結合機載LiDAR技術的移動端的開發(fā)及應用

張?zhí)烨?/p>

(廣州建通測繪地理信息技術股份有限公司，廣東廣州510663)

一、引 言

LiDAR測量技術是一種基于POS(GPS+IMU)技術和激光測距技術的主動式對地觀測系統(tǒng)，它開辟了由空中直接獲取高精度三維地面信息的新途徑。LiDAR系統(tǒng)包含激光、全球定位系統(tǒng)(GPS)和慣性導航系統(tǒng)(INS)3種技術，并與數字航攝儀相結合，而且激光脈沖不受陰影和太陽角度的影響，具有采集密度高、數據精度高、植被穿透力強等優(yōu)點，經過專用軟件處理，可高效快捷地獲取高精度的數字高程模型(DEM)和數字正攝影像(DOM)，DEM精度可優(yōu)于0.1 m，平面精度可優(yōu)于0.15 m。有了這些高精度、高質量的數據，如何讓數據為民眾服務則是測繪工作者們需要思考的一個問題。

移動空間信息服務是將Internet上的海量信息和地理信息系統(tǒng)的強大應用服務擴展到移動終端上，為移動用戶基于位置的信息交換、信息獲取、信息共享和信息發(fā)布提供便捷、經濟的技術途徑。Android平臺是由Google聯手34家公司組成的開放手機聯盟(OHA)推出的開放源代碼的一個開放性移動開發(fā)平臺，它采用Linux內核、獨特的Dalvik虛擬機，集成特有的地圖模塊、快捷的XML布局方案、輕量級的SQLite數據庫，以及高效的二維、三維繪圖方案、多媒體技術等，具有強大的網絡訪問功能，且集成3G網絡與WiFi、藍牙等無線網絡技術，可以對開發(fā)者之間的功能模塊進行無縫繼承與共享。高效的功能模塊重用使開發(fā)周期更短、開發(fā)難度更低，結合日益完善的移動定位技術，移動用戶的GIS體驗越來越好。Android是一個真正意義上的開放性移動設備綜合平臺。百度、高德等移動端服務商將地圖在移動端的應用成功為Li-DAR測量高精度數據的應用指明了方向。本文以筆者所在公司開發(fā)的高爾夫球助手為例，介紹機載LiDAR技術如何在移動端的開發(fā)和應用中發(fā)揮作用。

二、基于機載LiDAR技術的移動端開發(fā)的目的和意義

基于高精度的機載LiDAR成果數據DEM和DOM，可對高爾夫地形數據在移動終端進行二、三維瀏覽、漫游;基于自主開發(fā)的GIS系統(tǒng)，可提供更真實的二、三維場景，實時觀察當前位置與球洞的距離，實時量測距離，顯示落球點坡向圖，顯示果嶺坡向圖等，便捷、快速、準確地對落球點進行定位，輔助高爾夫球比賽。

目前高爾夫相關軟件都是基于虛擬地形數據和影像數據，或低精度的航拍數據，數據精度差，距離計算誤差較大，無法準確地展示關注位置的地形地勢變化情況，不能很好地起到輔助高爾夫球手判斷和決策的作用，未能真正應用到高爾夫球比賽和練習中。

該軟件采用高精度的機載LiDAR成果數據DEM和DOM，可提高距離量測的精度，更準確地展示落球點和果嶺的地形地勢變化情況，實現對高爾夫球場的機載LiDAR成果數據的三維管理，與高爾夫業(yè)務功能無縫集成，從宏觀和微觀多個方面對數據和業(yè)務進行更直接的把握，減少打球的失誤，提高高爾夫的娛樂性。

