激光雷達(dá)采集的離散點(diǎn)云具有數(shù)據(jù)量大、信息豐富等特點(diǎn)。目前常用的數(shù)據(jù)存儲格式，在存儲Lidar數(shù)據(jù)時(shí)存在種種不足,且數(shù)據(jù)交換和共享困難。為促進(jìn)整個(gè)行業(yè)的持續(xù)增長，硬件制造商、軟件開發(fā)商和終端用戶必須統(tǒng)一數(shù)據(jù)格式。

　　目前，激光雷達(dá)點(diǎn)云數(shù)據(jù)管理、處理、集成和可視化的軟件市場非常年輕，還很不成熟。隨著Lidar數(shù)據(jù)量以及需求量的持續(xù)增長，軟件供應(yīng)商也正在努力開發(fā)新型的解決方案，以滿足客戶將這種數(shù)據(jù)融入到整個(gè)工作流中的需求。

　　目前，大型軟件開發(fā)商(如Esri、Intergraph、Autodesk公司)的軟件本身都支持Lidar數(shù)據(jù)。一些激光掃描設(shè)備廠商(如Riegl、Leica、Optech公司)也正在為其提供硬件擴(kuò)展軟件應(yīng)用，從而維系相應(yīng)的客戶群體。例如，天寶公司的地面解決方案只能在其生產(chǎn)的硬件環(huán)境中使用，為了穩(wěn)定用戶基礎(chǔ)，他們還會(huì)給用戶免費(fèi)提供Cognition和Inpho產(chǎn)品，同時(shí)其航空軟件用戶也不受到任何限制。Lidar數(shù)據(jù)的一些大型用戶(如GeoDigital 和Merrick公司)都已經(jīng)自主開發(fā)了屬于自己的相應(yīng)軟件，他們或者自己持有專利權(quán)(如GeoDigital公司)，或者已將其公開出售(如Merrick公司的MARS軟件套件)。此外，市場上還存在一些免費(fèi)、開源的激光雷達(dá)軟件，如PDAL。

　　市場現(xiàn)狀

　　激光雷達(dá)正在日益普及，特別是在建筑、工程等領(lǐng)域。事實(shí)上，目前幾乎所有主要的軟件供應(yīng)商都支持該數(shù)據(jù)，表明Lidar數(shù)據(jù)已被廣泛接受。正如Merrick公司高級客戶經(jīng)理比爾?埃米森所說，這為Lidar數(shù)據(jù)開辟了一個(gè)更為廣闊的市場。不過，雖然可以獲取到各種來源的Lidar數(shù)據(jù)，但它們之間缺乏一個(gè)統(tǒng)一的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)。Flaxen咨詢公司獨(dú)立顧問邁克爾?格萊克表示，激光雷達(dá)軟件市場仍然是一場開放的游戲。在這場游戲中有許多不同類型的運(yùn)動(dòng)員，他們正在努力嘗試著不同的方向?，F(xiàn)在激光雷達(dá)軟件所處的發(fā)展階段，與10到15年前柵格數(shù)據(jù)軟件所處的階段大體相同。

　　硬件制造商越來越專注于提供特定的軟件工具來完成數(shù)據(jù)處理，如校準(zhǔn)和修正等。其中一些廠商還致力于提供額外的配套產(chǎn)品。同時(shí)，獨(dú)立的第三方軟件開發(fā)商將會(huì)開發(fā)出更為強(qiáng)大的工具，處理來自不同傳感器的數(shù)據(jù)。最終用戶可以利用這些工具完成工作，也可以根據(jù)自己的需求開發(fā)滿足自身需求的軟件。

　　機(jī)載激光雷達(dá)比地面激光雷達(dá)更具優(yōu)勢，而且應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)更為豐富。雖然市場上已有許多成熟的激光雷達(dá)應(yīng)用系統(tǒng)，但用戶通常還是會(huì)使用多個(gè)應(yīng)用程序來完成數(shù)據(jù)的處理和制作工作。天寶公司地理空間部軟件產(chǎn)品經(jīng)理格雷戈?duì)?威爾豪克指出，集成應(yīng)用可能存在于特定的軟件中，但更加開放的系統(tǒng)也會(huì)占據(jù)一席之地。另外，他還表示在地面激光雷達(dá)領(lǐng)域，綜合解決方案將成為一個(gè)重要趨勢。

