大数据时代背景下的测量数据获取手段
2014-03-11 17:06:59 来源: 北京北科天绘科技有限公司
1.大数据时代简介
大数据（Big Data）时代最早是由美国著名咨询管理公司麦肯锡在2011年10月提出，麦肯锡表示：“数据，已经渗透到当今的每一个行业和业务职能领域，称为重要的生产要素。人们对于海量数据的挖掘和运用，预示着新一波生产率增长和消费者盈余浪潮的到来”。大数据的概念在物理学、生物学、环境生态学以及军事、金融通讯等行业的存在已有时日，但近期却随着互联网和信息行业的发展引起人们的重大关注。
大数据时代的数据具有数据量大（Volume）、类型繁多（Variety）、价值密度低（Value）和速度快时效高（Velocity）的特点，大数据时代的到来对人们驾驭数据分析数据和利用数据的能力提出了新的挑战，也为人们利用数据获取最大的有用价值提供了前所未有的空间和潜力。
2.大数据时代测绘地理信息机遇和挑战
大数据时代的来临，也预示着测绘地理信息行业进入了一个全新的时代，给测绘地理信息时代的发展带来了前所未有的机遇和挑战。
大数据时代的来临，可能预示着新的、或破坏性业务模式的诞生，即所谓的“破坏式”创新。大数据蕴藏着巨大的商机，对于测绘地理信息行业而言，谁能抓住大数据带来的商机，谁就能在未来关于数据资源的激烈竞争中利于不不败之地。这里以基于位置服务（LBS，Location Based Services）为例，说明大数据时代给测绘地理信息行业蕴藏的巨大商机。基于位置服务（LBS）是测绘地理信息数据与互联网应用相结合的一种增值业务，通过获取移动终端的位置信息，提供给移动用户本人，实现各种与位置相关的业务服务。不需要太久，使用移动互联网上网的用户，将超过使用个人电脑上网的用户。PPTV公司首席执行官、Geo Tango创始人（被微软收购）陶闯博士认为，“移动互联网+LBS”的商业模式未来将呈爆炸式的增长。大数据与LBS的结合，将给餐饮、娱乐、培训、购物等行业精准营销带来前所未有的商业价值。
LBS商业模式的实现，需要有强大的测绘地理信息数据作为坚固的后盾支持。传统意义上的测量数据已经不能满足信息化时代人们对地理信息数据的需求，信息化时代的测量数据不再只是传统意义上的位置坐标信息，而是包含了与时间空间特征并且与人们日常生活息息相关的位置资源数据。由国家测绘局发起的西部测图工程、海岛（礁）测绘工程是名副其实的大数据获取工程，仅西部测图工程数据成果就达到13.4TB，而如此大的测量数据只通过常规的传统测量手段来获取不具有可操作性，只能通过新型的测量数据获取手段——机载激光雷达测量系统。
3.大数据时代背景数据获取手段
激光雷达测量是顺应大数据时代的到来而出现的一种新型测量数据获取手段，激光雷达测量的核心为激光雷达扫描仪，通过将激光雷达扫描仪搭载在飞机、车、船等移动平台上，获取空间地理信息数据，记录存储，后期通过计算机硬件和软件对这些地理信息数据进行测量、处理、分析、管理、显示和应用。由于飞机的飞行速度快，测绘时覆盖的面积大，单位时间获取的数据量极大。业内普遍认为机载激光雷达测量手段的出现是测绘行业由传统测量时代进入数字化测量时代的象征。
国内的机载激光雷达测量系统最早都是有国外引进，典型的有Leica，Riegl和Optech等公司的产品，但是受限于国外进口设备高昂的价格，国内能够拥有这样测量系统的单位并不多；根据相关单位反映，在后期使用国外进口设备的过程中，实际测量精度无法达到系统标称精度，究其原因为国外环境中标定的参数在国内并不适用，并且设备使用过程中如果出现系统问题，国内代理商是没有能力进行升级和维修的，只能将设备运回生产厂家才能进行维修，这样整个过程下来顺利的话也得半年时间，不仅耽误工程项目进展，而且需要卖家承担高昂的运费和维修费用，就像河南理工大学的一台进口的地面扫描仪出现问题后，托运回奥地利本厂进行维修，花了接近一年的时间，光运费就花费了接近5万人民币。有的单位设备出现问题后直接就不再进行维修，导致设备一直处于闲置状态。正是由于以上几个原因，国外系统引进后真正的工程化利用率并不高，导致设备资源严重浪费。
