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数字绿土创始人郭庆华:激光雷达,市场依旧很

更新时间:2018-03-09   来源:本站原创

 

 

2018年1月30日,在这样一个天朗气清的日子,泰伯GIO俱乐部带着满满的热情出发了,来到走进企业系列活动2018年首站——北京数字绿土科技有限公司。泰伯公司联合创始人陆碧君,泰伯公司助理总裁、GIO俱乐部秘书长吴杏组织30余位空间信息行业企业家聚集到数字绿土,探讨交流激光雷达技术的发展趋势。数字绿土创始人、首席科学家郭庆华以《激光雷达技术的国内外行业进展》为主题进行了干货分享。

以下为郭博士现场交流实录,内容有删减。

数字绿土创始人、首席科学家 郭庆华

我本科和硕士毕业于北京大学,博士毕业于美国加州大学伯克利分校。之后,在加州大学取得了终身正教授的职位,主要从事的研究方向就是激光雷达的处理算法开发。当时,我觉得激光雷达市场就是一张白纸,充满了各种可能性,因此,我毅然辞去了美国的教授职位,并于2012年回国创建了北京数字绿土公司。基于过去的研究积累,并有幸有一支非常年轻、优秀的团队的加入,数字绿土在过去的六年间取得了一定的成绩。我们希望把技术做好、把产品做好,为扩展激光雷达在行业领域的应用贡献我们的一份力量。

下面,我将针对激光雷达技术在国内外的行业技术进展和市场方向,谈一下本人的一些想法,有些还不是很成熟,还请大家指正。

激光雷达在从二维到三维信息化测绘时代转化中的困境

从1968年美国纽约州立大学第一次用激光雷达做海底地形测绘,到德国斯图加特大学通过集成惯导、GPS和激光雷达进行连续的面上地形测量,激光雷达在发达国家地形测绘领域开始逐渐占据主导地位。我曾建议美国国家林业局用激光雷达加高分影像的数据采集方式代替传统的纯影像的数据收集方式进行森林植被和地形测量,通过成功的试点测试,这一建议已开始逐渐被美国国家林业局采纳并在全美范围内实施。激光雷达在地形测绘方面的广泛应用主要得益于其两个得天独厚的优势:1)对植被有很强的穿透能力,能够突破传统测量方式的限制,获取植被覆盖下的高精度地形信息;2)能够实现高度自动化的地形信息提取,大量减少人机交互的工作量。除了在地形测绘领域,激光雷达凭借其在获取高精度三维信息方面上的优势,也逐渐受到各行各业的青睐,如林业资源清查、灾害应急响应、数字城市、智能化电网巡检、精细农业、机器人视觉等等。

然而,激光雷达的发展过程中曾有两大困境。一是过高的数据获取成本。例如,www.wns888.com,目前常用的一些国外知名公司的机载激光雷达系统,价格动辄上百万美元,这还不包括飞机本身的成本和维护飞行费用。如此高昂的价格令大多数作业单位难以承受。二是令人望而却步的海量点云数据处理。说到这点,就不得不提到我认为是我们行业痛处之一的车载激光雷达系统。在车载激光雷达的初期,凭借其相对低的价格和获取三维信息的能力,促使一批用户在早期进行了购买。然而,由于缺少后期处理软件的支持,很多单位发现采集回来的数据不知道怎么用,因而逐渐导致了这些设备的闲置。我专门跟美国波士顿交通管理局的工作的朋友了解过,目前国外在政府化业务里面融合传统车载影像测量系统已成为常态。而对车载激光雷达系统,一方面他们对激光雷达采集三维信息的能力有着非常浓厚的兴趣,另一方面他们对海量三维点云数据的处理又有着很强烈的恐惧感。

因此,如何解决上述困境成为扩展激光雷达在三维信息化时代应用的重中之重。我认为,南方测绘的马总针对这一问题给出了很好的答案,即“目前全球测绘市场逐渐从二维数字化测绘时代转型为三维信息化测绘时代,也是从GPS、全站仪、RTK的时代转型到无人机、三维激光雷达、GIS软件时代。”这里,我想再做一个小小的补充,即集成POS的无人机和3DGIS软件时代。无人机可以挂载不同的载荷,集成多种传感器,随时随地的用于高精度遥感数据的获取。随着激光雷达硬件的发展,过去七八千美元的小型激光雷达现在只要四千美元,据说以后还要做成消费级别,价格在一千美元以下。这种低成本的小型激光雷达设备将使三维数据常态化。

