【主持人】：謝謝唐凱總規(guī)劃師精彩的演講，下面請中國測繪研究院名譽院長，中國工程院院士研究員劉先林演講，演講的題目是城市三維建模的新方法。

　　【劉先林】：感謝大會給我這個機會在這里匯報一下我最近的科研工作。城市的信息化快速從二維向三維過渡，而且老百姓對城市信息的服務(wù)，過去的地圖，影像已經(jīng)不滿足了，要求三維的，不僅要三維的，而且是三維建模的，而且要真實的，彩色的，精細的，準確的三維模型。可是過去城市三維技術(shù)成本很高，一個平方有的說要十萬塊錢，因此急需一個快速、廉價的，比過去效率更高的建模方法。我這里介紹中國測繪科學研究院四維公司開發(fā)兩個新產(chǎn)品。

　　一個就是傾斜攝影產(chǎn)品。過去做了SWDC- 4，把這個一改就可以改成5投的攝影機，這個攝影機最近在長春進行了飛行，在浙江演示了相應(yīng)的系統(tǒng)，反映相當不錯。過去SWDC-4以后，出去了20多臺，普遍反映還不錯，但是焦距短使得影像有一些差別這一次用長焦距，所以這一次影像質(zhì)量大大提高，反映很好，很多人打電話過來，說這個像機很好。這個像機過去曾經(jīng)引進了一臺，它是1200像元，我們是4千萬像元，因此我們測面比它提高。而且每張照片都有姿態(tài)，意味著很方便可以往墻上貼，比地面上采集的效率高多了，目前后處理軟件還沒有得到發(fā)展。

　　這是外形圖，45度前后左右拍攝，還有向下，每個都是4千萬像元，特別有一個特點，如果買了4，交多少錢就可以獲得5。我估計城市快速建模來看，今后很可能傾斜攝影是很重要的辦法?？梢詿o限制在空間飛行，影像很清楚，這是它的樣片。從照片上來看，這是長春拍的，地面的紋理很清楚，人都可以看得很清楚，街道，斑馬線，甚至體育場上的字，因為是斜拍都可以看到，你到地面拍，照片一方面小，而且沒有姿態(tài)，使得貼起紋理很麻煩。經(jīng)過實驗，相繼的平面差很小，幾何精度很高，可以進行空間探測測量。后處理來看，現(xiàn)在在緊鑼密鼓的做，后處理軟件不是跟的上。第一個，可以直接用傾斜照片服務(wù)，美國公司的產(chǎn)品有傾斜照片數(shù)據(jù)庫，可以隨時把這個地方，拍到這個地方幾張傾斜照片調(diào)出來，可以由立體的感覺，而且可以量出水平距離和垂直距離，量斜距還有問題。拿傾斜照片直接服務(wù)不是我們最終理想，最終理想是建模。建模要有POS、LiDAR配合，現(xiàn)在我們正在做這個事情，國家科技部支持的，輕小型航空遙感飛機是一個駕駛員的飛機，上面可以放一個POS一個LiDAR一個傾斜相繼，有DSM又有影像就可以直接建模。

　　事實上五投攝影的時候，地面任何一個點被拍了五次，五根光線教會角非常理想，意味著五個照片都有姿態(tài)，而且相關(guān)匹配的水平提得很高，意味著用快速的計算機，有可能把地表面的DSM，不是用LiDAR獲取，而是用影像，相關(guān)匹配來獲取DSM，這個DSM比LiDAR的DSM密度還要高，LiDAR的DSM每個平方米1個點，現(xiàn)在我們研制輕小型1千米以下的LiDAR，現(xiàn)在今年年底通過課題部的驗收，每平方米4個點甚至10個點。但是這仍然沒有用影像前方交匯匹配，所得到DSM密度高，因為每個像元都匹配，就是每個平方米有100個點，如果隔一個像元，每個平方米20個點，現(xiàn)在LiDAR只有1個點，4個點就很不錯了，所以完全可能沒有LiDAR。

