未來測繪發展方向展望

白小剛

（長沙市規劃勘測設計研究院，湖南 長沙 410000）

測繪是運用各種測量方法將目標地形地貌數據進行采集、標注，形成地圖。傳統測繪由于技術、設備的限制，更多地是測繪人員到實地去采集相關數據，勞動強度大，由于實地情況復雜多樣，對于作業人員存在一定的風險。經過半個多世紀的發展，無論從測量方法還是設備方面，都發生了日新月異的變化，涌現了諸如全球衛星定位系統、三維激光掃描、傾斜攝影測量等一大批先進的技術和設備。

1 現階段測繪主要技術

隨著近現代電子技術、計算機技術的高速發展，改變了整個測繪行業的生產作業模式。對比我院測繪生產實際情況，從早期50年代到90代末，控制測量還是要靠人工讀數、記錄，測圖還是平板儀，數據成果還停留在紙質時代。隨著改革開放步伐逐漸加大，測繪市場需求加大，早期低效率的測量手段被市場拋棄，高效率的設備開始不斷投入和使用，完成了技術和設備的更新換代。

1.1 GPS技術

邁入到21世紀，美國在GPS基礎上推出了民用政策，依托這一政策，徹底改變了傳統控制測量的作業方法，極大地提高了工作效率。我院于20世紀初開始購入GPS設備進行控制測量作業，主要采用了靜態測量的方法。并逐漸引入了電臺RTK技術進行動態測量，改變了基礎測量作業方法，加快了基礎測量的更新速度。2007年12月，我院完成了長株潭GNSS連續運行參考站系統的建設，這標志著在長株潭范圍內實現了坐標系統的統一、基礎測量作業范圍的全覆蓋（圖1）。

圖1 長株潭GNSS連續運行參考站

現在GPS-RTK技術已經成為數據采集的主力軍，它具有速度快，精度高，一人就可作業，所見即所得，在傳統測量中占據著主要位置，它與全站儀構成了測量工作的中堅力量。

1.2 三維激光掃描

三維激光掃描技術主要采用高速激光掃描測量的方法，快速獲取大面積高分辨率的被測對象表面的三維坐標數據、大量的空間點位信息，建立物體的三維影像模型，是一種全新的技術手段[1]。

三維激光掃描技術，早期由于價格昂貴，技術始終得不到廣泛推廣，反而制約了技術發展。而伴隨著使用范圍的擴大，使用頻率的提升，三維激光掃描儀也在不斷進化，設備的便攜化，價格也不再高不可攀，使得這一技術得到了更多測量場景的應用，例如在地下空間測量（圖2、圖3）、建筑密集區域、復雜建筑的竣工測量等，相信隨著使用的更加廣泛，也會促使這一技術和設備不斷得到進化。

圖2 BLK360實地測量

圖3 三維激光掃描效果圖

1.3 傾斜攝影測量

攝影測量在經過3個階段發展之后，來到了全面數字化階段，計算機技術的發展以及數字圖像處理等技術的應用，傳統的采集同名點等工作，已經逐漸被計算機所替代。在無人機技術的推動下，攝影測量的使用從高空到低空、從大范圍到小范圍的轉變，尤其是傾斜攝影測量（圖4）發展迅速，它的數據處理過程更加智能化，其成果能夠快速反映地物周邊真實情況（圖5），可實現單張影像量測，建筑物側面紋理采集，有效降低城市三維建模成本[2]。

圖4 多旋翼無人機

圖5 三維模型效果圖

2 新測繪需求

隨著以5G、人工智能、自動駕駛為代表的新技術陸續涌現，國家也提出了“中國制造2025”的概念,自然資源部也提出“向非尺度地理實體全息數據庫轉變”的要求，在這種背景之下，測繪需要提供信息更加豐富，能夠滿足更多用戶需求地服務。

