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李德仁院士:移动测量春天到来

发布日期:2014-11-21 08:50:51 阅读次数:[4048]次 作者:

核心提示:提起移动测量技术,大凡对此有些了解的人,都自然会想到一个人——李德仁。时至今日,从最初的理论研究,到后来的技术实现,再到当下的市场推广,移动测量走过了二十余载。这所有的过程,都离不开他的身影。

李德仁院士:移动测量春天到来

提起移动测量技术,大凡对此有些了解的人,都自然会想到一个人——李德仁。时至今日,从最初的理论研究,到后来的技术实现,再到当下的市场推广,移动测量走过了二十余载。这所有的过程,都离不开他的身影。


    在国内,他是这门技术的推动者,也是创始人。作为中国科学院院士、中国工程院院士,武汉大学学术委员会主任,上世纪九十年代初,当李德仁第一次在国外看到移 动测量车时,就前瞻性的看到了移动测量技术的巨大市场潜力,由此开启了移动测量的探索与研究之路。如今,当移动测量技术开始进入大众生活时,李德仁感叹: 移动测量的春天来了!

日前,中海达《定位》杂志记者专访了李德仁院士,听他讲述了他与移动测量技术的故事。


从机载到车载

    李德仁和移动测量的渊源,始于上世纪80年代。那时,尽管GPS才刚刚从美国兴起,我国尚未正式引进。但国外回来的李德仁却异想天开的想着将GPS安装在飞机上。“将GPS用于空中三角测量,即GPS航空摄影测量,用以减少地面控制和提高作业效率”。


    那时,国内连国家测绘局(现已更名“国家测绘地理信息局”)都还没有GPS接收机。为了完成这个项目试验,通过世界银行贷款及美国总统特批,武汉测绘科技大学才成功从美国引进到四台天宝GPS接收机,但却苦于没有用在飞机上的机载GPS天线设备,工作无法开展。


    “巧妇难为无米之炊”的李德仁,来到了某空军基地寻求援助。这个基地正好有一架飞机在维修,飞机维修人员利用出差的机会,为李德仁从国外带回了机载GPS天线,并提供了试验飞机。


    一切准备就绪后,一天下午,李德仁的团队在山西太原的一个试验场进行了项目试验。李德仁说,“最终结果证明,机载GPS航空摄影测量精度可达到5厘米,其中,在有像片重叠的情况下,GPS是关键因素。”


    李德仁将项目研究结果用于中越边界和西部困难地区无控制测图,成果先后发表在国际摄影测量与遥感学会刊物和美国《摄影测量与工程》刊物上,并因此获得了 1999年国家科技进步二等奖,也成为我国将GPS加载在飞机上的第一人。李德仁说,“从那时起,我就产生了3S集成的思路。”


    1991年,李德仁在德国访问期间,看到汉诺威大学的研究人员将GPS及电子地图装在汽车上,实现实时地图导航功能,这是李德仁见到的最早的汽车地图导航。尽管当 时因为技术的保密性,对方仅邀请李德仁上车坐坐,不允许拍照、摄像等各项动作,但这仍然给李德仁留下了深刻的印象。


    3年后的1994年,李德仁到加拿大卡尔加里大学做客座教授。在这里,李德仁第一次看到移动测量车。“车上装有GPS、惯导、摄像头等设备,用于移动数据采集。”


    凭借着“车怎么走,都一定比人走得快”的简单逻辑,李德仁认定了这项技术,在将来一定会有用武之地。因此,在做了一番调查后,李德仁回国便马上投入移动测量 系统的理论研究中,并率先在国内提出了“3S集成”概念,发表了题为《论遥感、GPS与GIS集成的理论和关键技术》的文章。


    此后,李德仁开启了从理论到实践的探索之路。他申请到了国家自然科学基金重点项目,试图将3S技术集成理论到汽车上进行试验。由于经费的限制,他们买不起汽 车。时任武汉测绘科技大学校长的李德仁看到学校正好有一辆报废的吉普车,于是花2万元买到这辆吉普车。与项目组其他成员一起,将GPS、电子罗盘、摄像头 装在车上,诞生了国内首部移动测量车。


