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    從西部測(cè)圖工程到全國動(dòng)態(tài)測(cè)圖——中國遙感測(cè)圖進(jìn)展研究|地形圖|比例尺|測(cè)圖|解譯|遙感

     longhy2000 2024-02-07 發(fā)布于北京

    本文發(fā)表于Geo-spatial Information Science(GSIS)2021年第1期專輯“

    從西部測(cè)圖工程到全國動(dòng)態(tài)測(cè)圖——中國遙感測(cè)圖進(jìn)展研究

    前言

    遙感測(cè)圖是測(cè)繪地理信息發(fā)展的一個(gè)重要研究方向。中國西部地形極其復(fù)雜,山區(qū)和沙漠占90%以上,約60%的地區(qū)海拔在5000米以上該地區(qū)被譽(yù)為“生命禁區(qū)”、“死亡之海”和“世界屋脊”。因此,中國西部測(cè)圖是中國乃至世界測(cè)繪史上一項(xiàng)極具挑戰(zhàn)性的任務(wù)。

    為保證中國西部測(cè)圖工程的順利實(shí)施,中國建立了西部測(cè)圖技術(shù)體系。張繼賢研究員等在學(xué)術(shù)論文 “Technical progress of China’s national remotesensing mapping: from mapping western China tonational dynamic mapping” 中詳細(xì)介紹了西部測(cè)圖工程的關(guān)鍵技術(shù)和重要成果,并從數(shù)據(jù)采集、地圖制作、信息服務(wù)等方面簡要介紹了我國遙感測(cè)圖的最新發(fā)展。

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    本文已收錄于GSIS 2021年第1期專輯

    ' Gottfried Konecny: 90 Years of Age and Decades of Scientific Connections '

    中國西部測(cè)圖項(xiàng)目通過技術(shù)創(chuàng)新,

    • 解決了控制點(diǎn)稀缺條件下的區(qū)塊平差、大比例尺航空/衛(wèi)星影像測(cè)繪、多源影像智能解譯等問題。

    • 開發(fā)了用于大面積航空/衛(wèi)星圖像測(cè)繪的PixelGrid,用于復(fù)雜地形區(qū)域多源數(shù)據(jù)集成處理的FeatureStation,以及用于機(jī)載合成孔徑雷達(dá)測(cè)繪的多波段多極化干涉數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等軟件。

    • 中國陸地版圖1:5萬地形數(shù)據(jù)首次實(shí)現(xiàn)全覆蓋,數(shù)字中國地理空間框架基本完成。

    隨著其他國家重點(diǎn)計(jì)劃和項(xiàng)目(國家地理國情監(jiān)測(cè)和國家遙感制圖)的實(shí)施,目前的研究重點(diǎn)已從西部測(cè)圖轉(zhuǎn)向全國動(dòng)態(tài)測(cè)圖。本文介紹了全國動(dòng)態(tài)測(cè)圖系統(tǒng)。該系統(tǒng)中,數(shù)據(jù)采集已從單一來源發(fā)展到多源多方式,測(cè)圖也已經(jīng)發(fā)展為動(dòng)態(tài)測(cè)圖,數(shù)據(jù)庫得更新也體現(xiàn)了協(xié)作的特點(diǎn)。

    前沿視點(diǎn)

    西部測(cè)圖(MWC)是中國測(cè)繪史上一項(xiàng)極具挑戰(zhàn)性的任務(wù)。難點(diǎn)在于三個(gè)方面:(1)如何在復(fù)雜地形地區(qū)進(jìn)行野外調(diào)查;(2)如何利用衛(wèi)星圖像實(shí)現(xiàn)大范圍高精度立體測(cè)圖;(3)如何在沒有實(shí)地調(diào)查的情況下繪制外業(yè)人員無法到達(dá)的區(qū)域(復(fù)雜地形給外業(yè)調(diào)查帶來了巨大挑戰(zhàn))。

    Mapping western China is acknowledged as an extremely challenging task in the history of surveying and mapping in China. The difficulty lies in three aspects:

    • (1)how to conduct field survey in complex terrain areas;

    • (2)how to achieve high accuracy stereo mapping with satellite images in a large area; and

    • (3)how to map inaccessible areas without field surveys.

