近年來，便攜式移動激光掃描儀作為激光雷達掃描儀的重要分支，在建筑、文物保護、城市規劃、環境監測等領域得到大量使用。但值得注意的是，便攜式移動激光掃描工具還存在數據質量低、精度低等諸多不足，其實用性受到了較大限制?；诖?，北京遠見知行科技有限公司在劉先林院士指導下，緊緊跟蹤業界科技前沿，進一步革新技術，成功推出了“輕掃”系列產品，能夠快速、高效、高質量捕捉各種環境信息，并生成逼真的數字孿生場景，為用戶提供快速、可信賴的空間數據。

研發緣起

2011年，劉先林院士帶領王留召研究員、鐘若飛教授參與的“地面移動激光集成關鍵技術方法及其軟硬件產品和應用示范”獲測繪科技進步一等獎，填補了我國在車載激光掃描方面的技術空白，實現了高效率、高精度的地面移動激光測量。該技術在帶狀測繪、道路改擴建、高精度地圖測繪等領域顯示出重要的應用價值。

2013年，長江水利委員會某公司老總找到劉院士，想利用掃描車進行地下停車場的三維建模，但因為掃描車的精度高度依賴GNSS，經過幾個月的技術攻關，依然沒有獲取優質的點云成果。2016年，劉院士帶領遠見知行公司科研團隊承接了河北永年市道路三維建模項目，但在城中村無法獲取高質量點云數據，導致項目遲遲不能完成。這兩個項目成果沒有順利交付，讓團隊久久不能釋懷。

經團隊深入調研，國內并沒有很好的技術能支撐這種GNSS受限場景的數據獲取，雖然當時也有幾款國外設備引進到國內，但價格高昂，成果質量較差，場景適應性很弱。國內幾家測繪大廠模仿國外設備進行研發，但研發成果同樣精度不佳，難以滿足項目需求。這種現狀讓團隊倍感壓力，同時有了自主研發的急迫感。

2018年10月，團隊在中國測繪裝備展上首次看到一款來自德國的推車式室內點云采集裝備，其成果點云非常精細，難以相信是移動設備采集出來的！經詢問，售價200多萬，太貴了！盡管如此，市場需求依然很旺盛。這對團隊形成了很大刺激，劉院士下令——成立室內外一體化輕型移動掃描系統研發小組（簡稱輕掃小組）。

漫漫研發路

儀器測試

輕掃系統的研發極為艱苦，涉及的鏈路太多，可供參考的資源卻比較少。

2019年5月，輕掃小組設計出第一款樣機，稱為輕掃A3，主要傳感器包括1臺16線激光儀和2臺單線激光儀，每臺激光儀要3萬多元，還要有其他元器件。輕掃小組到處“化緣”，其中2臺激光儀由首都師范大學鐘若飛教授提供，16線激光儀是中國測繪科學研究院研發項目留下來的，其它研發經費則由劉院士用個人資金支付（劉院士為此共支付約50萬元）。

這些基礎傳感器只是形成樣機的第一步，后面還有一萬步，其中第二步是“多激光間的空間標定”。這是一件非常復雜的工作，從技術方案制定到實施、優化都極為復雜、艱苦。輕掃小組選擇了一個室外籃球場——老山公園籃球場進行實驗。為了消除一切可能存在的噪音，每次做實驗都選擇無風的中午。當時正值盛夏，只有中午籃球場才不會被占用，這是輕掃小組最高興的時刻。

但并非努力就有收獲，標定的精度一直無法滿足要求，就意味著無法獲取高精度的點云數據。輕掃小組沒有放棄，經過近一年的方案修改和研發測試，終于創新性地找到了一種輕量級的自動標定算法。該算法后期經過改進，已可實現同類設備所有傳感器的全自動標定。

在攻克空間標定這一難題后，輕掃A3終于可以采集數據了，成果點云很漂亮，比很多國外進口的設備都好。正在這時，深圳云基智慧工程公司找到劉院士，想研發一款專用于城市輔路、人行道數據采集的設備，并答應立即投入資金。劉院士的一貫作風是：需求牽引研發，當即答應了云基公司的要求。輕掃小組信心滿滿，面向云基公司的需求，摒棄德國的推車式結構，對A3進行了“機頭可折疊、手提上高鐵”的便攜式、小型化改造。2019年12月，楊東輝等人高高興興奔赴深圳，進行了首次現場測試。

但測試結果時好時壞，暴露了很多問題。深圳道路樹木茂盛，A3采用的航空天線收星太慢，而且極易掉線，定位效果也不佳，這些問題導致了精度極其不穩定。除了精度問題，還有信號串擾、電氣協同和數據傳輸不佳、計算死機等各種問題。測試不成功讓平時煙酒不沾的楊東輝，獨自喝了幾次悶酒。

深圳測試非常讓人失望，輕掃小組快速撤回北京，立即投入到全面復盤。為了隨時能夠測試新設備，實驗場直接搬到一個廠房進行，彼時已是隆冬，廠房只是一層鐵皮，沒有暖氣，室外零下十度、室內零下五度。