新測繪更多地為了滿足機器的需求，例如自動駕駛等，傳統的二維平面地圖承載的信息量有限，不能夠滿足未來的需求，以長沙市的萬家麗高架橋為例，高架橋上有快速路，橋下有復雜的普通城市干道，地下有城市地鐵，將這么多立體的信息在二維地圖上表達，顯然難以做到，即使采用顏色或特殊符號區別表示，那對于沒有專業知識為背景的普通人，它也不能夠分辨出哪里是橋、哪里是路，地圖不能夠抽象地表達實地事物，這也讓地圖失去了存在的基礎。這就要求我們采取一種新的方式—三維地圖，這也是未來的測繪發展方向。

3 新一代測繪技術

隨著新的需求出現，傳統低效的數據采集工作將被舍棄，能夠同時采集多種數據并能有效融合的設備將會越來越多的投入使用，新的高效方法也將嶄露頭角，數據采集工作將會變得簡單、輕松、高效。就目前發展方向來看，運用小型性的測量設備，采用非接觸測量的方法已經逐漸成為主流，主要體現在SLAM技術和消費型測量設備等。

3.1 SLAM技術

SLAM是指搭載特定傳感器的主體，在完全未知環境中通過自身傳感器感知周圍環境和位姿信息進行自身定位，并構建環境的增量式地圖，最終完成自身定位與導航。它經歷了傳統時代（狀態估計問題）、算法分析時代、魯棒性-預測性時代，隨著計算能力的提升及算法的改進，BA優化、位姿優化等手段逐漸成為主流。在人工智能技術的加入下，基于深度學習的SLAM越來越受到研究者的關注。

多傳感器融合SLAM極大的提高了未知環境下創建地圖的能力，如何提高多傳感器融合的數據耦合度、提高算法的實時性、與深度學習和多機器人協同相結合將是多傳感器融合SLAM未來一段時間的研究方向。可以相信在未來攜帶式SLAM幫助人們實時創建地圖，不需要人工處理，直接輸出實時地圖，這將徹底改變測繪行業現狀，對測繪行業產生深遠影響。

3.2 消費型測量設備

蘋果公司前不久新推出的2020款iPad Pro上運用全新的攝像頭模組（增加了激光雷達傳感器圖6），激光雷達傳感器采用的是直接飛行時間測量（Direct-ToF，簡稱DToF），通過發射、接收光并測量光子飛行時間，直接計算確定距離，它擁有響應快、功耗低等優勢。可以將激光雷達傳感器的深度數據與來自攝像頭的圖像數據，以及來自其傳感器陣列的運動數據融合在一起，從而構建環境的空間映射。

將激光雷達技術小型化并帶入到消費級電子設備中，未來這一技術有望引入到安卓陣營中，到那時人人手中一部手機就可以完成小范圍內的三維建模（圖7），不需要專業設備，不需要專業知識，每個人都可以繪制三維實時地圖，帶來的不僅僅是效率的提高，更是人們對未來虛擬現實的大量需求。相信這一技術的進步，將對三維建模技術帶來深遠的變革，也給未來的測繪工作帶來無限的可能。

圖6 iPad Pro攝像頭模組

圖7 三維建模模擬圖

4 結論

未來的測繪工作主要是通過多種傳感器大量地獲取原始地形地貌數據，通過內業計算機智能化處理，輔以少量的人工干預，得以重建實地三維模型，通過對三維模型的再加工、再分析，就可針對不同行業快速輸出與之相對的測量成果。

未來的測繪設備一定會具備小型化、便攜化、網絡化等特點，對測繪設備的使用者的要求會越來越低，設備的使用將更加智能、傻瓜，例如現在的三維激光掃描儀已經無需整平對中等操作，獲取數據的工作將越來越加簡單；無人機航拍從內到外已經從原來傳統的作業模式徹底改變，流程更加簡單。傳統笨重、精密的測繪設備將會逐漸消失，取而代之的是依靠大量傳感器獲取數據，依靠強大的智能軟件、算法處理數據，依靠無處不在的互聯網分享數據。科學技術就是第一生產力，對設備如此，對人員也是如此，這就要求我們測繪行業人員改變自己單一的知識、技能架構，從多方面豐富自己的技能水平，作一個融合性人材，去適應時代的發展、擁抱未來。