　　一些公司已經(jīng)通過收購計(jì)劃不斷增強(qiáng)這方面的能力。2010年7月，瑞典測量技術(shù)公司Hexagon公司收購了美國工程軟件公司Inergraph公司，后者擁有分析和數(shù)字成像/激光成像儀、徠卡測量系統(tǒng)，具有自主激光雷達(dá)軟件工具的ERDAS等。2011年10月，Autodesk公司收購了總部位于荷蘭，精通點(diǎn)云數(shù)據(jù)編輯和顯示的愛麗絲實(shí)驗(yàn)室。2011年12月初，GeoDigital公司收購了Powel公司。其中，GeoDigital公司善于利用激光雷達(dá)進(jìn)行植被管理、線路評估和分析;Powel公司是移動(dòng)控制管理產(chǎn)品制造商，包括公共領(lǐng)域管理、植被維護(hù)、電力恢復(fù)和制圖。當(dāng)然也有例外，GIS軟件巨頭Esri公司就沒有專門收購任何一家激光雷達(dá)公司。

　　然而，并非所有人都認(rèn)為合并是最佳的選擇。格萊克表示，對Lidar數(shù)據(jù)的管理、處理和可視化而言，我更愿意使用獨(dú)立的應(yīng)用產(chǎn)品，因?yàn)樗麄兡軌蛱峁└鼮殪`活的方案。軟件產(chǎn)品也應(yīng)該更加專注于產(chǎn)品的質(zhì)量和性能?？傮w而言，高效的工具應(yīng)該用于完成特定類型數(shù)據(jù)的分析研究，例如特征提取、線性測量等，不過目前僅存在少數(shù)這樣的軟件開發(fā)工具包(SDK)。

　　數(shù)據(jù)格式和標(biāo)準(zhǔn)

　　激光雷達(dá)采集的離散點(diǎn)云具有數(shù)據(jù)量大,信息豐富等特點(diǎn)。目前常用的數(shù)據(jù)存儲格式，在存儲Lidar數(shù)據(jù)時(shí)存在種種不足,且數(shù)據(jù)交換和共享困難。為促進(jìn)整個(gè)行業(yè)的持續(xù)增長，硬件制造商、軟件開發(fā)商和終端用戶必須統(tǒng)一數(shù)據(jù)格式。在地面應(yīng)用領(lǐng)域中，數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)通常源于測量領(lǐng)域，而且其標(biāo)準(zhǔn)比航空領(lǐng)域更為豐富。

　　LAS格式是由美國攝影測量與遙感學(xué)會(huì)(ASPRS)制定的一個(gè)LIDAR數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)，是進(jìn)行三維數(shù)據(jù)點(diǎn)云交換的一種二進(jìn)制格式文件。它對數(shù)據(jù)的發(fā)布、維護(hù)和版權(quán)進(jìn)行了詳細(xì)的規(guī)范，能較好地解決多屬性離散激光點(diǎn)數(shù)據(jù)的存儲問題，具有結(jié)構(gòu)嚴(yán)謹(jǐn)，便于擴(kuò)展等優(yōu)點(diǎn)。據(jù)GeoDigital公司總裁兼首席執(zhí)行官阿拉斯泰爾?詹金斯所說：“LAS格式會(huì)使公司之間產(chǎn)生巨大的競爭，以實(shí)現(xiàn)其各自利益的最大化。”

