北京特捷高科技有限公司總經理唐糧在“北京首屆空間信息產業(yè)論壇”上的報告
各位來賓：下午好！
讓我談趨勢，我想來想去，干脆還是談技術和應用，趨勢還是留給教授談，咱們既然搞企業(yè)，就談現實，根據我們和德國公司合作的情況，看看空間信息獲取技術都有什么新進展，其實前面的報告已經展現了這些技術的應用，在這里我快速的給大家回顧一下。
從現代空間信息生產流程來說，主要是數據獲取、數據的處理加工以及存儲，一直到最后的可視化。我個人認為數據獲取是整個空間信息生產流程中最關鍵的一個環(huán)節(jié)，因為其質量、精度決定了將來產品能服務于哪些用戶，或者細節(jié)到哪一步，這是值得大家特別重視的一個地方。我匯報以下幾方面內容：GPS航攝導航、GPS/IMU直接定位定向、數碼航攝儀、機載激光雷達、車載激光雷達以及數碼熱紅外儀等。
一、GPS航攝導航
我們可以通過在家里用軟件對整個測區(qū)進行航攝設計，然后將設計好的數據直接輸入GPS導航設備，便可實現實時航攝導航。舉IGI公司的例子，IGIplan+CCNS4就是這樣一個系統，直接用于航空攝影導航，是國際上最早做這件事情的，也是做的最成功的。IGIplan，利用現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完成一個大測區(qū)的設計任務，并直接可以跟Google Earth進行接口，可以把Google Earth數據導下來，最后編輯處理，然后用Google Earth顯示出來。我舉一個簡單的例子，對于任何一個測區(qū)進行任意多邊形的設計，標定之后就可以完全自動的進行航攝飛行設計，只需要把相應的參數、航飛精度要求給出，然后就可以自動的解決問題，包括重疊度方面的要求。在不考慮地面起伏的情況下，設計不一定能夠滿足所要求的航片重疊，利用Google Earth或者其他現有的數字地面模型數據，就可以進行非常準確的航攝設計了，這是飛行之后得到的結果，完全可以滿足要求，好處很多。
二、GPS/IMU直接定位方向
下面談談GPS/IMU技術在定向方面的應用。什么是IMU？就是慣性測量裝置，通過慣導方法進行姿態(tài)測定，道理非常簡單，傳感器有三個線性元素，X、Y、Z，以及三個空間旋角。通過GPS可進行準確的定位，即確定X、Y、Z；通過IMU便可以進行準確的姿態(tài)測定。AEROcontrol-IId就是這樣一個系統。它可以跟很多傳感器一塊使用，包括膠片航攝儀，以及各種各樣的數碼相機等等。2002年第一次跟中國測繪科學研究院一起引進這項技術，試驗結果很好，后來被國家測繪局認可，制訂了相應的飛行規(guī)范。
三、數碼航攝儀
數碼相機發(fā)展的非?？?，今天下午章總的報告中已經介紹了數碼相機，尤其是DMC。很榮幸的是我本人是DMC的參與者，這個原理是我做的，希望以后還有機會把這類產品做的更好。隨著數碼相機的發(fā)展，我們1999年開始研究DMC，那時候CCD的發(fā)展得還沒那么快，而且非常貴?，F在已經變化了，比如這么一個相機（DigiCAM-H39）既便宜、幅面又非常合適，且速度非?？欤啾扔贒MC來講要便宜得多。以這種相機為單元也可以進行相應組合，比如四拼式，或者進行多角度拍攝等。以后不能只是單一的豎直攝影，最后的目標是要做三維城市等，經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、多種類型傳感器結合的方式，即全景全信息式。既然講到數碼相機，我們便可與膠片相機比較一下，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，而數碼影像則能很好地反映出物體的細節(jié)來。從這些照片中可以看出數碼相機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，而且還可以用之進行質量檢查，拓寬了其應用。
四、機載激光雷達
這個應用非常廣，道理也非常簡單，獲取激光數據以后得到三維點云，由此得到DSM（數字地表模型），剃除地表信息便可得到DTM或DEM。這是LiteMapper系統，是非常有特色的激光掃描系統，掃描儀一般有三種形式：擺鏡式、平推式和多面轉鏡式，這里采用的是最后一種，其重要特點是勻速，掃描點分布均勻。這套系統也是目前世界上唯一帶有所謂全波形記錄的機載系統。什么叫全波形記錄呢？激光掃描一般原理是一個光束打下來一般只接收回一個信號，或者說四種接收回波模式：回波光強度，再就是第一個回波信號，或最后一個回波信號，或第一和最后回波信號交替接收等，一般激光掃描儀都如此。有什么缺點呢？很簡單，比如說接收第一個回波，如果在空中有一個顆粒，，第一個回波就記了一個空中顆粒，沒有地表了。最后一個回波情況也一樣，比如在大城市里，到處都是玻璃樓，激光可以來回折射，一個光束打下來，不知道反了多少次的光回來了，結果是粗差。這樣就不能保證信息的準確性。什么叫全波形呢？一個光束打下去，我們記錄的不光是第一個回波，而且第二個、第三個，以至最后一個，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，當然也包括誤差，可以通過相應的手段去剔除。舉一個很簡單的例子，一般情況下樹木反射情況是這樣離散的點，而全波形則是這個樣子的。實際意義非常簡單，激光打下去以后回來的是所有信號的記錄。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，有非常大的應用潛力。目前國際上很多大學都在進行這方面的研究，利用全波形挖掘信息潛力，提高應用水平。我講兩個小故事：一是：今年三月份德國飛了一個地方，都是森林，把樹、樹叢和草剝離掉后，發(fā)現地面上有許多坑，結果發(fā)現是二戰(zhàn)時候的彈坑，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，只有通過這種方式才很準確地找到了。該激光雷達的精度也非常高，這是我們在高速公路上測車轍的例子，檢測精度能夠達到1.3厘米。
五、車載激光雷達系統
道理非常簡單，將機載放到車上，行進中對周邊掃描即可。StreetMapper360就是一個例子。這里采用了360度高速旋轉的激光掃描儀，每秒鐘一個掃描儀可以達到20萬個點，用兩個甚至可達到40萬個點。配有高速數碼相機，每秒鐘可以達到7.5幅2K?2K的數碼影像，定位定向用的也是前面提到的GPS/IMU這套系統。目前已經對15個F1賽道進行了測量，用于車隊的安全措施方案制定和模擬駕駛等，玩車的人都知道。作為應用，現在給大家看幾個小短片。車載雷達非常方便，車速可以達到100多公里，100公里情況下，每平方米仍有360個點，密度極其高。激光點通過IMU、GPS定位、定向之后，不需要經過特殊加工就可以直接用來進行點云的三維顯示。點云也可以和相應的彩色影像進行重疊，從而得到真實景觀。精度非常高，我們在丹麥高速公路實測與全站儀和GPS靜態(tài)站點比較的結果是，高程中誤差可以達到10毫米。
六、數碼熱紅外儀
這也是非常具有應用前景的，尤其對于環(huán)境的監(jiān)測，對于我們來說非常有意義，我們感興趣的是熱度的分辨率，具體應用可以留給大家以后共同探討。
我今天就匯報這些。談到未來趨勢，也許會是這樣一輛“傳感車”？謝謝大家！
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