    中國先后發(fā)射了中巴地球資源衛(wèi)星(CBERS)、高分(GF)、資源(ZY)、環(huán)境(HJ)、天繪(TH)、高景(GJ)等一系列衛(wèi)星,并建立了無人機(jī)、無人飛艇等航空平臺(tái)。從中低分辨率向高分辨率發(fā)展,從單一光學(xué)傳感器向多傳感器發(fā)展,中國能夠?yàn)閲液腿蛑茍D提供穩(wěn)定的多時(shí)相數(shù)據(jù)。

    China has launched a series of satellites, such as China-brazil earth resource satellite (CBERS), Gaofen satellite (GF), Resources satellite (ZY), Environment satellite (HJ), Mapping satellite(TH), SuperView satellite (GJ), and established aviation platforms, such as UAV and unmanned airships. Developing from medium and low resolution to high resolution, from the single optical sensor to multi-sensors, China is able to provide stable multi-temporal data for national and global mapping.

    遙感制圖是生產(chǎn)地形圖的重要手段。

    通過技術(shù)創(chuàng)新,可以解決基于稀有控制點(diǎn)的區(qū)域網(wǎng)平差、大比例尺航空衛(wèi)星影像制圖、多源影像智能解譯等挑戰(zhàn)。為保證西部測(cè)圖工程的順利完成,建立起西部測(cè)圖技術(shù)體系。

    首次實(shí)現(xiàn)了對(duì)中國陸地領(lǐng)土1:5萬地形圖的全覆蓋。

    Remote sensing mapping is an important means to produce topographic data.

    Through technological innovation, challenges, such as the regional network adjustment based on rare control points, large-scale aerial satellite image mapping, intelligent interpretation of multi-source images, can be solved. A technical system for mapping the western part of the country is established to ensure the completion of the mapping project.

    For the first time, the full coverage of the 1:50,000 topographic map of China’s land territory has been achieved.

    以下內(nèi)容為全文翻譯

    1. 引言

    地形數(shù)據(jù)是國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)、社會(huì)發(fā)展、國家安全的基礎(chǔ)性、戰(zhàn)略性信息資源。

    但在我國西部塔里木盆地、青藏高原、橫斷山脈等區(qū)域,受當(dāng)時(shí)自然條件和技術(shù)水平的限制,截止2005年,一直沒能測(cè)制1:5萬地形圖,形成了我國西部200多萬平方公里的空白區(qū)。未能實(shí)現(xiàn)全國1:5萬比例尺地形數(shù)據(jù)的全覆蓋,嚴(yán)重制約了國家可持續(xù)發(fā)展、西部大開發(fā)等重大戰(zhàn)略的實(shí)施。

    • 例如,AW3D30的數(shù)字高程模型(DEM)(ALOS全球數(shù)字地面模型,ALOS World 3D–30 m)的數(shù)據(jù)分辨率低于要求。

    2005年,國家批準(zhǔn)設(shè)立“國家西部1:5萬地形圖空白區(qū)測(cè)圖工程”重大測(cè)繪專項(xiàng),利用5年時(shí)間建立了國家西部測(cè)圖技術(shù)體系,全面完成了西部200多萬平方公里1:5萬測(cè)圖任務(wù),建成了西部地區(qū)1:5萬基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫和為相關(guān)部門服務(wù)的地理信息服務(wù)平臺(tái),實(shí)現(xiàn)了對(duì)西部地理信息變化的持續(xù)監(jiān)測(cè)和有效更新,首次實(shí)現(xiàn)了我國陸地國土1:5萬地形數(shù)據(jù)的全覆蓋,標(biāo)志著數(shù)字中國地理空間框架基本建成。

    隨著航天遙感、大數(shù)據(jù)、人工智能等新一代信息技術(shù)的發(fā)展,遙感測(cè)圖技術(shù)由西部一張圖向全國動(dòng)態(tài)測(cè)圖轉(zhuǎn)變。

