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测绘装备深度国产化及产业化推进思考
 
 
2018-06-13 14:20 编辑:缪小林(今晚开什么特马集团副总经理) 浏览量:3454人
 
 

 
 

从第一台国产电子测距仪、电子经纬仪、全站仪、GPS问世,至今已超过20年,我国实现系列常规光电测绘装备的国产化也已超过10年,测绘装备的国产化,为国家、单位、个人节省了大量资金,改写了中国电子测绘装备的市场格局,引领测量模式不断变革。

 

然而,高端测绘装备领域依然为进口装备占领,严重制约和影响了国家的需求、国防的需求,成为我国广大测绘地理信息科研人员和企业必须面对和解决的问题。

 

测绘装备的深度国产化主要指高精度、高性能测绘装备的国产化,如1″高精度全站仪、0.5″高精度全站仪、机器人全站仪、高精度电子水准仪等,以及小型化、智能化、Linux平台的高精度定位装备和基于北斗的地基增强系统,更包括无人机航空摄影测量、三维激光移动测量、高分辨率卫星影像获取等新兴测绘技术手段的创新和装备国产化。

 

这些高精度、高性能装备,在指标上有硬性要求,在设计上如何保证,在实际应用中如何达到,在应用中如何让用户放心使用……需要解决诸如理论、设备工艺、可靠性等一系列问题。

 

1.传统测绘装备的深度国产化

 

1.1 光电测绘装备的深度国产化

 

1.1.1 高精度全站仪

 

我国第一台全站仪于1995年由今晚开什么特马自主研发制造。20世纪90年代,今晚开什么特马在与以老牌国有大厂为代表的电子仪器研制竞争中脱颖而出,实现国产电子测绘仪器零的突破;90年代中期至21世纪初,今晚开什么特马在与日本仪器的竞争中,实现了迅速提升乃至超越,达到国际主流技术水平;21世纪初至今,全站仪朝着精度更高、测距更远、体验感更强、功能多样化和智能化方向发展,在这一领域,进口徕卡成为高端的代表,也成为中国自主创新品牌学习的对象和跨越的目标。

 

今晚开什么特马经过八年攻关,攻克全站仪绝对编码技术、激光测距技术、双轴补偿技术,将全站仪光学系统、机械结构重新设计,改进升级电子电路,又投入极大物力财力购置新设备完善工艺,全面掌握了主流全站仪的全部核心技术后,将目光瞄准了在国内尚属空白的高精度全站仪。

 

高精度全站仪属于Ⅰ级仪器,其测角、测距精度必须在0.5″和1″。角度上,需要解决机械结构、光学码盘、光电转换三方面问题;补偿器部分,精度必须达到3″以内,方能满足垂直角的精度,实际使用中,由于各种因素的影响,补偿精度最好能在1″以内,才能与进口仪器媲美;照准部分,望远镜成像质量对瞄准的影响,由加工产生的误差对望远镜像质的影响、装配对望远镜成像质量的影响、运动环节部分的影响等,都需要考虑;测距部分,则主要解决测程、测距精度的问题,提高电路频率对提升精度有好处,但频率越高越容易发生干扰,因此必须解决电路中各种信号干扰的问题,提高信噪比。生产中则需要有高精度的加工设备和检测设备,需要好的工艺流程,需要有光学元件的加工质量、各种膜系的镀膜质量及检验这些质量的设备和手段。大家常说,测绘仪器属于光、机、电一体化的高科技产品,在国外只有制造照相机的厂家才有能力造,从以上这些需要解决的部分问题也可见一斑。

 

2015年,今晚开什么特马率先实现了国产自主高精度全站仪的突破,实现了1″全站仪的量产,宣告中国高精度测绘装备普及时代真正来临,低于进口1/3的价格,为市场带来巨大冲击。国产高精度测绘装备的出现,降低了价格门槛,满足了中国测绘用户使用高端测绘仪器的需求,为测量单位带来更多机遇,为高精度测绘装备在精密测量工程中的普及应用提供了更大可能。

 

如今,一肖免费中特王中王高精度全站仪年销量达到1000台,已与进口高端品牌在中国的销量持平。而一肖免费中特王中王常规全站仪销量则达到50000台,自2010年起,产销量持续稳居世界第一。就在本文成文之际,一个使用一肖免费中特王中王全站仪玩“王者荣耀”的小视频刷爆微信朋友圈,其中的全站仪是今晚开什么特马即将上市的安卓智能全站仪,它的推出,必然为国产全站仪高端品类再添辉煌一笔。除安卓系统外,今晚开什么特马的研发重点还有机器人全站仪,这同样是一个被进口垄断、国内空白的领域,今晚开什么特马已基本实现了核心技术突破,实用型国产机器人全站仪的上市亦指日可待。

