熊彪:高精三维地图,智慧城市引擎——以智慧银川为例

3sNews2016-06-16 18:31:08

摘要:   6月15日,第五届地理信息开发者大会(World Geospatial Developers Conference,WGDC)在北京国家会议中心隆重开幕。大会由空间信息产

  6月15日,第五届“地理信息开发者大会”(World Geospatial Developers Conference,WGDC)在北京国家会议中心隆重开幕。大会由空间信息产业创新创业服务平台泰伯主办,秉承不断引领和促进空间信息技术创新与变革的宗旨,WGDC已走过五个年头,如今成为全球最具前瞻性的跨界创新风向标。

  6月16日,WGDC 2016 智慧城市高峰论坛在北京·国家会议中心开幕。该论坛以“跨界力量的融合”为主题,邀请了无人机、激光雷达、室内定位、BIM等多个领域的专家和企业人士,共同分享大数据时代下,地理信息与跨界产业融合发展,以及在智慧城市建设中的应用。

  激光雷达点云处理算法公司DIPPER的创始人、荷兰屯特大学博士熊彪现场做了以“高精三维地图,智慧城市引擎——以智慧银川为例”为主题的精彩演讲,以下为演讲实录(尚未经本人核实)。

熊彪:高精三维地图,智慧城市引擎——以智慧银川为例

  熊彪:谢谢何总,泰伯把我放在最后一个,说是让我压轴,我最近跑这么多也瘦下来了,一看就是压不住镇了,最后我给大家带来一些我自己的思考,大家这两天思考很多了解很多,我这方面也会稍微多废话几句。这个论坛是智慧城市论坛,我更多的从城市的方面应用出发讲这个。

  因为现在我们讲智慧城市或者是BIM也好、VI也好最近挺火,所有这些东西我们综合在一起把每一个我们讨论的东西有一个作业范围画成一个圈,把它们放在一张纸上我们会很清晰的看到它们有一个重叠区,这个重叠区就是三维。我们一定要有非常好的三维地图才可以去支撑它的智慧城市应用,支撑虚拟现实、可视化以及它的地理等等。我们中国做智慧城市现在应该有差不多七八年了,就是说也有300多家智慧城市已经做得差不多了。其中据我观察它存在一个投资难、共享难、运营难,这几个难题。投资难以前都是说政府投资,一个智慧城市动辄几个亿,投资一次可以,如果没有持续性的运营它的收入很难做一个持续性的发展的。还有一个问题因为所有的智慧城市基本上以政府为主导的,而且每个信息都是一个孤岛,这些信息也不公布出来,我们做城市的蓄水排水这方面很重要一个问题就是我们这些信息不公开,不公开导致没有办法用,智慧城市也存在这个问题。还有运营难,我们以政府为主导不是独立公司运营不存在很强烈的市场意识。就是说进而它基本上一阵风的,过了之后很难在接下来去做。

  我这次跟银川市洽谈做智慧城市的业务,我们跟他们做三维城市,他们现在的作业方式以城市为单位,他们以市长来牵头把所有的信息都能融合在一起,进而去打破垂直项目模式和信息孤岛这种现状。他们通过PPP模式和资本市场的方式,政府它更多是从一个客户的角度方面它们购买服务,通过设备、资金的投资方来做,进而有不断的资金投入,它同时也有它的收入,有自我的造血功能。还有它们通过专业公司运营,这样可以打破有一个很强独立性的公司运作。

  智慧银川做了这么多的工作,已经取得了很不错的成绩,它们做得过程中又面临到更多的一些问题,他们做一网、一图、一云。一网就是互联网,一云就是云计算,他们做一图也采用市面很当种不同的技术,做二维地图或者三维地图,他们二维地图可以从公安局、国土局他们把这些数据收集起来。但是很多问题还是不能解决,很多需要把三维地图做起来,有一个很重要作用可以做到真实、直观数字化城市,三维地图是所有信息的载体,因为我们生活在一个三维空间而不是一个二维空间,我们人类花很长时间把地图做到数字化、电子化。我们近十年来一个是数据采集技术、数据处理技术,我们互联网技术可以支撑我们三维地图的采集应用。它们也是非常希望做一个非常好的三维地图。

