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數(shù)據(jù)融合改變手術(shù)室

現(xiàn)今的手術(shù)室和介入治療室充斥著凌亂的電纜和各種診斷系統(tǒng)，令人分神。西門子中央研究院的研究人員設(shè)想，利用便攜式無線顯示裝置，將所有圖像數(shù)據(jù)整合到一幅實(shí)時(shí)信息概覽圖中，包括分析、虛擬會(huì)診和模擬等信息，從而營(yíng)造出簡(jiǎn)潔的環(huán)境。

學(xué)習(xí)軟件從術(shù)前CT成像和MR成像中識(shí)別并分離出器官，以便將之與手術(shù)室中生成的實(shí)時(shí)圖像相融合。這些數(shù)據(jù)集共同為一系列心臟手術(shù)提供了引導(dǎo)底圖。研究人員正在研究如何利用流式傳輸技術(shù)，將這些實(shí)時(shí)圖像傳送到無線平板電腦上。

不妨設(shè)想一下，你在漆黑的夜晚驅(qū)車赴約，沒有路燈，也沒有指路牌，更沒有人可以幫忙，甚至連擋風(fēng)玻璃都沒有。你只能靠方向盤一側(cè)的兩個(gè)顯示屏來認(rèn)路：一個(gè)屏幕上顯示了街道地圖；另一個(gè)屏幕上顯示了你的當(dāng)前位置。如果這兩個(gè)圖合并在一起，事情會(huì)不會(huì)簡(jiǎn)單得多？心臟病專家在執(zhí)行所謂的“介入性”手術(shù)，如利用遠(yuǎn)程控制的導(dǎo)管，植入血管內(nèi)支架或心臟瓣膜時(shí)，面臨的挑戰(zhàn)差不多就是這樣。

在這樣的手術(shù)過程中，附近的一臺(tái)顯示器上通常將顯示，脈管解剖組織的術(shù)前高分辨率計(jì)算機(jī)斷層掃描（CT）成像，而介入治療室中現(xiàn)場(chǎng)生成的單獨(dú)的X光片，則顯示了導(dǎo)管尖的實(shí)時(shí)位置。

在位于新澤西州普林斯頓的西門子美國(guó)研究院，Daphne Yu是成像可視化實(shí)驗(yàn)室的主任，她表示，“外科醫(yī)生非常善于在他們的頭腦中將這些圖像融合起來，但利用*的可視化技術(shù)，我們可以替他們將這些圖片融合起來。”

然而，他們的研究目標(biāo)更為遠(yuǎn)大。事實(shí)上，Yu和她在西門子美國(guó)研究院以及西門子醫(yī)療的同事，設(shè)想的是在未來的手術(shù)室和介入治療室環(huán)境中，采用符合人機(jī)工程學(xué)的方式，將所有模式成像融合起來。

這樣的成像模式包括，實(shí)時(shí)內(nèi)窺鏡成像、超聲成像、實(shí)時(shí)CT成像、熒光透視成像、電生理學(xué)成像（用于消除導(dǎo)致心律失常的心臟組織），以及最重要的三維術(shù)前CT或磁共振（MR）成像等。最后一種成像模式尤為重要，因?yàn)樗鼈兛梢杂米饕龑?dǎo)底圖，最終所有其他模式的成像均將被融合于其中。

路線圖初具雛形。為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)未來的一體化治療環(huán)境愿景，西門子中央研究院的研究人員開發(fā)了能夠在任何梗塞、視角、成像模式或病狀等條件下，從任何數(shù)字醫(yī)療成像中識(shí)別出任何器官，并分割——即將之從周圍組織中分離出來——的學(xué)習(xí)軟件。

一款能夠自動(dòng)將心臟從三維CT或MR成像中分離出來的心臟模型分割軟件，就是這種功能的典型代表。譬如，在結(jié)合實(shí)時(shí)熒光透視成像使用時(shí)，所分割出來的心臟模型，可用于在心臟表面定位所要消融的確切部位，以便消除導(dǎo)致心律失常的組織。