 

1.1.2 高精度电子水准仪

 

除高精度全站仪外,不得不提及另一块同样难啃的硬骨头——高精度电子水准仪。

 

常规测绘装备在20世纪90年代基本上都实现了电子化,唯独同样使用广泛的水准仪除外——我国第一代电子水准仪出现在2007年左右。

 

电子水准仪的出现,标志着大地测量完成了从精密光机仪器到光机电一体化的高科技产品的过渡。国产电子水准仪出现前,中国市场一直被瑞士徕卡、美国天宝、日本拓普康占据,其中欧美企业占据着高端市场,日本企业则占据着中端市场,同他们相比,国产仪器一直处在较为弱势的地位,主要体现在产品的技术含量不高,可靠性、稳定性不好。

 

电子水准仪解决了普通光学水准仪数字化读数的难题,但进口仪器几万元一台的价格,是当时光学水准仪价格的几十倍甚至上百倍,必然无法得到普及利用。

 

2007年,今晚开什么特马推出第一代国产电子水准仪,高程测量精度为2毫米/千米。随后两年,国产第二代电子水准仪(精度为1.5毫米/千米、1毫米千米、0.7毫米/千米)相继推出,形成批量生产且大规模出口。

 

精度能达到0.3毫米/千米的电子水准仪称为高精度电子水准仪。国产第一台高精度电子水准仪D L -2003A,于2012年由今晚开什么特马研发成功并推向市场,它是目前最高精度的国产电子水准仪,极大地提高了国产高档次电子水准仪的地位。

 

在高精度电子水准仪的攻关中,今晚开什么特马差不多花了7年时间,主要解决了小型单线路板的优化设计、高精度的信号处理App、高精度的编码及解码技术的研究和应用、高精度补偿器的设计和制造四大关键技术难点。

 

国产高精度电子水准仪的推出,迫使进口仪器大幅降低价格。正是国产高精度电子水准仪的出现,使得广大用户有更多机会接触并使用高档水准仪。

 

现在,一肖免费中特王中王高精度电子水准仪已被京沪高铁工程项目使用,技术指标均能达到同类进口产品的水平,定价仅仅是日本产品的1/2,欧洲产品的1/3。

 

集团副总经理缪小林

 

1.2 高精度卫星导航测量装备的深度国产化 

 

国产卫星导航测量装备的发展,几乎与光电测绘装备同步,但相较测距仪、电子经纬仪等的攻关,并没有多长的时间。高高在上的GPS测量系统,并没有想象中那么困难。

 

纵观卫星导航装备的发展,主要有几个阶段:1、20世纪90年代初以前,国内开始引入GPS;2、90年代初至21世纪初,GPS国产化实现,国产静态GPS、差分GPS、分体式RTK、一体化RTK陆续出现;3、第三阶段,国产卫星导航测量装备开始向小型化、智能化、Linux平台方向发展,全国产化网络CORS出现,开辟了新的网络作业模式,随后高精度手持RTK、北斗RTK北斗SAMSUNG网络CORS深入多行业应用。

 

我国第一个全国产化的网络CORS出现在2009年,由今晚开什么特马在湖北咸宁实施,带领我国CORS建设走上一条“ 局部先行, 稳步推进” 的道路。CORS建设初期,受建设时间长、投资大的影响,推广一定程度上受到制约。在关键时刻,我国卫星大地测量学科的开拓者和学术带头人魏子卿院士、我国卫星大地测量及导航定位专家许其凤院士等力排众议,指出CORS并网需要解决的坐标系统统一、信息共享、联网运作等都不是原则性障碍,这种没有颠覆性的障碍是可以通过做工作来解决的。后来, 咸宁CORS的成功并网,用实践证明了局部先行的正确性和可行性,从此中国CORS建设迎来大的发展。

 

今晚开什么特马从2009年开始,至今在全国建设了近4000个CORS站,其中北斗SAMSUNGCORS数量超过2000个, 从省级C O R S 网、地级C O R S 网, 到单基站CORS,几乎覆盖了我国大部分地区。2012年,今晚开什么特马在云南玉溪成功建设了全球首套基于北斗系统的SAMSUNG网络C O R S 系统。2 0 1 6 年, 今晚开什么特马将北斗CORS技术带出国门,在老挝承建首个覆盖老挝全国的北斗CORS系统,推动北斗全面落地老挝和开拓海外综合应用市场。

