝试过，对我来说，这就是我能够坐下来说，AEC，这真是一个绝佳的选择。我们刚刚完成了一个占地 27 英亩的小岛，里面和外面有 40 多座建筑，所有的内部空间几乎无一例外都是用Hovermap 完成的。这太棒了。
我知道有这样的工作流程，但我还没有尝试过将Hovermap 数据与机载 GNSSLiDAR 数据进行地理参照。以前从没做过。超酷，因为这也符合 AEC 领域的很多要求。特别是以我在民用测量地理空间方面的经验来看，如果没有地理参照，也不是测量级别的数据，很多与我有合作关系的人都会直接拒绝。我不能使用它。现在，我可以直视这些人的眼睛，说Hovermap 可以做到这一点。
我们可以进行地理参考。我们可以获得调查级的数据准确性。我们可以与任何其他类型的LiDAR 传感器集成。要知道，点云就是点云。而Hovermap 所做的就是比任何其他传感器更快地创建点云。
JEREMY SOFONIA:
我不确定我们在Emesent 所做过的项目，甚至我们的客户所做过的项目，有多少是在这么短的时间内如此复杂的。那么，我们如何处理如此大量的数据呢？事实上，它是彩色的。
在恶魔岛的最后三周里，我捕捉到的彩色数据集可能比我之前一生捕捉到的数据集总和还要多。因此，我们要思考如何使用彩色扫描技术。一分钟前我们谈到了照明，但也谈到了如何进入房间？如何穿过房间？是走房间中间好，还是紧贴墙壁好？要走到角落吗？还是绕一圈？只要真正想清楚了这些，你就能临时做一些实验，尝试找出最快、最有效的方法，在不遗漏任何东西的情况下完成任务。因此，我学到了一个很好的经验，那就是我是如何用色彩进入空间的，我最终会用这种之字形的方式，从一个角落到另一个角落。
不管是一个大房间还是一个壁橱。我还是会进入壁橱，从一个角落到另一个角落，因为你要确保你看到的是每一个可能的角度，因为你需要色彩信息，你需要有彩色点云的点。
