大數(shù)據(jù)時(shí)代背景下的測(cè)量數(shù)據(jù)獲取手段
2014-03-11 17:06:59 來(lái)源: 北京北科天繪科技有限公司
1.大數(shù)據(jù)時(shí)代簡(jiǎn)介
大數(shù)據(jù)（Big Data）時(shí)代最早是由美國(guó)著名咨詢管理公司麥肯錫在2011年10月提出，麥肯錫表示：“數(shù)據(jù)，已經(jīng)滲透到當(dāng)今的每一個(gè)行業(yè)和業(yè)務(wù)職能領(lǐng)域，稱為重要的生產(chǎn)要素。人們對(duì)于海量數(shù)據(jù)的挖掘和運(yùn)用，預(yù)示著新一波生產(chǎn)率增長(zhǎng)和消費(fèi)者盈余浪潮的到來(lái)”。大數(shù)據(jù)的概念在物理學(xué)、生物學(xué)、環(huán)境生態(tài)學(xué)以及軍事、金融通訊等行業(yè)的存在已有時(shí)日，但近期卻隨著互聯(lián)網(wǎng)和信息行業(yè)的發(fā)展引起人們的重大關(guān)注。
大數(shù)據(jù)時(shí)代的數(shù)據(jù)具有數(shù)據(jù)量大（Volume）、類型繁多（Variety）、價(jià)值密度低（Value）和速度快時(shí)效高（Velocity）的特點(diǎn)，大數(shù)據(jù)時(shí)代的到來(lái)對(duì)人們駕馭數(shù)據(jù)分析數(shù)據(jù)和利用數(shù)據(jù)的能力提出了新的挑戰(zhàn)，也為人們利用數(shù)據(jù)獲取最大的有用價(jià)值提供了前所未有的空間和潛力。
2.大數(shù)據(jù)時(shí)代測(cè)繪地理信息機(jī)遇和挑戰(zhàn)
大數(shù)據(jù)時(shí)代的來(lái)臨，也預(yù)示著測(cè)繪地理信息行業(yè)進(jìn)入了一個(gè)全新的時(shí)代，給測(cè)繪地理信息時(shí)代的發(fā)展帶來(lái)了前所未有的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。
大數(shù)據(jù)時(shí)代的來(lái)臨，可能預(yù)示著新的、或破壞性業(yè)務(wù)模式的誕生，即所謂的“破壞式”創(chuàng)新。大數(shù)據(jù)蘊(yùn)藏著巨大的商機(jī)，對(duì)于測(cè)繪地理信息行業(yè)而言，誰(shuí)能抓住大數(shù)據(jù)帶來(lái)的商機(jī)，誰(shuí)就能在未來(lái)關(guān)于數(shù)據(jù)資源的激烈競(jìng)爭(zhēng)中利于不不敗之地。這里以基于位置服務(wù)（LBS，Location Based Services）為例，說(shuō)明大數(shù)據(jù)時(shí)代給測(cè)繪地理信息行業(yè)蘊(yùn)藏的巨大商機(jī)。基于位置服務(wù)（LBS）是測(cè)繪地理信息數(shù)據(jù)與互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用相結(jié)合的一種增值業(yè)務(wù)，通過(guò)獲取移動(dòng)終端的位置信息，提供給移動(dòng)用戶本人，實(shí)現(xiàn)各種與位置相關(guān)的業(yè)務(wù)服務(wù)。不需要太久，使用移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)上網(wǎng)的用戶，將超過(guò)使用個(gè)人電腦上網(wǎng)的用戶。PPTV公司首席執(zhí)行官、Geo Tango創(chuàng)始人（被微軟收購(gòu)）陶闖博士認(rèn)為，“移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)+LBS”的商業(yè)模式未來(lái)將呈爆炸式的增長(zhǎng)。大數(shù)據(jù)與LBS的結(jié)合，將給餐飲、娛樂(lè)、培訓(xùn)、購(gòu)物等行業(yè)精準(zhǔn)營(yíng)銷帶來(lái)前所未有的商業(yè)價(jià)值。
LBS商業(yè)模式的實(shí)現(xiàn)，需要有強(qiáng)大的測(cè)繪地理信息數(shù)據(jù)作為堅(jiān)固的后盾支持。傳統(tǒng)意義上的測(cè)量數(shù)據(jù)已經(jīng)不能滿足信息化時(shí)代人們對(duì)地理信息數(shù)據(jù)的需求，信息化時(shí)代的測(cè)量數(shù)據(jù)不再只是傳統(tǒng)意義上的位置坐標(biāo)信息，而是包含了與時(shí)間空間特征并且與人們?nèi)粘Ｉ钕⑾⑾嚓P(guān)的位置資源數(shù)據(jù)。由國(guó)家測(cè)繪局發(fā)起的西部測(cè)圖工程、海島（礁）測(cè)繪工程是名副其實(shí)的大數(shù)據(jù)獲取工程，僅西部測(cè)圖工程數(shù)據(jù)成果就達(dá)到13.4TB，而如此大的測(cè)量數(shù)據(jù)只通過(guò)常規(guī)的傳統(tǒng)測(cè)量手段來(lái)獲取不具有可操作性，只能通過(guò)新型的測(cè)量數(shù)據(jù)獲取手段——機(jī)載激光雷達(dá)測(cè)量系統(tǒng)。
