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在GTC 2020『GIS基础软件新技术论坛』上，超图研究院端产品研发中心总经理陈国雄作《AR + GIS技术新进展》，以AR市场新进展为切入点，全新推出SuperMap AR+GIS技术架构，解密AR地图、AR测图、AR定位与导航、AR分析等背后的技术原理。AR与GIS的有机结合拓宽了应用场景，AR让GIS更加生活化♂

现分享资料如下：

演讲PPT

大家好，我是超图研究院端产品研发中心总经理陈国雄，下面由我作《AR+GIS技术新进展》的报告。

2020年发生了很多大事，在AR+GIS领域也发生了很多大事，比如今年4月份华为推出了AR地图，起了一个非常霸气的名字叫“河图”。第一期推出敦煌莫高窟和上海外滩两个试点，计划到2020年底将推出1000个试点。

在7、8月份，高德和四维同时推出了AR导航的行业解决方案，实现了AR车载导航量产。

另外像商汤、滴滴、百度和腾讯等IT厂商也都相继推出了自己的AR地图产品，国外的一些大厂也纷纷推出了AR+GIS相关的技术和产品。那么，超图在AR+GIS方面有哪些新的进展呢？

首先超图采用了即时定位与地图构建框架SLAM，以及惯性测量单元模块IMU和主流的ARCore和ARKit等手机AR开源技术，另外还采用了香港科技大学的VINS，华为的AREngine技术也在研究中，结合计算机视觉技术OPenCV和人工智能技术，在此基础之上构建了超图AR+GIS的关键技术，包括AR地图、AR测图AR定位以及AR分析四个方向。由此构建SuperMap的基础平台软件产品，然后才是AR+GIS的行业应用。

什么是AR地图？

我们先来看一个视频，大家可以猜一猜这个视频有什么不一样？视频道路左边是真实的场景，右边是虚拟的建筑。这就是真实与虚拟结合的AR地图。

我给AR地图下了一个定义：以视频空间化为基础，通过计算机视觉技术，融合虚拟和现实，进行实时地理信息可视化和智能地理分析的地图。

AR地图除了能叠加建筑模型之外，还能叠加图片、视频、还有网页等等一些多媒体的信息。比如，在商场之内构建AR地图可以结合线下实体店逛街和线上购物便捷的双重乐趣。

在室外我们也可以做实景地图，比如把一个POI叠加在实景道路上就可以很直观的知道这个店铺的名字。然后根据空间位置关系，比如离我5米距离之内自动弹出更详细的信息。

当然，除了能用在逛街以外还可以用在图书馆、书店，可以把书籍用AR可视化的方式展现出来。因为很多书都是新的，有塑封不能打开，我们可以虚拟的展示这个书的简介，方便阅读。也可以在比如说博物馆科技馆等等，很多的场馆都可以进行应用。

除了实景地图以外我们也可以做一些隐蔽工程检查。比如室内管线，因为都在墙体里看不见，我们可以通过AR技术让它直观显示。

室外的管线埋在道路底下看不见，同样可以搬到地面上来，看的更清楚。结合AR眼镜可以非常方便的进行管线巡检。

今年我们还做了深度探测和遮挡技术，就是将管线与真实道路地面自动进行地下部分遮挡处理

前面都是1:1的真实场景，看不了全貌，如何看到全貌？我们可以通过电子沙盘的方式，把一个景区实时显示在一张桌子上，或者周边的地面上。

同时，我们也可以把地形影像等更多的数据类型投放在沙盘上展示出来。

这是我们的一个真实AR人防项目，疫情期间有一些楼里面的住户，有的是老年人有的是小孩子，我们可以通过AR技术重点关注哪些住户是要特殊照顾的。

当然除了一些多媒体的信息和模型信息以外，AR地图还可以叠传统矢量数据，比如手机里叠POI数据，链家就有类似应用，可以叠加他们的房产数据。

除了手机AR地图以外，我们的桌面产品也可以支持AR地图。我们可以把传统的矢量数据比如点线面文本加到视频里面，可以很直观的显示，比如酒店信息、道路信息等等。

刚才说的是固定摄像头视频，无人机动态视频能不能叠加矢量，做AR地图？也是可以的。这是我们在德清超图大厦实拍的一个无人机视频。

前面都是只管理一个摄像头的视频数据，我们能不能管理多路摄像头数据？这也是可以的，今年我们新增了视频数据集，可以管理多路视频，能够在地图上进行拼接，同时可以通过反向配准把二维矢量数据叠加到视频地图里面来。

