移動測量系統(tǒng)和實景三維技術的發(fā)展和應用

1、WORD格式可編輯移動測量系統(tǒng)及實景三維技術的發(fā)展與應用周落根韓聰穎王星卓“摘 要：本文介紹了我國移動測量技術的發(fā)展概況，闡述了實景三維地理信息產(chǎn)業(yè)的形成和發(fā)展，分析了移動測量行業(yè)和實景三維地理信息服務的競爭格局，對其未來發(fā)展進行了展望。關鍵詞：移動測量系統(tǒng) 實景三維技術 地理信息服務引言移動測量技術是當今測繪界最為前沿的技術之一，誕生于20世紀90年代初，集成了全球衛(wèi)星定位、慣性導航、圖像處理、攝影測量、地理信息及集成控制等技術，通過采集空間 信息和實景影像，由衛(wèi)星及慣性定位確定實景影像的位置姿態(tài)等測量參數(shù)，實現(xiàn)了任意影像上的按需測量。移動測量的多傳感器系統(tǒng)可加載于如航天航空飛行器、陸地交通

2、工具、水上交通工具等多種載體上，形成不同的移動測量系統(tǒng)，滿足不同的測量需求。例如， 陸基移動測量系統(tǒng)通過車載平臺上安裝的 GPS INS、CCD等傳感器協(xié)同運行， 沿道路采集周圍地物的可量測實景 影像數(shù)據(jù)。二我國移動測量技術的發(fā)展在兩院院士李德仁先生的推動下，我國從1995年開始對移動測量技術進行研究，由武漢大學測繪遙感信息工程國家重點實驗室在對多個關鍵技術展開技術攻關并取得突破后，于1999年完成移動測量系統(tǒng)樣機的研制。目前國內在移動測量技術領域的研發(fā)實力和技術水平與發(fā)達國家相比還存在一定差距。此外，國內某些高等院校和研究機構雖然在此領域有著較為深厚的學術底蘊，但其技術水平周落根，立得空間信

3、息技術股份有限公司副總經(jīng)理；韓聰穎，王星卓，立得空間信息技術股份有限公司僅停留在原型樣機的階段，均未實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，行業(yè)發(fā)展受到限制。為推動科研成果的轉化，立得空間于1999年成立，其前身是武漢立得空間信息技術有限公司，2008年4月更名為立得空間信息技術有限公司，2010年12月，變更為立得空間信息技術股份有限公司（以下簡稱立得空間），李德仁院士出任公司首席科學家，并開始主導移動測量技術的產(chǎn)業(yè)化。經(jīng)過 十余年的努力，立得空間使中國移動測量行業(yè)及其相關產(chǎn)業(yè)初具規(guī)模，是我國移動測量系統(tǒng)的開拓者。立得空間研制生產(chǎn)的路基移動測量系統(tǒng)（Lan d-based MMS包括：第一代車載 CCD實景三維采集車系

4、統(tǒng)即 LD2000系列、第二代激光三維采集車系統(tǒng)即LD2011型系列全景激光移動測量系統(tǒng)；空基移動測量設備（ Airborne Mobile Mapping Device ）包括LD2011空基移動 測量設備。公司現(xiàn)有移動測量系統(tǒng)（MMS變形車產(chǎn)品包括：流動執(zhí)法MMS應急測繪MMS廣告牌測量 MMS簡裝版公路巡查 MMS公路巡查及裂縫測量MMS鐵路行業(yè) MMS便攜式MMS全景激光MMS都具有相當成熟的規(guī)模（見圖1）。Portable MMSLD2000 MMSLD衛(wèi)011寶全*耳克幡動擁豪址LD2O11 Pinorarmc Lisar MMS甘零遒賂將對需耶頸 匚 ompnicr MMS圖1.

5、移動測量系統(tǒng)大家族（一）陸基移動測量系統(tǒng)陸基移動測量系統(tǒng)是一種基于道路的快速移動測量系統(tǒng)， 其原理是在機動車上集成全球 定位系統(tǒng)（GPS、攝影測量系統(tǒng)（CCD、慣性導航系統(tǒng)（INS）等先進傳感器和設備，在 車輛高速行進時，快速采集道路及周邊地物的空間位置和屬性數(shù)據(jù)， 并同步存儲于車載計算 機中，經(jīng)專門軟件編輯處理，形成各種空間地理信息數(shù)據(jù)成果，如電子地圖、設施數(shù)據(jù)庫、興趣點（POI）數(shù)據(jù)庫等。具有測量精確、采集快速、使用方便、獲取的信息豐富等諸多優(yōu) 點，被公認為是最佳的導航電子地圖測制、地圖修測及道路實景三維地理信息數(shù)據(jù)采集工具,系統(tǒng)原理如圖2所示。gw帛耳鼻Slerao Sequence I