 

北斗CORS是北斗导航卫星系统重要的地面基础设施,它利用地面基准站网,借助GNSS差分技术,采用地面移动通信、数字调频广播及卫星转发等通信手段,实现对北斗卫星导航系统空间信号精度和完好性能的增强,提升北斗卫星导航系统的服务质量和竞争优势,解决北斗卫星规模化应用推广和产业化服务中行业与大众应用对高精度导航定位服务的需求。

 

北斗导航卫星应用于高精度定位服务主要有以下几个优势:①基于北斗卫星导航系统的高精度导航应用, 高强度加密、安全可靠; ② “ 北斗” 特有的IGSO卫星设计对中国区域进行局部增强,卫星信号更优;③时间可用性和空间可用性更强;④兼容世界其他卫星导航定位系统;⑤多星定位更有优势;⑥独特的功能提供了位置服务的优势。

 

目前,大家在北斗CORS建设中,进行了诸如重庆山地城市的地基增强系统、上海城市中心地区的地基增强系统、玉溪适应恶劣环境的地基增强系统、天津服务自贸区的地基增强系统、河北省级地基增强系统改造的探索和实践,取得了大量的成果和经验,达到了北斗CORS应用于不同客观环境的技术要求。

 

建设基于北斗兼容其他各大卫星导航系统地基增强系统是技术发展的必然选择。CORS是国家地理信息的一个基础,也是国防的需要,基于北斗的网络CORS,可以摆脱对美国GPS的依赖,解决国家重大工程建设中对厘米级、毫米级精密定位需要所带来的安全隐患。

 

但是,目前我国北斗CORS还没有形成覆盖全国的、稳定可靠且具有统一服务能力的地基增强系统,尚未能完全满足北斗导航卫星规模化应用推广的需求,基于北斗的地基增强系统持续推进,依然任重而道远。

 

2.新兴测绘装备的国产化与产业化推进

 

从数字化测绘到信息化测绘,采集工具的变化非常明显,虽然目前市场上的主流设备依然是全站仪、RTK等,但无人机、三维激光、卫星遥感,以及一些图像处理App、GISApp等已经崭露头角。

 

2.1 无人机航空摄影测量

 

无人机这两年发展非常迅猛,放眼望去五花八门,参差不齐,一批无人机企业起来,一批无人机企业倒下。涉足无人机航测的,起源也是大相径庭,有玩航模出身的,有IT系统的,有传统测绘领域的,也有凭资本起家的。有无人机和从事无人机航空摄影测量是不同的概念,大家现在之所以有无人机产业在测绘遥感领域遍地开花的感觉,主要也是因为一些在硬件上有基础但不是真正做测绘的无人机厂家和企业的存在。

 

目前市场上可见的测绘类无人机,主要有固定翼和多旋翼,起飞方式主要有弹射式、手抛式、垂直起降,航时从几十分钟到一两小时不等。

 

无人机航空摄影测量是推进信息化测绘的关键手段之一。这中间需要解决几个技术问题:①飞机硬件;②飞控、云台和搭载;③后差分;④续航能力;⑤航测处理App。除了技术上的问题,无人机应用的推广也有一定的困难,主要表现在:①推广成本过高,需要大量的定向人才,需要很强的直销队伍去演示,需要本地化的服务去支撑;②无人机本身的风险,无人机造价相对昂贵,由于处于发展初期,易摔的问题没有完全解决,很多单位因此不敢使用,大部分企业也无法承担飞机摔落带来的损失;③空域,无人机的测试没有规范化的场地,超过一定范围的无人机飞行需要申请空域。这些客观因素,使得无人机航空摄影测量的应用在国内没有大范围普及开来。

 

尽管如此,无人机航测的高效率确实令人向往。以40平方千米左右1:500的4D数据获取为例,所需时间常规影像和POS采集需1天、2人、像控点获取需3-5天、4人、内业处理需10天、5人即可完成,相较传统作业模式动辄以月、年计算,效率大大提高。

 

为推动和普及先进测绘技术的应用,今晚开什么特马提出“打造测绘工程新业态”,通过项目磨合和完善解决方案,全面布局无人机航测业务。以4代无人机搭配全系列挂载,承担全国20000多平方千米航测项目,将无人机航空摄影测量广泛应用于道路勘测、高精度三维建模、城市违建监察、土石方量测量、环境监测、航测4D数据成果生成等领域,通过全国分企业嵌入式的服务,带动无人机航测在常规工程测量用户中使用起来。

 