  现在目前来说差不多五六年前更长一段时间更多做三维地图,更多用手工的三维模型,这种方法它会做得非常漂亮,经过精雕细琢它也可以做得非常好,它的问题在于它的人工成本非常高,还有它是好看但是不实用,很多情况下比如说一个房子的高度基本上估算出来的,比如说一个房子墙角可以用现有技术做,但是里面很难做。2015年开始摄影测量的技术成熟起来,用企业测量的方式国内做得比较火了,用自动建模的方式,它的模型是三角网模型,这种方式数据量非常大,它的误差也是比较高的,这些数据也没有办法跟现有的GIS平台兼容,也没有办法做规划CAD这种软件非常难兼容的,它也要做一个转化才能运用起来,这些问题进而导致了智慧城市三维地图方面没有办法用。其实我们把摄影测量模型做出来以后还是一个信息孤岛,我们本来要用这个地图打通跟其他信息的瓶颈,然后把所有的信息沟通起来,结果我们做出来一个三维地图出来发现它依然没有办法跟其他方式结合起来,存在着三维地图只能看不能用,非常尴尬的局面。

  银川跟我们合作用我们的技术通过激光点云方式能够用我们自动建模得到它的CAD模型,精度可以达到0.1米,建模速度非常高效,它的模型也是通用性非常强,可以直接与现有所有广泛使用的GIS软件,CAD软件兼容。

  我们手工CAD可以把房子做得非常漂亮。现在倾斜摄影测量的方法,这个模型做演示做观看基本上给你看到离房子50米差不多,这样拉近他会说对不起我们也就只能做成这样,因为这个模型有三角网做成,有非常多凹凸的现象。我们添上纹理之后非常漂亮,为什么填纹理?因为没有纹理看起来太丑了。

  我们这种模型可以用激光点云建成白模自动化程度很高,我们同时可以贴纹理这样可以满足可视化的效果,但是我们更加注重它的实用性。我们毫不容易花力气做出的三维模型,如果只能看,会给我们带到一个死路。最后能干什么?我们主要的技术路线,我们采用激光雷达数据,因为在银川那边我们做一些实验,现在用无人机的激光雷达去做,如果有大飞机的话,我们后面用大飞机采集激光雷达数据,这个技术差不多的,通过自动建模得到LoD2模型,之后可以贴膜,这种模型我们可以统一地图数据,可以打通信息孤岛,这样做到可用智慧化。

  下面讲一些三维模型的应用,第一个应用我们在荷兰用三维模型做光照分析,现在立法每一个房子有足够的采光权,每一个房子要搭一些遮阳伞,都有比较强的法律规定,你不能影响别人的遮光,用我们模型可以分析每个房子每年有多少采光。同时我们跟荷兰的一个能源公司合作,跟他们做荷兰的三维模型,帮他分析每一栋房子太阳光采集是多少,可以装多少光板,可以节约多少电,省多少钱,用不完的电可以输回电网里的。

  还有就是我们用建立高精度的三维模型不仅仅包括房子也包括树还有地面,有这个三维模型之后我们可以做水文模拟,我们今天论坛关于水文模拟这一块,如果我们有很精确的三维模型,加上我们知道哪些地方是植被,渗水量是多少,结合我们排水管道所有的信息,这样我们就可以对它进行模拟,而发现哪些地方可以是排水不及时,可以给市政部门提供分析,哪些地方需要改进,刚才我们听到很多嘉宾现在有一个很大问题在于这些信息没有办法采集,我们也没有办法对它进行模拟,如果有三维模型之后加上我们有一个很好的三维模拟分析软件,我们可以做到这样的程度,我们不用说每年都在北京再去看海了。

  我们在荷兰跟飞利浦公司合作,荷兰政府很多城市对路灯进行改造,有我们三维模型可以事先分析哪些地方需要重新设计这个灯?哪些地方需要多装?或者哪些地方不需要那么多?这个可以简化,减少能源消耗,也可以对城市有一个很好的景观设计。有高精三维分析我们可以通视分析,建一个广告牌可以知道哪些地方可以看得到,公共安全我们哪个地方设立狙击手,可以保证重要人物有一个无死角的保护。还有温度场、风力场、污染扩散、声音分析等等我们应用会非常广泛。