此外，坐落于馬里蘭州貝塞斯達(dá)的美國(guó)國(guó)立衛(wèi)生研究所（NIH），正在實(shí)驗(yàn)使用西門子中央研究院與西門子醫(yī)療聯(lián)合開發(fā)的實(shí)時(shí)成像模型融合軟件，來幫助引導(dǎo)將人造心臟瓣膜植入豬心臟中的目標(biāo)位置。Yu表示，“這種心臟模型與實(shí)時(shí)圖像的融合圖像提供了界標(biāo)，有助于醫(yī)生實(shí)時(shí)辨認(rèn)導(dǎo)管所在的確切位置。這個(gè)例子充分表明，圖像融合能在介入治療室和手術(shù)室中發(fā)揮巨大作用。”

在位于德國(guó)Forcheim的西門子成像和治療系統(tǒng)集團(tuán)，Razvan Ionasec博士是面向醫(yī)療成像的機(jī)器學(xué)習(xí)應(yīng)用專家，他沿著類似的思路，將術(shù)前三維CT成像與由一臺(tái)西門子“C-arm”CT成像設(shè)備在手術(shù)室中現(xiàn)場(chǎng)生成的二維X光視頻圖像相融合。他解釋道，“通常的情況是，手術(shù)之前，有充裕的時(shí)間利用各種高分辨率設(shè)備生成大量醫(yī)療成像。但我們需要在分秒必爭(zhēng)并且成像技術(shù)有限的手術(shù)室里，為醫(yī)生提供這些術(shù)前信息。為了彌合這一缺口，我們將術(shù)前信息與熒光透視成像數(shù)據(jù)相映射。這樣一來，我們一下子就獲得了實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)信息，而這樣的信息，是僅僅依靠熒光透視成像所無法得到的。”

成像模式融合技術(shù)已初顯成效。不久前，得益于術(shù)前CT數(shù)據(jù)的融合，《未來之窗》2010年秋季刊中介紹的一項(xiàng)通過介入術(shù)植入主動(dòng)脈瓣的技術(shù)得到了進(jìn)一步增強(qiáng)。新的產(chǎn)品syngo.CT Valve Pilot™不僅能夠從CT成像中自動(dòng)分割主動(dòng)脈瓣及有關(guān)結(jié)構(gòu)，而且提供了諸如瓣膜半徑等測(cè)量數(shù)據(jù)，這對(duì)于制定手術(shù)計(jì)劃和執(zhí)行手術(shù)至關(guān)重要。

同時(shí)，另一項(xiàng)名為“eSieFusion™成像”的技術(shù)，則可以將實(shí)時(shí)超聲成像覆蓋在先前采集的三維CT和MR成像上。這項(xiàng)技術(shù)可用于引導(dǎo)醫(yī)生更加精確地將穿刺針插入目標(biāo)組織。目前，西門子的ACUSON S3000™超聲成像系統(tǒng)已經(jīng)可以提供這項(xiàng)技術(shù)。最終，超聲成像也將與CT成像和X光片融合，以支持植入主動(dòng)脈瓣，Ionasec如是道。

現(xiàn)場(chǎng)模擬功能可以就動(dòng)脈瘤的夾閉位置提供建議。

移動(dòng)式數(shù)據(jù)融合。除融合多種臨床成像模式之外，西門子中央研究院的研究人員還著眼于隨時(shí)、隨地、根據(jù)需要提供這些成像。Yu說：“我們發(fā)現(xiàn)，比起在一個(gè)巨大的顯示屏上單獨(dú)顯示治療部位的各個(gè)成像，更為方便實(shí)用的做法是，提供一幅可移植的融合圖像。”可以在安裝于支架上的平板電腦上，甚或可以在頭戴式裝置上，顯示這樣的圖像。后者將支持視覺、心理活動(dòng)與手眼協(xié)調(diào)的融合，并且甚至可以被用在增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)環(huán)境中，從而允許外科醫(yī)生將診斷信息重疊到他/她的實(shí)際視野上。

為了將這個(gè)愿景變成現(xiàn)實(shí)，西門子研究人員正在開發(fā)有關(guān)技術(shù)，以促進(jìn)開發(fā)超快速可視化解決方案。譬如，在西門子中央研究院，Andreas Hutter博士帶領(lǐng)的一支團(tuán)隊(duì)正在設(shè)法針對(duì)醫(yī)療應(yīng)用，量身定制流式傳輸和視頻壓縮解決方案，而其他研究人員則在與芯片制造商合作，以最大限度地降低處理圖像所需的計(jì)算能力和功耗。Yu說：“這些努力已初顯成效。歸功于此，我們可以利用標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)技術(shù)，將實(shí)時(shí)圖像流式傳輸至平板電腦。”