　　另外也可以做空中三角測量，雖然照片之間的重疊度不像傳統(tǒng)攝影60%或30%，但是基于地面每一個點，都經(jīng)過了五根光線的牌照，因此從理論上完全可以做光速法平差，因此連POS也不一定，有這些方案目前在緊鑼密鼓的做實驗。

　　第二個要介紹一下SSW- 2，我在首都師范大學兼職做的車載激光建模測量車，這從2004年就開始做這個，但是2004、2005、2006都搞航空照相機去了。我在2006年以后經(jīng)過了很艱苦的過程，激光先是用四科激光，然后轉(zhuǎn)成國產(chǎn)的廣電院的激光。在本月23號在福州中國測繪學會換屆的時候，在那里三臺車過去亮相，這臺車基于激光的，紋理選擇有三種，可以全景像機，也可以用線陣相機，和面陣相機，有激光肯定要有GPS接受機，有POS，AMU無，國外的車普遍選型比較低，我們也是第一次搞不敢選比較高的POS，基本上選510年的水平，但是是國產(chǎn)的，價格要便宜一倍，竣工的激光陀螺。我們車子研制成功，最重要的是把國內(nèi)兩個關(guān)鍵設(shè)備，一個激光、一個陀螺，把它促成國產(chǎn)化。過去這些東西都是靠進口一方面貴，國產(chǎn)的POS出來以后，外國的POS廠商不是禁運反而找上門來推銷。

　　這有六臺相機，前后左右，還有一個向上，這個照片是2千萬像元的相機，我們搞航空相機還是比較清楚，我們不想使用比較小的500萬像元，1000萬像元，或者焦距3毫米的全景相機，我們過去直接想把航空相機小型話，搞135，2千萬像元的相機，這個研究沒有成功。根本原因聯(lián)動快門在航空無法改變，現(xiàn)在上面無論用佳能的相機，理論上說聯(lián)動快門在航空的時候，航空高精度做不到，作為調(diào)查低精度也可以。這個用在車上面，焦距可以長可以短，18、24、35都可以。這個相機主要是民用相機比較高的一個品種，對地面光照的變化，陰面陽面，這套調(diào)整比較完備，所以我們選了這套機子。

　　被樹遮擋的時候，要求這個系統(tǒng)可以搬到電動三輪上采集，這樣才能把樹遮擋的后面紋理采集下來。硬件的配置可以用商務(wù)車，也可以用普通的也月車，商務(wù)車可以由舉升臺，有一個控制計算機PC104，有一個掃描激光器，激光陀螺是國產(chǎn)的，照相機有三款可以選。轉(zhuǎn)臺是我們這個車不僅可以推走還可以轉(zhuǎn)走，什么叫地面激光，我們把地面激光搬到車上去，下面加一個轉(zhuǎn)臺，這樣就是一個可移動的地面激光，因為有GPS接受器和AMU，所以輸出的是絕對坐標，直接可以得到點云。再一個后處理的工作站DY-2，這是車載激光中很重要的一個設(shè)備，如果沒有這個工作站使后處理工作很麻煩，后處理基本上自動的，有一些交互。全數(shù)字攝影工作站是完全一樣的工作系統(tǒng)，可以實現(xiàn)點云的觀察，立體觀察。為什么點云還要立體觀察，立體觀察的點云和平面觀察的點云完全不一樣。

　　軟件有組合導航軟件，融合軟件，生成絕對坐標，點云實體化分類，三維建模，DY-2點云工作站。這要提一下點云實體化和自動分類，現(xiàn)在點云都是三維為主，二維數(shù)據(jù)至少可以分層顯示，而且在二維實體化沒有做好，使得二維運營比較麻煩，到三維最低限度得有層可以分層顯示，我只看電線桿，只看路燈，只看立交橋或垃圾筒，因為沒有RD碼，有這個碼才能管起來，現(xiàn)在做的系統(tǒng)爭取做到這一點，自動把類分出來，自動把實體化做出來，這為將來真正3D的GRS提供條件。我們這指標都很高，我們射程300米，陀螺的精度也很高，選擇漂移1%度，側(cè)角精度也很高，所以普遍選的設(shè)備都是高精度的，售價不高，比外國車便宜一半，而且相機有很多選擇。