正是在这样的大环境下，为满足大数据时代对测绘地理信息数据的需求，国产激光雷达测量系统生产商开始崭露头角，主要有北京北科天绘推出的A-Pilot机载激光雷达测量系统、车/船载R-Angle测量系统、和地面U-Arm三维激光扫描仪，还有广州思拓力推出的X300地面激光扫描仪，广州中海达的车载测量系统和LS300地面激光扫描仪。其中，国产机载激光雷达系统的只有北科天绘推出的A-Pilot系列。
图1 A-Pilot机载激光雷达
A-Pilot机载激光雷达系统是适应与我国山地貌和高效航测作业需求而研发的轻小型机载激光雷达设备。它外形简单，重量轻巧，方便安装在包括无人飞机、飞艇等各类飞行平台上，并且其凭借70°的测绘扫描视场和每秒最多500K个脉冲的高扫描密度，使航空测绘扫描效率大大提高。
国产机载激光雷达测量系统主要由A-Pilot激光扫描仪（北科天绘）、惯导测量系统、摄影测量相机和计算机控制系统（北科天绘）组成。
图2 国产激光雷达测量系统
首先，系统由北京北科天绘进行生产集成和出厂标定，标定环境为实际飞行作业环境，不存在标定参数实际作业不适用情况。系统标定完成出厂后提供配套的数据预处理解算软件UI-AP系列，供用户选择。其次，系统全部为国内厂家研发生产，相关技术人员全部在国内，系统在使用过程中出现的任何问题都可在国内迅速解决，将用户损失降低到最小。最主要的是A-Pilot激光雷达是为了适应我国多山地貌研制的，在保证高点密度的前提下，能够实现测区落差1000米以上的山区扫描作业。
目前，国产机载激光雷达测量系统经过2011年和2012年的试飞验证，2013年开始真正应用与工程项目生产作业，主要应用领域有大面积地形测绘、地质灾害监测、电力巡线等。
4.国产激光雷达工程化应用数字成果
国产激光雷达测量系统能够迅速高效地获取测区激光点云和影像数据，通过计算机硬件和软件处理，能够快速生成测区4D数字产品，数字高程模型（DEM，Digital Elevation Model）、数字正射影像（DOM，Digital Orthographic Model）、数字表面模型（DRG，Digital Raster Graphic）和数字线化地图（DLG，Digital Line Graphic）。
1. 地形测绘
图3b 数字高程模型（DEM）
2. 地质灾害监测
图4 数字表面模型（DSM）
图5 裂缝区域
图6 数字划线图（DLG）
3. 电力巡线
图7 电力线塔杆点云
4D数字产品能够快速复合生成其他数字产品，满足个行业需求，如电力线线点云数据与影像融合能够生成3D电力线，进行数字电力系统管理。主要的4D复合产品如下图所示：
图8 4D复合产品
5.总结
激光雷达测量手段的出现是测绘行业由传统测量时代进入数字化测量时代的象征。激光雷达测量系统能够快速有效的获取测区丰富的地理信息数据，包括坐标和影像数据，能够在一天时间内获取上百平方公里的测区数据，相比于传统测量数据激光雷达数据量非常大，地理信息非常丰富，且获取的数据类型比较多，需要通过后期融合数据处理才能得到数据成果。
国产激光雷达测量系统在测距、精度、激光频率、视场角等技术指标上可媲美甚至超越国际主流产品，是大数据时代名副其实的最高效测绘地理信息大数据获取手段，相信在国务院办公厅颁布的《关于促进地理信息产业发展意见》的指导下，国产激光雷达测量设备将在地理信息国情普查中大展宏图。（北京北科天绘科技有限公司 何龙）
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