【主持人】：谢谢唐凯总规划师精彩的演讲，下面请中国测绘研究院名誉院长，中国工程院院士研究员刘先林演讲，演讲的题目是城市三维建模的新方法。

　　【刘先林】：感谢大会给我这个机会在这里汇报一下我最近的科研工作。城市的信息化快速从二维向三维过渡，而且老百姓对城市信息的服务，过去的地图，影像已经不满足了，要求三维的，不仅要三维的，而且是三维建模的，而且要真实的，彩色的，精细的，准确的三维模型。可是过去城市三维技术成本很高，一个平方有的说要十万块钱，因此急需一个快速、廉价的，比过去效率更高的建模方法。我这里介绍中国测绘科学研究院四维公司开发两个新产品。

　　一个就是倾斜摄影产品。过去做了SWDC- 4，把这个一改就可以改成5投的摄影机，这个摄影机最近在长春进行了飞行，在浙江演示了相应的系统，反映相当不错。过去SWDC-4以后，出去了20多台，普遍反映还不错，但是焦距短使得影像有一些差别这一次用长焦距，所以这一次影像质量大大提高，反映很好，很多人打电话过来，说这个像机很好。这个像机过去曾经引进了一台，它是1200像元，我们是4千万像元，因此我们测面比它提高。而且每张照片都有姿态，意味着很方便可以往墙上贴，比地面上采集的效率高多了，目前后处理软件还没有得到发展。

　　这是外形图，45度前后左右拍摄，还有向下，每个都是4千万像元，特别有一个特点，如果买了4，交多少钱就可以获得5。我估计城市快速建模来看，今后很可能倾斜摄影是很重要的办法。可以无限制在空间飞行，影像很清楚，这是它的样片。从照片上来看，这是长春拍的，地面的纹理很清楚，人都可以看得很清楚，街道，斑马线，甚至体育场上的字，因为是斜拍都可以看到，你到地面拍，照片一方面小，而且没有姿态，使得贴起纹理很麻烦。经过实验，相继的平面差很小，几何精度很高，可以进行空间探测测量。后处理来看，现在在紧锣密鼓的做，后处理软件不是跟的上。第一个，可以直接用倾斜照片服务，美国公司的产品有倾斜照片数据库，可以随时把这个地方，拍到这个地方几张倾斜照片调出来，可以由立体的感觉，而且可以量出水平距离和垂直距离，量斜距还有问题。拿倾斜照片直接服务不是我们最终理想，最终理想是建模。建模要有POS、LiDAR配合，现在我们正在做这个事情，国家科技部支持的，轻小型航空遥感飞机是一个驾驶员的飞机，上面可以放一个POS一个LiDAR一个倾斜相继，有DSM又有影像就可以直接建模。

　　事实上五投摄影的时候，地面任何一个点被拍了五次，五根光线教会角非常理想，意味着五个照片都有姿态，而且相关匹配的水平提得很高，意味着用快速的计算机，有可能把地表面的DSM，不是用LiDAR获取，而是用影像，相关匹配来获取DSM，这个DSM比LiDAR的DSM密度还要高，LiDAR的DSM每个平方米1个点，现在我们研制轻小型1千米以下的LiDAR，现在今年年底通过课题部的验收，每平方米4个点甚至10个点。但是这仍然没有用影像前方交汇匹配，所得到DSM密度高，因为每个像元都匹配，就是每个平方米有100个点，如果隔一个像元，每个平方米20个点，现在LiDAR只有1个点，4个点就很不错了，所以完全可能没有LiDAR。

　　另外也可以做空中三角测量，虽然照片之间的重叠度不像传统摄影60%或30%，但是基于地面每一个点，都经过了五根光线的牌照，因此从理论上完全可以做光速法平差，因此连POS也不一定，有这些方案目前在紧锣密鼓的做实验。

　　第二个要介绍一下SSW- 2，我在首都师范大学兼职做的车载激光建模测量车，这从2004年就开始做这个，但是2004、2005、2006都搞航空照相机去了。我在2006年以后经过了很艰苦的过程，激光先是用四科激光，然后转成国产的广电院的激光。在本月23号在福州中国测绘学会换届的时候，在那里三台车过去亮相，这台车基于激光的，纹理选择有三种，可以全景像机，也可以用线阵相机，和面阵相机，有激光肯定要有GPS接受机，有POS，AMU无，国外的车普遍选型比较低，我们也是第一次搞不敢选比较高的POS，基本上选510年的水平，但是是国产的，价格要便宜一倍，竣工的激光陀螺。我们车子研制成功，最重要的是把国内两个关键设备，一个激光、一个陀螺，把它促成国产化。过去这些东西都是靠进口一方面贵，国产的POS出来以后，外国的POS厂商不是禁运反而找上门来推销。

　　这有六台相机，前后左右，还有一个向上，这个照片是2千万像元的相机，我们搞航空相机还是比较清楚，我们不想使用比较小的500万像元，1000万像元，或者焦距3毫米的全景相机，我们过去直接想把航空相机小型话，搞135，2千万像元的相机，这个研究没有成功。根本原因联动快门在航空无法改变，现在上面无论用佳能的相机，理论上说联动快门在航空的时候，航空高精度做不到，作为调查低精度也可以。这个用在车上面，焦距可以长可以短，18、24、35都可以。这个相机主要是民用相机比较高的一个品种，对地面光照的变化，阴面阳面，这套调整比较完备，所以我们选了这套机子。