　　激光數(shù)據(jù)的最終用戶并不希望規(guī)定他們所使用的文件格式，他們渴望能有更大的自由空間。然而，存在許多不同的文件格式往往會(huì)增加供應(yīng)商的開發(fā)和維護(hù)負(fù)擔(dān)。通常情況下，用戶要從一個(gè)廠商生產(chǎn)的傳感器上采集數(shù)據(jù)，再通過另一個(gè)廠商開發(fā)的軟件工具來處理數(shù)據(jù)，最后使用又一個(gè)廠商開發(fā)的軟件完成數(shù)據(jù)的可視化。數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的出現(xiàn)緩和了這些矛盾，允許不同開發(fā)商開發(fā)其自有產(chǎn)品，并使產(chǎn)品、數(shù)據(jù)之間能夠很好地完成交換。不遵循公共標(biāo)準(zhǔn)的專有軟件必將沒有出路。[page]

　　面臨的挑戰(zhàn)

　　激光雷達(dá)傳感器數(shù)據(jù)的持續(xù)增長速度正在不斷超越用戶軟件的管理和處理能力。這種現(xiàn)象在短時(shí)間內(nèi)是不會(huì)有改變的，因此管理大數(shù)據(jù)文件的能力就顯得至關(guān)重要。埃米森表示，為應(yīng)對這一挑戰(zhàn)，Lidar數(shù)據(jù)用戶需要使用支持更多隨機(jī)存儲器(RAM)和多中央處理器(CPU)的64位操作系統(tǒng)，通過圖形處理器(GPU)來完成數(shù)據(jù)的處理、壓縮和索引。其中尤以數(shù)據(jù)索引的研究最為重要。

　　詹金斯提出另一個(gè)的挑戰(zhàn)：找尋數(shù)據(jù)質(zhì)量管理的有效途徑。他說：“5年以前，處理70平方公里的數(shù)據(jù)大概需要耗費(fèi)4個(gè)小時(shí)的時(shí)間，然后還要再花10到15分鐘來完成質(zhì)量評價(jià)(QA)/質(zhì)量控制(QC)。現(xiàn)在，自動(dòng)化處理這些數(shù)據(jù)僅需10到15分鐘，但質(zhì)量評價(jià)/質(zhì)量控制則要耗費(fèi)4個(gè)小時(shí)。”現(xiàn)在所面臨的問題是：如果你需要達(dá)到一定精度，你就必須尋找到完成質(zhì)量評價(jià)/質(zhì)量評估的方法;否則，你就只能接受錯(cuò)誤數(shù)據(jù)或者低精度數(shù)據(jù)。

　　未來的發(fā)展趨勢

　　格萊克預(yù)測，ArcGIS軟件、數(shù)字?jǐn)z影測量軟件系統(tǒng)SOCET SET、著名CAD設(shè)計(jì)軟件MicroStation等，未來都將會(huì)像支持柵格數(shù)據(jù)一樣集成點(diǎn)云數(shù)據(jù)。雖然這些軟件產(chǎn)品已經(jīng)可以支持三維數(shù)據(jù)，但是在功能上通常存在一些限制，而且不能支持大型數(shù)據(jù)的建模和分析。

　　激光雷達(dá)將會(huì)順應(yīng)現(xiàn)今潮流的發(fā)展，采取基于云端的應(yīng)用程序和數(shù)據(jù)存儲方式嗎?埃米森表示，因?yàn)榇蠖鄶?shù)Lidar數(shù)據(jù)在處理過程中均采用LAS格式文件，所以我相信支持從LAS文件到關(guān)系數(shù)據(jù)庫(如Oracle、SQL Server)，再到云端應(yīng)用程序的數(shù)據(jù)遷移方式將成為未來的一個(gè)趨勢。隨著點(diǎn)云密度不斷的增大，大部分企業(yè)將會(huì)建立一個(gè)數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)來處理海量數(shù)據(jù)。此外，隨著激光雷達(dá)技術(shù)的不斷普及，這種類型的數(shù)據(jù)需求也將會(huì)持續(xù)增長。

　　威爾豪克說，雖然天寶公司還沒有任何基于云(/Web)的解決方案，但他認(rèn)為這種解決方案將成為一種趨勢。他沒有透露天寶公司是否正在開發(fā)類似的解決方案，但他指出天寶擁有其它基于云端的業(yè)務(wù)。