顯然，必須將時(shí)延縮短至幾乎令人覺察不到的程度。Yu指出，“當(dāng)醫(yī)生將針頭或?qū)Ч芡迫牖颊呱眢w組織時(shí)，他需要立即獲得反饋。譬如，在做涉及血管造影的手術(shù)時(shí)，我們的成像設(shè)備能夠以超快的速度生成每一幅圖像并編碼。然后，必須利用流式傳輸技術(shù)，將這些圖像發(fā)送至顯示裝置，并進(jìn)行解碼和渲染。”當(dāng)然，隨著融合的成像模式日益增多，所需的處理能力將不斷提高。盡管如此，這或許不會(huì)明顯加劇時(shí)延。譬如，借助eSieFusion成像解決方案，初始配準(zhǔn)CT成像和超聲成像可能需要三秒鐘，但此后便可實(shí)時(shí)融合任意兩張圖像。

美國(guó)國(guó)立衛(wèi)生研究所已在一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)手術(shù)中使用了西門子的實(shí)時(shí)成像模型融合軟件，用來引導(dǎo)將人造心臟瓣膜植入豬心臟。右圖：血液流動(dòng)的實(shí)時(shí)模擬。

將專家系統(tǒng)納入其中。在未來的手術(shù)室和介入治療室中，多模數(shù)據(jù)融合將不僅限于成像。Yu表示，“我們的愿景是隨時(shí)、隨地、根據(jù)需要提供任何信息。除融合多種不同模式的術(shù)前成像和實(shí)時(shí)成像之外，我們還將融合患者的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，如心率和血壓。”沿著這條路繼續(xù)向前，在數(shù)以千計(jì)的類似病例的基礎(chǔ)上，得出的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和專家系統(tǒng)，也將被應(yīng)用到具體的手術(shù)中，從而為虛擬會(huì)診功能和替代方案分析開啟一扇大門。

譬如，現(xiàn)場(chǎng)模擬功能或許能夠根據(jù)實(shí)時(shí)計(jì)算的流體力學(xué)數(shù)據(jù)，就動(dòng)脈瘤的夾閉位置提供建議。虛擬血管造影、個(gè)體化麻醉和藥物相互作用等均可在手術(shù)過程中進(jìn)行模擬，然后在給藥時(shí)進(jìn)行跟蹤，以優(yōu)化基礎(chǔ)算法。

最后，數(shù)據(jù)融合還有望節(jié)省費(fèi)用。Yu說：“它可用于自動(dòng)記錄手術(shù)過程，這將支持高效的報(bào)銷系統(tǒng)，并且可供學(xué)習(xí)系統(tǒng)用來進(jìn)一步優(yōu)化治療方案。”

要充分釋放其全部潛力，多模數(shù)據(jù)融合還需要克服許多挑戰(zhàn)：需要大大提高不同系統(tǒng)軟件之間的互通性；需要制定各種標(biāo)準(zhǔn)，從圖像質(zhì)量到傳輸速度，不一而足；需要滿足對(duì)帶寬幾乎無止境的渴求，這將要求不斷提高處理能力和能效。Yu說：“實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)融合尚處于起步階段，但綜合考慮這個(gè)領(lǐng)域的各項(xiàng)進(jìn)展就會(huì)發(fā)現(xiàn)，我們正在創(chuàng)造一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)，它將轉(zhuǎn)變我們?cè)诟黝愔委熤羞M(jìn)行規(guī)劃、實(shí)施、記錄和汲取經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)的方式。”

用數(shù)字讀懂一切

自20世紀(jì)90年代初以來，數(shù)字技術(shù)已從根本上改變了我們的生活方式。如今，我們即將開始全面轉(zhuǎn)型——將所有以模擬形式記錄的人類知識(shí)，轉(zhuǎn)換為數(shù)字形式。《未來之窗》帶您一起回首往昔，暢想未來。

