北京特捷高科技有限公司總經(jīng)理唐糧在“北京首屆空間信息產(chǎn)業(yè)論壇”上的報(bào)告

　　各位來賓：下午好！

　　讓我談趨勢(shì)，我想來想去，干脆還是談技術(shù)和應(yīng)用，趨勢(shì)還是留給教授談，咱們既然搞企業(yè)，就談現(xiàn)實(shí)，根據(jù)我們和德國(guó)公司合作的情況，看看空間信息獲取技術(shù)都有什么新進(jìn)展，其實(shí)前面的報(bào)告已經(jīng)展現(xiàn)了這些技術(shù)的應(yīng)用，在這里我快速的給大家回顧一下。

　　從現(xiàn)代空間信息生產(chǎn)流程來說，主要是數(shù)據(jù)獲取、數(shù)據(jù)的處理加工以及存儲(chǔ)，一直到最后的可視化。我個(gè)人認(rèn)為數(shù)據(jù)獲取是整個(gè)空間信息生產(chǎn)流程中最關(guān)鍵的一個(gè)環(huán)節(jié)，因?yàn)槠滟|(zhì)量、精度決定了將來產(chǎn)品能服務(wù)于哪些用戶，或者細(xì)節(jié)到哪一步，這是值得大家特別重視的一個(gè)地方。我匯報(bào)以下幾方面內(nèi)容：GPS航攝導(dǎo)航、GPS/IMU直接定位定向、數(shù)碼航攝儀、機(jī)載激光雷達(dá)、車載激光雷達(dá)以及數(shù)碼熱紅外儀等。

　　一、GPS航攝導(dǎo)航

　　我們可以通過在家里用軟件對(duì)整個(gè)測(cè)區(qū)進(jìn)行航攝設(shè)計(jì)，然后將設(shè)計(jì)好的數(shù)據(jù)直接輸入GPS導(dǎo)航設(shè)備，便可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)航攝導(dǎo)航。舉IGI公司的例子，IGIplan+CCNS4就是這樣一個(gè)系統(tǒng)，直接用于航空攝影導(dǎo)航，是國(guó)際上最早做這件事情的，也是做的最成功的。IGIplan，利用現(xiàn)代所有軟件可能的功夫，把軟件做的非常方便易用，使大家可以在幾分鐘內(nèi)完成一個(gè)大測(cè)區(qū)的設(shè)計(jì)任務(wù)，并直接可以跟Google  Earth進(jìn)行接口，可以把Google  Earth數(shù)據(jù)導(dǎo)下來，最后編輯處理，然后用Google  Earth顯示出來。我舉一個(gè)簡(jiǎn)單的例子，對(duì)于任何一個(gè)測(cè)區(qū)進(jìn)行任意多邊形的設(shè)計(jì)，標(biāo)定之后就可以完全自動(dòng)的進(jìn)行航攝飛行設(shè)計(jì)，只需要把相應(yīng)的參數(shù)、航飛精度要求給出，然后就可以自動(dòng)的解決問題，包括重疊度方面的要求。在不考慮地面起伏的情況下，設(shè)計(jì)不一定能夠滿足所要求的航片重疊，利用Google  Earth或者其他現(xiàn)有的數(shù)字地面模型數(shù)據(jù)，就可以進(jìn)行非常準(zhǔn)確的航攝設(shè)計(jì)了，這是飛行之后得到的結(jié)果，完全可以滿足要求，好處很多。

