2018年1月30日，在這樣一個(gè)天朗氣清的日子，泰伯GIO俱樂部帶著滿滿的熱情出發(fā)了，來到走進(jìn)企業(yè)系列活動(dòng)2018年首站——北京數(shù)字綠土科技有限公司。泰伯公司聯(lián)合創(chuàng)始人陸碧君，泰伯公司助理總裁、GIO俱樂部秘書長吳杏組織30余位空間信息行業(yè)企業(yè)家聚集到數(shù)字綠土，探討交流激光雷達(dá)技術(shù)的發(fā)展趨勢。數(shù)字綠土創(chuàng)始人、首席科學(xué)家郭慶華以《激光雷達(dá)技術(shù)的國內(nèi)外行業(yè)進(jìn)展》為主題進(jìn)行了干貨分享。

以下為郭博士現(xiàn)場交流實(shí)錄，內(nèi)容有刪減。

數(shù)字綠土創(chuàng)始人、首席科學(xué)家 郭慶華

我本科和碩士畢業(yè)于北京大學(xué)，博士畢業(yè)于美國加州大學(xué)伯克利分校。之后，在加州大學(xué)取得了終身正教授的職位，主要從事的研究方向就是激光雷達(dá)的處理算法開發(fā)。當(dāng)時(shí)，我覺得激光雷達(dá)市場就是一張白紙，充滿了各種可能性，因此，我毅然辭去了美國的教授職位，并于2012年回國創(chuàng)建了北京數(shù)字綠土公司?；谶^去的研究積累，并有幸有一支非常年輕、優(yōu)秀的團(tuán)隊(duì)的加入，數(shù)字綠土在過去的六年間取得了一定的成績。我們希望把技術(shù)做好、把產(chǎn)品做好，為擴(kuò)展激光雷達(dá)在行業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用貢獻(xiàn)我們的一份力量。

下面，我將針對激光雷達(dá)技術(shù)在國內(nèi)外的行業(yè)技術(shù)進(jìn)展和市場方向，談一下本人的一些想法，有些還不是很成熟，還請大家指正。

激光雷達(dá)在從二維到三維信息化測繪時(shí)代轉(zhuǎn)化中的困境

從1968年美國紐約州立大學(xué)第一次用激光雷達(dá)做海底地形測繪，到德國斯圖加特大學(xué)通過集成慣導(dǎo)、GPS和激光雷達(dá)進(jìn)行連續(xù)的面上地形測量，激光雷達(dá)在發(fā)達(dá)國家地形測繪領(lǐng)域開始逐漸占據(jù)主導(dǎo)地位。我曾建議美國國家林業(yè)局用激光雷達(dá)加高分影像的數(shù)據(jù)采集方式代替?zhèn)鹘y(tǒng)的純影像的數(shù)據(jù)收集方式進(jìn)行森林植被和地形測量，通過成功的試點(diǎn)測試，這一建議已開始逐漸被美國國家林業(yè)局采納并在全美范圍內(nèi)實(shí)施。激光雷達(dá)在地形測繪方面的廣泛應(yīng)用主要得益于其兩個(gè)得天獨(dú)厚的優(yōu)勢：1）對植被有很強(qiáng)的穿透能力，能夠突破傳統(tǒng)測量方式的限制，獲取植被覆蓋下的高精度地形信息；2）能夠?qū)崿F(xiàn)高度自動(dòng)化的地形信息提取，大量減少人機(jī)交互的工作量。除了在地形測繪領(lǐng)域，激光雷達(dá)憑借其在獲取高精度三維信息方面上的優(yōu)勢，也逐漸受到各行各業(yè)的青睞，如林業(yè)資源清查、災(zāi)害應(yīng)急響應(yīng)、數(shù)字城市、智能化電網(wǎng)巡檢、精細(xì)農(nóng)業(yè)、機(jī)器人視覺等等。

然而，激光雷達(dá)的發(fā)展過程中曾有兩大困境。一是過高的數(shù)據(jù)獲取成本。例如，目前常用的一些國外知名公司的機(jī)載激光雷達(dá)系統(tǒng)，價(jià)格動(dòng)輒上百萬美元，這還不包括飛機(jī)本身的成本和維護(hù)飛行費(fèi)用。如此高昂的價(jià)格令大多數(shù)作業(yè)單位難以承受。二是令人望而卻步的海量點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理。說到這點(diǎn)，就不得不提到我認(rèn)為是我們行業(yè)痛處之一的車載激光雷達(dá)系統(tǒng)。在車載激光雷達(dá)的初期，憑借其相對低的價(jià)格和獲取三維信息的能力，促使一批用戶在早期進(jìn)行了購買。然而，由于缺少后期處理軟件的支持，很多單位發(fā)現(xiàn)采集回來的數(shù)據(jù)不知道怎么用，因而逐漸導(dǎo)致了這些設(shè)備的閑置。我專門跟美國波士頓交通管理局的工作的朋友了解過，目前國外在政府化業(yè)務(wù)里面融合傳統(tǒng)車載影像測量系統(tǒng)已成為常態(tài)。而對車載激光雷達(dá)系統(tǒng)，一方面他們對激光雷達(dá)采集三維信息的能力有著非常濃厚的興趣，另一方面他們對海量三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)的處理又有著很強(qiáng)烈的恐懼感。

