——访武汉大学教授、珞珈伊云首席科学家毛庆洲

 

9月30日，在由中国测绘学会组织的“多频段新型测绘激光雷达技术及装备”科技成果评价会上，以国家海洋局第二海洋研究所潘德炉院士、中国测绘科学研究院刘先林院士、长春光机所王立军院士等行业专家组成的评价委员会对由武汉大学、深圳大学以及珞珈伊云等单位合作研制的FT系列轻小型长测程激光雷达给出了高度评价：“该成果整体技术达到国际先进水平，其中1500米空对地激光扫描的点云密度达到国际领先水平。

作为该成果的主要研制单位之一，珞珈伊云虽然才成立两年多，但所推出的高精度测绘激光雷达已广泛应用于20多个省市的电网电力巡查、交通设施检测、农林业监测等领域中，特别在青藏高原等复杂恶劣环境条件下的高精度地形测绘中发挥了重要作用。

 

 

武汉大学教授、珞珈伊云首席科学家毛庆洲

“在激光雷达市场，珞珈伊云虽然是一个新兵，但我们的研发团队主要成员其实在这一领域已经深耕了20多年。我们希望中国的激光雷达技术不再受制于人，能够跟上乃至超越世界水平，希望中国人自己研发的激光雷达能够广泛应用于地理测绘等各行各业，不再有数据安全之忧。”采访中，武汉大学教授、珞珈伊云首席科学家毛庆洲将珞珈伊云和激光雷达的故事向记者娓娓道来。

自主研发 打破国外技术垄断

谈起珞珈伊云的诞生，就不得不提及武汉汉宁轨道交通技术有限公司（以下简称“汉宁”）和武汉夕睿光电技术有限公司（以下简称“夕睿”）这两家公司。这两家公司都是毛庆洲带领团队在道路和轨道交通领域深耕多年的企业，主要业务涵盖道路评测、道路养护设计、道路检测以及轨道交通数据采集、轨道交通数字化运营等方面。

 

“在夕睿和汉宁所开展的业务中，需要用到三维激光扫描技术和设备，以前我们都是从国外进口，但很快我们就感到了痛点。国外的设备不仅价格昂贵、交货周期长，而且服务响应非常缓慢，我们曾经有一套设备发生故障后，整个售后维修周期差不多半年多。更令我们头疼的是，进口设备虽然技术先进，但是不接受产品定制、技术封闭不开放，有些先进的功能不对中国客户开放，这对我们的业务发展影响很大。”毛庆洲坦言，由于光学、材料、微电子以及加工制造工艺等基础技术限制，测绘级激光雷达的核心技术与装备一直被国外少数企业垄断，国内高端激光测量装备80%以上依赖进口。

毛庆洲认为珞珈伊云能在短短两年间发展起来，也并没有讳莫如深的“独门秘籍”，也只是“立足研发、脚踏实地”。这也是珞珈伊云在变幻莫测的市场格局中生存下来的法宝，比起高调的营销和宣传策略，实力才是硬道理。

激光雷达技术的“卡脖子”之痛，让毛庆洲深深认识到：关键核心技术是要不来、买不来、讨不来的。如果不能将关键核心技术掌握在自己手中，那么就会永远被人掐住发展的“脖子”，永远处于落后挨打的被动局面。于是，从2016年起，毛庆洲团队开始踏上了激光雷达技术的自研之路，主要满足夕睿和汉宁的内部使用需求。经过多年来的潜心钻研，毛庆洲团队自研的三维激光扫描技术取得巨大突破，无论是激光的测距和精度，还是多回波和动态信号的接收能力都有质的提升。

核心技术上的突破，也让毛庆洲团队初步尝到了市场的甜头。“这些年，得益于我们三维激光扫描技术方面的新成果，汉宁、夕睿两家公司的业务在轨道交通、公路等行业应用领域开始步入快车道。”据毛庆洲介绍，目前轨道交通检测业务已经覆盖国铁集团各个铁路局集团公司，智能化设备累计销售近百套；地铁隧道三维激光检测服务覆盖全国20多个地铁城市，累计服务里程超5000千米，市场占有率居国内前列；基于三维激光的公路路面、隧道智能化检测设备短短几年时间已销售超百套，进入行业第一梯队，并给行业检测技术带来了质的创新。

