2018年1月30日，在這樣一個天朗氣清的日子，泰伯GIO俱樂部帶著滿滿的熱情出發了，來到走進企業系列活動2018年首站——北京數字綠土科技有限公司。泰伯公司聯合創始人陸碧君，泰伯公司助理總裁、GIO俱樂部秘書長吳杏組織30余位空間信息行業企業家聚集到數字綠土，探討交流激光雷達技術的發展趨勢。數字綠土創始人、首席科學家郭慶華以《激光雷達技術的國內外行業進展》為主題進行了干貨分享。
以下為郭博士現場交流實錄，內容有刪減。
數字綠土創始人、首席科學家 郭慶華
我本科和碩士畢業于北京大學，博士畢業于美國加州大學伯克利分校。之后，在加州大學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的處理算法開發。當時，我覺得激光雷達市場就是一張白紙，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年回國創建了北京數字綠土公司。基于過去的研究積累，并有幸有一支非常年輕、優秀的團隊的加入，數字綠土在過去的六年間取得了一定的成績。我們希望把技術做好、把產品做好，為擴展激光雷達在行業領域的應用貢獻我們的一份力量。
下面，我將針對激光雷達技術在國內外的行業技術進展和市場方向，談一下本人的一些想法，有些還不是很成熟，還請大家指正。
激光雷達在從二維到三維信息化測繪時代轉化中的困境
從1968年美國紐約州立大學第一次用激光雷達做海底地形測繪，到德國斯圖加特大學通過集成慣導、GPS和激光雷達進行連續的面上地形測量，激光雷達在發達國家地形測繪領域開始逐漸占據主導地位。我曾建議美國國家林業局用激光雷達加高分影像的數據采集方式代替傳統的純影像的數據收集方式進行森林植被和地形測量，通過成功的試點測試，這一建議已開始逐漸被美國國家林業局采納并在全美范圍內實施。激光雷達在地形測繪方面的廣泛應用主要得益于其兩個得天獨厚的優勢：1）對植被有很強的穿透能力，能夠突破傳統測量方式的限制，獲取植被覆蓋下的高精度地形信息；2）能夠實現高度自動化的地形信息提取，大量減少人機交互的工作量。除了在地形測繪領域，激光雷達憑借其在獲取高精度三維信息方面上的優勢，也逐漸受到各行各業的青睞，如林業資源清查、災害應急響應、數字城市、智能化電網巡檢、精細農業、機器人視覺等等。
然而，激光雷達的發展過程中曾有兩大困境。一是過高的數據獲取成本。例如，目前常用的一些國外知名公司的機載激光雷達系統，價格動輒上百萬美元，這還不包括飛機本身的成本和維護飛行費用。如此高昂的價格令大多數作業單位難以承受。二是令人望而卻步的海量點云數據處理。說到這點，就不得不提到我認為是我們行業痛處之一的車載激光雷達系統。在車載激光雷達的初期，憑借其相對低的價格和獲取三維信息的能力，促使一批用戶在早期進行了購買。然而，由于缺少后期處理軟件的支持，很多單位發現采集回來的數據不知道怎么用，因而逐漸導致了這些設備的閑置。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務里面融合傳統車載影像測量系統已成為常態。而對車載激光雷達系統，一方面他們對激光雷達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云數據的處理又有著很強烈的恐懼感。
因此，如何解決上述困境成為擴展激光雷達在三維信息化時代應用的重中之重。我認為，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字化測繪時代轉型為三維信息化測繪時代，也是從GPS、全站儀、RTK的時代轉型到無人機、三維激光雷達、GIS軟件時代。”這里，我想再做一個小小的補充，即集成POS的無人機和3DGIS軟件時代。無人機可以掛載不同的載荷，集成多種傳感器，隨時隨地的用于高精度遙感數據的獲取。隨著激光雷達硬件的發展，過去七八千美元的小型激光雷達現在只要四千美元，據說以后還要做成消費級別，價格在一千美元以下。這種低成本的小型激光雷達設備將使三維數據常態化。