因此，如何解決上述困境成為擴(kuò)展激光雷達(dá)在三維信息化時(shí)代應(yīng)用的重中之重。我認(rèn)為，南方測繪的馬總針對這一問題給出了很好的答案，即“目前全球測繪市場逐漸從二維數(shù)字化測繪時(shí)代轉(zhuǎn)型為三維信息化測繪時(shí)代，也是從GPS、全站儀、RTK的時(shí)代轉(zhuǎn)型到無人機(jī)、三維激光雷達(dá)、GIS軟件時(shí)代。”這里，我想再做一個(gè)小小的補(bǔ)充，即集成POS的無人機(jī)和3DGIS軟件時(shí)代。無人機(jī)可以掛載不同的載荷，集成多種傳感器，隨時(shí)隨地的用于高精度遙感數(shù)據(jù)的獲取。隨著激光雷達(dá)硬件的發(fā)展，過去七八千美元的小型激光雷達(dá)現(xiàn)在只要四千美元，據(jù)說以后還要做成消費(fèi)級(jí)別，價(jià)格在一千美元以下。這種低成本的小型激光雷達(dá)設(shè)備將使三維數(shù)據(jù)常態(tài)化。

數(shù)字綠土，專注解決激光雷達(dá)行業(yè)應(yīng)用中的痛處

我們數(shù)字綠土的核心不是做硬件，而是為解決激光雷達(dá)在行業(yè)應(yīng)用中的痛處提供一個(gè)完整的解決方案。在硬件方面，我們主要專注在硬件集成上，把最好的傳感器結(jié)合到一起，在保證高精度的前提下盡量壓低成本，降低移動(dòng)激光雷達(dá)系統(tǒng)的價(jià)格門檻；在軟件方面，我們專注在開發(fā)擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的海量三維數(shù)據(jù)的處理算法，并通過友好的人機(jī)交互界面，降低激光雷達(dá)數(shù)據(jù)的使用門檻。

目前，在硬件方面我們主要有機(jī)載、無人機(jī)、車載和背包幾個(gè)系列的產(chǎn)品。在機(jī)載產(chǎn)品上，我們盡量增加了其便攜性，可以安裝于小型飛行器上進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，如直升機(jī)、動(dòng)力三角翼、飛艇等。在車載平臺(tái)上，我們完善了激光雷達(dá)與影像的融合方案，可以分檔次提供不同精度要求的數(shù)據(jù)采集方案。無人機(jī)激光雷達(dá)是我們比較有特色的產(chǎn)品，在2013年我們就已經(jīng)完成了第一版的開發(fā)。目前該系統(tǒng)可以集成在不同的多旋翼無人機(jī)上，如大疆的DJI M600 Pro，并可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)解算、數(shù)據(jù)顯示等，我們有自主研發(fā)的LiAcquire軟件系統(tǒng)在后臺(tái)支持整個(gè)數(shù)據(jù)采集過程。背包激光雷達(dá)系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)在無GPS信號(hào)環(huán)境下的激光雷達(dá)數(shù)據(jù)的采集和自動(dòng)拼接，這在林業(yè)和室內(nèi)環(huán)境的測繪中顯得尤為有用。對這個(gè)技術(shù)我們還是比較滿意的，而且花了很大的精力。

在軟件方面，我們主要有兩套數(shù)據(jù)處理軟件，一套是影像的，可以實(shí)現(xiàn)影像數(shù)據(jù)的一鍵式快速拼接、生成正射影像等。另外一套是針對海量激光雷達(dá)點(diǎn)云數(shù)據(jù)的，在這方面我們花了大量的精力，對海量點(diǎn)云數(shù)據(jù)的管理和處理做了大量優(yōu)化，開發(fā)了一系列在國際上領(lǐng)先的算法，并且將其它國際上的最先進(jìn)的算法融入到了我們軟件中來。其中在地形測繪方面，我們開發(fā)的濾波算法能夠更加自動(dòng)化的實(shí)現(xiàn)地面點(diǎn)提取，對之前比較陡的區(qū)域難以進(jìn)行濾波的問題進(jìn)行優(yōu)化。通過我們的海量數(shù)據(jù)處理算法，我們的最終目的是通過兩軟件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)影像和點(diǎn)云數(shù)據(jù)的高度融合。巴西的一家客戶曾跑遍美國對標(biāo)的激光雷達(dá)硬件產(chǎn)品的公司想挑選一套無人機(jī)激光雷達(dá)產(chǎn)品，最終還是覺得我們公司的產(chǎn)品更好，并且最打動(dòng)他的是我們公司的產(chǎn)品后面有對應(yīng)的數(shù)據(jù)處理的軟件支持，能夠?yàn)樗麄兲峁┮惶淄暾慕鉀Q方案，因此選擇了和我們合作。