    2013年,國家批準(zhǔn)設(shè)立“第一次全國地理國情普查” 重大測(cè)繪專項(xiàng),利用3年時(shí)間建立了國家級(jí)地理國情普查與監(jiān)測(cè)技術(shù)體系,支撐了第一次全國地理國情普查的全面完成,首次摸清了我國山水林田湖草等地理國情家底,保障了常態(tài)化地理國情監(jiān)測(cè)的順利開展,開辟了地理國情監(jiān)測(cè)研究新領(lǐng)域,促進(jìn)了測(cè)繪地理信息轉(zhuǎn)型升級(jí),為國家生態(tài)文明建設(shè)、國土空間規(guī)劃、自然資源監(jiān)管等提供了決策依據(jù),實(shí)現(xiàn)了動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)到信息服務(wù)的轉(zhuǎn)變。

    本文首先概述了西部測(cè)圖的三大創(chuàng)新技術(shù),然后分析了從西部測(cè)圖到全國動(dòng)態(tài)測(cè)圖的發(fā)展過程,介紹了從動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)到信息服務(wù)的技術(shù)進(jìn)步,最后對(duì)遙感測(cè)圖的未來發(fā)展進(jìn)行了展望。

    2. 西部地區(qū)測(cè)繪技術(shù)體系的建立

    中國西部的地形極其復(fù)雜。該地區(qū)被譽(yù)為“生命禁區(qū)”、“死亡之海”和“世界屋脊”,山區(qū)和沙漠占90%以上,約60%的地區(qū)海拔在5000米以上。西部山區(qū)氧區(qū)濃度僅為正常情況的60%左右,且自然災(zāi)害頻繁發(fā)生。這個(gè)地區(qū)的交通和通訊極為困難,只有四分之一的地區(qū)可以通過公路到達(dá)。

    西部測(cè)圖(MWC)是中國測(cè)繪史上一項(xiàng)極具挑戰(zhàn)性的任務(wù)。難點(diǎn)在于幾個(gè)方面

    1. 如何在地形困難區(qū)域外業(yè)控制測(cè)量

    2. 如何利用衛(wèi)星圖像實(shí)現(xiàn)大范圍高精度立體測(cè)圖;

    3. 人員不可達(dá)區(qū)域的外業(yè)調(diào)繪

    4. 外業(yè)生產(chǎn)作業(yè)人員安全保障難題

    在20世紀(jì)60年代中國西部1:10萬地形測(cè)繪任務(wù)中,曾有100多人受傷致殘,42人獻(xiàn)出了寶貴的生命。

    為克服這些困難,我們建立了國家測(cè)圖技術(shù)體系,包括一系列關(guān)鍵技術(shù)、新的測(cè)圖平臺(tái)、行業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和體系,以及新的國家地理信息服務(wù),攻克了西部地形困難區(qū)域大范圍高分辨率衛(wèi)星影像測(cè)圖核心技術(shù),研制測(cè)圖生產(chǎn)作業(yè)新技術(shù)平臺(tái),制定測(cè)繪行業(yè)新技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范,建立國家西部測(cè)繪地理信息服務(wù),構(gòu)建了國家西部測(cè)圖技術(shù)體系,保障了國家西部測(cè)圖工程的完成。

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    西部測(cè)圖工程的覆蓋圖和產(chǎn)品展示分別如圖1和圖2所示。

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    圖 1. MWC覆蓋范圍示意圖(紅色格網(wǎng))

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    圖 2. MWC工程成果展示

    2.1 稀少控制與區(qū)域網(wǎng)平差

    缺少控制點(diǎn)是中國西部測(cè)圖區(qū)域網(wǎng)平差中最大的挑戰(zhàn)。

    幾何定位模型(嚴(yán)格模型)是衛(wèi)星圖像測(cè)繪的基本模型,衛(wèi)星圖像大多提供精確的星歷和姿態(tài)數(shù)據(jù)。

    • 幾何模型采用了不同的軌道擬合,例如Gupta模型(Gupta and Hartley 1997)采用了直線軌道,Westin模型采用了圓形軌道來處理SPOT圖像(Westin 2001)。

    在2005年前后,有理函數(shù)模型(RFM)還沒有得到廣泛應(yīng)用(Dial and Grodecki 2002)。在這種情況下,針對(duì)大比例尺光學(xué)遙感影像,提出了稀少或無控制的大范圍航空航天光學(xué)遙感影像自主定位與區(qū)域網(wǎng)平差技術(shù)。

