摘要：文中通过了对当前国内外机载激光雷达技术应用和发展的调研，研究了在当前国内市场条件下开发国有自主知识产权的机载激光雷达数据处理软件系统的关键技术、市场成熟性和必要性，从而促进机载激光雷达技术在国内的研究发展。
关键词：机载激光雷达；数字摄影测量；Lidar数据处理
1、概述
机载激光雷达空中测量又称机载LiDAR(LightDetectionandRanging)是激光探测及测距系统的简称，是摄影测量发展到数字摄影测量时产生的新型技术；在过去十年，特别是在国外作为精确、快速地获取地面三维数据的工具已得到广泛的认同，近几年随着我国测绘市场的逐渐发展和开放,这项技术迅速被
多家测绘单位和企业从国外引进，并实际应用于国内测绘领域和面向国外地理空间数据服务外包业务之中。
随着技术引进我们发现LiDAR产生的数据量非常巨大，现有的测量软件很难适应处理如此海量的数据，因此需要特殊的专业软件来处理。目前国际上主要是在Microstation平台下用芬兰Terrasolid公司开发的TerraScan系列软件进行处理三维坐标数据和相关影像数据；但国内未见公开发布的相关机载激光雷达数据处理软件系统，可以说是空白。我们国家已经拥有大约5年的时间从国外引进相关技术的经验积累，加上近年来市场需求迅猛增长，我们是否可以进行相关软件研发来填补国内空白、打破国外软件开发商垄断中国市场的行情，如下我将就这些问题进行探讨。
2、机载激光雷达市场价值链条和数据处理的软件系统情况
当前激光雷达技术的国际市场链条可归纳为四个部分：激光雷达传感器和软件系统制造、激光雷达数据采集、激光雷达数据处理、行业应用服务产品；主要的行业应用市场有油气勘探、各种基础设施建设、岸线维护、矿业、通讯光缆、电力企业、森林、农业、各种灾害评估、湿地调查、城市规划、交通线路、走廊项目制图、安全监测、地形图测量和国土防御等方面。具体参见如下产业价值链表
软件系统开发分为两种，一种是用于驱动硬件设备工作的控制器软件系统，一种是对已经获取的标准激光雷达数据Las格式进行各种后期处理的软件系统，由于前一种软件系统直接由硬件开发商提供，本文主要着重探讨第二种软件系统的基本市场状况。目前全世界已经形成的公开出版发售的软件系统都由国外相关公司开发，TerraSolid公司开发的Tscan系列占据了85％以上的市场份额，国内市场空白，相关产品主要如下：
3、国内市场成熟性
1）机载激光雷达技术在国内测绘领域的市场发展情况
从机载激光雷达数据采集市场来看，从1998年起，以每年25％的速度递增，据统计截至2006年7月全球约有150多个个商业组织使用60多种类似的系统。
从2004年开始，国内有多家单位和公司分别购买了国外不同厂商的数套商用激光雷达设备：广西桂能引进REIGL公司的5600系列，山西亚太航空是德国IGI公司的litemapper2800，太原通用航空购买的是LeicaALS50，中国海监北海支队购买的是LeicaALS50，北京星天地公司和南京测绘勘察设计院有限公司引进的是OptechALTM3100，秦皇岛星球数码科技有限公司引进的是LeicaALS40。目前这些设备均已经大范围在国内测绘市场中运行，给国内传统测绘方式带来了巨大冲击，市场前景明朗；
特别是随着国家北斗导航卫星的发射，国家将会拥有自主知识产权的导航卫星系统，这使得我们国内相关信号被限制和惯性导航技术受限制，导致机载激光雷达行业发展不够充分和跟不上国际发展的情况将会得到极大的改善，从而能够促进机载激光雷达技术更好的发展、并从给该行业软件开发带来更多的机遇。
2）机载激光雷达技术在国内地理空间数据服务外包领域的市场发展情况
地理空间数据服务外包是指向国外客户提供处理和加工地理空间数据的服务，其中机载激光雷达数据加工业务在国际上已经非常成熟；2005年前特别是印度、巴基斯坦占据了60％以上机载激光雷达数据处理的国际业务，近些年来随着国内测绘实力的增强和国家对服务外包业务的鼓励，我国地理空间数据服务外包业务有了长足的成长，形成了稳定优质服务，并有取而代之印度、巴基斯坦之势。
目前国内已经形成规模化地理空间数据加工基地的有北京东方道尔科技有限公司、秦皇岛星球数码科技有限公司、黑龙江地理信息产业园、西安煤航、天津新政宏昊科技有限公司、武汉大学LIDAR数据处理与应用研究所；据2009年国际摄影测量与遥感大会发布信息和相关服务外包研究结果，估计拥有30亿产值，其中机载激光雷达数据服务大约有30％，即9亿；
3）软件系统已开发情况和市场必要性
