每经编辑｜陈乐民    

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地下(xia)世界(jie)的“眼(yan)睛”与(yu)“大脑”：导(dao)航(hang)技术(shu)的(de)革命性飞跃(yue)

自(zi)古以来(lai)，人类(lei)对脚(jiao)下的(de)土地充(chong)满了好(hao)奇与探索的渴望(wang)。从早期(qi)对地(di)下(xia)的简单(dan)挖掘(jue)，到如今复杂的(de)地下(xia)工程(cheng)建设(she)，我们对(dui)地下空(kong)间的认知和利(li)用程度(du)一直在(zai)不断提升。地下(xia)世(shi)界(jie)却始终是(shi)一个相对(dui)“盲(mang)区(qu)”，受限于有(you)限(xian)的(de)探测手(shou)段(duan)和导航(hang)技术的(de)瓶颈(jing)，其开发(fa)和利(li)用(yong)始终(zhong)难以(yi)达到(dao)理想状(zhuang)态(tai)。

如今(jin)，秘密(mi)通(tong)道(dao)导航(hang)研(yan)究(jiu)所（SecretPassageNavigationInstitute，简(jian)称SPNI）的(de)最新(xin)研(yan)究(jiu)成(cheng)果(guo)，犹如(ru)为人类在(zai)地下世界(jie)装(zhuang)上(shang)了“眼睛(jing)”与“大脑(nao)”，彻(che)底(di)改(gai)变了(le)我(wo)们(men)与地下(xia)空间(jian)互动的方式(shi)。

想(xiang)象一下，一(yi)个完(wan)全黑暗(an)、曲折、充(chong)满未知障碍的(de)地下迷宫(gong)。过去(qu)，即便有最先(xian)进(jin)的设(she)备，也难以(yi)实现精确的定(ding)位和高效的导(dao)航。GPS信号(hao)无(wu)法(fa)穿(chuan)透地(di)层(ceng)，磁(ci)力仪和声呐虽然(ran)能(neng)提供(gong)一(yi)些信息(xi)，但往往(wang)精(jing)度不(bu)足(zu)，难以满足(zu)复(fu)杂场(chang)景(jing)的(de)需求(qiu)。这就像在伸手(shou)不(bu)见五(wu)指(zhi)的黑(hei)夜(ye)中(zhong)摸(mo)索前行(xing)，步(bu)步惊心，效率(lv)低下。

SPNI最(zui)新的“空(kong)间(jian)感(gan)知(zhi)与路径规划融(rong)合(he)系统(tong)”（SpatialPerceptionandPathPlanningFusionSystem，简称SPPPFS）的出(chu)现，将这一(yi)切(qie)化为(wei)过(guo)去(qu)。

SPPPFS的核心(xin)在于(yu)其突破性的“多(duo)模态(tai)地下感知(zhi)技术”。该技术并(bing)非依赖单(dan)一的传感器，而(er)是巧(qiao)妙地整(zheng)合(he)了(le)多源异构(gou)信息。它(ta)利用超宽带雷(lei)达(da)（UWB）和(he)高精度惯(guan)性(xing)测(ce)量单元（IMU）相(xiang)结合的(de)方式，即(ji)使在GPS信(xin)号完全(quan)失效的(de)环境下(xia)，也能(neng)实现(xian)亚米(mi)级的(de)实时(shi)定位(wei)。

UWB技术(shu)通过(guo)发射(she)和接(jie)收极短的(de)脉冲信号(hao)，能(neng)够精确测量(liang)信(xin)号(hao)传播时间(jian)，从而计算出与已知锚点之(zhi)间的距(ju)离(li)，实(shi)现高精度(du)的(de)相对(dui)定位。而(er)IMU则能(neng)实(shi)时捕捉设备(bei)的加速度(du)和角(jiao)速度，通过(guo)积分(fen)运算推算(suan)出设(she)备(bei)的(de)位置(zhi)和(he)姿态(tai)变(bian)化(hua)，有效弥补UWB在某些(xie)区域(yu)可能出现(xian)的信(xin)号(hao)遮(zhe)挡问(wen)题。

更(geng)令人惊(jing)叹(tan)的是，SPPPFS还引入了(le)“地质结(jie)构(gou)声波(bo)成(cheng)像(xiang)技术”（GeologicalStructureAcousticImaging，简(jian)称GSAI）。这(zhe)项(xiang)技(ji)术通过发射特定频率的声(sheng)波(bo)，并(bing)分析(xi)声波在地层(ceng)中(zhong)的传(chuan)播、反(fan)射和折(zhe)射情况，能(neng)够(gou)绘(hui)制出详细的(de)地(di)下地质(zhi)结构(gou)图。