前面都是对视频数据叠加额外的信息进行现实增强，对视频本身我们能不能做一些增强？比如可以叠加落花、落叶、下雨，下雪等一些天气效果。当然也可以叠加像火焰、冒烟等等一些应急演练需要模拟的效果。

天气效果还是有不错的，但是还不够完美，比如冬天下雪时候，植被是绿的。

我们能不能把植被做一些改变，比如鸟巢附近夏天的树，通过一些增强的效果把它变成秋天的黄叶，这也是可以做到的，这是绿叶和黄叶的一个对比。

前面是我举的几个AR地图相关的效果，当然还有很多场景可以应用。那这些AR地图是怎么做出来的呢？它的数据要不要额外采集？我们的AR测图模块就能解决上面一些问题。

传统测量工具主要通过经纬仪等仪器通过测高、测角、测距来完成，能做到测高、测角、测距就具备了测量的基本功能。

我们可不可以通过AR的方式实现测距、测高、测角呢？这是测量树的直径效果，虽然距离很短，也能精确进行测量。

这是对树测高的效果，我们测试过，在10到20米范围内精度还是非常高的，而且我们做了垂直空间纠正。

当然测角以及面积测量也是没有任何问题的。这样我们的AR就具备了测量能力。

有了测量能力之后我们可以做很多事情，比如城管执法，可以做广告牌是不是超高、超长、超宽等等测量应用。

除了测量之外，当然也可以做一些数据采集。包括点、线、面文本采集以外，我们还可以采集三维数据，比如楼的楼截面门窗等等。

也可以采集整栋楼，并且把它的轮廓描绘下来，赋予它一定的属性，就可以像倾斜摄影单体化一样，对视频里面的楼栋进行选择查询等等一些相关操作。

除了采集点线面以外，我们还可以通过手机的AR采集特征点云，再经过特征点云处理生产室内地图，或者室外三维模型。

前面这些都是采集数据过程，中间还要做一些处理，最后才能成图，也没有一步到位，直接通过手机AR测图的方式能否直接成图呢？这也是可以的。这是我们在室内商场里面，直接拿手机测量一个柜台，最后直接形成一个室内地图的效果。

也可以测量室外，相对范围比较大的区域，比如北京的超图大厦绕一圈大概是240米。在没有控制点的情况下，我们绕一圈测量是不是精度也能达到要求？我们测的实际效果240米的误差大概是30厘米左右。如果做闭合差校正，误差可以控制在20厘米以内，基本能满足大概2000到5000比例尺的测图要求了。

我们的桌面产品，刚才说也是支持视频空间坐标系的，也可以进行一些AR测图。比如可以在视频上叠加一些文字，配上颜色，同时也可以做画一个面，画一条线等编辑操作，画完之后它就具有了空间坐标，能够跟真实场景叠加上。因为它是有坐标的，你拖到二维地图、三维地图上，也可以很好地吻合。

除了刚才说的测图效果以外，图片等一些要素也可以通过我们的手机进行采集。然后把它放在合适的位置带有固定坐标之后就可以进行AR地图的制作了。

有了AR地图，也知道怎么制作了，那么AR地图怎么用？我们首先想到的就是解决比较头疼的室内导航的问题。那就需要定位相关的技术。

比如传统的室内定位方法，主要是通过一些Wifi、蓝牙、UWB等进行定位。

UWB定位需要通过50米布一个点。

可以实现机器人自动取货等应用。

超图当然也支持以上的室内定位方法，同时还采用了一些AR的定位方法。

比如AR惯导定位，通过手机惯性测量单元模块，可以实现分米级，大概是二三十厘米的定位精度。

但是惯导定位有一个问题是，不能准确知道起点的坐标，我们需要做辅助定位，比如图片定位，把地图准确坐标放到二维码里面，在室内每隔50米贴一个二维码，这样起点的地方扫一下二维码，或者距离比较长超过50米了，误差越来越大，再扫一下二维码进行位置纠偏，这样可以比较好的解决惯导定位的问题。