目前国内激光雷达数据处理几乎都是使用了除芬兰Terrascan系列软件，数据处理软件远没有遥感数据处理软件那么成熟。虽然国家863计划早已经投入资金进行科研，但到目前为止国家自主知识产权登记发布的软件为零，市场前景明朗。
目前流行的Terrascan系列软件不仅存在引进成本高、每年维护费高的缺点，同时几个模块之间的集成度和可操作性一般；而且由于运行于Microstation平台之上，所以使用该软件之前必须首先购买Microstation这个计算机辅助制图软件，软件系统成本昂贵。单套软件系统的费用如下表：
目前国内测绘行业应用和服务外包业务中自主知识产权软件系统均为空白，而面对迅猛增加的国内软件市场，前景非常明朗；如果大量购买国外昂贵软件系统，将会将会使得企业运营成本迅速上升，从而削弱我国地理空间数据服务外包在国际上的竞争力；
4、关键技术成熟性分析
数据提供商几乎都同意使用了固定的国际通用数据格式las，这使得las数据成为这个行业标准数据提供格式，也标志着行业走向成熟；las数据是标准的二进制格式存储的激光雷达数据，其包含了激光雷达点多重标准的属性信息：X、Y、Z坐标值，反射时间信息，反射信号强弱值，反射类型信息，数据获取架次信息，分层信息等；标准的数据格式使得产品兼容性大大提高，为处理软件的开发提供了明确方向。
地理信息系统几十年来发展和研究结果特别是空间分析方法，其算法模型已经是非常成熟和标准化的，足以满足当前数据处理中所需要用到的各种运算；加上标准化的图形图像化OpenGL标准，以及VisualC++中编写程序和2D/3D图形API接口，目前的技术已经相当成熟。
5、软件系统开发功能设计需求概述
为了节省软件成本，系统应该独立运行于Windows平台之下，根据市场需求情况，软件首先侧重如下方面的处理开发：激光雷达点不同分级类型的处理，比如反射类型（多重反射和一次性反射）、反射对象类型（地面、建筑物、植被、水系等）；激光雷达点之间的叠加分析，外围参考空间数据的辅助叠加分析（遥感影像叠加、空间适量数据叠加）；空间数据层管理；激光雷达点不同属性项显示分析（不同高程的专题颜色显示分析、不同反射对象类型的专题颜色分析、反射强弱的灰度影像图分析、不同反射类型专题颜色分析、不同飞行架次获取数据专题颜色分析）；高程模型可视化分析（包括高程三维模型显示分析、二维表面模型显示分析和等高线地形模型制作分析）；以及三维激光雷达点空间形态的剖面图分析；激光雷达点固有颜色值晕渲图等。只有对原始演算出来的激光雷达点进行相关的分析和处理，才能够为下游相关产品（通常4D产品）和应用系统所用。
其次对各种类型机载LIDAR点云浏览功能：对获取的LIDAR点云进行彩虹显示，Intensity显示，高程显示，三维点云显示；CAD信息浏览功能：放大缩小移动；信息查询功能：面积查询、长度查询、高程查询、位置查询、点云信息查询；CAD辅助设计功能：点线面矢量、点线面编辑、剖面分析、属性填写；LIDAR点云的分类定级功能：自动过滤、SURFACE过滤、等高线过滤、手工过滤；影像匹配功能：照片匹配，录像匹配，正射匹配。
最后需要开发多种数据兼容和开放的系统升级接口：软件系统设计兼容LIDAR点云（*.las、*.xyz）、拥有地理参考的遥感影像(*.tif、*.jpg、)、辅助获取的CAD或者GIS空间矢量数据（*.shp）。在国土资源调查，水系防洪，电力设计，道路监测与设计，房产评估，铁路信息化方面有广泛应用；系统能够提供简洁的维护、升级接口给下一代升级备用。
6结束语
激光雷达数据处理和应用属于高科技空间地理信息产业范畴，曾在2004年，美国劳工部评价该产业为未来十年内最有发展潜力的三大产业之一。也正是这个时候我国开始向国外大量引进该项先进的测量技术，发展至今已经有5年的经验和历史。随着国内激光雷达技术在各行业广泛应用、软件产品技术引进的继续深入、我国参与国际市场激光雷达数据服务外包的成熟，我们需要在已有技术经验积累的下开发相关软件处理系统。从当前分析来看目前国内已经具备开发相关软件的技术条件和市场必要性。并以此来填补国内数据处理上的软件开发空白、打破国外对我国相关企业的技术垄断，减少企业运行成本、增强企业核心竞争力，为我国激光雷达数据处理行业服务，并为今后在国际市场下竞争奠定基础。
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[4]刘经南,张小红.激光扫描测高技术的发展与现状[J].武汉大学学报:信息科学版,2003(4).
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