    此技術(shù)支持下,5600~8000 km2 的立體衛(wèi)星圖像只需要一個(gè)地面控制點(diǎn)(組),因此可以減少90%的外業(yè)工作量。

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    技術(shù)要點(diǎn)包括:

    1. 研發(fā)了地心坐標(biāo)系下多源異構(gòu)遙感影像的通用傳感器物理模型。

      基于差分GPS、慣性測(cè)量單元(IMU)、航空和衛(wèi)星傳感器組合系統(tǒng),建立了CCD多線陣成像軌道模型。揭示了遙感圖像內(nèi)外方位元素補(bǔ)償后的定位誤差規(guī)律。

      在局部坐標(biāo)系下對(duì)衛(wèi)星圖像和航空?qǐng)D像進(jìn)行聯(lián)合處理時(shí),大比例尺航空?qǐng)D像成圖容易受到地球曲率的影響,針對(duì)該問題,突破了地球曲率對(duì)大比例尺遙感影像精確幾何定位的限制,實(shí)現(xiàn)了大比例尺遙感影像嚴(yán)格的空中三角測(cè)量模型。

    2. 將有理函數(shù)模型應(yīng)用于多源遙感影像幾何定位的綜合處理。

      研發(fā)了RFM穩(wěn)態(tài)估計(jì)技術(shù),首次實(shí)現(xiàn)了大范圍區(qū)域稀少或無地面控制的衛(wèi)星影像區(qū)域網(wǎng)平差技術(shù)和方法。比例尺為1:50000的14-20幅地形圖只需要一個(gè)地面控制點(diǎn)(或附近的一組點(diǎn)),但若使用常規(guī)平差方法,每幅地形圖至少需要一個(gè)地面控制點(diǎn)(Zhang 2009)。

      此外,嚴(yán)格模型用于衛(wèi)星圖像和航空?qǐng)D像的聯(lián)合處理,而RFM僅用于衛(wèi)星圖像。

    3. 實(shí)現(xiàn)了高精度自主定位航空航天影像(SPOT5)構(gòu)架航線技術(shù)技術(shù)。

    由于在交通不便地區(qū)難以進(jìn)行控制點(diǎn)的測(cè)量,采用高精度POS(positioning and orientation system)的航空條帶影像和高分辨率衛(wèi)星影像(IKONOS)對(duì)衛(wèi)星影像進(jìn)行高精度自主定位。

    利用該方法繪制了青藏高原91萬km2的地形圖,精度達(dá)到1:5萬比例尺的制圖要求。

    2.2 大范圍航空/衛(wèi)星影像測(cè)圖

    可用于影像測(cè)繪的數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量工作站(DPW)有很多,如Pixel Factory、SoftPlotter、ImageStation等。

    • 其中Pixel Factory是世界一流的遙感影像自動(dòng)化處理系統(tǒng),具有自動(dòng)化、并行處理、多影像兼容等特點(diǎn),可遠(yuǎn)程管理。

    然而,由其自動(dòng)生成的數(shù)字地面模型(DSM)/數(shù)字高程模型(DEM)可能存在局部誤差,特別是在復(fù)雜地形地區(qū)(Frank 2003)。

    為解決大面積高精度立體測(cè)圖的技術(shù)難題,開發(fā)了高分辨率航空航天光學(xué)遙感影像一體化測(cè)圖系統(tǒng)PixelGrid綜合測(cè)圖軟件。

    利用該軟件,單計(jì)算節(jié)點(diǎn)數(shù)字高程模型和數(shù)字正射影像圖(DOM)月生產(chǎn)能力已達(dá)40-60萬平方公里。

    它開啟了衛(wèi)星圖像高精度立體地圖規(guī)模化生產(chǎn)時(shí)代。

    技術(shù)創(chuàng)新如下:

    1.針對(duì)西部地形困難區(qū)域,提出了通用多角度多視點(diǎn)影像匹配模型和基于多基線多匹配特征的高精度 DEM/DSM 自動(dòng)提取方法。