    这辆原本已报废的吉普车,随即变成了宝贝,代表学校最新科技成果,迎来了湖北省省委书记、省长等领导视察。“当时,我让学生用这辆科研车载着领导在操场上绕了三圈,整个过程非常顺利”,李德仁说,“当场就得到了领导们的肯定。”


    而后的一段时间里,这辆车一度成为宝贝,供不少业内外人士参观,并因此项研究,帮助了李德仁的多位博士生顺利毕业。


推动科研成果实现产业化

    上世纪90年代末,李德仁的一个学生,现任武汉立得空间信息技术有限公司董事长郭晟见状后,提议李德仁将这项科研成果转化,那时正值国家号召高科技产业化的政策,李德仁遂同意了此提议,才有了武汉立得空间公司的诞生,他们坚信,移动测量车一开,三维数据立刻得到。


    起步初期,李德仁便对这款产品进行了良好的市场定位,“国外强调绝对指标,但我提出了绝对精度和相对精度的概念”,李德仁说,“但人们更关注的实际上是相对 精度,而非绝对精度”,因此,他提出了“绝对精度要保持1:2000,相对精度要保持1:500”的概念。2004年,李德仁在国内率先研制出移动测量系 统,用于城市道路测量和大比例尺地图测绘。


    就在产品尚未完全成熟之时,李德仁便迎来了两位最为重要的客户。当时,由 于国外类似设备售价很高,一家做城市道路测量的韩国公司老板通过多方打听,找到李德仁。“那天,他提着韩国的泡菜找我,问我可不可以给他们生产设备”,李 德仁说,“设备可能不是很成熟,如果你愿意尝试,你就是第一个吃螃蟹的人。”对方同意了一边使用一边完善的方案。随后,李德仁派了两名技术人员去韩国,用 半年时间在实际应用中改善产品性能。“这是我的第一个客户,我非常感谢他”,李德仁说,“如果没有他,产品还停留在科研的水平上。”随后,又有一位意大利 的客户也找到李德仁,向他购买系统配套软件。“他说美国的软件不行,但使用我们的软件后,称赞软件做的好”,李德仁说,“就这样,软硬件都得到了客户认 可。”


    而那时,国内测绘领域对移动测量知之甚少,他们甚至怀疑“这东西有什么用?”


移动测量技术显身手

    随后的2007年,当移动测量系统慢慢被业内人士认识后,李德仁开始将该系统在国内项目中推广使用。他接手的第一个重大工程项目就是对青藏铁路进行全程测 量。在此次测量中,技术人员将移动道路测量系统放在火车上,“从格尔木一直到拉萨,把沿途所有的交通标志、铁路附属设施、道岔、路宽、桥高、铁路中心线等 设施都进行了采集”,李德仁说,“全程有上千公里,采集数据却只花了来回3天时间。”由于青藏高原海拔高,又是高寒地带,人工作业又辛苦,而且效率又低, “这时,移动测量具有人工作业无法比拟的优势”,李德仁说。通过这次测量,李德仁研制的移动道路测量系统得到了国家的认可,并获得了国家测绘科技进步一等 奖和国家科技进步二等奖。


    2008年的汶川地震,这套系统再次发挥效应。地震发生后,李德仁派人用设备对灾区的17 个村镇进行了地面数据采集。采集这些数据仅用了两个星期,但却发挥了大的作用,一方面,为国家民政局了解每家每户的损失情况提供了可靠依据;另一方面,为 相关部门对灾区房屋损毁情况的评估提供了依据。此外,高精度数据,还可作为历史资料,供人们日后回放。


    随后的北京奥运会、广州亚运会、建国60周年等大型活动上,移动测量系统陆续派上用途,发挥了越来越重要的作用。立得公司的各种型号移动测量系统在市场上销售了200多套。许多移动测量公司应运而生。