3.大數(shù)據(jù)時(shí)代背景數(shù)據(jù)獲取手段
激光雷達(dá)測(cè)量是順應(yīng)大數(shù)據(jù)時(shí)代的到來(lái)而出現(xiàn)的一種新型測(cè)量數(shù)據(jù)獲取手段，激光雷達(dá)測(cè)量的核心為激光雷達(dá)掃描儀，通過(guò)將激光雷達(dá)掃描儀搭載在飛機(jī)、車、船等移動(dòng)平臺(tái)上，獲取空間地理信息數(shù)據(jù)，記錄存儲(chǔ)，后期通過(guò)計(jì)算機(jī)硬件和軟件對(duì)這些地理信息數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)量、處理、分析、管理、顯示和應(yīng)用。由于飛機(jī)的飛行速度快，測(cè)繪時(shí)覆蓋的面積大，單位時(shí)間獲取的數(shù)據(jù)量極大。業(yè)內(nèi)普遍認(rèn)為機(jī)載激光雷達(dá)測(cè)量手段的出現(xiàn)是測(cè)繪行業(yè)由傳統(tǒng)測(cè)量時(shí)代進(jìn)入數(shù)字化測(cè)量時(shí)代的象征。
國(guó)內(nèi)的機(jī)載激光雷達(dá)測(cè)量系統(tǒng)最早都是有國(guó)外引進(jìn)，典型的有Leica，Riegl和Optech等公司的產(chǎn)品，但是受限于國(guó)外進(jìn)口設(shè)備高昂的價(jià)格，國(guó)內(nèi)能夠擁有這樣測(cè)量系統(tǒng)的單位并不多；根據(jù)相關(guān)單位反映，在后期使用國(guó)外進(jìn)口設(shè)備的過(guò)程中，實(shí)際測(cè)量精度無(wú)法達(dá)到系統(tǒng)標(biāo)稱精度，究其原因?yàn)閲?guó)外環(huán)境中標(biāo)定的參數(shù)在國(guó)內(nèi)并不適用，并且設(shè)備使用過(guò)程中如果出現(xiàn)系統(tǒng)問(wèn)題，國(guó)內(nèi)代理商是沒(méi)有能力進(jìn)行升級(jí)和維修的，只能將設(shè)備運(yùn)回生產(chǎn)廠家才能進(jìn)行維修，這樣整個(gè)過(guò)程下來(lái)順利的話也得半年時(shí)間，不僅耽誤工程項(xiàng)目進(jìn)展，而且需要賣家承擔(dān)高昂的運(yùn)費(fèi)和維修費(fèi)用，就像河南理工大學(xué)的一臺(tái)進(jìn)口的地面掃描儀出現(xiàn)問(wèn)題后，托運(yùn)回奧地利本廠進(jìn)行維修，花了接近一年的時(shí)間，光運(yùn)費(fèi)就花費(fèi)了接近5萬(wàn)人民幣。有的單位設(shè)備出現(xiàn)問(wèn)題后直接就不再進(jìn)行維修，導(dǎo)致設(shè)備一直處于閑置狀態(tài)。正是由于以上幾個(gè)原因，國(guó)外系統(tǒng)引進(jìn)后真正的工程化利用率并不高，導(dǎo)致設(shè)備資源嚴(yán)重浪費(fèi)。
正是在這樣的大環(huán)境下，為滿足大數(shù)據(jù)時(shí)代對(duì)測(cè)繪地理信息數(shù)據(jù)的需求，國(guó)產(chǎn)激光雷達(dá)測(cè)量系統(tǒng)生產(chǎn)商開(kāi)始嶄露頭角，主要有北京北科天繪推出的A-Pilot機(jī)載激光雷達(dá)測(cè)量系統(tǒng)、車/船載R-Angle測(cè)量系統(tǒng)、和地面U-Arm三維激光掃描儀，還有廣州思拓力推出的X300地面激光掃描儀，廣州中海達(dá)的車載測(cè)量系統(tǒng)和LS300地面激光掃描儀。其中，國(guó)產(chǎn)機(jī)載激光雷達(dá)系統(tǒng)的只有北科天繪推出的A-Pilot系列。
圖1 A-Pilot機(jī)載激光雷達(dá)
A-Pilot機(jī)載激光雷達(dá)系統(tǒng)是適應(yīng)與我國(guó)山地貌和高效航測(cè)作業(yè)需求而研發(fā)的輕小型機(jī)載激光雷達(dá)設(shè)備。它外形簡(jiǎn)單，重量輕巧，方便安裝在包括無(wú)人飛機(jī)、飛艇等各類飛行平臺(tái)上，并且其憑借70°的測(cè)繪掃描視場(chǎng)和每秒最多500K個(gè)脈沖的高掃描密度，使航空測(cè)繪掃描效率大大提高。
國(guó)產(chǎn)機(jī)載激光雷達(dá)測(cè)量系統(tǒng)主要由A-Pilot激光掃描儀（北科天繪）、慣導(dǎo)測(cè)量系統(tǒng)、攝影測(cè)量相機(jī)和計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)（北科天繪）組成。