“过去，我们研发的激光雷达技术主要供夕睿和汉宁内部使用。近年来，整个行业发生了巨大的变化，一方面随着万物互联时代的加速到来，激光雷达作为一种新的传感技术和数据采集手段蓬勃发展，市场前景巨大；而另一方面，2020年新冠疫情后，西方国家对我国企业的打压和遏制不断升级，国产化替代在许多领域加速推进，激光雷达领域也不例外。”毛庆洲指出，鉴于外部环境的变化，于是团队决定把激光雷达这个业务独立出来，进行产业化运作，这不仅是做大做强国产化激光雷达产业的需要，也是想为解决我国激光雷达“卡脖子”难题，实现自主安全可控尽一份力。

 

2020年6月30日，珞珈伊云公司成立。公司依托武汉大学宇航科学与技术研究院高分辨率激光团队，致力于打造国产化激光雷达产业，努力为各类行业应用端厂商提供更清晰、更精确、更稳定的高精度三维激光雷达产品和数据采集解决方案。

克难攻关，将核心技术掌握在自己手中

自成立那一刻起，珞珈伊云便立足原始创新，努力解决高端激光雷达关键核心技术，致力于开发具有完全自主知识产权的高精度三维激光雷达产品。然而这注定是一条充满荆棘而又漫长的道路。

 

“在项目开发过程中，我们要求激光雷达产品的性能和质量对标国际先进水平，决不能因为自研就降低要求。作为激光雷达的核心部件，扫描电机的研发让我们屡遭挫败，痛苦不堪。当时，国产电机一般在3000转～5000转，但是进口电机却在10000转以上，有的甚至达到了15000转。为了追赶15000转的国际领先水平，我们在研发过程中反复尝试，反复摸索，一个方案不行，就再想其他方案，再去实验，还是失败……我们为此前前后后设计了十几个版本，进行了上百次的优化改进，实验过程中加工作废的零部件堆起来如同一座小山，耗资近百万元。”毛庆洲坦言，追赶国际领先水平是一个非常艰辛而又痛苦的过程，需要有屡败屡战、锲而不舍的科学钻研精神。

 

经过前后一年多的艰难攻关，2022年初，毛庆洲团队终于实现了15000转高速电机的量产，大大提升了国产化激光雷达的扫描角度分辨率。与此同时，通过对核心元器件与技术攻关的持续攻关，珞珈伊云已成功攻克了激光信号宽动态接收、波形提取和高分辨率重建、动态高精度测角以及回波多周期探测等激光雷达测量关键技术，基本实现了激光雷达装备的国产化，使得国产激光雷达在技术性能上与国外产品相当的基础上，市场价格只是国外产品三成左右。

 

目前在市场上开始逐步应用并获得客户广泛好评的FT1500，是珞珈伊云经过多年技术积累，结合行业发展趋势和客户需求倾力打造的一款轻小型机载激光雷达系统，其中的关键核心部件如高重频测距模块、高速扫描棱镜模块以及高精度测角模块均实现自主研制、自主可控，完全国产化，拥有自主知识产权。“它的特点可以用‘轻、快、好、省’四个字来概括。”毛庆洲为记者介绍。

 

 

FT1500激光雷达

 

“轻”就是重量轻。FT1500标准版的整机重量只有2.9千克，而进阶版重量仅2.4千克，是市面上最轻的千米级机载激光雷达系统，可用于各类无人机乃至直升机作业平台。

 

“快”就是测量快、扫描快。FT1500采用了独特的伪随机码调制激光脉冲间隔和序列测距求解方法，突破了传统激光测距与测量频率乘积必须小于1/2光速的限制，最大可达每秒钟200万点的测量频率，在相同飞行条件下点密度是传统激光雷达的4倍～6倍，同时采用了独特的塔镜扫描结构，搭配自主设计的高频电机，每秒可产生300～600个激光剖面，对目标进行快速扫描，可以极大提高效率。

 