巴伐利亞州立圖書館的藏書，正在被掃描并上傳到互聯(lián)網(wǎng)。

楚澤（Zuse）、歐洲核子研究中心（CERN）和扎克伯格（Zuckerberg）——這三個(gè)名字標(biāo)志著數(shù)字革命進(jìn)程中的重要里程碑。早在1941年，Konrad Zuse在柏林研制出了世界上*臺(tái)可以正常工作的計(jì)算機(jī)。他稱這臺(tái)外形龐大的數(shù)字計(jì)算機(jī)器為“Zuse Z3”。1991年，就職于瑞士歐洲核子研究中心的Tim Berners-Lee開發(fā)的萬維網(wǎng)，向全球公眾開放。Web技術(shù)進(jìn)一步變革了人們的通信方式，為谷歌、亞馬遜以及不計(jì)其數(shù)的其他企業(yè)，鋪平了道路。后來，2004年，Mark Zuckerberg創(chuàng)建了名為臉書（Facebook）的社交網(wǎng)絡(luò)。如今，得益于臉書及類似網(wǎng)絡(luò)，近20億人獲得了數(shù)字身份。

計(jì)算機(jī)、Web和臉書，都基于數(shù)字技術(shù)。數(shù)字化的含義，就是將模擬信息，如文本、聲音、圖像和視頻等，轉(zhuǎn)換為易于存儲(chǔ)的、由大量零和一組成的二進(jìn)制代碼。一經(jīng)創(chuàng)造，這樣的數(shù)字項(xiàng)就能被無*地復(fù)制，而質(zhì)量絲毫不受影響，并且可以通過互聯(lián)網(wǎng)，轉(zhuǎn)瞬間傳遍全球。數(shù)字技術(shù)為企業(yè)創(chuàng)造了全新的銷售渠道類型，但它也帶來了新的問題，如違法拷貝數(shù)據(jù)。始于20世紀(jì)90年代的互聯(lián)網(wǎng)熱潮，掀起了一場(chǎng)*的數(shù)字化浪潮。1993年，在全球范圍內(nèi)，只有大約3%的信息以數(shù)字形式存儲(chǔ)，但到2007年，這個(gè)比例已經(jīng)飆升至94%。而且，這一趨勢(shì)愈演愈烈，每天都有大量新的數(shù)據(jù)被數(shù)字化。

數(shù)字最重要的先驅(qū)之一是德國(guó)發(fā)明家Rudolf Hell，他被譽(yù)為“圖形行業(yè)的愛迪生”，曾被授予“德意志聯(lián)邦共和國(guó)大十字勛章（Grand Merit Cross）”，并且曾榮獲“古騰堡大獎(jiǎng)（Gutenberg Prize）”和“魏納獎(jiǎng)（Werner-von-Siemens-Ring）”。Hell是*的傳真機(jī)和掃描機(jī)之父。1980年，他將突破性的Chromacom數(shù)字圖像處理系統(tǒng)商業(yè)化。20世紀(jì)80年代初期，當(dāng)時(shí)還是西門子子公司的HELL公司，受雇于梵蒂岡圖書館，掃描并以數(shù)字形式復(fù)制珍貴典籍，以便向公眾開放閱讀。20世紀(jì)90年代，數(shù)字化進(jìn)程變得更加廣泛，也更具系統(tǒng)性。譬如，1990年，西門子利多富公司為莫斯科的克里姆林宮博物館安裝了一套數(shù)字處理系統(tǒng)，有史以來*次，以數(shù)字形式為俄羅斯沙皇的全部藝術(shù)藏品編目錄。然后，將所生成的數(shù)字圖像和信息，記錄并分類保存到圖像數(shù)據(jù)庫中。

掃描半開的書籍。如今，許多機(jī)構(gòu)都想為其所擁有的全部模擬信息，制作數(shù)字拷貝。在這方面，坐落于慕尼黑的巴伐利亞州立圖書館堪稱*，其數(shù)字化中心擁有各式各樣的設(shè)備，在德國(guó)首屈一指。巴伐利亞州立圖書館的副館長(zhǎng)Klaus Ceynowa說：“我們使用了26套不同的掃描系統(tǒng)，包括4臺(tái)每小時(shí)能夠處理最多2000頁的全自動(dòng)掃描機(jī)器人。我們有兩名操作人員，每人看管兩臺(tái)機(jī)器人。這個(gè)系統(tǒng)不止是速度快，為了保護(hù)書籍，書籍只需翻開60度。該系統(tǒng)的掃描棱鏡就可插入半開的書頁之間。它能清楚無誤地讀取頁面內(nèi)容，然后翻頁，繼續(xù)執(zhí)行掃描。”