  还有一个应用案例在2014年海牙核安全峰会,海牙市政府用这个模型分析有核恐怖袭击之后,比如说有一个核弹,这个核弹扩散多快,哪些地方有影响,进而分散群众,这样可以做到增强反恐能力和快速反映。前面也说很多废话,我们更多的讲解一下如果要做高精三维地图如何才能做到?在现场很多人已经也知道现在激光雷达应用的场景非常多,它的非常重要的用途就是它的精度非常高,一般来说激光雷达是激光扫描仪通过发射激光光束之后采集这个点的信息,得到准确的三维数据,这样可以采集得到所有的信息,一般来说有几种方式,机载、车载、和静态甚至有背包式、移动推车式、手持式的,很多人知道了。激光测绘优势在于精度高,天气影响小,对植被穿透能力强。比起倾斜摄影测量,倾斜摄影测量只能得到表面的信息,比如说有植被比较茂密的地方,树下面没有办法得到,我们要得到地面模型,如果仅用摄影测量方式是没有办法得到地面模型,进而导致我们没有办法得到一个很好的水文分析。这种模式一个是可以直接得到三维信息,我们可以把所有作业都放到室内作业。因为它有很好的细节信息,我们可以利用最先进人工智能做法做到高度的自动化。

  从整个产业链来说总共有硬件到数据采集到数据处理得到高精度的三维地图,之后就可以对它做应用做智慧城市、智慧管理,从我角度来讲我们认为只有专注才能做得最好。我们不想说从头到尾都做,因为我们认为所有没有办法把所有环节做好,我们集中精力把数据处理这一块做得最好,做到世界上最牛这是我们的目标。我们在经过多年的技术积累之后,我们现在可以毫不谦虚的说在世界上也可以达到精简的算法,我们现在做得更高、更准、更可靠,这个也是我们现在做的,也是我们一个目标。

  我们三维建模技术已经在全世界多个国家得到应用了,首先在荷兰除了阿姆斯特丹之外我们做了好几个,比如说海牙等,在波兰、加拿大、新西兰我们都在开展三维建模的应用。我们正在做银川的三维建模,这里有一个小小视频讲解怎么做的,把点云导入我们得到单个房子得到轮廓线然后再进行建模,不能完全进行自动化存在问题,我们通过快速编辑可以对房子非常快的重新建模。比如说对单棵树的建模,一个是检测单棵树,每个棵树进行建模。对电力线沿线的建模。红的是激光点,黄的是模型,还有输变电的这种建模。这里是一个演示整个输变电场景的三维建模,这是荷兰阿姆斯特丹三维城市的场景,甚至可以精确到每一个房子上烟囱的模型。这是银川的三维模型加上纹理之后,这个贴纹理之后跟其他方式不是看得很明显,我们同样可以做,可视化角度来看有纹理之后确实更加美观一些。因为时间到了最后了,估计大家比较疲惫,也没有讲太多,这里我发现基本上嘉宾在台上讲,观众在下面听,能不能在场观众可以提问,这样我们有一个比较好的互动。

  提问:你纹理是怎么获取的,是模型化还是真实的?

  熊彪:这个纹理是真实的通过摄影测量得到的影像,我们通过半自动的方式对它贴膜。

  提问:你是完全和现场颜色形状一样的吗?

  熊彪:没错,一样的,实拍的。

  提问:我看有很多不是完全一样的,我以为是一种建模模型。

  熊彪:那块房子比较规则是一个小区,房子比较重复性的。

  提问:你这个飞机飞行回来以后可以马上完成三维建模是吗?不需要手动处理三维模型就出现了吗?

  熊彪:做得完全自动化世界上谁也没有人敢说这样的话,谷歌这种也是需要人工交互的,我们荷兰三维建模可以做到90%的自动化建设。

  提问:你是自动贴纹理还是?

  熊彪:顾客需要贴纹理在采集数据就挂一个摄影相机。

  提问:激光摄影得出来的模型输入量比较大有没有做后期的处理?或者模型针对数据压缩方便的考虑?

  熊彪:因为我这个软件从一开始定位于快速的高自动化的程度,所以我们已经处理过很多个城市了,算法过程中充分考虑数据量的问题。

  提问:假如我们做银川城市整个数据量在什么状态?

  熊彪:处理完之后一平方公里也差不多10多兆,如果仅仅是模型不包括纹理。

  提问:加上纹理的话呢?

  熊彪:加上纹理有五六十兆的样子。

  主持人:因为时间关系,提问就到此。今天会议到此结束,感谢各位嘉宾的精彩分享,希望大家会后跟嘉宾继续互动,也感谢大家的参与,让我们一起期待明年的WGDC再见!

[责任编辑:陈浩丽]
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