6、mage專業(yè)知識整理分享i:卡口寸厘制.SlesrcDS.iivEviriij-1Orhfrr 4D data Aisaurtfli.M：ap SnooningSmbolizHiDnDm* PrMiungFormal Canvcrsinxi圖2.陸基移動測量系統(tǒng)原理示意圖陸基移動測量系統(tǒng)在獲取目標的地理空間位置的同時，還能夠采集地物的實景影像，富地理信息數(shù)據(jù)的內容， 從而拓展了地理信息數(shù)據(jù)的應用領域，因此被廣泛應用于軍事、繪、城管、公安、應急、交通、鐵路等多個行業(yè)。此外，陸基移動測量系統(tǒng)所獲取的實景三 維地理信息以實景影像方式直觀表達，易于被大眾用戶所接受與使用。2004年以前，受制于計算機處

7、理技術、存儲技術以及網(wǎng)絡帶寬技術的局限性，陸基移動測量系統(tǒng)在長時間內僅被應用于軍事、測繪、交通等專業(yè)領域，并且主要用于二維地圖的更新，在基于道路的空間地理信息數(shù)據(jù)建庫等方面的市場需求量較小。隨著計算機技術、絡技術和移動測量技術的不斷發(fā)展與完善，在計算機和網(wǎng)絡中傳輸海量空間地理信息成為可 能，以影像融合二維地圖的實景三維空間地理信息系統(tǒng)應運而生。相對于傳統(tǒng)的二維地圖， 實景三維空間地理信息統(tǒng)表達方式更為直觀、信息更加豐富、更易被理解和使用，因此Google、微軟、諾基亞等IT巨頭為爭奪未來網(wǎng)絡地理信息的霸主地位，紛紛投入了大量資 源用于購買、組裝移動測量系統(tǒng)，在全球范圍內進行街景影像采集。立得空

8、間的陸基移動測量系統(tǒng)與國外廠商相比，性能與國際頂尖產(chǎn)品相當，性價比極高,主要功能性能指標見表 1。表1.主要陸基移動測量系統(tǒng)對比表系統(tǒng)名稱Ld2000RH-LMX8IP_S2生產(chǎn)商立得美國 Trimble日本Tope onGPSDGPSDGPSDGPS“戰(zhàn)術級” INS“戰(zhàn)術級” INS“控制級” INS慣性設備（0.3 o /h）（0.3 o /h）（1-3 o /h ）1.4m-10m 相機1.4m-4m 相機成像設備全景相機全景相機全景相機成像分辨率10cm10cm30em實際測量精度0.5m0.5m2m后處理軟件成圖、行業(yè)應用成圖成圖應用領域行業(yè)用戶、互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)用戶互聯(lián)網(wǎng)在國內，相關政

9、策和法規(guī)規(guī)定境外公司不能獨自在中國大陸境內進行地理信息數(shù)據(jù)采集和發(fā)布，因此各種行業(yè)及互聯(lián)網(wǎng)地理信息數(shù)據(jù)服務必須由中國大陸公司主導完成。在政策前提下，作為一種最有效的城市空間信息采集系統(tǒng)，立得空間的陸基移動測量系統(tǒng)在強大核心技術的支撐下，占據(jù)了市場壟斷地位。(二)空基移動測量設備空基移動測量設備以由GNSS INS、導航存儲設備、數(shù)據(jù)處理軟件等組成的定位定向系統(tǒng)(POS: Positioning and Orientation System)為核心部件，裝載于飛艇、無人機等飛行器上，系統(tǒng)可以實時獲取運動物體的空間位置和三維姿態(tài)信息，其原理為：將各個導航傳感器獲取的信息進行最優(yōu)化數(shù)學處理，為飛行器