巴伐利亞州立圖書館的全部藏書（左圖）正在被轉(zhuǎn)換為數(shù)字形式。目前，已有一款應(yīng)用程序，可用于閱讀其最珍貴的文化寶藏。

自2007年起，巴伐利亞州立圖書館一直在與谷歌公司合作開展“谷歌數(shù)字圖書館”項(xiàng)目，通過這個(gè)項(xiàng)目，巴伐利亞州立圖書館的100萬冊(cè)藏書，將實(shí)現(xiàn)數(shù)字化并放到互聯(lián)網(wǎng)上供公眾閱讀。其所涉及的書籍，均成書于1601年至1874年期間，不再受版權(quán)保護(hù)。Ceynowa解釋道：“每個(gè)星期，經(jīng)谷歌在其位于德國(guó)的掃描中心將之轉(zhuǎn)換為數(shù)字形式后，我們要發(fā)布大約5000冊(cè)圖書。谷歌承擔(dān)掃描費(fèi)用，并將數(shù)字拷貝提供給我們，以保存在我們自有的數(shù)據(jù)庫中。1601年之前和1874年之后的所有著作，包括從中世紀(jì)傳下來的極其寶貴的手抄文稿，均在我們自己的數(shù)字化中心進(jìn)行轉(zhuǎn)換。按計(jì)劃，谷歌項(xiàng)目將在今年年底之前結(jié)束。我們已經(jīng)將幾乎全部100萬冊(cè)藏書，上傳至我們的數(shù)字圖書館，任何人都可以在這里閱讀這些書籍。”

盡管如此，巴伐利亞州立圖書館的全面數(shù)字化進(jìn)程遠(yuǎn)未走到終點(diǎn)。Ceynowa表示：“我們的工作只是開始，因?yàn)槲覀兤駷橹顾龅氖?，為連接和重新組合數(shù)字信息創(chuàng)造了不同的可能性。”巴伐利亞州立圖書館已經(jīng)開發(fā)了數(shù)款移動(dòng)應(yīng)用程序，包括一款名為“Ludwig II”的應(yīng)用程序。這款應(yīng)用程序允許人們按其所在位置，定制查閱與路德維希二世的“童話城堡”有關(guān)的歷史資料、圖像和文獻(xiàn)。譬如，當(dāng)人們站在路德維希二世在慕尼黑建造的Residenz宮殿的正前方時(shí)，他們可以利用其智能電話的照相模式，來獲取這座宮殿著名的Wintergarden的實(shí)時(shí)圖像——這座花園早已湮沒在歷史的塵埃中。Wintergarden是一座建在Residenz宮殿屋頂?shù)幕▓@，奇花異草掩映其間，人工湖泊波光粼粼——通過這款應(yīng)用程序，人們可以欣賞到這美輪美奐的歷史景色。

現(xiàn)已可在網(wǎng)上閱讀巴伐利亞州立圖書館的近百萬藏書。

民事登記數(shù)字化。博物館和圖書館只是最后一批充分享用全面數(shù)字化益處的機(jī)構(gòu)；政府機(jī)關(guān)和工業(yè)企業(yè)早已開始利用這項(xiàng)技術(shù)?，F(xiàn)在，德國(guó)的16個(gè)聯(lián)邦州均計(jì)劃將其所有民事登記數(shù)字化。為此，過去兩年來，西門子中央研究院在Bernt Andrassy博士的指導(dǎo)下，受托開展了一項(xiàng)可行性研究。Andrassy解釋道：“德國(guó)的土地基本上被劃分為若干區(qū)塊。登記制度向這些區(qū)塊分配了一定的權(quán)利。因此，登記制度是德國(guó)土地使用的中央監(jiān)管機(jī)制。目前，各聯(lián)邦州已經(jīng)掃描并歸檔了過去50年來的全部登記文件，西門子中央研究院為它們提供了所需的重要系統(tǒng)組件。我們收集了大量數(shù)據(jù)，總共多達(dá)約5億頁pdf文件。”

