杨晶
武汉海达数云技术有限公司副总经理,长期从事卫星导航定位、遥感及地理信息系统(3S)技术及其产品的研究与应用工作。
2020年,三维激光行业成功“破圈”,驶入发展快车道。这不仅与疫情催生无人驾驶、无人配送、无人零售等“非接触式”服务落地息息相关。同时部分车企自动驾驶方案落地,也推动了三维激光行业发展。而且数字孪生城市的建设,为三维激光行业提供了一个更广阔的舞台。数字孪生城市是近些年正在崛起的新生事物,被视为智慧城市建设新的起点。它依托倾斜摄影、三维激光、航拍等多种技术手段获取真实世界的数据,在网络空间构建一个与真实世界相匹配的孪生城市,为城市管理及决策提供科学支撑。在数字孪生城市数据获取的技术手段中,三维激光技术凭借快速采集精细化的三维空间信息等独特优势,成为不可或缺的技术手段。
日前,《定位》杂志专访了中海达旗下子公司武汉海达数云技术有限公司(下称海达数云)副总经理杨晶,探讨三维激光技术如何赋能数字孪生城市建设。在数字孪生城市建设中,三维激光技术能做什么?杨晶的答案是城市级室内外、地下,以及部件级的三维空间信息快速采集与更新。
杨晶指出,全空间、三维立体、高精度城市三维空间信息是数字孪生城市可视化、可交互、可理解的重要基础。国家结合当前数字孪生城市建设需求,提出了“实景三维中国工程”,工程按国家规划由三个层级构成:地形级、城市级、部件级。这三个层级由大到小的数据快速采集与更新的实现,离不开新型测绘技术。从目前来看主要还是以倾斜摄影和三维激光技术为主,而两者拥有的技术优势,决定了各自应用的侧重点方向各不相同。倾斜摄影技术的优势在于通过在同一飞行平台搭载多台传感器,能从一个垂直、四个倾斜,五个不同的视角同步采集影像,获取到丰富的建筑物顶面及侧视的高分辨率纹理,适用于大范围的地形级和城市级地面三维空间数据的快速采集与更新。
▲海达数云自主研发的HiScan系列三维激光移动测量系统而三维激光技术拥有特点优势决定了其适用的方向与前者侧重点不一样。第一,基于三维激光技术采集获得的高精度高精细点云数据,可自动实现城市建筑、基础设施、道路的分类与识别、建筑物白模自动构建,结合倾斜实景模型,可实现模型的“按需实体化、语义化”。第二,对于城市室内及地下空间,可利用激光3D SLAM技术,可以快速采集与更新城市室内和地下的三维空间数据。第三,对于城市公用设施、道路交通、立交桥、基础部件等数据,因为倾斜摄影空中获取手段无法采集,可利用三维激光多种采集方式(机载/车载/背包/地面等),快速精确地获取城市部件级高精度三维空间数据。具备上述优势的三维激光技术已经在智慧城市建设中得到证明。在三维激光技术的助力下,智慧城市实现了城市道路交通设施精细普查与可视化管理、城管部件普查与管理、城市绿化信息全过程跟踪,以及城市地下空间三维可视化管理等。因此,杨晶坚信,对于城市级单体语义化三维、室内地下三维空间、部件级三维信息获取还需依赖三维激光技术,且三维激光技术完全有能力扮演好在数字孪生城市中的角色。三维激光技术拥有无可比拟的优势,注定其在数字孪生城市建设中大有可为。那么,在数字孪生城市建设浪潮来临之前,三维激光企业如何抓住机遇抢占先机?杨晶认为企业需要做好三点才能抓住机遇。首先,从数字孪生城市建设需求出发,立足自身定位,三维激光企业需针对性研制小型化、低成本的技术装备。“因为数字孪生城市建设涉及的环节非常多,比如在数据获取环节,有许多技术手段都可以完成,那么三维激光技术的优势是什么、有哪些数据只能由三维激光技术来完成、企业自身有哪些优势等等,这些都是企业需要自省。”杨晶说,当企业明确自身定位后,下一步才能着手小型化、低成本、智能化三维激光技术装备的研制。当前,三维激光技术装备更多面向建筑测量、地形测绘等细分专业领域,使得其普遍大而贵,且应用门槛高。然而数字孪生城市是一个趋于大众化的市场,这就要求三维激光设备必须是小型化、低成本、智能化。“只有这样,三维激光技术才能在数字孪生城市建设中用起来。否则只能被束之高阁。”