数字绿土,专注解决激光雷达行业应用中的痛处

我们数字绿土的核心不是做硬件,而是为解决激光雷达在行业应用中的痛处提供一个完整的解决方案。在硬件方面,我们主要专注在硬件集成上,把最好的传感器结合到一起,在保证高精度的前提下尽量压低成本,降低移动激光雷达系统的价格门槛;在软件方面,我们专注在开发拥有自主知识产权的海量三维数据的处理算法,并通过友好的人机交互界面,降低激光雷达数据的使用门槛。

目前,在硬件方面我们主要有机载、无人机、车载和背包几个系列的产品。在机载产品上,我们尽量增加了其便携性,可以安装于小型飞行器上进行数据采集,如直升机、动力三角翼、飞艇等。在车载平台上,我们完善了激光雷达与影像的融合方案,可以分档次提供不同精度要求的数据采集方案。无人机激光雷达是我们比较有特色的产品,在2013年我们就已经完成了第一版的开发。目前该系统可以集成在不同的多旋翼无人机上,如大疆的DJI M600 Pro,并可以实现实时的数据解算、数据显示等,我们有自主研发的LiAcquire软件系统在后台支持整个数据采集过程。背包激光雷达系统可以实现在无GPS信号环境下的激光雷达数据的采集和自动拼接,这在林业和室内环境的测绘中显得尤为有用。对这个技术我们还是比较满意的,而且花了很大的精力。

在软件方面,我们主要有两套数据处理软件,一套是影像的,可以实现影像数据的一键式快速拼接、生成正射影像等。另外一套是针对海量激光雷达点云数据的,在这方面我们花了大量的精力,对海量点云数据的管理和处理做了大量优化,开发了一系列在国际上领先的算法,并且将其它国际上的最先进的算法融入到了我们软件中来。其中在地形测绘方面,我们开发的滤波算法能够更加自动化的实现地面点提取,对之前比较陡的区域难以进行滤波的问题进行优化。通过我们的海量数据处理算法,我们的最终目的是通过两软件系统实现影像和点云数据的高度融合。巴西的一家客户曾跑遍美国对标的激光雷达硬件产品的公司想挑选一套无人机激光雷达产品,最终还是觉得我们公司的产品更好,并且最打动他的是我们公司的产品后面有对应的数据处理的软件支持,能够为他们提供一套完整的解决方案,因此选择了和我们合作。

激光雷达技术的新方向

接下来我想给大家分享一下激光雷达的技术发展的新方向。我本身对这个领域比较关注,也一直对激光类技术的发展方向进行着追踪。到目前为止,我认为从激光雷达硬件技术来说,主要有三个重要的技术发展方向,即多光谱激光雷达、单光子激光雷达和固态激光雷达。我们都知道目前的激光雷达传感器技术主要都是依靠于一个近红外的波段,因此我们目前所获取的激光雷达数据是缺少光谱信息。而光谱信息恰恰是我们传统光学遥感技术的核心所在。多光谱激光雷达技术通过同时发射两个及以上波段的激光信号进行地物探测,可以同时获取地物的光谱和结构信息,讲给激光雷达技术带来革命性的影响。但是目前,这一类型的商业化的传感器还很少,仅有的几家公司的定价非常昂贵,很难用于实际的大范围生产中。绿光激光雷达可以认为是多光谱激光雷达的一个特殊变种,其主要目的是利用绿光波段的激光脉冲来实现水底地形测量。

单光子(Single-photon)激光雷达技术,也称为Geiger-mode激光雷达,将对机载和星载激光雷达系统带来革命性的影响。单光子激光雷达传感器拥有纳秒级别的最小激发激发时间,能够大幅提高激光脉冲的发射频率,并且该传感器能大幅提高激光接收器的敏感性。这使得单光子激光雷达能够在更高的高度上采集高密度、高精度的激光雷达点云。目前,经测试,该系统在大于10公里的采集高度上仍可以获取10到20个点每平方米的点密度的数据。美国宇航局NASA在其将要发射的ICESat 2星载激光雷达设备上采用这一技术。