10、等設備提供高精度的位置和姿態(tài)信息?？栈苿訙y量設備可為機載激光雷達、 推掃式超光譜成像儀、大面陣CCD數(shù)字相機、合成孔徑雷 達等測繪遙感設備提供動態(tài)坐標及姿態(tài)基準，對提高地理信息采集與更新速度、 實現(xiàn)我國測繪現(xiàn)代化目標具有重要意義。定位定向系統(tǒng)(POS系統(tǒng)作為空基移動測量設備的核心部件，一直受到西方國家軍事禁運的影響。長期以來，我國缺少適用于測量和高精度地理信息數(shù)據(jù)采集的航空POS近年來，西方國家對INS的管制小幅放松，多家國外POS生產(chǎn)商開始向我國供貨，但價格十分昂 貴，限制了我國空基移動測量系統(tǒng)的大規(guī)模使用。為打破國外技術封鎖，立得空間自創(chuàng)立伊始即開始POS相關技術研究及產(chǎn)品的開發(fā)工作，在

11、突破了載波相位差分、精密動態(tài)單點、GNSS/INS緊密組合等一系列技術難關后，自主研制出了與進口產(chǎn)品技術水平和性能相當?shù)腜OS系統(tǒng)。立得空間研制的航空 POS可為各航測設備廠商提供配套服務，同時還適用于飛行器及地面交通工具導航、戰(zhàn)術武器導航平臺、工業(yè)自動控制等高端領域，相關產(chǎn)品外觀如圖3所示。圖3. 立得空間生產(chǎn)的 POST品典型外觀圖采用POS系統(tǒng)直接地理定位具有如下優(yōu)點：不依賴空中三角測量和一個完整的地面控制測量；簡化、自動化數(shù)據(jù)處理和質量控制的過程；單個的立體模型制圖、單幅影像的正射校正可以使用已有的數(shù)字高程模型(DEM ；在傳統(tǒng)的航空測繪應用方面提高了工作效率，從而減少了操作時間，節(jié)約

12、了成本，進而提高了精度；易與數(shù)碼相機、攝影機、LIDAR系統(tǒng)、SAR系統(tǒng)、數(shù)字掃描儀等傳感器結合；適用于應急測繪快速響應。三實景三維地理信息產(chǎn)業(yè)的形成與發(fā)展隨著測繪技術和移動測量技術的發(fā)展， 實景三維地理信息應運而生， 其是在傳統(tǒng)二維地 理信息的基礎之上，增加了連續(xù)的地面可量測影像庫作為新的數(shù)據(jù)源，并通過專門的數(shù)據(jù)開發(fā)平臺與地理信息行業(yè)應用軟件無縫集成，從而給用戶提供更直觀易用的實景可視化環(huán)境。實景三維地理信息服務是指運用測繪技術、計算機軟件技術采集地理數(shù)據(jù)、可量測實景影像數(shù)據(jù)和行業(yè)專題地理數(shù)據(jù)，主要為政府、企業(yè)的決策管理和日常辦公提供信息服務，并能為用戶帶來更多嶄新的功能和應用模式，可為城市

13、信息化管理部門提供“數(shù)字城市”地理信息整體數(shù)據(jù)解決方案，其主要的應用領域有：基礎地理空間數(shù)據(jù)框架、 地理信息共享平臺、 電子政務平臺、數(shù)字城管、公安、應急、智能交通、旅游、公眾地圖服務等。服務的主要內 容為：實景三維地理信息的采集與處理、業(yè)務專題數(shù)據(jù)庫建庫、可量測實景影像應用開發(fā)平臺、數(shù)據(jù)應用部署等，尤其是面向城市管理與決策的高端應用。國家測繪地理信息局于 2009年發(fā)布行業(yè)標準可量測實景影像CH/Z 1002-2009，將實景三維地理信息正式納入國家基礎地理信息數(shù)字產(chǎn)品范疇，成為國家空間數(shù)據(jù)基礎設施的重要組成部分。交通部、住建部、公安部等國家有關部委均在數(shù)字城市各行業(yè)的信息化建設 規(guī)劃中，對

14、采用實景三維地理信息服務制定行業(yè)指導意見。經(jīng)過近十年的發(fā)展，實景三維地理信息服務逐漸形成如圖4所示的產(chǎn)業(yè)鏈。實景三維地理信息服務產(chǎn)業(yè)的上游為地理信息采集設備提供商，包括傳感器、電子電氣元器件及設備等的提供商；中游的地理信息服務商提供實景三維地理數(shù)據(jù)采集與建庫服務， 通過集成開發(fā)商或企業(yè)級的數(shù)據(jù)生產(chǎn)商、網(wǎng)絡運營商等為下游的城市信息化用戶提供服務， 或直接提供服務。隨著移動終端、互聯(lián)網(wǎng)技術的發(fā)展，實景三維地理信息服務將從高端行業(yè) 應用推廣至社會大眾。近年來，國外主要以谷歌公司為代表、國內以立得空間為代表的地理信息服務商已全面開始提供實景三維地理信息服務。截止2010年底，谷歌公司提供的街景地圖服務

