结合机载LiDAR技术的移动端的开发及应用

张天巧

(广州建通测绘地理信息技术股份有限公司，广东广州510663)

一、引 言

LiDAR测量技术是一种基于POS(GPS+IMU)技术和激光测距技术的主动式对地观测系统，它开辟了由空中直接获取高精度三维地面信息的新途径。LiDAR系统包含激光、全球定位系统(GPS)和惯性导航系统(INS)3种技术，并与数字航摄仪相结合，而且激光脉冲不受阴影和太阳角度的影响，具有采集密度高、数据精度高、植被穿透力强等优点，经过专用软件处理，可高效快捷地获取高精度的数字高程模型(DEM)和数字正摄影像(DOM)，DEM精度可优于0.1 m，平面精度可优于0.15 m。有了这些高精度、高质量的数据，如何让数据为民众服务则是测绘工作者们需要思考的一个问题。

移动空间信息服务是将Internet上的海量信息和地理信息系统的强大应用服务扩展到移动终端上，为移动用户基于位置的信息交换、信息获取、信息共享和信息发布提供便捷、经济的技术途径。Android平台是由Google联手34家公司组成的开放手机联盟(OHA)推出的开放源代码的一个开放性移动开发平台，它采用Linux内核、独特的Dalvik虚拟机，集成特有的地图模块、快捷的XML布局方案、轻量级的SQLite数据库，以及高效的二维、三维绘图方案、多媒体技术等，具有强大的网络访问功能，且集成3G网络与WiFi、蓝牙等无线网络技术，可以对开发者之间的功能模块进行无缝继承与共享。高效的功能模块重用使开发周期更短、开发难度更低，结合日益完善的移动定位技术，移动用户的GIS体验越来越好。Android是一个真正意义上的开放性移动设备综合平台。百度、高德等移动端服务商将地图在移动端的应用成功为Li-DAR测量高精度数据的应用指明了方向。本文以笔者所在公司开发的高尔夫球助手为例，介绍机载LiDAR技术如何在移动端的开发和应用中发挥作用。

二、基于机载LiDAR技术的移动端开发的目的和意义

基于高精度的机载LiDAR成果数据DEM和DOM，可对高尔夫地形数据在移动终端进行二、三维浏览、漫游;基于自主开发的GIS系统，可提供更真实的二、三维场景，实时观察当前位置与球洞的距离，实时量测距离，显示落球点坡向图，显示果岭坡向图等，便捷、快速、准确地对落球点进行定位，辅助高尔夫球比赛。

目前高尔夫相关软件都是基于虚拟地形数据和影像数据，或低精度的航拍数据，数据精度差，距离计算误差较大，无法准确地展示关注位置的地形地势变化情况，不能很好地起到辅助高尔夫球手判断和决策的作用，未能真正应用到高尔夫球比赛和练习中。

该软件采用高精度的机载LiDAR成果数据DEM和DOM，可提高距离量测的精度，更准确地展示落球点和果岭的地形地势变化情况，实现对高尔夫球场的机载LiDAR成果数据的三维管理，与高尔夫业务功能无缝集成，从宏观和微观多个方面对数据和业务进行更直接的把握，减少打球的失误，提高高尔夫的娱乐性。

三、基于机载LiDAR技术的移动端开发的主要内容和关键技术

1.主要内容

机载激光测量系统可获取三维点云和高分辨率影像数据，并通过快速处理，进一步获取 DOM、DEM、DSM等数据。在机载LiDAR数据的高精度和高质量的基础上，采用基于自主研发的GIS平台，可快速实现高尔夫球场真二、三维地形数据的浏览、漫游，任意360°旋转，支持手指触屏操作，实时计算当前位置与球洞的距离，显示落球点的坡向图和果岭的渲彩图，提高高尔夫球手的判断力和决策力，为球手精准打球提供数据和计算支撑。

2.关键技术

1)基于机载LiDAR高精度高尔夫三维地形数据的移动终端二、三维显示浏览解决方案。

2)基于高精度机载LiDAR数据的距离计算。

3)基于高精度机载LiDAR数据的落球点坡向图显示。

4)基于高精度机载LiDAR数据的果岭渲彩图显示。

此外还有基于高精度地形数据的快速距离计算，辅助高尔夫球手更直观地设置落球点，落球点坡向图显示、果岭渲彩图显示，计分和统计分析功能等。

四、基于机载LiDAR技术的移动端开发的设计和功能实现

1.设计方法

1)调研目前高尔夫相关软件，了解尚未解决的技术问题和用户最迫切的需求，提出全新的基于机载LiDAR高精度三维数据的高尔夫球助手解决方案。

2)对移动终端显示的真三维地形数据进行数据结构分析研究，快速显示二、三维地形数据。

3)结合高尔夫记分需求，设计相应的功能需求。

4)实现实时距离计算、落球点坡向图显示、果岭渲彩图显示。

5)计分和统计分析等功能。

2.技术路线

本项目开发涉及多个模块的集成和调试，包含GIS+Android+Java等多个系统功能的开发和组合。

3.实现的功能

(1)选择高尔夫球场

用户开始进入球场，首先选择球场界面，如图1所示。

点击要前往的高尔夫球场，进入球场设置界面。

(2)回合设置

在回合设置界面，可以新建回合或继续尚未结束的回合，如图2所示。

图1 选择球场

图2 回合设置

点击新建回合按钮，弹出新建回合界面。在新建回合界面，可以进行球员通讯录管理，如图3所示。

图3 新建回合

点击记分卡或球场图，继续尚未结束回合的记分和测距操作，如图4所示。

图4 记分卡

进入程序主界面，可以显示三维数据，在屏幕上可任意旋转、缩放、移动，并根据用户手势作出回应，可以了解球场附近的状况，如图5所示。

图5 球场图

(3)记 分

在记分卡中，点击任意球洞，弹出对应球洞的记分界面，如图6所示。

(4)球洞展示

查看球洞，可随意进行二维和三维切换，如图7、图8所示。

在球洞图上，可以通过拖拽的方式直接设置开球点和落球点的位置，实时显示当前位置和落球点的距离、落球点到果岭的距离，测量当前位置到各类障碍物的距离。

图6 记分

图7 球洞二维展示

图8 球洞三维展示

通过滚动的球和颜色直观展示落球点的地势起伏变化，方便球手作出正确的落球点选择。

以DEM渲彩图的方式直观地展示果岭的地势变化，方便球手作出正确的推杆决策，如图9所示。

图9 果岭渲彩图

五、结束语

机载LiDAR技术的发展和研究是航空摄影未来的研究热点，多种高精尖技术的集成、软硬件一体化是未来的发展趋势。尤其随着数字城市和智慧城市建设的不断推进，对数据应用提出了更高的要求，社会大众对位置服务的数据质量和精度要求越来越高，基于LiDAR技术的移动端的开发和应用是非常重要的一项研究，具有很好的应用前景。

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