在“激光”的眼中，這個世界不再是五彩繽紛的景色，而是一個個的點，所有的道路與街景都成為了模型。激光雷達掃描系統將道路兩側所有掃描范圍的物體都變成點，這些物體包括路燈、信號燈、房屋、道牙、樹葉等，照相機則不停地將掃描過的部分拍攝成照片。
你眼中的世界，就是世界的全部嗎？答案顯然是否定的。因為我們匆匆趕路時，往往忽略了周圍世界的很多細節，而這些被忽略的細節卻恰恰擁有大作用。
全景掃描后的景觀
中國測繪科學研究院下屬北京四維遠見信息技術有限公司自主研制生產的SSW車載激光建模測量系統彌補了人眼的不足，將樹木、景物，乃至地上的井蓋等都毫無遺漏地復原。在“激光”的眼中，這個世界不再是五彩繽紛的景色，而變成了一個個的點，所有的道路與街景都成為了模型。
“點”的世界
一輛面包車行駛在道路上，速度并不慢，車頂安裝著幾臺相機，不間歇地輪流拍攝周邊的景色。在人們看不到的角度，車上安裝的全球定位系統、慣性導航系統、激光雷達掃描系統也在有條不紊地工作。這輛車搭載的就是SSW車載激光建模測量系統。
車上安裝的激光器、慣導、全景相機等關鍵傳感器看似無關，卻又以特殊的標定方法使系統協同工作，令其可以產生高密度、高精度點云和高清晰度全景影像。“激光雷達掃描系統將道路兩側所有掃描范圍中的物體都變成點，這些物體包括路燈、信號燈、房屋、道牙、樹葉等，照相機則不停將掃描過的部分拍攝成照片。”北京四維遠見信息技術有限公司軟件開發負責人魏占營告訴《中國科學報》記者。
當這輛“神通廣大”的汽車完成工作后，工作人員會將其收集的數據整理到數據庫，然后，后期的處理軟件“思維點云”正式出場。
“點云中有一項是提取技術，就是將激光掃描到的有價值的點提取出來，還原到二維平面中。”魏占營介紹道。這些點在采集時間隔小至1厘米，大多為2~3厘米，最大的間隔為20厘米左右。“這取決于測量時的距離，距離遠時，測量間隔點也比較遠。”魏占營解釋說。有了“點”做比照，再將相機拍攝的畫面進行比對，“我們會將相機上實際物體‘摳’出來，粘貼到這一物體對應的點中”。
經過這樣的處理，一幅360度的照片就變成了一個立體的三維的模型，而且，還可以根據需求不同著重標出需要的信息。
更令人驕傲的是，從設備到軟件處理，所有技術都是正向開發，即由底層做起再完成建模，具有完全自主的版權。“包括關鍵傳感器之間的標定、同步，以及后處理軟件的開發。”魏占營補充道。從2007年開始主要研究硬件集成技術，到2012年開始投入研發后處理軟件以及面向應用的硬件改造，目前已經批量生產和銷售。
“在這些正向開發的技術中，最難的還是自動化全息三維建模，需要把道路周邊的各種地物要素提取并三維建模。”魏占營表示。為了讓提取點更準確，魏占營和團體成員將每一張照片中掃描車拍攝照片時的位置定位到三維坐標中，并根據位置與夾角等數據，力圖將后期的圖片完美地還原到現實中的位置。“目前可以提取的類型有50種。”
應用前景廣
SSW車載激光建模測量系統設計之初，目的是解決城市病。“現代化都市中，存在著樹葉遮擋交通標志牌、井蓋塌陷等問題。以前，技術人員只能通過人工測量，標示坐標位置，慢慢整合數據后方能治理。”魏占營說。但在SSW車載激光建模測量系統問世后，汽車可以載著儀器以每小時40公里的速度行駛在公路上，并且保證拍攝的照片與測量到的數據盡可能的準確。
這套系統同樣可以應用到北京市最近正在執行的違建拆除工作中。今年兩會上，北京市政府工作報告中提出，今年北京計劃拆除違建4000萬平方米以上，其中包括“開墻打洞”行為1.6萬處。在整治“開墻打洞”時，需要重新砌墻粉刷。但是粉刷時需要多少漆料，計算起來卻是個麻煩事。因為窗戶不必粉刷，所以其面積不能算在內，但若拋開窗戶面積計算其他墻壁面積，只靠人工計算并不精準。
“如果粉刷面積小，那么即便將窗戶面積算在粉刷面積中，也不會浪費太多，但是如果粉刷面積大，那么這些數據則是失之毫厘謬以千里了。”魏占營解釋道。
有了SSW車載激光建模測量系統，這樣復雜的計算自然可以完全托付給它。目前，經過改良的車載激光建模測量系統，已經實現了80%的自動計算。
“去年，我們還與其他單位合作進行了井蓋病害調查項目。”魏占營說。這一項目是調查道路上井蓋的破損情況。按照以往的經驗，因為井蓋的分管單位眾多，所以即便發現了有問題的井蓋也難以找到負責的部門。車載激光建模測量系統不僅將破損的井蓋掃描出來，而且還能“揪”出負責的部門。
只為實現這一點，研究人員就付出了5個月的辛勤勞動。車速太快，拍攝不清；像素太低，無法看清……甚至在夜晚用大功率LED燈照射進行實驗，最終完成了這項調查工作。這套系統可以自動識別高出或低于地面2厘米的井蓋，同時還能將井蓋上分管單位的小字拍攝清晰，供工作人員查看。
除了道路測量，浙江一家企業購買了這套測量系統后，則是用它對該地區的樹木進行測量，實現精細化管理。最近，“我們正在與一家研究自動駕駛的機構聯系，自動駕駛對于道路信息的要求更高。我們的測量系統可以達到這一精度”，魏占營表示。
路在腳下
雖然SSW車載激光建模測量系統已經初具規模，不過研究人員卻并不滿足于此。
他們發現這套系統每次采集的點云和影像數據量巨大，每公里的數據都要占滿1G到10G的空間；而且，高樓、樹木、高壓線周邊的定位精度差，導致數據成果精度差；再者，各種地物、車輛的遮擋導致目標數據不完整。
“因為系統需要依靠GPS定位，所以如果遇到道路兩邊種植著遮天蔽日的樹木，就會影響測量的準確性。更重要的是，因為車輛的高度有限，所以一些高層建筑樓頂信息不全，而且，如果路上采集數據時遇到卡車等遮擋物則會導致信息采集不全。”在魏占營眼中，這些都是下一步需要解決的問題。
“接下來，我們可能會與無人機進行聯合作業，只是無人機對于精度的掌握還不能滿足目前的要求。除此之外，我們還將著手進行陸海灘、潮間帶的測量，目前正在進行載體選型，如沙灘車、氣墊船等。”魏占營說。
轉載請注明出處。
相關文章
熱門資訊
精彩導讀
關注我們