15、已在歐洲、北美等發(fā)達國家和地區(qū)實現(xiàn)城市全覆蓋；立得空間的實景三維地理信息服務也已在全國29個省，100多個城市、城區(qū)得到廣泛應用，主要應用于城市地理信息服務共享平臺和基礎地 理數(shù)據(jù)框架、電子政務平臺、數(shù)字城管、公安應急、公路交通、旅游招商等諸多領域。國內的實景三維地理信息服務始于20世紀末，與國外的實景三維地理信息服務處于同樣的起步水平，經(jīng)過數(shù)十年的研究與發(fā)展，其技術應用模式已趨于成熟。但相比國際著名品 牌如谷歌公司的 Street View 和微軟公司的 StreetSide，國內實景三維地理信息服務的劣勢在于品牌推廣力度較小，產(chǎn)業(yè)化程度較低。圖4.實景三維地理信息服務產(chǎn)業(yè)鏈立得空間不僅是中

16、國移動測量系統(tǒng)的開拓者，還是實景三維地理信息理念的原創(chuàng)者，開創(chuàng)了國內的實景三維地理信息產(chǎn)業(yè)，是目前國內唯一可提供可量測實景影像（DMI）技術的公司和實現(xiàn)移動測量系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)化的生產(chǎn)企業(yè)。同時，憑借著實景三維地理信息所具有的富信息、按需測量、直觀易用、更新快捷等諸多優(yōu)點，公司將業(yè)務領域廣泛拓展至電子政務平臺、 數(shù)字城管、公安應急、公路交通、旅游招商等諸多領域，創(chuàng)造了國內實景三維地理信息服務的新模式。目前，立得空間引領的國內實景三維地理信息產(chǎn)業(yè)已初具規(guī)模，呈現(xiàn)快速和多樣化發(fā)展趨勢。立得空間的移動測量系統(tǒng)和實景三維地理信息服務模式已經(jīng)在全國27個省、100多個城市（區(qū)縣）和青藏鐵路、汶川地震、北京奧運、

17、國慶60周年閱兵、廣州亞運等項目中得到成功應用，在行業(yè)內形成巨大的影響力。四行業(yè)競爭格局與市場份額評估（一）移動測量行業(yè)由于移動測量系統(tǒng)技術門檻高，目前完整掌握其核心技術并實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的廠商主要有美 國天寶公司、日本拓普康公司和立得空間。 雖然還有少量科研機構開展了移動測量系統(tǒng)研制， 但僅停留在研究階段，樣機還未產(chǎn)品化。立得空間是國內唯一實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的公司，根據(jù)中華人民共和國標準化法規(guī)定，該產(chǎn)品的質量標準已于2006年在質量技術監(jiān)督局進行了備案。移動測量系統(tǒng)作為一種新興產(chǎn)品，價格較為昂貴，尚處于市場導入期， 國內僅專業(yè)測繪用戶（軍方等）在使用，主要由立得空間提供。國外產(chǎn)品因價格高昂、缺乏生產(chǎn)配套軟

18、件和 應用軟件、沒有完善的售后服務體系等原因還難以為國內用戶接受，目前僅有少量幾臺進口產(chǎn)品。（二）實景三維地理信息服務實景三維地理信息服務市場分為兩類，一是政府企業(yè)的行業(yè)市場，二是大眾消費者市場。在行業(yè)市場，立得空間一直引領實景三維地理信息的應用和推廣，已經(jīng)在全國100多個城市、城區(qū)得到成功應用。由于實景三維地理信息服務具有良好的市場前景，目前，也有一些測繪機構和民營測繪單位購買了移動測量系統(tǒng)，正在進入這一領域，如武漢勘測院、重慶數(shù)字城市、江蘇蘭德數(shù)碼、北京數(shù)字政通等公司。在大眾消費者市場，以谷歌為例，截止2010年末其街景地圖服務在歐洲、北美等發(fā)達國家和地區(qū)已實現(xiàn)城市全覆蓋，微軟計劃近年投資