其次,三维激光企业需要整合上下游数据处理、数据管理应用企业资源,打造覆盖从数据采集、处理到应用的全生命周期数字孪生城市解决方案。“因为站在客户的角度来说,客户是希望厂商能提供可用的数据成果,而不是一堆点云数据。”杨晶指出,目前三维激光行业还没有这类成熟的解决方案,他建议三维激光行业上下游企业要形成合力,通过形成全生命周期的解决方案,以驱动三维激光技术更好地服务于数字孪生城市建设。最后,三维激光企业要加强倾斜摄影、AI、AR等技术融合,以满足数据孪生城市建设的需要。“数字孪生城市建设一方面需要可理解、可交互的语义化三维空间数据。另一方面需要一种快速、低成本的数据采集与更新的技术手段。”杨晶指出,要想满足上述两个需求,三维激光技术单靠“一己之力”是不能解决的,这需要多技术融合才能解决。“毕竟在面对数字孪生城市建设需求时,不是某一家三维激光企业就能完全胜任的,这可能需要数字孪生城市整个产业链上的企业共同推进解决。”他举例道,在面对数据即时更新时,需要结合AI深度学习、手机AR众源发现等新技术,才能满足数字孪生城市低成本快速迭代更新需求。为此,三维激光企业不仅仅需要考虑自身的装备技术问题,还需要基于数字孪生城市需求匹配融合相应的新技术手段,方能“对症下药”,获得市场认可。在数字孪生城市建设中,三维激光技术之所以能扮演不可或缺的角色,这是自身发展的结果。杨晶指出,三维激光技术作为上世纪九十年出现的一种新技术,经过二十余年的发展,取得了令人可喜的成绩。一方面,三维激光技术日渐成熟,采集数据不仅速度快,而且精度高;另一方面,三维激光生态圈正在慢慢扩大,不仅有数据采集硬件厂商,数据处理软件厂商,还有应用解决方案厂商。“三维激光技术的发展远超想象,”杨晶表示,在2012年海达数云成立之时,三维激光行业企业甚少,且三维激光市场也小。八年间,市场对三维激光技术需求的激增,推动了三维激光行业“由小做大”,也带动了海达数云的成长。海达数云在技术上率先攻克了全波形激光雷达的关键核心技术,打破了国外技术垄断;在设备上形成了海陆空、室内外、地上地下全空间三维激光系列产品。
如今,在数字孪生城市的推动下,三维激光技术又将迎来发展新动力。尽管三维激光技术会面临数字孪生城市带来的新挑战,但在杨晶看来,只要有市场,三维激光企业一定会紧跟需求,在探索中不断完善技术和设备,以期能够获得更大的发展。他以海达数云为例,公司围绕城市级、部件级数据采集与更新这一目标,正在研究三维激光技术与AI等技术的融合,同时对接中下游企业,打造数字孪生城市解决方案。当前,数字孪生城市处在摸索和试点阶段,三维激光技术表现的机会少,且在磨合过程中出现问题在所难免。在杨晶看来,三维激光技术一定能在数字孪生城市建设中有用武之地。“因为三维激光技术有自身独特的优势,尤其在城市级和部件级数据采集与更新方面,三维激光技术是不可替代的。”至于三维激光技术能派上多大用场,他认为,这很大程度上取决于三维激光行业能否形成合力,共同推动设备小型化、低成本、智能化,以及推出符合客户需求的解决方案。“只要我们能做到,我相信三维激光技术定能在数字孪生城市中迎来发展的爆发期。”杨晶说。武汉海达数云技术有限公司,成立于2012年,是中海达(股票代码300177)控股子公司。
海达数云长期致力于高精度三维激光测量系列产品开发、应用服务与产业化,率先攻克了全波形激光雷达的关键核心技术,打破了长期由国外技术垄断的局面,是国内一流的三维激光解决方案提供商,三维激光实景技术的引领者。