　　整個車的調(diào)效是一個關(guān)鍵，包括激光的調(diào)校，組合調(diào)校，激光和POS組合檢校，如果檢校就沒有精度，沒有精度就沒法分類。還有你POS合不合要求，國產(chǎn)和外國要加在一起，同時來考測，看兩個數(shù)字是不是一樣，現(xiàn)在看來國產(chǎn)的POS也還不錯之后的相機完全正常了。面陣相機和點云套合很重要的，要在絕對坐標點云上進行姿態(tài)的調(diào)整，而且面子鎮(zhèn)壓相機可以改變透明度和焦距，使得前后伸縮點云一個一個露出來，露出來位置都是正確的。當然這首先要把面陣相機的基本差改好。比如綜合檢校的時候，點云出來之后，把地面點都映射出來，這都是窗戶的夾角，點正好落在窗戶上證明這個點是對的，通過正反掃，通過POS和激光之間的夾角的精化，往返掃小于0.5以下。

　　經(jīng)過實驗我們在北京三環(huán)，二環(huán)做了一些實驗，路面高層可以達到2公分以下，由于這么高的精度，對后面自動分類提供很有利的基礎(chǔ)。整個過程還要進行高精度的組合導航，要考慮很多問題，比如子午線收斂角，84系和地方坐標系轉(zhuǎn)換，偏心角和求解和精化，重力模型的導入，垂線偏差的引入等，所以這些數(shù)字都要搞準確，否則組合導航輸出不了精確的數(shù)據(jù)。在北京做了很多實驗。我們轉(zhuǎn)掃也有精度，代替了地面激光，可以達到10公分的精度水平。我們在三亞、石家莊、廈門、北京測繪院，北京三、四環(huán)做了很多實驗，最近給紐約高速管理局掃高速公路的部件管理，這可以看到紫竹橋立交橋點云分布很準確。這是一些彩色點云的數(shù)據(jù)。這是良鄉(xiāng)高校新區(qū)的彩色點云。地面上一些部件可以獲取坐標。

　　我們這個設(shè)備有什么特點、射程長，角度大，片率高，IMU精度高，關(guān)鍵器件國產(chǎn)化，而且可以享受后續(xù)的升級。測量車大家不知道什么用，其實這個測量車有很多地方可以用，列舉了很多，比如我這里面沒有提到的，比如房屋的節(jié)能改造，你要設(shè)計保溫層，你首先要對房子進行掃描，高速公路資產(chǎn)調(diào)查，特別是有兩點需要提到，一個是三維導航地圖，現(xiàn)在地圖是二維的，將來會發(fā)展成三維，三維的下一步是什么?是虛實相結(jié)合的，把數(shù)據(jù)庫里的東西投影到街上，這種所謂虛實結(jié)合的增強的三維導航系統(tǒng)，國外已經(jīng)看到報道了，北理工也有團隊搞這個。所以三維導航數(shù)據(jù)有可能會用。另外這個車如果可以快速把三維模型建起來，網(wǎng)站會來找你。

　　另外我們后處理是關(guān)鍵，主要依靠點云工作站，點云工作站目前還不是用來測圖，主要是想通過點云工作站，要實行快速的分類，快速的實體化，和快速的建模。我們最近在23號到福州去，會有一些展板，會看到全自動建模的效果。這張照片就是六張照片在點云關(guān)掉之后的效果。分類的話做了一些初步的工作，做了矢量測圖和建模。測量車掃出來點云要建模還是有點麻煩。

　　最后想介紹一下，我們目前的工作主要在做自動分類和自動實體化，還有一個邊際問題叫增刪減，最后要矢量化建模，當然建模不一定都要經(jīng)過矢量化，為什么要先分類后建模，不同類建模方案不一樣的，有的用紋理分，有的用材質(zhì)，有的用符號。還有一個宏分類，要先學習進行監(jiān)督分類。

　　我們最終的目標是實現(xiàn)所謂的新的網(wǎng)上街景，發(fā)布真三維的模型，而不是照片，我向大家匯報到這里謝謝!