　　展望未來，埃米森認(rèn)為大多數(shù)激光雷達(dá)軟件還將保持其專業(yè)性。他希望軟件在縱向發(fā)展中產(chǎn)生更多不同層次的應(yīng)用軟件，而非一家獨(dú)大、統(tǒng)領(lǐng)整個(gè)市場。

　　在對谷歌地圖的深入觀察中，可以發(fā)現(xiàn)線路的連接存在錯(cuò)誤。這些錯(cuò)誤對用戶產(chǎn)生的影響將取決于其應(yīng)用的領(lǐng)域。就個(gè)人導(dǎo)航而言，這些錯(cuò)誤可能沒有大礙;但在工程領(lǐng)域應(yīng)用，就可能出現(xiàn)重大偏差。詹金斯指出，用戶在地理精度方面有著非常廣泛的需求。對高密度數(shù)據(jù)的創(chuàng)建和處理需求將成為最大的發(fā)展趨勢。例如，你可以通過激光雷達(dá)獲取一個(gè)完整的煉油廠數(shù)據(jù)，并利用這些數(shù)據(jù)構(gòu)建一個(gè)全新的建筑模型，但是客戶可能只是想更換兩根管道。如果你有現(xiàn)成的模型，便可以很容易地為客戶進(jìn)行更換。因此，操作原則應(yīng)該是最大范圍的完成獲取數(shù)據(jù)，并處理所需數(shù)據(jù)。

　　在融合三維數(shù)據(jù)、柵格/矢量數(shù)據(jù)方面，許多非常有前景的研究工作都在持續(xù)開展。但格萊克表示，在未來幾年內(nèi)，三維仍將需要通過獨(dú)立途徑完成處理。

　　天寶公司

　　天寶公司擁有一套完整的陸地移動(dòng)激光雷達(dá)解決方案，以及一個(gè)與Inpho套件配合使用的航空激光雷達(dá)系統(tǒng)。

　　該公司非常關(guān)注自動(dòng)化特征提取的過程。Inpho套件包括具有較強(qiáng)Lidar數(shù)據(jù)濾波算法的產(chǎn)品，eCognition軟件可以提供最先進(jìn)的基于對象的特征提取功能。這兩個(gè)軟件包可以覆蓋Lidar數(shù)據(jù)處理的整個(gè)過程——從數(shù)據(jù)處理和濾波到特征提取。此外，天寶的激光雷達(dá)系統(tǒng)都具有一個(gè)光學(xué)元件——機(jī)載攝像頭，它可以給點(diǎn)云著色提供一個(gè)快速的解決方案。這個(gè)組合能夠很好地自動(dòng)完成特征提取任務(wù)，并通過eCognition軟件將Lidar數(shù)據(jù)和柵格影像集成到地理信息系統(tǒng)中去。

　　Merrick公司

　　Merrick公司是一家工程公司，其地理空間團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)Lidar數(shù)據(jù)的采集和處理，并生產(chǎn)數(shù)據(jù)衍生品。埃米森說，自從十年前開始從事數(shù)據(jù)采集工作起，他們就決定要建立自己的系統(tǒng)。這也正是該公司開發(fā)MARS軟件并使用其完成整個(gè)工作流程的出發(fā)點(diǎn)。同時(shí)，他們也使用其它軟件，如利Esri公司的產(chǎn)品和一些影像軟件。他們的目標(biāo)并不是成為一個(gè)重要的軟件供應(yīng)商，而是要真正使用它，根據(jù)需求不斷完善它，然后才是銷售。

　　MARS軟件主要用于生產(chǎn)和管理Lidar數(shù)據(jù);而Esri產(chǎn)品主要面向最終用戶，便于其使用和分析數(shù)據(jù)。該公司正在建設(shè)支持不同行業(yè)應(yīng)用的程序，如監(jiān)測供電線路周圍的植被情況、巡查機(jī)場起降線路上的障礙物狀況等。[page]