激光雷達(dá)技術(shù)的新方向

接下來我想給大家分享一下激光雷達(dá)的技術(shù)發(fā)展的新方向。我本身對這個(gè)領(lǐng)域比較關(guān)注，也一直對激光類技術(shù)的發(fā)展方向進(jìn)行著追蹤。到目前為止，我認(rèn)為從激光雷達(dá)硬件技術(shù)來說，主要有三個(gè)重要的技術(shù)發(fā)展方向，即多光譜激光雷達(dá)、單光子激光雷達(dá)和固態(tài)激光雷達(dá)。我們都知道目前的激光雷達(dá)傳感器技術(shù)主要都是依靠于一個(gè)近紅外的波段，因此我們目前所獲取的激光雷達(dá)數(shù)據(jù)是缺少光譜信息。而光譜信息恰恰是我們傳統(tǒng)光學(xué)遙感技術(shù)的核心所在。多光譜激光雷達(dá)技術(shù)通過同時(shí)發(fā)射兩個(gè)及以上波段的激光信號(hào)進(jìn)行地物探測，可以同時(shí)獲取地物的光譜和結(jié)構(gòu)信息，講給激光雷達(dá)技術(shù)帶來革命性的影響。但是目前，這一類型的商業(yè)化的傳感器還很少，僅有的幾家公司的定價(jià)非常昂貴，很難用于實(shí)際的大范圍生產(chǎn)中。綠光激光雷達(dá)可以認(rèn)為是多光譜激光雷達(dá)的一個(gè)特殊變種，其主要目的是利用綠光波段的激光脈沖來實(shí)現(xiàn)水底地形測量。

單光子（Single-photon）激光雷達(dá)技術(shù)，也稱為Geiger-mode激光雷達(dá)，將對機(jī)載和星載激光雷達(dá)系統(tǒng)帶來革命性的影響。單光子激光雷達(dá)傳感器擁有納秒級(jí)別的最小激發(fā)激發(fā)時(shí)間，能夠大幅提高激光脈沖的發(fā)射頻率，并且該傳感器能大幅提高激光接收器的敏感性。這使得單光子激光雷達(dá)能夠在更高的高度上采集高密度、高精度的激光雷達(dá)點(diǎn)云。目前，經(jīng)測試，該系統(tǒng)在大于10公里的采集高度上仍可以獲取10到20個(gè)點(diǎn)每平方米的點(diǎn)密度的數(shù)據(jù)。美國宇航局NASA在其將要發(fā)射的ICESat 2星載激光雷達(dá)設(shè)備上采用這一技術(shù)。

固態(tài)（Solid-state）激光雷達(dá)技術(shù)將會(huì)對于小范圍測繪帶來革命性的影響。該類型的激光雷達(dá)設(shè)備可以像打印集成電路一樣進(jìn)行批量化生產(chǎn)，并且進(jìn)一步減小激光雷達(dá)設(shè)備的重量和成本。目前，該技術(shù)在自動(dòng)駕駛領(lǐng)域需求的刺激下，已逐漸趨于成熟，已有一些商業(yè)化的產(chǎn)品出現(xiàn)。

而在軟件方面，我認(rèn)為將來的主要方向是多平臺(tái)化的多源數(shù)據(jù)的融合。不同的數(shù)據(jù)類型有著各自的優(yōu)劣勢，通過多源數(shù)據(jù)的融合能夠發(fā)揮不同數(shù)據(jù)的優(yōu)劣勢，進(jìn)行地標(biāo)信息的信息獲取。尤其是最近深度學(xué)習(xí)技術(shù)與大數(shù)據(jù)的發(fā)展，將為多源數(shù)據(jù)融合帶來一個(gè)新的契機(jī)。