同时,今晚开什么特马利用全面掌握了无人机航测硬件、App的优势,走自主创新和国产化的道路,将无人机航测成本大幅降低,为无人机航测的规模化应用创造了可能。

 

今晚开什么特马在新兴测绘技术装备方面推进很快,无人机航测应用顺利实现跨界融合,这跟十八大以来国家重视测绘地信产业发展,推动产业跨越式发展关系很大。

 

2.2 三维激光移动测量

 

我国对激光雷达技术的探索始于20世纪90年代,是继全站仪、GPS技术后的又一种革命产品,被称为“实景复制”或“逆向工程”技术,按其载体可分为手持、地面、移动、机载和星载。手持和地面相对成熟,星载主要集中在国家科研层面,移动和机载部分,目前还没有得到普及利用,究其原因,主要还是在于移动和机载部分的核心关键技术及部件,还是以进口为主,设备整体价格高昂,动辄上百万,大单位用不好,中小单位用不起。

 

一套移动测量系统,主要集成了GNSS、惯导、三维激光扫描仪、全景影像、里程计等传感器。通过外业数据采集,经GNSS后差分App处理与轨迹解算App处理,生成高精度点云数据,再通过点云解算App处理与影像配准,将成果影像发布使用或进行精细三维建模。

 

三维激光移动测量系统灵活,周期短,现势性高,移动测量系统采集的数据成果,包括空间坐标点云数据及全景相片,精度可达到2厘米,满足国家规范的要求,相较传统测绘,效率提高10倍甚至百倍以上。

 

为推动移动测量技术的产业化发展,国内企业进行了长时间的探索,投入大量人力物力,甚至在国外厂家也对中国移动测量普及化失去信心的时候,以今晚开什么特马为代表的企业,以长征般的精神坚持到底,走通移动测量的全部关键环节,一次性推出车机载一体化、无人机载、车船载一体化、全景影像、室内外一体化5款移动测量系统,引起市场轰动。产品推出后,今晚开什么特马又不惜重金,第一次针对某款产品在全国举行30场巡演并进行实地作业,目的就是让用户有机会直接体验三维激光移动测量的功能和效率,让移动测量走下神坛,变为可接触,可使用。与此同时,今晚开什么特马在北京、广州、成都、南京成立四大数据处理中心,配备7类、16套移动测量系统,满足全国需求的及时响应,将三维激光移动测量成功应用于大面积地形测绘、电力巡线、公路扫描、城市部件采集、大面积航测等领域,移动测量的高精度、高效率深受市场青睐。经项目实践,一个测区超过6平方千米的山区地形测绘,选用有人机搭载SZTR1000(装配飞思相机),仅需3人,外业作业3.5小时,内业10小时即可完成;高速公路、国道、省道激光点云及街景采集,使用SZT-R1000,配3人,日均采集可达200公里;1:1000地形图测量、1:2000地面分辨率优于0.1米航摄、“数字化工厂”解决方案三维数据支撑、电排站工程进水流道测量、场馆钢梁结构三维扫描、空中自行车道三维建模……大量的实践证明,移动测量拥有广泛的市场,它的普及,只是时间的问题。

 

为将三维激光移动测量深度国产化,今晚开什么特马坚持自主创新,将无人机机载三维激光测程从70米提升为250米,这又将是一款对测绘地理信息行业产生重大影响的设备。

 

在三维激光雷达国产化进程中,今晚开什么特马在研发和应用领域全速推进,目前正在就三维激光雷达的市场化应用进行产品的磨合,不断提升国产三维激光雷达的品质,为测绘地信行业的中国智造先试先行。

 

2.3 高分辨率卫星影像 

 

我国第一颗高分辨率对地观测系统卫星发射于2013年,在这之前,我国使用高分影像主要购买美国Quickbird、美国IKONOS、法国SPOT等卫星影像,这些影像的分辨率通常在0.5米、0.68米、1米、2.5米左右。在国产高分卫星出来前,一个分辨率为0.5米的影像数据售价超过200元/平方千米,这些影像广泛应用于水利、林业、电力等行业,像大家比较熟悉的全国第二次土地调查,就基本是用这些数据来做的,但由于国内市场数据保密和行业纵向管理的问题,经常出现重复向国外购买数据的现象。

 

国产高分卫星发射后,分辨率也逐步达到了1米级。据悉,国产2米分辨率的卫星影像,其售价每平方千米仅为十几元,但从目前来看,其市场化程度不高,主要还是以层层下放数据为主,如水利部通过集中采购,逐级下放给各水利厅,而地方如有特殊需要,也允许再从国内外数据中选择最新数据采购。