　　GeoDigital公司

　　GeoDigital公司擅長使用安裝在直升機(jī)、固定機(jī)翼飛機(jī)和車輛上的工程級系統(tǒng)完成帶狀掃描制圖。它生產(chǎn)的三維模型，絕對垂直精度小于10厘米，水平精度小于15厘米。詹金斯說，他們每月的掃描能力能達(dá)到7000公里，在收購Powell后，內(nèi)部軟件團(tuán)隊(duì)的規(guī)模已經(jīng)擴(kuò)大了一倍。

　　通過慣性導(dǎo)航系統(tǒng)(INS)和GPS接收機(jī)獲取的數(shù)據(jù)，可以確定數(shù)據(jù)采集平臺的空間位置和激光發(fā)射方向;結(jié)合目標(biāo)物體反射回的脈沖，便可以確定每一次反射的極坐標(biāo)。這一步非常重要，將直接關(guān)系到數(shù)據(jù)的精確程度。如果沒有好的原始數(shù)據(jù)，那么一切努力都將白費(fèi)。已有一些現(xiàn)成的商業(yè)解決方案能夠處理慣性數(shù)據(jù)和GPS數(shù)據(jù)，如Applanix POS產(chǎn)品線。為了獲取更高精度的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，并將其與影像數(shù)據(jù)進(jìn)行有效融合，GeoDigital公司還開發(fā)了自有軟件。如今，它已成為其核心產(chǎn)品的一部分。

　　GeoDigital公司主要的可視化工具是其網(wǎng)格信息在線(GIO)Web應(yīng)用程序，允許用戶通過類似谷歌地球的產(chǎn)品訪問數(shù)以十億計(jì)的點(diǎn)數(shù)據(jù)。

　　Esri公司

　　Esri公司利用Lidar數(shù)據(jù)已有數(shù)年，并擁有處理數(shù)據(jù)的合作伙伴。該公司市場營銷專家史蒂夫?斯諾說，過去Lidar數(shù)據(jù)主要用于獲取高程數(shù)據(jù)，用戶將Lidar數(shù)據(jù)導(dǎo)入地理數(shù)據(jù)庫中，并構(gòu)建地形數(shù)據(jù)集。而在AcrGIS 10.1中，用戶將能夠通過LAS數(shù)據(jù)集(LAS Dataset)直接讀取LAS文件。

　　他還指出，除非能夠從點(diǎn)云中提取到信息，否則它毫無價(jià)值。決策支持者通常都希望能夠更迅速地通過GIS獲取信息，從而做出及時(shí)準(zhǔn)確的決策分析。他們的一些開發(fā)成果，正好迎合這一需求。另外，所有地理空間軟件都將朝著三維方向發(fā)展，盡管目前這只是一個(gè)期望。

　　微軟

　　點(diǎn)云數(shù)據(jù)的獲取不再局限于激光雷達(dá)技術(shù)。2007年，微軟公司收購遠(yuǎn)程傳感器制造商Vexcel公司。2012年，微軟Vexcel影像事業(yè)部計(jì)劃發(fā)布使用重疊航空影像生成點(diǎn)云數(shù)據(jù)的軟件。該部門業(yè)務(wù)總監(jiān)亞歷山大?維歇特說，軟件現(xiàn)在仍處于開發(fā)階段，只在開發(fā)環(huán)境中進(jìn)行過測試。他們使用UltraCam產(chǎn)品完成航拍，數(shù)據(jù)采集速度極快，并得到了高度重疊的航空影像。然后再對每一個(gè)像元進(jìn)行密集匹配，最終獲取的點(diǎn)密度要比Lidar數(shù)據(jù)高很多。這將成為一個(gè)新的趨勢。

　　微軟供應(yīng)商、最終用戶和研究人員都正在開發(fā)新的工具來管理和處理激光雷達(dá)點(diǎn)云數(shù)據(jù)。雖然要想知道在未來幾年內(nèi)哪種軟件包能夠主宰這一市場還為時(shí)尚早，但可以明確的是Lidar數(shù)據(jù)將很快成為地理空間分析中不可或缺的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)。此外，大量點(diǎn)云數(shù)據(jù)的應(yīng)用也極大促進(jìn)了三維模型軟件的開發(fā)。