數字綠土，專注解決激光雷達行業應用中的痛處
我們數字綠土的核心不是做硬件，而是為解決激光雷達在行業應用中的痛處提供一個完整的解決方案。在硬件方面，我們主要專注在硬件集成上，把最好的傳感器結合到一起，在保證高精度的前提下盡量壓低成本，降低移動激光雷達系統的價格門檻；在軟件方面，我們專注在開發擁有自主知識產權的海量三維數據的處理算法，并通過友好的人機交互界面，降低激光雷達數據的使用門檻。
目前，在硬件方面我們主要有機載、無人機、車載和背包幾個系列的產品。在機載產品上，我們盡量增加了其便攜性，可以安裝于小型飛行器上進行數據采集，如直升機、動力三角翼、飛艇等。在車載平臺上，我們完善了激光雷達與影像的融合方案，可以分檔次提供不同精度要求的數據采集方案。無人機激光雷達是我們比較有特色的產品，在2013年我們就已經完成了第一版的開發。目前該系統可以集成在不同的多旋翼無人機上，如大疆的DJI M600 Pro，并可以實現實時的數據解算、數據顯示等，我們有自主研發的LiAcquire軟件系統在后臺支持整個數據采集過程。背包激光雷達系統可以實現在無GPS信號環境下的激光雷達數據的采集和自動拼接，這在林業和室內環境的測繪中顯得尤為有用。對這個技術我們還是比較滿意的，而且花了很大的精力。
在軟件方面，我們主要有兩套數據處理軟件，一套是影像的，可以實現影像數據的一鍵式快速拼接、生成正射影像等。另外一套是針對海量激光雷達點云數據的，在這方面我們花了大量的精力，對海量點云數據的管理和處理做了大量優化，開發了一系列在國際上領先的算法，并且將其它國際上的最先進的算法融入到了我們軟件中來。其中在地形測繪方面，我們開發的濾波算法能夠更加自動化的實現地面點提取，對之前比較陡的區域難以進行濾波的問題進行優化。通過我們的海量數據處理算法，我們的最終目的是通過兩軟件系統實現影像和點云數據的高度融合。巴西的一家客戶曾跑遍美國對標的激光雷達硬件產品的公司想挑選一套無人機激光雷達產品，最終還是覺得我們公司的產品更好，并且最打動他的是我們公司的產品后面有對應的數據處理的軟件支持，能夠為他們提供一套完整的解決方案，因此選擇了和我們合作。
激光雷達技術的新方向
接下來我想給大家分享一下激光雷達的技術發展的新方向。我本身對這個領域比較關注，也一直對激光類技術的發展方向進行著追蹤。到目前為止，我認為從激光雷達硬件技術來說，主要有三個重要的技術發展方向，即多光譜激光雷達、單光子激光雷達和固態激光雷達。我們都知道目前的激光雷達傳感器技術主要都是依靠于一個近紅外的波段，因此我們目前所獲取的激光雷達數據是缺少光譜信息。而光譜信息恰恰是我們傳統光學遙感技術的核心所在。多光譜激光雷達技術通過同時發射兩個及以上波段的激光信號進行地物探測，可以同時獲取地物的光譜和結構信息，講給激光雷達技術帶來革命性的影響。但是目前，這一類型的商業化的傳感器還很少，僅有的幾家公司的定價非常昂貴，很難用于實際的大范圍生產中。綠光激光雷達可以認為是多光譜激光雷達的一個特殊變種，其主要目的是利用綠光波段的激光脈沖來實現水底地形測量。
單光子（Single-photon）激光雷達技術，也稱為Geiger-mode激光雷達，將對機載和星載激光雷達系統帶來革命性的影響。單光子激光雷達傳感器擁有納秒級別的最小激發激發時間，能夠大幅提高激光脈沖的發射頻率，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能夠在更高的高度上采集高密度、高精度的激光雷達點云。目前，經測試，該系統在大于10公里的采集高度上仍可以獲取10到20個點每平方米的點密度的數據。美國宇航局NASA在其將要發射的ICESat 2星載激光雷達設備上采用這一技術。