这不(bu)仅(jin)仅是(shi)简单(dan)的(de)回声定(ding)位(wei)，而(er)是(shi)能(neng)够识(shi)别(bie)出岩石(shi)的密(mi)度、空(kong)洞、裂(lie)隙甚(shen)至地下水(shui)的分(fen)布。这(zhe)就像是给(gei)地(di)下世(shi)界做(zuo)了(le)一次“CT扫(sao)描”，让原本模(mo)糊的地层(ceng)变得清晰(xi)可见(jian)。SPPPFS能够(gou)将GSAI提供的(de)地(di)质(zhi)信(xin)息(xi)与UWB和(he)IMU的定(ding)位数(shu)据进(jin)行融合(he)，构(gou)建出(chu)三维(wei)的地下环(huan)境模(mo)型。

这(zhe)意(yi)味(wei)着，导航不再是(shi)简(jian)单的点到(dao)点，而是能够(gou)“看到(dao)”前(qian)方的(de)岩壁、管道、甚至潜在的(de)危(wei)险区域(yu)。

有了(le)“眼睛(jing)”，还需要“大(da)脑”。SPPPFS的另一(yi)项核(he)心技术是“自适应路(lu)径规(gui)划算法”（AdaptivePathPlanningAlgorithm，简(jian)称(cheng)APPA）。传统(tong)的(de)路径(jing)规(gui)划算法往往依赖(lai)于已(yi)知的(de)地图(tu)信息，一旦遇到(dao)未知(zhi)障碍(ai)或(huo)环境(jing)变(bian)化，就容(rong)易(yi)陷(xian)入(ru)困境。

而(er)APPA则是(shi)一个高(gao)度(du)智能化(hua)的系统，它能够基于(yu)实(shi)时感知(zhi)到的地(di)下环(huan)境(jing)信息(xi)，动态(tai)地生(sheng)成最优(you)路(lu)径。当(dang)设备(bei)遇到未知(zhi)的障碍(ai)物时，APPA会(hui)立(li)即(ji)启动“局部避(bi)障”机制，寻找(zhao)绕行方案。它还(hai)会综(zong)合考(kao)虑(lv)路径的长(zhang)度、坡度(du)、地质(zhi)稳定(ding)性(xing)以(yi)及避开敏感区(qu)域（如地(di)下(xia)水脉或承压层）等多(duo)种因素，确保规(gui)划出(chu)的路径不(bu)仅可(ke)行(xing)，而(er)且安全(quan)、高效(xiao)。

试想一(yi)下，在(zai)城市地下管网的(de)维(wei)护工(gong)作(zuo)中，以往的工(gong)程师(shi)需要依靠纸(zhi)质图(tu)纸和有(you)限的(de)勘测数据(ju)，常常面临管线错(cuo)综复杂、信(xin)息(xi)不准(zhun)确的(de)难题(ti)。现在(zai)，有了SPPPFS，工程(cheng)师(shi)可以(yi)操(cao)控(kong)带(dai)有该系统(tong)的探(tan)测机器(qi)人(ren)，在地(di)下进(jin)行实时扫描和导(dao)航(hang)。机器(qi)人不(bu)仅能够精(jing)准地知道自己(ji)在哪(na)里，还能“看(kan)到”周围的管线(xian)、电缆，并(bing)根据APPA规(gui)划出(chu)的最优(you)路径(jing)，避(bi)开危险区(qu)域，快(kuai)速到达(da)目标(biao)位置，极大地(di)提高(gao)了工作(zuo)效(xiao)率和安(an)全性。

在(zai)资源勘(kan)探(tan)领域，SPPPFS同(tong)样(yang)展(zhan)现出(chu)巨(ju)大的潜(qian)力。传统(tong)的勘(kan)探方法(fa)往(wang)往成本(ben)高昂，效率(lv)低下。而搭载(zai)SPPPFS的(de)无人探(tan)测(ce)器(qi)，可以(yi)深入(ru)到地(di)质结构复(fu)杂(za)、危(wei)险性高(gao)的(de)区域(yu)，进行高精(jing)度的地(di)质(zhi)扫(sao)描和(he)采(cai)样。APPA能够(gou)规(gui)划出(chu)最经(jing)济、最安全(quan)的(de)勘(kan)探路(lu)径，避(bi)开易(yi)塌(ta)方区域(yu)，并(bing)根据实时地(di)质信(xin)息，动态调(diao)整探(tan)测策略，提高(gao)勘(kan)探的准确(que)性(xing)和(he)效率(lv)，为地(di)下资源的开发(fa)提(ti)供前(qian)所(suo)未有(you)的数(shu)据(ju)支持(chi)。