“好”就是测量精度好。FT1500采用数字波形在线实时处理的高精度测距技术，测距精度达到1毫米，扫描频率达到3 0 0线～6 0 0线/秒，测角精度优于1/1000度，设备在500米航高情况下测量中误差优于3厘米。

 

“省”就是节省时间。小于3千克的机身可以大幅提高无人机的作业时长，高达200万点/秒的测量频率、600线/秒的扫描频率就可以极大提高无人机在作业时的高度和速度，FT1500可以综合提高作业效率，节省外业数据采集时间。毛庆洲介绍道：“据统计，FT1500搭载于多旋翼无人机，按照45分钟航时计算，单个架次可完成近10平方千米的地形数据采集，搭载固定翼无人机按照120分钟航时计算单个架次可完成近100平方千米的地形数据采集。”

 

最实在的认可是应用，最好的防守是创新

 

作为国产激光雷达的“新星”，FT1500系列轻小型机载激光雷达系统一经推出，便开始在地形测绘、城市建模、岸线测量、农林调查、电力巡检、应急抢险等多个“舞台”上闪耀。

 

今年4月，在中国铁建第五勘察设计院的邀请下，珞珈伊云研制的系列激光雷达正式“上岗”，对青藏铁路格拉段路进行了测量，将传统人工作业半年到一年的工期缩短到15天，并且提供了更高精度的铁路沿线三维空间数据。“当时，青藏铁路唐古拉山口车站海拔5000多米，气温零下十几度，还伴随着大雪和结冰，我们的激光雷达设备和团队都经受了极寒天气的考验，出色地完成了此次任务。”谈起这个项目，毛庆洲脸上露出自豪的笑容。

 

据了解，珞珈伊云研制的FT1500系列激光雷达已经应用于三维实景数字化的各个行业，遍布我国20多个省市。比如，在地铁检测领域，基于珞珈伊云研发的高精度激光雷达，武汉汉宁成功研制出地铁隧道三维激光扫描装置，目前已经完成武汉各条地铁检测工作，并在北京、青岛、哈尔滨、长春、苏州、常州、厦门、南宁、南京、宁波等二十余地进行工程应用，检测结果经人工复核100%满足要求，国内地铁扫描市场应用占比达60%。

 

在农林业方面，FT1500系列激光雷达可获取精确的植被冠层数据，为我国的精准农业战略与“双碳”战略提供有效的基础数据；此外，该系统还在智慧城市、地理信息全面数字化等方面作出了积极贡献，为我国的实景三维中国建设提供了精确的数据支撑。

 

 

珞珈伊云研发车间

目前，珞珈伊云联合深圳飞马机器人、千寻位置、数字绿土以及际上导航等业内知名企业，正在测绘、检测、监测三个领域全面发力，针对不同应用场景提供定制化的高精度激光雷达以及数据采集端解决方案。

 

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新基建时代的测绘应着眼于经济社会的数字化转型方向，为信息基础设施提供准确的时空信息无疑是不可或缺的一部分。“实景三维城市底座、全国森林区Lidar点云、三维实景的自然资源调查等城市规划、农林调查领域都是我们激光雷达的应用方向。”毛庆洲如是说。

 

检测更是珞珈伊云熟悉的领域，“夕睿和汉宁已经和珞珈伊云进行了长期的合作。在检测方面，我们有着十足的经验。”随着科技的发展，人们对作业效率、人员安全、作业模式等都提出了更高的要求。如在电力线运维领域，采用无人机搭载激光雷达代替人工巡线不仅免去了人员的翻山越岭之苦，也让作业效率大幅提升；在交通领域，国内轨道交通则向着智能运维转型，用户希望动力载体搭载三维激光设备进行轨道交通线路、桥梁及隧道等基础设施状态的快速、高精度检测。

 

据了解，武汉汉宁研制的系列模块化多平台装配式高铁轨道和隧道精密移动测量装备，已经在中国国家铁路集团公司下属各个铁路局得到应用，完成京张高铁、武广高铁等1万多千米高铁工务设施检测和武汉局、南宁局等超过1000千米高铁隧道检测，成果推广应用到“一带一路”中巴经济走廊铁路通道、巴基斯坦既有ML-1线升级改造及新建哈维连陆港项目和青藏铁路电气化改造项目。