固態（Solid-state）激光雷達技術將會對于小范圍測繪帶來革命性的影響。該類型的激光雷達設備可以像打印集成電路一樣進行批量化生產，并且進一步減小激光雷達設備的重量和成本。目前，該技術在自動駕駛領域需求的刺激下，已逐漸趨于成熟，已有一些商業化的產品出現。
而在軟件方面，我認為將來的主要方向是多平臺化的多源數據的融合。不同的數據類型有著各自的優劣勢，通過多源數據的融合能夠發揮不同數據的優劣勢，進行地標信息的信息獲取。尤其是最近深度學習技術與大數據的發展，將為多源數據融合帶來一個新的契機。
激光雷達，市場依舊很大，未來場景在無人駕駛
激光雷達技術在過去幾年的市場份額開始出現了穩步的提升。其中根據Grand View Research，BisResearch和Laser Focus Group的分析，在接下來的五年里，移動激光雷達平臺，尤其是無人機激光雷達平臺將會出現爆發式的增長，而目前正是開展移動激光雷達領域的黃金時間。而在行業應用方面，目前來說傳統測繪領域仍然是目前和接下來兩到三年激光雷達的主要市場所在。這一點在我國的激光雷達市場將體現的尤為明顯。目前，我國在利用激光雷達進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的進行測繪的項目。雖然我國在兩年后會發射首顆搭載激光雷達傳感器的行業應用衛星，并且我們也在為這顆衛星的發射做前期驗證，但是其光斑腳點的大小和覆蓋度還難以滿足地形測繪的需求。根據Yole Development分析，我國目前的激光雷達市場的總體量相對于其他發達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大幅的增長。
而激光雷達技術在未來五年左右的另一個更大市場方向就是無人駕駛。一旦無人駕駛全面啟動，將代替傳統車。為什么蔚來汽車融資動輒近十億，就是大家都看好無人駕駛的發展，并且無人駕駛這個行業太大了。目前，小型激光雷達傳感器在全球絕大多數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等都認為2020年前后，將是激光雷達在無人駕駛領域的關鍵期。在這個關鍵期后，激光雷達在無人駕駛領域的市場將是在傳統測繪領域的十倍甚至數十倍之多。我認為激光雷達在無人駕駛領域的主要市場將有三塊，除了上面提到的激光雷達傳感器硬件，還要高精度地圖和導航軟件系統。根據Laser Focus Group估算，這三塊將占到無人駕駛領域市場總份額的30%-40%。其中我們最為關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航，并且地圖要及時更新。目前，我們已在這一領域做了大量的基礎積累，非常愿意與無人駕駛相關的公司進行合作。
我就跟大家分享這些，談不上是什么干貨，只是根據我們對技術和市場的了解，希望給同行們分享一些我們對這方面的認識。最后，感謝泰伯給我們的支持，我們團隊是一支年輕的團隊，在創業方面還是新兵，希望和大家多多交流與學習。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早年，春節馬上到了，希望大家身體健康，事業更上一層樓，謝謝大家。
此外，數字綠土公司副總經理趙寶林，也圍繞公司的基本情況以及業務為大家做了詳細介紹，并帶領大家進行參觀。后續的交流環節，參會人員亦是十分關心數字綠土比較亮眼的融資經歷，并紛紛向郭博士請教。郭博士強調數字綠土公司是以研發為主，有核心的技術，讓投資人比較放心。第二個方面，郭博士坦言，“做融資一定是在企業最好的時候去做，早期投資方看方向，看團隊，到后期，財務數據越發重要。融資過程是一個漫長的過程，企業要做好足夠的心理準備。”
編者后記：
GIO俱樂部2018年首站十分成功，感謝數字綠土熱情的招待以及真誠的技術分享，在座企業家紛紛表示收獲良多。再次感謝數字綠土的所有工作人員以及趕來參會的GIO企業家！2018年，我們一起探索更多可能！