固态(Solid-state)激光雷达技术将会对于小范围测绘带来革命性的影响。该类型的激光雷达设备可以像打印集成电路一样进行批量化生产,并且进一步减小激光雷达设备的重量和成本。目前,该技术在自动驾驶领域需求的刺激下,已逐渐趋于成熟,已有一些商业化的产品出现。

而在软件方面,我认为将来的主要方向是多平台化的多源数据的融合。不同的数据类型有着各自的优劣势,通过多源数据的融合能够发挥不同数据的优劣势,进行地标信息的信息获取。尤其是最近深度学习技术与大数据的发展,将为多源数据融合带来一个新的契机。

激光雷达,市场依旧很大,未来场景在无人驾驶

激光雷达技术在过去几年的市场份额开始出现了稳步的提升。其中根据Grand View Research,BisResearch和Laser Focus Group的分析,在接下来的五年里,移动激光雷达平台,尤其是无人机激光雷达平台将会出现爆发式的增长,而目前正是开展移动激光雷达领域的黄金时间。而在行业应用方面,目前来说传统测绘领域仍然是目前和接下来两到三年激光雷达的主要市场所在。这一点在我国的激光雷达市场将体现的尤为明显。目前,我国在利用激光雷达进行地形测绘方面仍然处于起步阶段,还很少有大范围的利用激光雷达的进行测绘的项目。虽然我国在两年后会发射首颗搭载激光雷达传感器的行业应用卫星,并且我们也在为这颗卫星的发射做前期验证,但是其光斑脚点的大小和覆盖度还难以满足地形测绘的需求。根据Yole Development分析,我国目前的激光雷达市场的总体量相对于其他发达国家来说还是相对较小,在接下来的三到五年仍有仍有很大的发展空间。尤其是在地形测绘、工程测绘和线性测绘方面将出现大幅的增长。

而激光雷达技术在未来五年左右的另一个更大市场方向就是无人驾驶。一旦无人驾驶全面启动,将代替传统车。为什么蔚来汽车融资动辄近十亿,就是大家都看好无人驾驶的发展,并且无人驾驶这个行业太大了。目前,小型激光雷达传感器在全球绝大多数都卖给了无人驾驶公司,测绘只是很小的一部分。Yole Development和Laser Focus Group等都认为2020年前后,将是激光雷达在无人驾驶领域的关键期。在这个关键期后,激光雷达在无人驾驶领域的市场将是在传统测绘领域的十倍甚至数十倍之多。我认为激光雷达在无人驾驶领域的主要市场将有三块,除了上面提到的激光雷达传感器硬件,还要高精度地图和导航软件系统。根据Laser Focus Group估算,这三块将占到无人驾驶领域市场总份额的30%-40%。其中我们最为关注的是高精度地图这一块。地图也是无人驾驶里面很重要的,相当于无人车的记忆功能。过去说做地图都是谷歌和百度的事情,无人驾驶这场革命需要更高精度地图来辅助导航,并且地图要及时更新。目前,我们已在这一领域做了大量的基础积累,非常愿意与无人驾驶相关的公司进行合作。

我就跟大家分享这些,谈不上是什么干货,只是根据我们对技术和市场的了解,希望给同行们分享一些我们对这方面的认识。最后,感谢泰伯给我们的支持,我们团队是一支年轻的团队,在创业方面还是新兵,希望和大家多多交流与学习。再次感谢大家来我们公司参观,尤其是这么忙的情况下。在这里给大家拜一个早年,春节马上到了,希望大家身体健康,事业更上一层楼,谢谢大家。

此外,数字绿土公司副总经理赵宝林,也围绕公司的基本情况以及业务为大家做了详细介绍,并带领大家进行参观。后续的交流环节,参会人员亦是十分关心数字绿土比较亮眼的融资经历,并纷纷向郭博士请教。郭博士强调数字绿土公司是以研发为主,有核心的技术,让投资人比较放心。第二个方面,郭博士坦言,“做融资一定是在企业最好的时候去做,早期投资方看方向,看团队,到后期,财务数据越发重要。融资过程是一个漫长的过程,企业要做好足够的心理准备。”

编者后记:

GIO俱乐部2018年首站十分成功,感谢数字绿土热情的招待以及真诚的技术分享,在座企业家纷纷表示收获良多。再次感谢数字绿土的所有工作人员以及赶来参会的GIO企业家!2018年,我们一起探索更多可能!