19、數(shù)十億美元在全球開展3000個實景三維數(shù)字城市建設。由于行業(yè)許可方面的制約，它們尚未進入國內市場。五未來展望隨著云計算技術變得更加成熟，它將很好地應用到地理空間業(yè)務中，地理空間數(shù)據(jù)就是一個“云”，其儲存、管理、應用將更加方便。地理空間數(shù)據(jù)采集和應用的實時化成為市場 主要需求，快速獲取、加工、處理和應用、維護地理空間數(shù)據(jù)的技術更加成熟，并得到廣泛 應用，電子地圖、遙感影像圖、實景影像圖將實現(xiàn)從空中到地面、從宏觀到微觀的集成應用。今后，智慧地球、物聯(lián)網(wǎng)等將不再只是概念，而是將迎來巨大的現(xiàn)實發(fā)展，地理空間信息將與各種移動終端，如手機、相機、探頭、監(jiān)控頭、電視機、定位儀等集成應用，將掌上世界 轉變成為

20、現(xiàn)實，讓生活更加精彩。基于地理空間信息的位置服務將成為3G的重要功能和賣點，與百姓的日常學習、工作和生活相關的地理空間信息將進一步提升3G的價值。實景三維技術將面向規(guī)劃、城管、社區(qū)、應急、房產(chǎn)、市政、交通等集成應用服務；突破多元數(shù)據(jù)獲取、融合集成服務及平臺頂層設計技術瓶頸；形成基于“端管云”架構統(tǒng)一的 城市三維平臺高效組織管理與服務能力；對政府、企業(yè)和公眾提供三維數(shù)據(jù)應用服務，提升城市規(guī)劃、建設、管理和服務水平；對數(shù)字城市智慧化發(fā)展階段發(fā)揮數(shù)據(jù)和技術支撐作用。（一）移動測量系統(tǒng)行業(yè)發(fā)展趨勢1、向著多數(shù)據(jù)源方向發(fā)展移動測量系統(tǒng)依托航天航空飛行器、車輛、船舶等運載平臺，采用可見光、紅外、高光譜和微

21、波等多種波譜段成像進行目標測量，獲取目標的空間信息和屬性。 在各種波譜段成像中，可見光成像的光譜特征與人眼相同，具有易理解、易被接受的特點，其應用也很快得到推廣。隨著移動測量成果數(shù)據(jù)在不同行業(yè)的應用發(fā)展，新的需求也不斷產(chǎn)生， 不同波譜成像將獲得與可見光成像不同的屬性信息，滿足更多的應用需求， 因此移動測量技術將向著多波譜段成像方向發(fā)展，紅外、高光譜、微波等波譜段的成像傳感器將逐步得到應用和發(fā)展。2、處理技術的自動化發(fā)展方向數(shù)據(jù)處理自動化水平的提高將有效提升移動測量數(shù)據(jù)處理的效率，降低移動測量成本，對移動測量的應用推廣將起到極大推動作用。自動化數(shù)據(jù)處理相關技術也一直是行業(yè)內研究的熱點，如已經(jīng)取得

22、階段性成果的全景影像制作技術、圖像模糊化處理技術等都對移動測量數(shù)據(jù)的應用起到應有的作用。 移動測量數(shù)據(jù)處理的自動化水平還較低，隨著技術的不斷進步，數(shù)據(jù)處理也將向全自動方向發(fā)展。3、應用范圍越來越廣泛測量是移動測量系統(tǒng)的基本功能，其設計的初衷是為了促進測繪技術的革新，軍方及專業(yè)測繪機構是系統(tǒng)的目標客戶。隨著移動測量成果的推廣使用，其直觀、易用、富信息等優(yōu)點會逐步得到體現(xiàn)并被更多的客戶認可，因此移動測量系統(tǒng)的應用范圍也將逐步擴大，其應用領域將向更多行業(yè)擴展。4、陸基移動測量向著激光測量方向發(fā)展三維激光掃描測量技術是一項創(chuàng)新性的數(shù)據(jù)測量手段，它克服了傳統(tǒng)測量技術效率低、信息損失大、安全性差、 勞動強度大、專業(yè)性高難以推廣應用的局限性，采用非接觸主動測 量的方式直接獲取目標環(huán)境的高精度三維數(shù)據(jù)，能夠對任意物體進行掃描， 且沒有白天和黑夜的限制，快速高效地將現(xiàn)實世界的環(huán)境信息轉換成易于計算處理的數(shù)據(jù)，并最大程度地還原了真實的社會環(huán)境，信息量豐富、直觀可視、便于使用、擴展性強。隨著三維激光掃描測量裝置在精度、速度、易操作性、輕便、抗干擾能力等性能方面的提升及價格的逐步下降， 它在測繪領域成為研究的熱點，應用領域不斷擴展， 逐步成為快速獲取空間實體三維數(shù)據(jù)的主