　　二、GPS/IMU直接定位方向

　　下面談?wù)凣PS/IMU技術(shù)在定向方面的應(yīng)用。什么是IMU？就是慣性測(cè)量裝置，通過慣導(dǎo)方法進(jìn)行姿態(tài)測(cè)定，道理非常簡(jiǎn)單，傳感器有三個(gè)線性元素，X、Y、Z，以及三個(gè)空間旋角。通過GPS可進(jìn)行準(zhǔn)確的定位，即確定X、Y、Z；通過IMU便可以進(jìn)行準(zhǔn)確的姿態(tài)測(cè)定。AEROcontrol-IId就是這樣一個(gè)系統(tǒng)。它可以跟很多傳感器一塊使用，包括膠片航攝儀，以及各種各樣的數(shù)碼相機(jī)等等。2002年第一次跟中國(guó)測(cè)繪科學(xué)研究院一起引進(jìn)這項(xiàng)技術(shù)，試驗(yàn)結(jié)果很好，后來被國(guó)家測(cè)繪局認(rèn)可，制訂了相應(yīng)的飛行規(guī)范。

　　三、數(shù)碼航攝儀

　　數(shù)碼相機(jī)發(fā)展的非?？欤裉煜挛缯驴偟膱?bào)告中已經(jīng)介紹了數(shù)碼相機(jī)，尤其是DMC。很榮幸的是我本人是DMC的參與者，這個(gè)原理是我做的，希望以后還有機(jī)會(huì)把這類產(chǎn)品做的更好。隨著數(shù)碼相機(jī)的發(fā)展，我們1999年開始研究DMC，那時(shí)候CCD的發(fā)展得還沒那么快，而且非常貴。現(xiàn)在已經(jīng)變化了，比如這么一個(gè)相機(jī)（DigiCAM-H39）既便宜、幅面又非常合適，且速度非?？?，相比于DMC來講要便宜得多。以這種相機(jī)為單元也可以進(jìn)行相應(yīng)組合，比如四拼式，或者進(jìn)行多角度拍攝等。以后不能只是單一的豎直攝影，最后的目標(biāo)是要做三維城市等，經(jīng)常要涉及到模型貼面，如果只是直著向下攝影，獲取不到旁邊的信息。因此，未來的發(fā)展肯定要走向多角度、多種類型傳感器結(jié)合的方式，即全景全信息式。既然講到數(shù)碼相機(jī)，我們便可與膠片相機(jī)比較一下，它不光速度快，而且輻射分辨率極高。比如這張照片是用很好的航空膠片拍攝的相片，即便用5?掃描也有很多噪聲，而數(shù)碼影像則能很好地反映出物體的細(xì)節(jié)來。從這些照片中可以看出數(shù)碼相機(jī)給我們提供了更多的信息，從左邊這張照片中我們不光知道是鐵路軌道，而且還可以用之進(jìn)行質(zhì)量檢查，拓寬了其應(yīng)用。

　　四、機(jī)載激光雷達(dá)

