摘要：文中通過了對當(dāng)前國內(nèi)外機載激光雷達技術(shù)應(yīng)用和發(fā)展的調(diào)研，研究了在當(dāng)前國內(nèi)市場條件下開發(fā)國有自主知識產(chǎn)權(quán)的機載激光雷達數(shù)據(jù)處理軟件系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)、市場成熟性和必要性，從而促進機載激光雷達技術(shù)在國內(nèi)的研究發(fā)展。
　　關(guān)鍵詞：機載激光雷達；數(shù)字攝影測量；Lidar數(shù)據(jù)處理
　　
　　
　　1、概述

　　 機載激光雷達空中測量又稱機載LiDAR(LightDetectionandRanging)是激光探測及測距系統(tǒng)的簡稱，是攝影測量發(fā)展到數(shù)字攝影測量時產(chǎn)生的新型技術(shù)；在過去十年，特別是在國外作為精確、快速地獲取地面三維數(shù)據(jù)的工具已得到廣泛的認同，近幾年隨著我國測繪市場的逐漸發(fā)展和開放,這項技術(shù)迅速被
　　多家測繪單位和企業(yè)從國外引進，并實際應(yīng)用于國內(nèi)測繪領(lǐng)域和面向國外地理空間數(shù)據(jù)服務(wù)外包業(yè)務(wù)之中。
　　隨著技術(shù)引進我們發(fā)現(xiàn)LiDAR產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量非常巨大，現(xiàn)有的測量軟件很難適應(yīng)處理如此海量的數(shù)據(jù)，因此需要特殊的專業(yè)軟件來處理。目前國際上主要是在Microstation平臺下用芬蘭Terrasolid公司開發(fā)的TerraScan系列軟件進行處理三維坐標數(shù)據(jù)和相關(guān)影像數(shù)據(jù)；但國內(nèi)未見公開發(fā)布的相關(guān)機載激光雷達數(shù)據(jù)處理軟件系統(tǒng)，可以說是空白。我們國家已經(jīng)擁有大約5年的時間從國外引進相關(guān)技術(shù)的經(jīng)驗積累，加上近年來市場需求迅猛增長，我們是否可以進行相關(guān)軟件研發(fā)來填補國內(nèi)空白、打破國外軟件開發(fā)商壟斷中國市場的行情，如下我將就這些問題進行探討。
　　2、機載激光雷達市場價值鏈條和數(shù)據(jù)處理的軟件系統(tǒng)情況
　　當(dāng)前激光雷達技術(shù)的國際市場鏈條可歸納為四個部分：激光雷達傳感器和軟件系統(tǒng)制造、激光雷達數(shù)據(jù)采集、激光雷達數(shù)據(jù)處理、行業(yè)應(yīng)用服務(wù)產(chǎn)品；主要的行業(yè)應(yīng)用市場有油氣勘探、各種基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、岸線維護、礦業(yè)、通訊光纜、電力企業(yè)、森林、農(nóng)業(yè)、各種災(zāi)害評估、濕地調(diào)查、城市規(guī)劃、交通線路、走廊項目制圖、安全監(jiān)測、地形圖測量和國土防御等方面。具體參見如下產(chǎn)業(yè)價值鏈表
　　
　　軟件系統(tǒng)開發(fā)分為兩種，一種是用于驅(qū)動硬件設(shè)備工作的控制器軟件系統(tǒng)，一種是對已經(jīng)獲取的標準激光雷達數(shù)據(jù)Las格式進行各種后期處理的軟件系統(tǒng)，由于前一種軟件系統(tǒng)直接由硬件開發(fā)商提供，本文主要著重探討第二種軟件系統(tǒng)的基本市場狀況。目前全世界已經(jīng)形成的公開出版發(fā)售的軟件系統(tǒng)都由國外相關(guān)公司開發(fā)，TerraSolid公司開發(fā)的Tscan系列占據(jù)了85％以上的市場份額，國內(nèi)市場空白，相關(guān)產(chǎn)品主要如下：
　　
　　3、國內(nèi)市場成熟性
　　1）機載激光雷達技術(shù)在國內(nèi)測繪領(lǐng)域的市場發(fā)展情況
　　從機載激光雷達數(shù)據(jù)采集市場來看，從1998年起，以每年25％的速度遞增，據(jù)統(tǒng)計截至2006年7月全球約有150多個個商業(yè)組織使用60多種類似的系統(tǒng)。