有没有既不要图片定位也不要惯导定位的定位技术呢？有的。今年百度推出了视觉定位。是通过图片的AI识别实现的，我们是通过特征点云的方式。首先构建一个全局的特征点云，比如说商场的某一层把整层的特征点云都扫描一遍，形成准确坐标的特征点云，然后在手机端拿着扫一扫，得到局部的一小块特征点云，然后拿去跟全局特征点云进行匹配，就可以还原相机所在位置，从而实现视觉定位。

这就是我们在地下停车场采集完点云之后，做一个视觉定位的匹配效果。

这是我们实测，在望京这边一个商场的定位效果，还是比较平滑的。

总结一下：主要有几种定位方式，包括蓝牙定位、UWB定位、惯导定位、视觉定位等等。每种定位精度也不太一样，成本也不太一样，各有优劣势，超图是几种定位都支持。

有了定位之后，AR导航都可以完美解决室内导航的问题了。

还有一个导航需要解决的问题，就是室内外一体化的问题。这是我们一个实际的项目，专门找了一个环境不太好的地方，从室外到室内切换，在室内故意把这个灯也关了，环境比较昏暗的情况下，这个定位的效果也是非常的好。另外我们找了通道也是比较狭窄的地方，也是能够准确的定位，实现了精确的导航。

除了定位精确以外还需要解决跨楼梯的问题，电梯的问题。这个我们基本上都解决了。

以上就是AR定位相关的一些技术。AR除了能够进行定位导航以外，还能不能做其他的一些分析呢？

我也举几个相关例子。第一个是智慧园区的例子，可以把AR地图和物业管理系统结合，就可以进行比如说楼宇的识别，车辆的管理，路灯的管理和绿化的养护，和消防的管理等等。物业人员或者巡检人员可以很好地定位到相应目标的位置。而且能够非常直观地知道每个设备的维护情况。

另外还可以做一些目标分类。比如有几千张图片，我们可以通过AI来识别它是垃圾还是井盖、小广告等执法问题。此外，我们还可以进行违章车牌识别并自动定位到相应的位置。

然后还可以结合手机和AR做目标采集，比如说井盖的采集。

当然也可以做车辆违章的采集。

另外我们还可以做立体识别，大家都知道现在小孩都特别聪明，就是手机通过人脸识别就可以解锁。小孩就可以通过你的照片或者婚纱照什么的就可以直接解码。有了这个立体识别之后，照片就欺骗不了人脸识别了。当然立体识别还可以做其他的用途，比如可以测量它的体积，以及抠出来作为一个三维模型进行复制等等。

我们还可以做一些检测分析，比如信号灯，红灯变绿灯了，还有冒烟了或者着火了，

我们都可以做一些识别监测。包括视频分割，比如道路、天空、绿化我们可以做一些区分，然后比如人跟椅子可以区分开。前面采集楼栋轮廓，如果有视频分割技术我们不用手动描绘，直接进行视频分割就可以得到了。

另外还可以做视频空间分析，比如对车辆做聚合分析。

前面卢浩博士放了一个视频，在摄像头下面识别车辆的违章以及知道他的车牌号。我想解释的是，这里面不光是AI识别，同时还带有空间位置的。有了空间位置，就可以做车辆违章地理围栏，地理围栏可以通过车道线的缓冲区生成，每辆车的速度我们也可以计算得到。包括视频目标的远近也可以知道。结合AR技术和GIS空间分析，可以有更多的应用组合，有无限的可能，可以解决更多的实际问题。

小结：AR地图是基于视频空间化基础上的一种新型地图。我们需要支持一些摄像头，比如手机的摄像头、固定摄像头、无人机摄像头等等。在视频底图基础之上我们需要AR和AI技术支撑，然后才构建了AR+GIS相关技术，包括AR实景地图、AR电子沙盘、AR矢量地图、AR三维管线、AR天气特效等等。然后是AR测图，包括AR实景量算、AR实景采集、AR惯导采集、点云采集、实景测图等等。还有AR定位技术，包括室内定位、惯导定位、图片定位和视觉定位等等，最后就是AR分析的一些能力。

我们现在有四个产品已经支持AR+GIS能力，包括组件产品、桌面产品、移动的开发包以及移动的APP，也做了一些AR+GIS的行业应用。

以上就是我的报告，谢谢大家！