勃蘭登堡州立檔案館保存的一份1743年的手寫登記（左圖）和法蘭克福區(qū)法院的一名員工展示的當(dāng)代電子登記（右圖）。

誤讀可能導(dǎo)致數(shù)百萬損失。Andrassy在登記數(shù)字化項(xiàng)目中獲得的經(jīng)驗(yàn)，也適用于工業(yè)領(lǐng)域。Andrassy表示：“我們正在研制一款軟件包，它能自動(dòng)登記招標(biāo)公告中的客戶要求，然后，將之與以往項(xiàng)目留下的數(shù)字化文檔中的數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)。這樣的招標(biāo)公告文件通常采用pdf格式，并且往往厚達(dá)上千頁。過去，必須人工摘錄每一項(xiàng)技術(shù)規(guī)格，然后由專家評(píng)估，如輪機(jī)最大轉(zhuǎn)速，或下午4點(diǎn)以后聯(lián)合循環(huán)發(fā)電廠的最大允許噪聲級(jí)等。”

但是，要求和技術(shù)規(guī)格列表通常很長(zhǎng)，哪怕誤讀一個(gè)句子，也會(huì)在日后導(dǎo)致數(shù)百萬歐元的損失。考慮到這一點(diǎn)，慕尼黑的專家開發(fā)了一項(xiàng)可靠的搜索系統(tǒng)技術(shù)，它能發(fā)現(xiàn)所做的每一處變更，并通知用戶。其最終目的是，讓這款程序?qū)⒓夹g(shù)規(guī)格作為語義對(duì)象，來理解并正確解讀。Andrassy解釋道：“我們所開發(fā)的軟件，分為三個(gè)工作階段，我們分別稱之為‘標(biāo)書檢索’、‘標(biāo)書比對(duì)’和‘標(biāo)書追蹤’。*個(gè)步驟是一個(gè)非常高效的過程，允許用戶找到招標(biāo)文件中的技術(shù)規(guī)格。在第二個(gè)步驟中，軟件將從以往項(xiàng)目的文件中檢索類似的技術(shù)規(guī)格。這樣一來，就可以利用以前所做的相應(yīng)評(píng)估，從而避免錯(cuò)誤。在最后一個(gè)步驟中，軟件將在招標(biāo)文件的所有新版本中，跟蹤所確定的技術(shù)規(guī)格。”

這種方法的優(yōu)點(diǎn)顯而易見，因?yàn)樽詣?dòng)評(píng)估大大加快了評(píng)估過程，并且有助于盡早發(fā)現(xiàn)在類似項(xiàng)目中犯下的錯(cuò)誤。此外，這個(gè)系統(tǒng)支持客戶在最后一刻作出更改，并且快速分析其后果，并將之整合到項(xiàng)目中。

轉(zhuǎn)瞬間完成檔案梳理。全面數(shù)字化僅僅是開端。不論是圖書館、政府機(jī)關(guān)，還是工廠，都在創(chuàng)造大量數(shù)字知識(shí)，可以采用全新的方式來使用這些知識(shí)。因此，今后幾年乃至幾十年的開發(fā)工作，將側(cè)重于基于軟件的工具，這些工具需要在轉(zhuǎn)瞬間完成數(shù)字檔案篩查、理解語義關(guān)聯(lián)、以及分類并重新組合信息。Ceynowa表示：“譬如，學(xué)者將能夠快速確定‘novel’一詞最早見于哪部手稿。他們不必鉆進(jìn)故紙堆，查遍世界各地圖書館中的數(shù)百份文件，就能得到答案。這將*變革某些研究學(xué)科。”

Andrassy補(bǔ)充道：“可以更加快速地查閱諸如司法判例，以及以往對(duì)罕見疾病的醫(yī)療診斷等信息。盡管如此，智能數(shù)據(jù)采掘仍然無法替代人，不過它能為人們給予支持。換句話說，要打造出能夠讀懂客戶的pdf文件，將之與數(shù)據(jù)庫進(jìn)行比對(duì)，然后立即知道它要制造什么物品及如何制造該物品的自治工廠，還有很長(zhǎng)一段路要走。”