　　從2004年開始，國內(nèi)有多家單位和公司分別購買了國外不同廠商的數(shù)套商用激光雷達設(shè)備：廣西桂能引進REIGL公司的5600系列，山西亞太航空是德國IGI公司的litemapper2800，太原通用航空購買的是LeicaALS50，中國海監(jiān)北海支隊購買的是LeicaALS50，北京星天地公司和南京測繪勘察設(shè)計院有限公司引進的是OptechALTM3100，秦皇島星球數(shù)碼科技有限公司引進的是LeicaALS40。目前這些設(shè)備均已經(jīng)大范圍在國內(nèi)測繪市場中運行，給國內(nèi)傳統(tǒng)測繪方式帶來了巨大沖擊，市場前景明朗；
　　特別是隨著國家北斗導(dǎo)航衛(wèi)星的發(fā)射，國家將會擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)，這使得我們國內(nèi)相關(guān)信號被限制和慣性導(dǎo)航技術(shù)受限制，導(dǎo)致機載激光雷達行業(yè)發(fā)展不夠充分和跟不上國際發(fā)展的情況將會得到極大的改善，從而能夠促進機載激光雷達技術(shù)更好的發(fā)展、并從給該行業(yè)軟件開發(fā)帶來更多的機遇。
　　2）機載激光雷達技術(shù)在國內(nèi)地理空間數(shù)據(jù)服務(wù)外包領(lǐng)域的市場發(fā)展情況
　　地理空間數(shù)據(jù)服務(wù)外包是指向國外客戶提供處理和加工地理空間數(shù)據(jù)的服務(wù)，其中機載激光雷達數(shù)據(jù)加工業(yè)務(wù)在國際上已經(jīng)非常成熟；2005年前特別是印度、巴基斯坦占據(jù)了60％以上機載激光雷達數(shù)據(jù)處理的國際業(yè)務(wù)，近些年來隨著國內(nèi)測繪實力的增強和國家對服務(wù)外包業(yè)務(wù)的鼓勵，我國地理空間數(shù)據(jù)服務(wù)外包業(yè)務(wù)有了長足的成長，形成了穩(wěn)定優(yōu)質(zhì)服務(wù)，并有取而代之印度、巴基斯坦之勢。
　　目前國內(nèi)已經(jīng)形成規(guī)模化地理空間數(shù)據(jù)加工基地的有北京東方道爾科技有限公司、秦皇島星球數(shù)碼科技有限公司、黑龍江地理信息產(chǎn)業(yè)園、西安煤航、天津新政宏昊科技有限公司、武漢大學(xué)LIDAR數(shù)據(jù)處理與應(yīng)用研究所；據(jù)2009年國際攝影測量與遙感大會發(fā)布信息和相關(guān)服務(wù)外包研究結(jié)果，估計擁有30億產(chǎn)值，其中機載激光雷達數(shù)據(jù)服務(wù)大約有30％，即9億；
　　3）軟件系統(tǒng)已開發(fā)情況和市場必要性
　　目前國內(nèi)激光雷達數(shù)據(jù)處理幾乎都是使用了除芬蘭Terrascan系列軟件，數(shù)據(jù)處理軟件遠沒有遙感數(shù)據(jù)處理軟件那么成熟。雖然國家863計劃早已經(jīng)投入資金進行科研，但到目前為止國家自主知識產(chǎn)權(quán)登記發(fā)布的軟件為零，市場前景明朗。
　　目前流行的Terrascan系列軟件不僅存在引進成本高、每年維護費高的缺點，同時幾個模塊之間的集成度和可操作性一般；而且由于運行于Microstation平臺之上，所以使用該軟件之前必須首先購買Microstation這個計算機輔助制圖軟件，軟件系統(tǒng)成本昂貴。單套軟件系統(tǒng)的費用如下表：
　　
　　目前國內(nèi)測繪行業(yè)應(yīng)用和服務(wù)外包業(yè)務(wù)中自主知識產(chǎn)權(quán)軟件系統(tǒng)均為空白，而面對迅猛增加的國內(nèi)軟件市場，前景非常明朗；如果大量購買國外昂貴軟件系統(tǒng)，將會將會使得企業(yè)運營成本迅速上升，從而削弱我國地理空間數(shù)據(jù)服務(wù)外包在國際上的競爭力；
　　4、關(guān)鍵技術(shù)成熟性分析
　　數(shù)據(jù)提供商幾乎都同意使用了固定的國際通用數(shù)據(jù)格式las，這使得las數(shù)據(jù)成為這個行業(yè)標準數(shù)據(jù)提供格式，也標志著行業(yè)走向成熟；las數(shù)據(jù)是標準的二進制格式存儲的激光雷達數(shù)據(jù)，其包含了激光雷達點多重標準的屬性信息：X、Y、Z坐標值，反射時間信息，反射信號強弱值，反射類型信息，數(shù)據(jù)獲取架次信息，分層信息等；標準的數(shù)據(jù)格式使得產(chǎn)品兼容性大大提高，為處理軟件的開發(fā)提供了明確方向。
　　地理信息系統(tǒng)幾十年來發(fā)展和研究結(jié)果特別是空間分析方法，其算法模型已經(jīng)是非常成熟和標準化的，足以滿足當(dāng)前數(shù)據(jù)處理中所需要用到的各種運算；加上標準化的圖形圖像化OpenGL標準，以及VisualC++中編寫程序和2D/3D圖形API接口，目前的技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟。