圖2 國(guó)產(chǎn)激光雷達(dá)測(cè)量系統(tǒng)
首先，系統(tǒng)由北京北科天繪進(jìn)行生產(chǎn)集成和出廠標(biāo)定，標(biāo)定環(huán)境為實(shí)際飛行作業(yè)環(huán)境，不存在標(biāo)定參數(shù)實(shí)際作業(yè)不適用情況。系統(tǒng)標(biāo)定完成出廠后提供配套的數(shù)據(jù)預(yù)處理解算軟件UI-AP系列，供用戶選擇。其次，系統(tǒng)全部為國(guó)內(nèi)廠家研發(fā)生產(chǎn)，相關(guān)技術(shù)人員全部在國(guó)內(nèi)，系統(tǒng)在使用過(guò)程中出現(xiàn)的任何問(wèn)題都可在國(guó)內(nèi)迅速解決，將用戶損失降低到最小。最主要的是A-Pilot激光雷達(dá)是為了適應(yīng)我國(guó)多山地貌研制的，在保證高點(diǎn)密度的前提下，能夠?qū)崿F(xiàn)測(cè)區(qū)落差1000米以上的山區(qū)掃描作業(yè)。
目前，國(guó)產(chǎn)機(jī)載激光雷達(dá)測(cè)量系統(tǒng)經(jīng)過(guò)2011年和2012年的試飛驗(yàn)證，2013年開(kāi)始真正應(yīng)用與工程項(xiàng)目生產(chǎn)作業(yè)，主要應(yīng)用領(lǐng)域有大面積地形測(cè)繪、地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)、電力巡線等。
4.國(guó)產(chǎn)激光雷達(dá)工程化應(yīng)用數(shù)字成果
國(guó)產(chǎn)激光雷達(dá)測(cè)量系統(tǒng)能夠迅速高效地獲取測(cè)區(qū)激光點(diǎn)云和影像數(shù)據(jù)，通過(guò)計(jì)算機(jī)硬件和軟件處理，能夠快速生成測(cè)區(qū)4D數(shù)字產(chǎn)品，數(shù)字高程模型（DEM，Digital Elevation Model）、數(shù)字正射影像（DOM，Digital Orthographic Model）、數(shù)字表面模型（DRG，Digital Raster Graphic）和數(shù)字線化地圖（DLG，Digital Line Graphic）。
1. 地形測(cè)繪
圖3b 數(shù)字高程模型（DEM）
2. 地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)
圖4 數(shù)字表面模型（DSM）
圖5 裂縫區(qū)域
圖6 數(shù)字劃線圖（DLG）
3. 電力巡線
圖7 電力線塔桿點(diǎn)云
4D數(shù)字產(chǎn)品能夠快速?gòu)?fù)合生成其他數(shù)字產(chǎn)品，滿足個(gè)行業(yè)需求，如電力線線點(diǎn)云數(shù)據(jù)與影像融合能夠生成3D電力線，進(jìn)行數(shù)字電力系統(tǒng)管理。主要的4D復(fù)合產(chǎn)品如下圖所示：
圖8 4D復(fù)合產(chǎn)品
5.總結(jié)
激光雷達(dá)測(cè)量手段的出現(xiàn)是測(cè)繪行業(yè)由傳統(tǒng)測(cè)量時(shí)代進(jìn)入數(shù)字化測(cè)量時(shí)代的象征。激光雷達(dá)測(cè)量系統(tǒng)能夠快速有效的獲取測(cè)區(qū)豐富的地理信息數(shù)據(jù)，包括坐標(biāo)和影像數(shù)據(jù)，能夠在一天時(shí)間內(nèi)獲取上百平方公里的測(cè)區(qū)數(shù)據(jù)，相比于傳統(tǒng)測(cè)量數(shù)據(jù)激光雷達(dá)數(shù)據(jù)量非常大，地理信息非常豐富，且獲取的數(shù)據(jù)類型比較多，需要通過(guò)后期融合數(shù)據(jù)處理才能得到數(shù)據(jù)成果。
國(guó)產(chǎn)激光雷達(dá)測(cè)量系統(tǒng)在測(cè)距、精度、激光頻率、視場(chǎng)角等技術(shù)指標(biāo)上可媲美甚至超越國(guó)際主流產(chǎn)品，是大數(shù)據(jù)時(shí)代名副其實(shí)的最高效測(cè)繪地理信息大數(shù)據(jù)獲取手段，相信在國(guó)務(wù)院辦公廳頒布的《關(guān)于促進(jìn)地理信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展意見(jiàn)》的指導(dǎo)下，國(guó)產(chǎn)激光雷達(dá)測(cè)量設(shè)備將在地理信息國(guó)情普查中大展宏圖。（北京北科天繪科技有限公司 何龍）
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