 

监测领域则是珞珈伊云传感器未来发力的方向，在有精度要求的监测场景下，用测绘级高精度三维激光雷达替代常用的图像、视频或多线雷达的监测应用，一是能解决图像、视频监测没有深度信息的不足，无法满足体积变化监测的应用场景；二是解决多线雷达满足不了的毫米级监测精度场景需求。例如轨道交通隧道口等异物入侵监测，重大基础设施如机场、高铁站大跨度钢结构变形监测，堆场、粮仓等体积变化监测等场景。

 

目前，激光雷达开始走进发展的黄金期，应用场景正在突破人们的想象，走向方方面面，行业格局可谓“风云变幻”。毛庆洲用一句话概括了自己的态度：“最好的防守是创新。”就激光雷达而言，要将研发创新立足于整个国际、国家的科技创新体系中，立足于客户的新需求、新问题。

 

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毛庆洲认为珞珈伊云能在短短两年间发展起来，也并没有讳莫如深的“独门秘籍”，也只是“立足研发、脚踏实地”。这也是珞珈伊云在变幻莫测的市场格局中生存下来的法宝，比起高调的营销和宣传策略，实力才是硬道理。

“立足研发是要求我们基于现有行业需求，结合现有前沿技术去解决客户想解决的问题，去寻找和培育行业内的增量市场。”毛庆洲分析，随着市场结构和供需关系的变化，市场的主要矛盾已经转变成了“客户日益增长的对高技术含量、强适用性产品和服务的需要和制造厂商技术有硬伤，商务来帮忙的传统经营理念之间的矛盾”。

现在真正能打动客户的，是你提供的产品能否满足行业需求、直击客户痛点，是否技术含量高、附加价值足够高。所以珞珈伊云一直将基于行业需求的研发工作作为企业的立足之本，并依托于武汉大学宇航科学与技术研究院的专家团队，以强大的博士后、博士、硕士生作为人才储备，充分发挥校企合作的优势，加速激光雷达前沿技术产学研用的转化。

 

“脚踏实地”可以形容专注，也可以高大上地叫做“战略定力”。毛庆洲打趣道：“现在大家都在寻找所谓的‘风口’，有些甚至不惜放弃多年深耕，但见效缓慢的行业，去做一只在风口上的‘猪’，但很多人只看到了前一句‘站在风口上猪也会飞上天’，而忽略了下一句‘风停了最先掉下来的也是猪’。所以我们团队20多年来一直专注于三维激光硬件技术的研发和应用的拓展，虽然市场容量目前不大，但我们也坚持在这个赛道上小步慢跑，终有会拨云见日的一天。”

 

 

除了在研发过程中遭遇的核心技术瓶颈，毛庆洲也坦诚地分享了珞珈伊云在市场上所遭遇的难题，他认为这些难题也是行业所面临的共性问题。

 

另一个问题是价格，虽然珞珈伊云的产品与国外同等级别产品相比，已经具有很强的价格优势，但是高精度激光雷达目前仍然属于专业化装备，并没有达到消费级产品的水平，这主要受限于激光雷达涉及到的光机电上下游产业链的发展。

目前，珞珈伊云一边以相对优秀的“性能价格比”在国内培育市场，让更多领域用上可以解决实际问题的好产品；另一方面也通过模块化设计、批量生产的布局来整合产业链资源。“相信在不久的将来，高分辨率激光雷达能成为每个行业都用得起的好产品！”

在采访的最后，毛庆洲强调，对现实世界精准三维数字化是国家的重大需求，是发展“数智经济”的基石。而高分辨率高精度激光雷达已成空间三维数据不可或缺的重要装备。国产激光雷达产品要缩小与国际领先水平的差距，建立自有技术堡垒，必须加强测绘科学、信息科学、计算机科学、地理科学等学科之间的交叉融合，在基础研究方面有质的新突破。同时，产业链上的上下游企业要整合资源，加强技术合作，取长补短，共同发力。只有这样，才能真正实现高水平激光雷达技术自立自强，开创属于中国人自己的高精度激光雷达产业新时代！