摘要：文中通過了對當前國內外機載激光雷達技術應用和發展的調研，研究了在當前國內市場條件下開發國有自主知識產權的機載激光雷達數據處理軟件系統的關鍵技術、市場成熟性和必要性，從而促進機載激光雷達技術在國內的研究發展。
　　關鍵詞：機載激光雷達；數字攝影測量；Lidar數據處理
　　
　　
　　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的簡稱，是攝影測量發展到數字攝影測量時產生的新型技術；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據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展和開放,這項技術迅速被
　　多家測繪單位和企業從國外引進，并實際應用于國內測繪領域和面向國外地理空間數據服務外包業務之中。
　　隨著技術引進我們發現LiDAR產生的數據量非常巨大，現有的測量軟件很難適應處理如此海量的數據，因此需要特殊的專業軟件來處理。目前國際上主要是在Microstation平臺下用芬蘭Terrasolid公司開發的TerraScan系列軟件進行處理三維坐標數據和相關影像數據；但國內未見公開發布的相關機載激光雷達數據處理軟件系統，可以說是空白。我們國家已經擁有大約5年的時間從國外引進相關技術的經驗積累，加上近年來市場需求迅猛增長，我們是否可以進行相關軟件研發來填補國內空白、打破國外軟件開發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據處理的軟件系統情況
　　當前激光雷達技術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制造、激光雷達數據采集、激光雷達數據處理、行業應用服務產品；主要的行業應用市場有油氣勘探、各種基礎設施建設、岸線維護、礦業、通訊光纜、電力企業、森林、農業、各種災害評估、濕地調查、城市規劃、交通線路、走廊項目制圖、安全監測、地形圖測量和國土防御等方面。具體參見如下產業價值鏈表
　　
　　軟件系統開發分為兩種，一種是用于驅動硬件設備工作的控制器軟件系統，一種是對已經獲取的標準激光雷達數據Las格式進行各種后期處理的軟件系統，由于前一種軟件系統直接由硬件開發商提供，本文主要著重探討第二種軟件系統的基本市場狀況。目前全世界已經形成的公開出版發售的軟件系統都由國外相關公司開發，TerraSolid公司開發的Tscan系列占據了85％以上的市場份額，國內市場空白，相關產品主要如下：
　　
　　3、國內市場成熟性
　　1）機載激光雷達技術在國內測繪領域的市場發展情況
　　從機載激光雷達數據采集市場來看，從1998年起，以每年25％的速度遞增，據統計截至2006年7月全球約有150多個個商業組織使用60多種類似的系統。
　　從2004年開始，國內有多家單位和公司分別購買了國外不同廠商的數套商用激光雷達設備：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，中國海監北海支隊購買的是LeicaALS50，北京星天地公司和南京測繪勘察設計院有限公司引進的是OptechALTM3100，秦皇島星球數碼科技有限公司引進的是LeicaALS40。目前這些設備均已經大范圍在國內測繪市場中運行，給國內傳統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航衛星的發射，國家將會擁有自主知識產權的導航衛星系統，這使得我們國內相關信號被限制和慣性導航技術受限制，導致機載激光雷達行業發展不夠充分和跟不上國際發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更好的發展、并從給該行業軟件開發帶來更多的機遇。
　　2）機載激光雷達技術在國內地理空間數據服務外包領域的市場發展情況
　　地理空間數據服務外包是指向國外客戶提供處理和加工地理空間數據的服務，其中機載激光雷達數據加工業務在國際上已經非常成熟；2005年前特別是印度、巴基斯坦占據了60％以上機載激光雷達數據處理的國際業務，近些年來隨著國內測繪實力的增強和國家對服務外包業務的鼓勵，我國地理空間數據服務外包業務有了長足的成長，形成了穩定優質服務，并有取而代之印度、巴基斯坦之勢。
　　目前國內已經形成規模化地理空間數據加工基地的有北京東方道爾科技有限公司、秦皇島星球數碼科技有限公司、黑龍江地理信息產業園、西安煤航、天津新政宏昊科技有限公司、武漢大學LIDAR數據處理與應用研究所；據2009年國際攝影測量與遙感大會發布信息和相關服務外包研究結果，估計擁有30億產值，其中機載激光雷達數據服務大約有30％，即9億；
　　3）軟件系統已開發情況和市場必要性
　　目前國內激光雷達數據處理幾乎都是使用了除芬蘭Terrascan系列軟件，數據處理軟件遠沒有遙感數據處理軟件那么成熟。雖然國家863計劃早已經投入資金進行科研，但到目前為止國家自主知識產權登記發布的軟件為零，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，軟件系統成本昂貴。單套軟件系統的費用如下表：
　　
　　目前國內測繪行業應用和服務外包業務中自主知識產權軟件系統均為空白，而面對迅猛增加的國內軟件市場，前景非常明朗；如果大量購買國外昂貴軟件系統，將會將會使得企業運營成本迅速上升，從而削弱我國地理空間數據服務外包在國際上的競爭力；
　　4、關鍵技術成熟性分析
　　數據提供商幾乎都同意使用了固定的國際通用數據格式las，這使得las數據成為這個行業標準數據提供格式，也標志著行業走向成熟；las數據是標準的二進制格式存儲的激光雷達數據，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，數據獲取架次信息，分層信息等；標準的數據格式使得產品兼容性大大提高，為處理軟件的開發提供了明確方向。
　　地理信息系統幾十年來發展和研究結果特別是空間分析方法，其算法模型已經是非常成熟和標準化的，足以滿足當前數據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，目前的技術已經相當成熟。
　　5、軟件系統開發功能設計需求概述
　　
　　
　　
　　
　　
　　
　　
　　為了節省軟件成本，系統應該獨立運行于Windows平臺之下，根據市場需求情況，軟件首先側重如下方面的處理開發：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，外圍參考空間數據的輔助疊加分析（遙感影像疊加、空間適量數據疊加）；空間數據層管理；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據專題顏色分析）；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的分析和處理，才能夠為下游相關產品（通常4D產品）和應用系統所用。
　　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。
　　最后需要開發多種數據兼容和開放的系統升級接口：軟件系統設計兼容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空間矢量數據（*.shp）。在國土資源調查，水系防洪，電力設計，道路監測與設計，房產評估，鐵路信息化方面有廣泛應用；系統能夠提供簡潔的維護、升級接口給下一代升級備用。
　　6結束語
　　激光雷達數據處理和應用屬于高科技空間地理信息產業范疇，曾在2004年，美國勞工部評價該產業為未來十年內最有發展潛力的三大產業之一。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，發展至今已經有5年的經驗和歷史。隨著國內激光雷達技術在各行業廣泛應用、軟件產品技術引進的繼續深入、我國參與國際市場激光雷達數據服務外包的成熟，我們需要在已有技術經驗積累的下開發相關軟件處理系統。從當前分析來看目前國內已經具備開發相關軟件的技術條件和市場必要性。并以此來填補國內數據處理上的軟件開發空白、打破國外對我國相關企業的技術壟斷，減少企業運行成本、增強企業核心競爭力，為我國激光雷達數據處理行業服務，并為今后在國際市場下競爭奠定基礎。
　　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狀與發展趨勢[J].武漢測繪科技大學學報,2000,25(1).
　　[3]李清泉,李必軍,陳靜.激光雷達測量技術及其應用研究[J].武漢測繪科技大學學報,2000.
　　[4]劉經南,張小紅.激光掃描測高技術的發展與現狀[J].武漢大學學報:信息科學版,2003(4).

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