　　被树遮挡的时候，要求这个系统可以搬到电动三轮上采集，这样才能把树遮挡的后面纹理采集下来。硬件的配置可以用商务车，也可以用普通的也月车，商务车可以由举升台，有一个控制计算机PC104，有一个扫描激光器，激光陀螺是国产的，照相机有三款可以选。转台是我们这个车不仅可以推走还可以转走，什么叫地面激光，我们把地面激光搬到车上去，下面加一个转台，这样就是一个可移动的地面激光，因为有GPS接受器和AMU，所以输出的是绝对坐标，直接可以得到点云。再一个后处理的工作站DY-2，这是车载激光中很重要的一个设备，如果没有这个工作站使后处理工作很麻烦，后处理基本上自动的，有一些交互。全数字摄影工作站是完全一样的工作系统，可以实现点云的观察，立体观察。为什么点云还要立体观察，立体观察的点云和平面观察的点云完全不一样。

　　软件有组合导航软件，融合软件，生成绝对坐标，点云实体化分类，三维建模，DY-2点云工作站。这要提一下点云实体化和自动分类，现在点云都是三维为主，二维数据至少可以分层显示，而且在二维实体化没有做好，使得二维运营比较麻烦，到三维最低限度得有层可以分层显示，我只看电线杆，只看路灯，只看立交桥或垃圾筒，因为没有RD码，有这个码才能管起来，现在做的系统争取做到这一点，自动把类分出来，自动把实体化做出来，这为将来真正3D的GRS提供条件。我们这指标都很高，我们射程300米，陀螺的精度也很高，选择漂移1%度，侧角精度也很高，所以普遍选的设备都是高精度的，售价不高，比外国车便宜一半，而且相机有很多选择。

　　整个车的调效是一个关键，包括激光的调校，组合调校，激光和POS组合检校，如果检校就没有精度，没有精度就没法分类。还有你POS合不合要求，国产和外国要加在一起，同时来考测，看两个数字是不是一样，现在看来国产的POS也还不错之后的相机完全正常了。面阵相机和点云套合很重要的，要在绝对坐标点云上进行姿态的调整，而且面子镇压相机可以改变透明度和焦距，使得前后伸缩点云一个一个露出来，露出来位置都是正确的。当然这首先要把面阵相机的基本差改好。比如综合检校的时候，点云出来之后，把地面点都映射出来，这都是窗户的夹角，点正好落在窗户上证明这个点是对的，通过正反扫，通过POS和激光之间的夹角的精化，往返扫小于0.5以下。

　　经过实验我们在北京三环，二环做了一些实验，路面高层可以达到2公分以下，由于这么高的精度，对后面自动分类提供很有利的基础。整个过程还要进行高精度的组合导航，要考虑很多问题，比如子午线收敛角，84系和地方坐标系转换，偏心角和求解和精化，重力模型的导入，垂线偏差的引入等，所以这些数字都要搞准确，否则组合导航输出不了精确的数据。在北京做了很多实验。我们转扫也有精度，代替了地面激光，可以达到10公分的精度水平。我们在三亚、石家庄、厦门、北京测绘院，北京三、四环做了很多实验，最近给纽约高速管理局扫高速公路的部件管理，这可以看到紫竹桥立交桥点云分布很准确。这是一些彩色点云的数据。这是良乡高校新区的彩色点云。地面上一些部件可以获取坐标。

　　我们这个设备有什么特点、射程长，角度大，片率高，IMU精度高，关键器件国产化，而且可以享受后续的升级。测量车大家不知道什么用，其实这个测量车有很多地方可以用，列举了很多，比如我这里面没有提到的，比如房屋的节能改造，你要设计保温层，你首先要对房子进行扫描，高速公路资产调查，特别是有两点需要提到，一个是三维导航地图，现在地图是二维的，将来会发展成三维，三维的下一步是什么?是虚实相结合的，把数据库里的东西投影到街上，这种所谓虚实结合的增强的三维导航系统，国外已经看到报道了，北理工也有团队搞这个。所以三维导航数据有可能会用。另外这个车如果可以快速把三维模型建起来，网站会来找你。

　　另外我们后处理是关键，主要依靠点云工作站，点云工作站目前还不是用来测图，主要是想通过点云工作站，要实行快速的分类，快速的实体化，和快速的建模。我们最近在23号到福州去，会有一些展板，会看到全自动建模的效果。这张照片就是六张照片在点云关掉之后的效果。分类的话做了一些初步的工作，做了矢量测图和建模。测量车扫出来点云要建模还是有点麻烦。

　　最后想介绍一下，我们目前的工作主要在做自动分类和自动实体化，还有一个边际问题叫增删减，最后要矢量化建模，当然建模不一定都要经过矢量化，为什么要先分类后建模，不同类建模方案不一样的，有的用纹理分，有的用材质，有的用符号。还有一个宏分类，要先学习进行监督分类。

　　我们最终的目标是实现所谓的新的网上街景，发布真三维的模型，而不是照片，我向大家汇报到这里谢谢!