街景影像的诞生

    随着移动测量技术的发展,能够预见未来的李德仁,又再一次走在了同行前列。这一次,他在全球率先提出了“街景影像”概念,并为此确立了英文缩写“DMI (Digital Measurable Imagery)”,并制定了国家标准。“通过移动测量系统采集的街景影像是立体透视图,符合人看世界的行为逻辑”,李德仁说,“通过人的视觉器官和记忆 器官,街景影像很容易被大众所接受”。此外,街景影像是一个真实的虚拟画面,而不是画家画的,“它能够如实的记录城市、记录历史和记录文明,是非常有价值 的数据形式”,李德仁说。


    前瞻性的看到了街景影像的用途后,李德仁开始大力宣传街景影像概念,。2007年,李德仁 与Google Earth的CTO 交谈时,指出,“你的谷歌地图上缺点东西。”对方询问缺什么。李德仁说,“街景!”这才有了后来谷歌街景地图的诞生。而彼时,国内还停留在探讨“街景是不 是一种地图形式”的层面。


    时至今日,经过几年的发展,街景影像已完全被大众所接受,为大众的衣食住行提供便利。立得公司先后推出了“影像城市-武汉”和“我秀中国”“以前,我们中国人是靠嘴巴问路,现在通过街景就能解决。”李德仁说。


而今,街景影像的大量兴起,又推动着移动测量技术的发展。除了传统的车载移动测量外,无人机、背负式等新兴载体不断兴起,这项技术正得到前所未有的发展。


    尤其随着无人机在汶川地震、玉树地震和雅安地震的出色表现,无人机数据采集得到了前所未有的发展和重视。如今,针对无人机存在造价昂贵、飞机无线操控手训练 难度大和易出事故等原因,李德仁又在探索采用低空有人旋翼机取代无人机。“这种飞机操作简单,人只要控制速度和方向就行”,李德仁说,“可以有效地解决低 空城市测量。”同时,李德仁还提到在电力高压输变电线路巡检方面,一旦遇到恶劣天气或故障诊断时,有人旋翼机可发挥更好的作用。据李德仁介绍,目前,武汉 大学正在策划引进德国先进技术筹集50亿元资金,在武汉建立一个低空旋翼飞机生产制造,飞行员培训和各种低空飞行应用的产学研用基地,以推动移动测量技术 的全面发展。


    最近,立得公司获得了国家科技部的重大仪器专项支持,为移动测量系统研制中国的POS系统(位置姿态自动测量系统),并已将POS技术运用到中国的海监船上,以提高中国海监船的巡航能力。


小型化、高精度、大众化成未来主流

    尽管移动测量的需求日益增加,但集中局限于移动互联网行业,对于其他行业,如测绘行业应用相对较少。对此,李德仁表示,关键技术和软件水平是制约移动测量技术普及应用的主要原因。


    就关键技术而言,时间空间同步技术有待提高。“一些厂商没有做好,导致移动测量车只能开每小时20公里。”李德仁说。同时,软件的自动化水平也大大限制了移动测量技术的应用。“目前,很多地面移动测量系统没有自动化的软件,软件落后于硬件。”


    对于移动测量未来发展趋势,李德仁指出,移动测量技术经过二十多年的发展,传感器变小了、GNSS(含北斗和GPS)性能变好了、精度提高了。未来,移动测 量技术将继续小型化、高精度和高性能化。同时,移动测量技术将实现实时传输、自动识别和自动处理。在市场应用方面,移动测量技术将为所有行业和人民服务, 实现大众化。“以后必须让所有人都共享移动测量技术带来的便利。”李德仁说。


    而在移动测量手段上,穿戴式、便携式的移动测量手段将成为未来开发的重点。同时,随着大数据时代的到来,移动测量作为大数据时代的大数据源,未来将开发出针对自动化数据处理和数据挖掘的软件。


    如今,伴随云计算、云存储和高速网的发展和智慧城市的建设,让李德仁看到了移动测量春天的曙光,并且坚信在未来五到十年内实现爆发。移动测量技术一定会内置 到人们的手机上,从而实现人人都是移动测量员。“对移动测量的发展,我还是充满了信心,毕竟机械化总比人工要好得多”,李德仁说,“应该说,移动测量是智 慧地球时代的产品,它是工业化、信息化、机械化的高度集成。”


通讯员:蔡列飞


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