Nils Ehrenberg

飛翔的監(jiān)工

“Aspern——維也納的城市湖畔”，這個(gè)占地240公頃、位于奧地利首都維也納東北部郊區(qū)的全新小區(qū)，是歐洲最大，也最富創(chuàng)新精神的城市開發(fā)項(xiàng)目之一。這個(gè)小區(qū)有望設(shè)立能效和環(huán)境平衡的新標(biāo)準(zhǔn)。

一家由維也納市政府、當(dāng)?shù)仉娏荆╓ien Energie）、當(dāng)?shù)鼐W(wǎng)絡(luò)提供商（Wiener Netze）和西門子共同成立的合資企業(yè)，將Aspern當(dāng)做一間用于技術(shù)創(chuàng)新的“富有生命力的實(shí)驗(yàn)室”。為此，西門子名副其實(shí)地讓最*的三維數(shù)字化技術(shù)飛上了天。

Claudia Windisch是西門子中央研究院Videoanalytics研究小組的負(fù)責(zé)人，她說：“將近三年來，我們一直在CONSTRUCT（建筑工地監(jiān)測(cè)研究項(xiàng)目）框架下，研制民用無人駕駛飛行器。這些用于拍攝并分析建筑工地現(xiàn)場(chǎng)情況的無人駕駛飛行器，是一種小巧的八旋翼飛行器，其重量不足5公斤。”目前正在維也納Aspern區(qū)及其他地方，對(duì)這項(xiàng)用于監(jiān)測(cè)施工進(jìn)度的空中數(shù)字技術(shù)進(jìn)行測(cè)試。Windisch解釋道：“我們使用了GPS來設(shè)定飛行航線。操作者可密切觀察飛行器的情況，以便在出現(xiàn)問題時(shí)及時(shí)干預(yù)。然而，操作者有時(shí)也不得不對(duì)飛行器進(jìn)行控制，譬如，在對(duì)一面幕墻進(jìn)行拍照時(shí)。”利用大量大面積重疊的建筑物航拍圖片，可以生成現(xiàn)場(chǎng)的三維模型。

研究人員正在研制一個(gè)能在飛行器的飛行過程中，生成并持續(xù)更新三維模型，且能在問題區(qū)域標(biāo)注色碼的系統(tǒng)，以便為操作者提供支持。這個(gè)系統(tǒng)要求拍攝更多圖片，以達(dá)到生成精確模型所需的重疊程度。Windisch解釋道：“如今，大多數(shù)建筑設(shè)計(jì)都采用了三維技術(shù)，因此，在三維系統(tǒng)中對(duì)實(shí)際數(shù)據(jù)和設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，不啻為明智之舉。如果將時(shí)間軸納入考慮，甚至可以說，我們研制的是四維技術(shù)。借助這項(xiàng)技術(shù)，我們可以確定施工進(jìn)度，以及任何偏離計(jì)劃的情況。然而，由于目前駐場(chǎng)施工經(jīng)理只有平面設(shè)計(jì)圖可用，因此，決定只能在維也納Aspern區(qū)使用三維模型，來生成實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)的二維圖形?？梢詫鹘y(tǒng)二維CAD設(shè)計(jì)圖，重疊在所生成的二維圖形上，然后進(jìn)行比對(duì)。”

未來，將進(jìn)一步優(yōu)化這個(gè)過程，以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)比對(duì)，以及以圖形化方式在虛擬三維模型中標(biāo)注出設(shè)計(jì)與實(shí)際結(jié)果之間的偏差。偏差包括缺了窗戶或者墻沒有對(duì)齊等。Windisch說：“我們開發(fā)的技術(shù)能夠簡(jiǎn)便、快速地檢測(cè)出設(shè)計(jì)與實(shí)際結(jié)果之間的偏差。然后，可以在大型圖形中顯示這些偏差——無需派檢查員親自前往可能存在危險(xiǎn)且難以到達(dá)的區(qū)域――如尚未完工的屋頂，就能做到這一切。”然而，建筑工地只是這項(xiàng)技術(shù)的眾多潛在應(yīng)用領(lǐng)域之一。譬如，Windisch的團(tuán)隊(duì)已經(jīng)執(zhí)行了不計(jì)其數(shù)的無人駕駛飛行器飛過工廠車間的任務(wù)——經(jīng)翻新和現(xiàn)代化改造后，工廠車間的實(shí)際情況往往與最初的建筑設(shè)計(jì)有所不同。