　　這個(gè)應(yīng)用非常廣，道理也非常簡(jiǎn)單，獲取激光數(shù)據(jù)以后得到三維點(diǎn)云，由此得到DSM（數(shù)字地表模型），剃除地表信息便可得到DTM或DEM。這是LiteMapper系統(tǒng)，是非常有特色的激光掃描系統(tǒng)，掃描儀一般有三種形式：擺鏡式、平推式和多面轉(zhuǎn)鏡式，這里采用的是最后一種，其重要特點(diǎn)是勻速，掃描點(diǎn)分布均勻。這套系統(tǒng)也是目前世界上唯一帶有所謂全波形記錄的機(jī)載系統(tǒng)。什么叫全波形記錄呢？激光掃描一般原理是一個(gè)光束打下來一般只接收回一個(gè)信號(hào)，或者說四種接收回波模式：回波光強(qiáng)度，再就是第一個(gè)回波信號(hào)，或最后一個(gè)回波信號(hào)，或第一和最后回波信號(hào)交替接收等，一般激光掃描儀都如此。有什么缺點(diǎn)呢？很簡(jiǎn)單，比如說接收第一個(gè)回波，如果在空中有一個(gè)顆粒，，第一個(gè)回波就記了一個(gè)空中顆粒，沒有地表了。最后一個(gè)回波情況也一樣，比如在大城市里，到處都是玻璃樓，激光可以來回折射，一個(gè)光束打下來，不知道反了多少次的光回來了，結(jié)果是粗差。這樣就不能保證信息的準(zhǔn)確性。什么叫全波形呢？一個(gè)光束打下去，我們記錄的不光是第一個(gè)回波，而且第二個(gè)、第三個(gè)，以至最后一個(gè)，即所有的回波全部記錄下來。這樣就首先保證了所有好信息都在里面，當(dāng)然也包括誤差，可以通過相應(yīng)的手段去剔除。舉一個(gè)很簡(jiǎn)單的例子，一般情況下樹木反射情況是這樣離散的點(diǎn)，而全波形則是這個(gè)樣子的。實(shí)際意義非常簡(jiǎn)單，激光打下去以后回來的是所有信號(hào)的記錄。樹木是最好的例子，激光打下來以后不光能把樹尖、樹桿、樹葉等的回波記錄下來，還能記錄其下面的樹叢（灌木），甚至再下面的草以及地面的回波，這樣就使得信息量非常豐富，有非常大的應(yīng)用潛力。目前國(guó)際上很多大學(xué)都在進(jìn)行這方面的研究，利用全波形挖掘信息潛力，提高應(yīng)用水平。我講兩個(gè)小故事：一是：今年三月份德國(guó)飛了一個(gè)地方，都是森林，把樹、樹叢和草剝離掉后，發(fā)現(xiàn)地面上有許多坑，結(jié)果發(fā)現(xiàn)是二戰(zhàn)時(shí)候的彈坑，大的是炸開的，小的是還未引爆的炮彈，而從外面根本看不見，全是一片樹林。第二個(gè)故事是：在蒙古一片草原上，草下有一些古居住地遺址，從外面也沒法發(fā)現(xiàn)，只有通過這種方式才很準(zhǔn)確地找到了。該激光雷達(dá)的精度也非常高，這是我們?cè)诟咚俟飞蠝y(cè)車轍的例子，檢測(cè)精度能夠達(dá)到1.3厘米。

　　五、車載激光雷達(dá)系統(tǒng)

　　道理非常簡(jiǎn)單，將機(jī)載放到車上，行進(jìn)中對(duì)周邊掃描即可。StreetMapper360就是一個(gè)例子。這里采用了360度高速旋轉(zhuǎn)的激光掃描儀，每秒鐘一個(gè)掃描儀可以達(dá)到20萬個(gè)點(diǎn)，用兩個(gè)甚至可達(dá)到40萬個(gè)點(diǎn)。配有高速數(shù)碼相機(jī)，每秒鐘可以達(dá)到7.5幅2K?2K的數(shù)碼影像，定位定向用的也是前面提到的GPS/IMU這套系統(tǒng)。目前已經(jīng)對(duì)15個(gè)F1賽道進(jìn)行了測(cè)量，用于車隊(duì)的安全措施方案制定和模擬駕駛等，玩車的人都知道。作為應(yīng)用，現(xiàn)在給大家看幾個(gè)小短片。車載雷達(dá)非常方便，車速可以達(dá)到100多公里，100公里情況下，每平方米仍有360個(gè)點(diǎn)，密度極其高。激光點(diǎn)通過IMU、GPS定位、定向之后，不需要經(jīng)過特殊加工就可以直接用來進(jìn)行點(diǎn)云的三維顯示。點(diǎn)云也可以和相應(yīng)的彩色影像進(jìn)行重疊，從而得到真實(shí)景觀。精度非常高，我們?cè)诘湼咚俟穼?shí)測(cè)與全站儀和GPS靜態(tài)站點(diǎn)比較的結(jié)果是，高程中誤差可以達(dá)到10毫米。

　　六、數(shù)碼熱紅外儀

　　這也是非常具有應(yīng)用前景的，尤其對(duì)于環(huán)境的監(jiān)測(cè)，對(duì)于我們來說非常有意義，我們感興趣的是熱度的分辨率，具體應(yīng)用可以留給大家以后共同探討。

　　我今天就匯報(bào)這些。談到未來趨勢(shì)，也許會(huì)是這樣一輛“傳感車”？謝謝大家！