激光雷達(dá)，市場依舊很大，未來場景在無人駕駛

激光雷達(dá)技術(shù)在過去幾年的市場份額開始出現(xiàn)了穩(wěn)步的提升。其中根據(jù)Grand View Research，BisResearch和Laser Focus Group的分析，在接下來的五年里，移動(dòng)激光雷達(dá)平臺(tái)，尤其是無人機(jī)激光雷達(dá)平臺(tái)將會(huì)出現(xiàn)爆發(fā)式的增長，而目前正是開展移動(dòng)激光雷達(dá)領(lǐng)域的黃金時(shí)間。而在行業(yè)應(yīng)用方面，目前來說傳統(tǒng)測繪領(lǐng)域仍然是目前和接下來兩到三年激光雷達(dá)的主要市場所在。這一點(diǎn)在我國的激光雷達(dá)市場將體現(xiàn)的尤為明顯。目前，我國在利用激光雷達(dá)進(jìn)行地形測繪方面仍然處于起步階段，還很少有大范圍的利用激光雷達(dá)的進(jìn)行測繪的項(xiàng)目。雖然我國在兩年后會(huì)發(fā)射首顆搭載激光雷達(dá)傳感器的行業(yè)應(yīng)用衛(wèi)星，并且我們也在為這顆衛(wèi)星的發(fā)射做前期驗(yàn)證，但是其光斑腳點(diǎn)的大小和覆蓋度還難以滿足地形測繪的需求。根據(jù)Yole Development分析，我國目前的激光雷達(dá)市場的總體量相對于其他發(fā)達(dá)國家來說還是相對較小，在接下來的三到五年仍有仍有很大的發(fā)展空間。尤其是在地形測繪、工程測繪和線性測繪方面將出現(xiàn)大幅的增長。

而激光雷達(dá)技術(shù)在未來五年左右的另一個(gè)更大市場方向就是無人駕駛。一旦無人駕駛?cè)鎲?dòng)，將代替?zhèn)鹘y(tǒng)車。為什么蔚來汽車融資動(dòng)輒近十億，就是大家都看好無人駕駛的發(fā)展，并且無人駕駛這個(gè)行業(yè)太大了。目前，小型激光雷達(dá)傳感器在全球絕大多數(shù)都賣給了無人駕駛公司，測繪只是很小的一部分。Yole Development和Laser Focus Group等都認(rèn)為2020年前后，將是激光雷達(dá)在無人駕駛領(lǐng)域的關(guān)鍵期。在這個(gè)關(guān)鍵期后，激光雷達(dá)在無人駕駛領(lǐng)域的市場將是在傳統(tǒng)測繪領(lǐng)域的十倍甚至數(shù)十倍之多。我認(rèn)為激光雷達(dá)在無人駕駛領(lǐng)域的主要市場將有三塊，除了上面提到的激光雷達(dá)傳感器硬件，還要高精度地圖和導(dǎo)航軟件系統(tǒng)。根據(jù)Laser Focus Group估算，這三塊將占到無人駕駛領(lǐng)域市場總份額的30%-40%。其中我們最為關(guān)注的是高精度地圖這一塊。地圖也是無人駕駛里面很重要的，相當(dāng)于無人車的記憶功能。過去說做地圖都是谷歌和百度的事情，無人駕駛這場革命需要更高精度地圖來輔助導(dǎo)航，并且地圖要及時(shí)更新。目前，我們已在這一領(lǐng)域做了大量的基礎(chǔ)積累，非常愿意與無人駕駛相關(guān)的公司進(jìn)行合作。

我就跟大家分享這些，談不上是什么干貨，只是根據(jù)我們對技術(shù)和市場的了解，希望給同行們分享一些我們對這方面的認(rèn)識(shí)。最后，感謝泰伯給我們的支持，我們團(tuán)隊(duì)是一支年輕的團(tuán)隊(duì)，在創(chuàng)業(yè)方面還是新兵，希望和大家多多交流與學(xué)習(xí)。再次感謝大家來我們公司參觀，尤其是這么忙的情況下。在這里給大家拜一個(gè)早年，春節(jié)馬上到了，希望大家身體健康，事業(yè)更上一層樓，謝謝大家。

此外，數(shù)字綠土公司副總經(jīng)理趙寶林，也圍繞公司的基本情況以及業(yè)務(wù)為大家做了詳細(xì)介紹，并帶領(lǐng)大家進(jìn)行參觀。后續(xù)的交流環(huán)節(jié)，參會(huì)人員亦是十分關(guān)心數(shù)字綠土比較亮眼的融資經(jīng)歷，并紛紛向郭博士請教。郭博士強(qiáng)調(diào)數(shù)字綠土公司是以研發(fā)為主，有核心的技術(shù)，讓投資人比較放心。第二個(gè)方面，郭博士坦言，“做融資一定是在企業(yè)最好的時(shí)候去做，早期投資方看方向，看團(tuán)隊(duì)，到后期，財(cái)務(wù)數(shù)據(jù)越發(fā)重要。融資過程是一個(gè)漫長的過程，企業(yè)要做好足夠的心理準(zhǔn)備。”

編者后記：

GIO俱樂部2018年首站十分成功，感謝數(shù)字綠土熱情的招待以及真誠的技術(shù)分享，在座企業(yè)家紛紛表示收獲良多。再次感謝數(shù)字綠土的所有工作人員以及趕來參會(huì)的GIO企業(yè)家！2018年，我們一起探索更多可能！