結(jié)識(shí)二代街景

緣于一張網(wǎng)絡(luò)高點(diǎn)擊率的照片，我們結(jié)識(shí)了一位可愛的老人，認(rèn)真從不懈怠的可愛;也緣于這位具有大國匠心的老人，我們結(jié)識(shí)了二代街景技術(shù)——老人和其團(tuán)隊(duì)孜孜不倦的科研成果。

平面線稿，顯示導(dǎo)航路線、提醒擁堵，這是我們?nèi)粘Ｋ玫膶?dǎo)航。如果變成立體畫面，具備街道全景景觀;可以從任意視角進(jìn)行移動(dòng)觀賞，這是老人及其團(tuán)隊(duì)目前正在研究的技術(shù)實(shí)現(xiàn)——三維立體地形圖。

比較傳統(tǒng)地圖，老人將自己的研究稱之為“二代街景”，并歸結(jié)了他們之間的本質(zhì)區(qū)別：傳統(tǒng)地圖是照片，二代街景是模型，也正是二代街景技術(shù)為三維立體地形圖提供了空間數(shù)據(jù)支撐。二代街景可以還原街道環(huán)境，甚至可以呈現(xiàn)出周圍的細(xì)節(jié)，如樹木、電線桿、紅綠燈、垃圾筒等配置?，F(xiàn)實(shí)與虛擬相結(jié)合，可以全范圍漫游，連大樓的底商廣告牌、門牌號(hào)都一清二楚。

這個(gè)技術(shù)怎么實(shí)現(xiàn)的呢？科研團(tuán)隊(duì)帶我們認(rèn)識(shí)了一輛車，名叫車載激光建模測量工作車，跟隨這輛車我們體驗(yàn)并驗(yàn)證了一次采集與呈現(xiàn)的過程。當(dāng)采集駕駛結(jié)束后，我們回到實(shí)驗(yàn)室很快就看到了二代街景的成果，是三維的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，真三維效果，呈現(xiàn)的內(nèi)容非常精準(zhǔn)。而中間的連接點(diǎn)只是一個(gè)小小的U盤，是科研人員從采集完畢后車輛的硬件配置箱拔下的。

小小的一份U盤，卻包含了經(jīng)歷的所有數(shù)據(jù)，LiDAR數(shù)據(jù)、激光數(shù)據(jù)、GPS數(shù)據(jù)、IMU數(shù)據(jù)以及里程計(jì)數(shù)。如此厲害，沒錯(cuò)，它集成的正是這輛車所配置的一個(gè)核心，即移動(dòng)激光建模測量系統(tǒng)的采集成果。

移動(dòng)激光建模測量系統(tǒng)是技術(shù)核心，也是老人從系統(tǒng)構(gòu)建思路、關(guān)鍵裝備研制、現(xiàn)場試驗(yàn)到處理軟件研發(fā)等親力親為的心血付出。目前，該系統(tǒng)后期處理的絕對(duì)精度可達(dá)5厘米，1公里數(shù)據(jù)的處理時(shí)間只需要5分鐘，可以提取多達(dá)50種城市地物要素分類，而國外同類產(chǎn)品即便只提取一種地物要素，也需要半個(gè)小時(shí)，該系統(tǒng)的技術(shù)水平在世界同類產(chǎn)品中處于領(lǐng)先地位。

激光？建模？虛實(shí)結(jié)合？講到這里，從這些關(guān)鍵詞我們或許也可一窺其中的技術(shù)原理。在開始前，接上面內(nèi)容先解釋1個(gè)專業(yè)詞匯——LiDAR數(shù)據(jù)。機(jī)載激光雷達(dá)（ LiDAR， Light Detection And Ranging ） 系統(tǒng)通過發(fā)射和接收激光脈沖能直接快速得到地表密集的高精度三維點(diǎn)坐標(biāo)被稱為機(jī)載LiDAR點(diǎn)云數(shù)據(jù)。也正是點(diǎn)云采集技術(shù)的進(jìn)步使得二代街景成為可能。所謂點(diǎn)云，就是巨量的點(diǎn)數(shù)據(jù)的集合。當(dāng)一束激光照射到物體表面時(shí)，反射回來的激光會(huì)攜帶方位、距離等信息。若將激光束按照某種特定的軌跡，對(duì)物體進(jìn)行極為精細(xì)的掃描，并且在掃描同時(shí)記錄反射的激光點(diǎn)的信息，那么被記錄下來的激光點(diǎn)構(gòu)成的點(diǎn)云，就勾勒出了物體的外觀。如果用三維激光掃描儀和照相式掃描儀相互配合，共同對(duì)某一個(gè)物體進(jìn)行掃描，數(shù)據(jù)就會(huì)包括三維坐標(biāo)、激光反射強(qiáng)度和顏色信息。讓采集到的三維坐標(biāo)信息相互印證，激光反射強(qiáng)度和顏色信息相互補(bǔ)充完善，就可以建立起被掃描物體的三維模型。建模所需的數(shù)據(jù)配合GPS數(shù)據(jù)，構(gòu)成城市街景地圖的基礎(chǔ)。

最終形成的三維立體地形圖，基于點(diǎn)云數(shù)據(jù)，不論從空中，還是其它各種視角，都可以對(duì)目標(biāo)物體進(jìn)行查看;或是以任意一個(gè)角度為中心360度旋轉(zhuǎn)。同時(shí)，兼具測量功能，如測量馬路中車道線的寬度，在地形圖上即可操作完成，即時(shí)獲得測量數(shù)據(jù)。當(dāng)然，遠(yuǎn)不止步于此， 這只是劉院士及其團(tuán)隊(duì)的一個(gè)小目標(biāo)。在未來，以智慧城市建設(shè)為目標(biāo)，擴(kuò)展其更為廣闊的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)

[1]吳玉華，丁劍.淡泊名利 匠心報(bào)國：記中國工程院院士劉先林[J].中國測繪，2017（5）：4-10

劉先林

中國工程院院士

中國測繪研究院名譽(yù)院長

中國工程院首批院士之一，一直致力于航空攝影測量理論與航測儀器的研究工作并取得了一系列重大科研成果，多項(xiàng)成果填補(bǔ)國內(nèi)空白，結(jié)束了中國先進(jìn)測繪儀器全部依賴進(jìn)口的歷史。他通過儀器研制有力地推動(dòng)了整個(gè)行業(yè)的發(fā)展，大大加快了中國測繪從傳統(tǒng)技術(shù)體系向數(shù)字化測繪技術(shù)體系的轉(zhuǎn)變，被譽(yù)為測繪界的“工人師傅”。

1. “科學(xué)密探”節(jié)目組在劉先林院士辦公室做采訪準(zhǔn)備

2. 車載激光建模測量工作車示意

推薦單位 / 北京測繪學(xué)會(huì)

成果來源 / 中國測繪研究院

科研代表 / 劉先林

轉(zhuǎn)化作者 / 蘇子文