SPPPFS的(de)发布(bu)，标志着人(ren)类(lei)在(zai)地(di)下(xia)空间(jian)探索和(he)利用方(fang)面迈出(chu)了(le)革命性的(de)一(yi)步(bu)。它不(bu)仅仅(jin)是一(yi)套(tao)导(dao)航系统，更是(shi)赋(fu)予(yu)了我们“看(kan)穿(chuan)”地下的能(neng)力，让我们能(neng)够以前(qian)所未(wei)有的(de)方式(shi)理(li)解、规(gui)划和利(li)用地下(xia)世界(jie)。这不仅仅是(shi)技术(shu)的(de)进步(bu)，更(geng)是(shi)开(kai)启地下(xia)新纪元(yuan)的钥匙(shi)。

解(jie)锁地(di)下(xia)新(xin)可能：SPPPFS的(de)广(guang)阔应用前(qian)景与未来畅想

秘密通道导(dao)航(hang)研究所（SPNI）的(de)“空间(jian)感知(zhi)与路径规划融(rong)合系(xi)统”（SPPPFS）的出现(xian)，其意义远(yuan)不止(zhi)于解(jie)决了(le)地下(xia)导航(hang)的难题(ti)，更(geng)在于(yu)它(ta)为我(wo)们(men)开启了一(yi)个充(chong)满(man)无(wu)限(xian)可(ke)能的(de)新世界。这套(tao)系(xi)统(tong)的强(qiang)大(da)之处(chu)在(zai)于(yu)其(qi)“精(jing)准定(ding)位(wei)”和(he)“智能(neng)规划(hua)”两大(da)核(he)心(xin)能力(li)，能够将地下空(kong)间从一个(ge)相对(dui)封(feng)闭、难(nan)以触(chu)及(ji)的领域，转变(bian)为(wei)一个(ge)可(ke)管(guan)理(li)、可开发、可利用(yong)的(de)战略空间。

在(zai)城(cheng)市建(jian)设领(ling)域，SPPPFS的(de)应用前(qian)景可谓(wei)是“挖”出了(le)新天地(di)。随(sui)着(zhe)城市地(di)面空间(jian)的日益(yi)饱和，地下空(kong)间(jian)的开发(fa)已(yi)成为(wei)必然趋(qu)势(shi)。无论(lun)是地(di)下交(jiao)通枢(shu)纽(niu)、大(da)型停车场(chang)、商(shang)业(ye)综合体(ti)，还(hai)是城市(shi)管网的(de)升级(ji)改造，都需(xu)要精(jing)确的地下(xia)空间规(gui)划和高(gao)效(xiao)的(de)施工(gong)导航(hang)。SPPPFS能够(gou)为地(di)下工程(cheng)的勘(kan)测、设(she)计(ji)、施工提供高(gao)精(jing)度的(de)三维模型(xing)和实时导(dao)航支(zhi)持。

想(xiang)象(xiang)一下，在(zai)修建地下隧道时(shi)，施(shi)工机器(qi)人(ren)能(neng)够依(yi)靠SPPPFS，精确(que)感(gan)知前方岩(yan)层(ceng)的性质，避(bi)开(kai)地(di)下(xia)水(shui)和断层，并由APPA规(gui)划出最优的(de)掘进(jin)路线，极(ji)大地(di)降(jiang)低(di)了施(shi)工风(feng)险，缩(suo)短了(le)工期，节(jie)省(sheng)了(le)成(cheng)本。对(dui)于复(fu)杂的(de)城市管网(wang)，SPPPFS能够(gou)建(jian)立(li)起(qi)精确的(de)地(di)下管线(xian)数字孪生，实(shi)现管线(xian)的实(shi)时监(jian)控、故(gu)障预警和(he)精准(zhun)维修，彻底告别(bie)“拉链马路”的尴尬局面。

应(ying)急救援领(ling)域，SPPPFS更是“地(di)下生(sheng)命的(de)守护(hu)者”。在(zai)地震、洪水(shui)等(deng)灾(zai)害发(fa)生后，地下空(kong)间可能(neng)成为(wei)受灾(zai)人员(yuan)的避(bi)难(nan)所(suo)，也可(ke)能因为结构破坏而变得危险(xian)。SPPPFS可以快(kuai)速(su)部署(shu)到灾(zai)区，通(tong)过搭载在无人(ren)探测(ce)器上的系统，对(dui)倒塌的地下建筑(zhu)、被(bei)困(kun)的(de)救援(yuan)人员(yuan)进行(xing)快速(su)搜寻定(ding)位。