　　5、軟件系統(tǒng)開發(fā)功能設(shè)計需求概述
　　
　　
　　
　　
　　
　　
　　
　　為了節(jié)省軟件成本，系統(tǒng)應(yīng)該獨立運行于Windows平臺之下，根據(jù)市場需求情況，軟件首先側(cè)重如下方面的處理開發(fā)：激光雷達點不同分級類型的處理，比如反射類型（多重反射和一次性反射）、反射對象類型（地面、建筑物、植被、水系等）；激光雷達點之間的疊加分析，外圍參考空間數(shù)據(jù)的輔助疊加分析（遙感影像疊加、空間適量數(shù)據(jù)疊加）；空間數(shù)據(jù)層管理；激光雷達點不同屬性項顯示分析（不同高程的專題顏色顯示分析、不同反射對象類型的專題顏色分析、反射強弱的灰度影像圖分析、不同反射類型專題顏色分析、不同飛行架次獲取數(shù)據(jù)專題顏色分析）；高程模型可視化分析（包括高程三維模型顯示分析、二維表面模型顯示分析和等高線地形模型制作分析）；以及三維激光雷達點空間形態(tài)的剖面圖分析；激光雷達點固有顏色值暈渲圖等。只有對原始演算出來的激光雷達點進行相關(guān)的分析和處理，才能夠為下游相關(guān)產(chǎn)品（通常4D產(chǎn)品）和應(yīng)用系統(tǒng)所用。
　　其次對各種類型機載LIDAR點云瀏覽功能：對獲取的LIDAR點云進行彩虹顯示，Intensity顯示，高程顯示，三維點云顯示；CAD信息瀏覽功能：放大縮小移動；信息查詢功能：面積查詢、長度查詢、高程查詢、位置查詢、點云信息查詢；CAD輔助設(shè)計功能：點線面矢量、點線面編輯、剖面分析、屬性填寫；LIDAR點云的分類定級功能：自動過濾、SURFACE過濾、等高線過濾、手工過濾；影像匹配功能：照片匹配，錄像匹配，正射匹配。
　　最后需要開發(fā)多種數(shù)據(jù)兼容和開放的系統(tǒng)升級接口：軟件系統(tǒng)設(shè)計兼容LIDAR點云（*.las、*.xyz）、擁有地理參考的遙感影像(*.tif、*.jpg、)、輔助獲取的CAD或者GIS空間矢量數(shù)據(jù)（*.shp）。在國土資源調(diào)查，水系防洪，電力設(shè)計，道路監(jiān)測與設(shè)計，房產(chǎn)評估，鐵路信息化方面有廣泛應(yīng)用；系統(tǒng)能夠提供簡潔的維護、升級接口給下一代升級備用。
　　6結(jié)束語
　　激光雷達數(shù)據(jù)處理和應(yīng)用屬于高科技空間地理信息產(chǎn)業(yè)范疇，曾在2004年，美國勞工部評價該產(chǎn)業(yè)為未來十年內(nèi)最有發(fā)展?jié)摿Φ娜�大產(chǎn)業(yè)之一。也正是這個時候我國開始向國外大量引進該項先進的測量技術(shù)，發(fā)展至今已經(jīng)有5年的經(jīng)驗和歷史。隨著國內(nèi)激光雷達技術(shù)在各行業(yè)廣泛應(yīng)用、軟件產(chǎn)品技術(shù)引進的繼續(xù)深入、我國參與國際市場激光雷達數(shù)據(jù)服務(wù)外包的成熟，我們需要在已有技術(shù)經(jīng)驗積累的下開發(fā)相關(guān)軟件處理系統(tǒng)。從當(dāng)前分析來看目前國內(nèi)已經(jīng)具備開發(fā)相關(guān)軟件的技術(shù)條件和市場必要性。并以此來填補國內(nèi)數(shù)據(jù)處理上的軟件開發(fā)空白、打破國外對我國相關(guān)企業(yè)的技術(shù)壟斷，減少企業(yè)運行成本、增強企業(yè)核心競爭力，為我國激光雷達數(shù)據(jù)處理行業(yè)服務(wù)，并為今后在國際市場下競爭奠定基礎(chǔ)。
　　7參考文獻
　　[1]LiDAR–OverviewofTechnology,Applications,MarketFeatures&Industry.-CARMSUniversityofVictoria.
　　[2]李德仁.攝影測量與遙感的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J].武漢測繪科技大學(xué)學(xué)報,2000,25(1).
　　[3]李清泉,李必軍,陳靜.激光雷達測量技術(shù)及其應(yīng)用研究[J].武漢測繪科技大學(xué)學(xué)報,2000.
　　[4]劉經(jīng)南,張小紅.激光掃描測高技術(shù)的發(fā)展與現(xiàn)狀[J].武漢大學(xué)學(xué)報:信息科學(xué)版,2003(4).

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