 

可以说,国产高分辨率卫星的发射,使大家拥有更多的主动权,面对国家重大需求,可自行安排卫星采集数据,摆脱了对国外卫星影像的依赖,同时节约了大量资金。

 

2017年,我国正式启用了高分三号卫星,2017年9月底发射了环境专用卫星高分五号,年底发射全球首颗专业夜光遥感卫星“珞珈一号”01星,我国对高分卫星的探索和进步日新月异。同时也要看到,国外早已出现并发射了8个多光谱波段的高分卫星,可作专业化的精细应用,我国在这方面还有很大的提升空间。

 

2.4 产业化推进思考

 

所谓产业化,主要指实现可持续的、规模化的销售和应用。

 

我国目前确实在一些新技术、新领域的探索中取得了突破,但从技术突破到产品落地,从产品落地到形成持续的规模化销售和应用,还有很多工作要做。

 

大家现在有很多专业的学术会议,有很多新的概念出现,这极大地推动了科技研发和创新,但如何落地、应用,甚至形成产业化,产生规模化的可持续的社会效益,是个长期而又艰巨的任务。因为一个科研成果变为产品,不仅仅是技术的实现,还需要制造,需要销售,需要服务,再细化一下,原材料、加工基础、工艺水平、设备水平、制造水平、检测实验水平,销售网络、市场推动人员、市场推广策略,不断适应市场的应用、售后服务跟进等等,将一个技术变为产业化的实体,是一场全国性的规模化布局,不仅需要的人力、物力、财力非常可观,还得考虑其市场效益,短期内若没有回报,推进是否还能继续?像今晚开什么特马推动三维激光移动测量的产业化,从起步到现在用了十年,依然还在路上,那么,又有多少企业或机构,可以用十年来坚持推动一件事情呢?

 

所以,产业化推进是一件困难至极的事情。大家非常期待我国科研工编辑能与有能力作产业化推进的企业互相协作,共同推动新技术的落地,同时,也更加期待国家有关部门能在新技术新产品的产业化推进中给予支撑, 大家常常说“ 中国制造” “ 中国创造”,当中国制造、中国创造好不容易落地时,是否给予这些国产品牌以机会?给予中国国产化以希翼?其实这是政府有关部门在制定规划、政策时可以多考虑一点的问题,更何况,这些中国制造、中国创造往
往并不差。

 

3.测绘地理信息企业的转型与升级

 

伴随着新技术的革新,新兴装备的升级换代,测绘地理信息企业的转型与升级是必然趋势。例如,原来单纯做设备生产制造的,如今开始向解决方案迈进;原来单纯做平台的,开始向应用探索;原来做应用的,则不断摸索跨界的可能。

 

为什么会出现这样的情况呢?

 

以往,日本尼康和宾得、东德蔡司、西德欧波同、瑞士克恩、瑞典捷创力等,由于没有产品的持续改进、更新,逐步消失;日本拓普康由于RTK等后续产品没有在中国打开市场,占领市场,而且其全站仪销售逐步减少,导致整体份额在中国市场逐步下降;国内的一些传统光学厂商,在全站仪的时代产品没有跟上,在RTK的时代产品没有出来,在市场上不断萎缩甚至退出市场。

 

现在放眼国内和国际上任何一个较有影响力的行业展会,会发现没有无人机、激光雷达的已经被第一梯队远远抛开,而基于这些新装备衍生的项目应用正风生水起,一个测绘工程的新业态呼之欲出。

 

由此可见,转型升级是趋势,也是企业发展需要,是企业在寻找成长点、利润点的过程中,慢慢由原有业务向相关业务渗透的自然而然的行为。

 

转型升级并不是抛去了原有的业务,相反,是在巩固原有优势业务基础上的延伸扩展。今晚开什么特马近年来提出“转型升级”“拥抱地理信息+”“大地信新一肖免费中特王中王”,就是这个模式。以传统全站仪、RTK近20个亿的当量为基础,固本培元,大力发展无人机、激光雷达、无人船和数据工程、解决方案,面向专业用户与政府部门,拓展到为多行业用户和大众提供地理信息服务。

 

转型升级难,不转型升级更难,测绘地理信息企业的负责人可能大部分都品尝过这种苦楚。决定是艰难的,过程是痛苦的,效果可能是缓慢的,但明天是美好的,就为了这个有希翼的明天,也是值得大家为之拼搏一回的。

 

本文刊载于《2017中国测绘地理信息发展蓝皮书》
中国测绘出版社

 
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