三、基于機載LiDAR技術的移動端開發(fā)的主要內容和關鍵技術

1.主要內容

機載激光測量系統(tǒng)可獲取三維點云和高分辨率影像數據，并通過快速處理，進一步獲取 DOM、DEM、DSM等數據。在機載LiDAR數據的高精度和高質量的基礎上，采用基于自主研發(fā)的GIS平臺，可快速實現高爾夫球場真二、三維地形數據的瀏覽、漫游，任意360°旋轉，支持手指觸屏操作，實時計算當前位置與球洞的距離，顯示落球點的坡向圖和果嶺的渲彩圖，提高高爾夫球手的判斷力和決策力，為球手精準打球提供數據和計算支撐。

2.關鍵技術

1)基于機載LiDAR高精度高爾夫三維地形數據的移動終端二、三維顯示瀏覽解決方案。

2)基于高精度機載LiDAR數據的距離計算。

3)基于高精度機載LiDAR數據的落球點坡向圖顯示。

4)基于高精度機載LiDAR數據的果嶺渲彩圖顯示。

此外還有基于高精度地形數據的快速距離計算，輔助高爾夫球手更直觀地設置落球點，落球點坡向圖顯示、果嶺渲彩圖顯示，計分和統(tǒng)計分析功能等。

四、基于機載LiDAR技術的移動端開發(fā)的設計和功能實現

1.設計方法

1)調研目前高爾夫相關軟件，了解尚未解決的技術問題和用戶最迫切的需求，提出全新的基于機載LiDAR高精度三維數據的高爾夫球助手解決方案。

2)對移動終端顯示的真三維地形數據進行數據結構分析研究，快速顯示二、三維地形數據。

3)結合高爾夫記分需求，設計相應的功能需求。

4)實現實時距離計算、落球點坡向圖顯示、果嶺渲彩圖顯示。

5)計分和統(tǒng)計分析等功能。

2.技術路線

本項目開發(fā)涉及多個模塊的集成和調試，包含GIS+Android+Java等多個系統(tǒng)功能的開發(fā)和組合。

3.實現的功能

(1)選擇高爾夫球場

用戶開始進入球場，首先選擇球場界面，如圖1所示。

點擊要前往的高爾夫球場，進入球場設置界面。

(2)回合設置

在回合設置界面，可以新建回合或繼續(xù)尚未結束的回合，如圖2所示。

圖1 選擇球場

圖2 回合設置

點擊新建回合按鈕，彈出新建回合界面。在新建回合界面，可以進行球員通訊錄管理，如圖3所示。

圖3 新建回合

點擊記分卡或球場圖，繼續(xù)尚未結束回合的記分和測距操作，如圖4所示。

圖4 記分卡

進入程序主界面，可以顯示三維數據，在屏幕上可任意旋轉、縮放、移動，并根據用戶手勢作出回應，可以了解球場附近的狀況，如圖5所示。

圖5 球場圖

(3)記 分

在記分卡中，點擊任意球洞，彈出對應球洞的記分界面，如圖6所示。

(4)球洞展示

查看球洞，可隨意進行二維和三維切換，如圖7、圖8所示。

在球洞圖上，可以通過拖拽的方式直接設置開球點和落球點的位置，實時顯示當前位置和落球點的距離、落球點到果嶺的距離，測量當前位置到各類障礙物的距離。

圖6 記分

圖7 球洞二維展示

圖8 球洞三維展示

通過滾動的球和顏色直觀展示落球點的地勢起伏變化，方便球手作出正確的落球點選擇。

以DEM渲彩圖的方式直觀地展示果嶺的地勢變化，方便球手作出正確的推桿決策，如圖9所示。

圖9 果嶺渲彩圖

五、結束語

機載LiDAR技術的發(fā)展和研究是航空攝影未來的研究熱點，多種高精尖技術的集成、軟硬件一體化是未來的發(fā)展趨勢。尤其隨著數字城市和智慧城市建設的不斷推進，對數據應用提出了更高的要求，社會大眾對位置服務的數據質量和精度要求越來越高，基于LiDAR技術的移動端的開發(fā)和應用是非常重要的一項研究，具有很好的應用前景。

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