其精(jing)准的(de)定(ding)位能力(li)，能(neng)够帮助(zhu)救援(yuan)队(dui)伍精(jing)确锁定(ding)被困人(ren)员的位(wei)置(zhi)，而智能规划(hua)能力(li)则能(neng)够(gou)为(wei)救援人员(yuan)规划出(chu)最安(an)全、最快(kuai)捷的(de)进(jin)入(ru)和(he)撤(che)离路(lu)线(xian)，避(bi)免次(ci)生灾害(hai)的发生。在火灾(zai)等事故(gu)中，SPPPFS更(geng)是能够实(shi)时监控地(di)下空(kong)间(jian)的(de)温(wen)度(du)、气体(ti)浓度等环(huan)境(jing)参(can)数，为(wei)消防人员提供(gong)实时的安(an)全(quan)指示(shi)，减少(shao)人员(yuan)伤(shang)亡。

在能源(yuan)和资源勘探(tan)领域，SPPPFS是“探寻宝(bao)藏的利(li)器(qi)”。地(di)下丰(feng)富的矿产资源、地热能源(yuan)等，一(yi)直是(shi)人类觊觎的目标。SPPPFS能够帮(bang)助(zhu)勘(kan)探(tan)队(dui)伍深(shen)入到(dao)更深(shen)、更危(wei)险的(de)地下区域(yu)，进行(xing)高(gao)精(jing)度的(de)地质(zhi)勘测。通过(guo)多模(mo)态(tai)感(gan)知技(ji)术，它(ta)能够(gou)识别出矿(kuang)脉的位置、规模(mo)和(he)品位(wei)，以及地热资源的(de)分布(bu)和潜(qian)力。

APPA能够(gou)规划(hua)出(chu)最优的钻探和(he)开采(cai)路(lu)径，避(bi)开(kai)不稳定的(de)地(di)层(ceng)，提高(gao)资(zi)源利用(yong)率，降低勘(kan)探和开采(cai)的成本。这(zhe)对于我国(guo)能源安全(quan)和(he)可持(chi)续(xu)发展(zhan)具有(you)极其重要(yao)的意义(yi)。

SPPPFS的潜在应(ying)用(yong)还远不止(zhi)于此。例如(ru)，在地下仓(cang)储物(wu)流领(ling)域(yu)，SPPPFS可(ke)以(yi)实(shi)现地(di)下仓(cang)库的(de)自动(dong)化管理和精准(zhun)导航，提(ti)高仓储(chu)效率。在地下旅游和探险领域(yu)，SPPPFS可以(yi)为游客提(ti)供(gong)安(an)全、有趣的(de)地下探索体验。甚至(zhi)在军(jun)事领(ling)域，SPPPFS也能为地下军事(shi)设施的建(jian)设和(he)维护，以及(ji)地(di)下(xia)战场的(de)侦(zhen)察和(he)导航(hang)提供(gong)强大(da)的技术支(zhi)持。

SPPPFS的(de)出现(xian)，不仅仅是一项技术(shu)上的(de)突(tu)破，它(ta)更像是一(yi)扇(shan)窗户(hu)，让我们得(de)以窥(kui)见地(di)下世界(jie)的(de)无限可能。它将(jiang)“秘密(mi)通道(dao)”从概(gai)念变成了现(xian)实(shi)，让(rang)原(yuan)本模糊、神(shen)秘的地下空间(jian)变(bian)得(de)触手可及(ji)。未来(lai)，我们(men)可以(yi)预见到(dao)，随(sui)着SPPPFS技术的(de)不断成(cheng)熟(shu)和普(pu)及(ji)，地下(xia)空(kong)间将不(bu)再是(shi)城市的(de)“负担”，而(er)是(shi)能够与地(di)面空(kong)间协(xie)同(tong)发(fa)展、相(xiang)互(hu)补充(chong)的(de)“第三(san)维度(du)”。

秘密通道(dao)导航研(yan)究所(suo)的(de)这项研究(jiu)成果(guo)，是对人类(lei)探索(suo)未知(zhi)、利(li)用空间(jian)能力(li)的又一次巨大飞(fei)跃。它(ta)预(yu)示着一个更加(jia)立体、更加(jia)智能(neng)的城(cheng)市发(fa)展新(xin)时(shi)代(dai)，一(yi)个(ge)地下(xia)与地面(mian)协同共(gong)生的(de)美好未来(lai)。这不仅(jin)仅是科(ke)技的(de)胜利，更是(shi)人类智慧和勇(yong)气的结晶，它(ta)将(jiang)引领我们开启(qi)一个(ge)前(qian)所未有(you)的地下新(xin)纪元(yuan)！

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图片来源：每经记者 陈元 摄

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