2020年1月，新冠疫情來了，所有測試只能暫停。4月，疫情稍微緩和后，輕掃小組又進行了算法改進。5月5日，輕掃小組第二次踏上去往深圳的高鐵。

二進深圳，他們進行了長達6周的測試，解決了大量問題，但現實并不像中學生作文，經過努力就能豁然開朗——點云采集精度和穩定性依然無法滿足工程要求，這個核心問題讓輕掃團隊無比壓抑，加上疫情導致的各種阻斷因素，輕掃小組萌發了放棄這個項目的想法。

向劉院士匯報后，他鼓勵大家：科研就是這樣，像在黑暗中摸索。目前距離成功已經不遠了，要堅持，不能放棄！

疫情讓各種事情都慢了下來。在此后長達3個月的時間內，輕掃小組做了一個艱難的決定：否定自己！重新設計、集成了新的樣機——輕掃A2，采用“雙16線激光儀+大蘑菇頭天線”，并研發了新的算法，顯著提升了定位精度。同時，針對多線點云粗糙、雜亂的問題，創新性研發出一種精細化算法，將3厘米的點云變為3毫米，并且均勻細膩！直到現在，輕掃系統的精細化算法依然是業內領先。

在“高精度+高精細”雙重強力算法支持下，2020年末，輕掃小組完成了清華大學自動駕駛地圖采集項目，當看到校園里李兆基樓的細膩點云時，大家無比激動。毫無疑問，這是最好的國產數據，也必將是最好的國產設備！

在新技術的支持下，2021年初，輕掃小組先后采集制作了北航迎新AR地圖、桃花嶺自動泊車地圖、西二旗地鐵站點云地圖等。同年，輕掃A2開始對外銷售，其中包括中國移動、阿里達摩院、清華大學等。這些成績給了輕掃小組極大的信心。

2021年中，輕掃小組帶著新設備第三次來到深圳，給云基公司交付新設備。云基公司組織研發部、工程部對新設備進行測試，效果非常好，不僅完成了高精度數據快速采集，還實現了和主路車載點云的自動融合。云基公司工程師說：“國外200萬的設備都搞不定，你們確定是68萬嗎？”隨后，輕掃小組先后派出3個分隊、4臺設備前往深圳，冒著近40度高溫，在3個月內完成了掃描任務，每人每天背負設備行走近3萬步。

2021年到2023年，云基公司利用輕掃A2系統先后完成了深圳數千千米輔路、人行道的高質量點云數據采集，而且實現了與車載點云的全自動融合。這是業內首臺具備這種技術能力的設備。

“內卷”的小伙伴

輕掃小組的小伙伴們都很敬業，這并不是被逼而為，而是為客戶服務的一種責任感。

在掃描北京東方時尚駕校時，張成龍和孫振博接力掃，單次掃了7小時，國外設備要干一周的項目，用輕掃設備一天干完了！

剛來實習的研究生張偉迪獨自帶著設備去寧夏完成了一個變電站的掃描任務。

作為團隊技術核心的劉洋博士，在華為北京坊項目中，為了達到甲方近乎苛刻的要求，親自下場采集數據，一步一停，在寒風中采集2小時，當時氣溫零下10度。

為了采集狹小空間的高壓電纜隧道數據，團隊派嬌小的女博士楊然去前期測試。她說：“會不會有危險？我得把銀行卡號先給我媽媽說一下?！焙髞?，由結構設計師姚琰 帶隊，他們完成了數十千米隧道數據采集。

輕掃小組接到的項目往往是同類技術無法滿足的，這需要極其辛苦的付出。

拓展新應用

中國測繪科技館三維虛擬展廳

隨著小場景空間信息采集需求旺盛，市場上出現的同類設備也多了起來，有國外進口的，有國內測繪大廠研發的，也有非測繪領域公司研發的。在競爭日益激烈的市場環境下，輕掃小組堅持高精度、高精細、高適用性的研發路線，堅持以用戶為中心的研發理念，完成了輕掃A2、輕掃R1、輕掃S1、輕掃V4等多規格設備的研制，有力支撐了一批重大項目，如國家級實景三維項目、國家電網電纜隧道無人巡檢項目等。

除了為測繪相關行業提供專業的服務外，輕掃小組近年來不斷拓展應用領域。他們打造的中國測繪科技館三維虛擬展廳已于2024年7月正式與公眾見面，登錄網站http://cloud.cybergeo.cn:8001/scene/?Bundle-Id=215即可線上云游中國測繪科技館。在本項目中，輕掃小組采用16k高清全景影像作為“實景”，采用與全景影像精確配準的高密度彩色點云作為“三維”，既能看又能量，在手機上就能輕松操作，而且建設成本低、更新方便。中國測繪科技館面積約5000平方米，從采集到上線發布，只用了不到兩天時間。

輕掃小組利用這種“輕量級實景三維”方案，已完成了全國數十個場館的線上展示。

來源：《中國測繪》2025年第2期