    為解決復(fù)雜地形地區(qū)DEM/DSM的自動(dòng)提取問題,提出了基于地形坡度、高差分析的DEM/DSM自適應(yīng)濾波技術(shù)。

    • 它可以在丘陵山區(qū)自動(dòng)提取DEM/DSM,減少20%-40%的數(shù)據(jù)采集工作量,提高從圖像中自動(dòng)提取三維地形信息的可靠性和準(zhǔn)確性(Waser et al. 2008;Zhang and Zhang 2008)。

    影像匹配應(yīng)滿足高分辨率影像測(cè)繪、地形圖制作、質(zhì)量控制和檢驗(yàn)等技術(shù)要求,自動(dòng)匹配后還需編輯。

    近年來,經(jīng)典的密集匹配技術(shù)不斷發(fā)展和完善,深度學(xué)習(xí)也融入到圖像匹配領(lǐng)域。

    • 例如,使用CNN(卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò))學(xué)習(xí)立體匹配過程,實(shí)現(xiàn)自動(dòng)匹配(Zbontar and LeCun 2015);將深度學(xué)習(xí)和經(jīng)典匹配技術(shù)相結(jié)合,提高匹配質(zhì)量(Seki and Pollefeys 2017)。

    2.提出了一種基于尺度/旋轉(zhuǎn)不變性特征的高精度多基線圖像配準(zhǔn)方法。

    針對(duì)大傾角、大旋轉(zhuǎn)角度、大分辨率方差的圖像配準(zhǔn)困難問題,提出了一種大傾角和寬基線遙感圖像的自動(dòng)配準(zhǔn)方法。

    提出了一種無POS數(shù)據(jù)的圖像點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)快速構(gòu)建方法和基于對(duì)象約束的POS數(shù)據(jù)匹配技術(shù)。根據(jù)質(zhì)量檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)密集匹配結(jié)果進(jìn)行人工檢查和編輯,以獲得正確的DSM。

    3. 發(fā)展了利用多源控制信息的航空航天遙感影像無控精準(zhǔn)定位及糾正技術(shù)。

    2005年前后,研發(fā)了航空影像、高分辨率衛(wèi)星影像與公眾地理信息或已有數(shù)字正射影像(DOM)/DEM等控制信息的自動(dòng)、高精度配準(zhǔn)技術(shù),以及航空影像和高分辨率衛(wèi)星影像區(qū)域網(wǎng)平差過程中控制點(diǎn)的自動(dòng)提取技術(shù),實(shí)現(xiàn)了大范圍高分辨率遙感影像的快速精準(zhǔn)定位和高效高精度的影像地圖制作。

    4.實(shí)現(xiàn)了基于松耦合并行服務(wù)中間件的多核CPU/GPU集群分布式并行計(jì)算。

    研發(fā)了一系列高速網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下多源遙感數(shù)據(jù)眾核CPU/GPU高性能集群分布式處理算法,實(shí)現(xiàn)了多進(jìn)程的航空航天遙感影像全自動(dòng)空三、DEM自動(dòng)匹配、快速(準(zhǔn))實(shí)時(shí)正射糾正及無縫拼接等功能,提高了海量遙感數(shù)據(jù)的自動(dòng)化處理能力。

    2.3 中國西部多源影像的智能解譯

    提出了一種多源遙感影像解譯方法和處理流程,開發(fā)了適合我國西部復(fù)雜地形區(qū)域多源數(shù)據(jù)的智能解譯工作站“FeatureStation”,其界面如圖3所示。

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    圖 3. FeatureStation界面展示

    建立了用于檢驗(yàn)數(shù)據(jù)采集編輯質(zhì)量的網(wǎng)絡(luò)分布式協(xié)同集成工作模式。

    • 它滿足了1:500-1:100000比例尺數(shù)字線圖(DLG)和土地覆蓋圖的快速生產(chǎn)要求。

    同時(shí),解決了外業(yè)人員無法進(jìn)入的地區(qū)的測(cè)圖問題,實(shí)現(xiàn)了對(duì)傳統(tǒng)測(cè)圖流程的升級(jí)改造。

    技術(shù)創(chuàng)新如下:

    1. 提出了一種面向?qū)ο蟮亩喑叨确指钆c分類方法。針對(duì)高分辨率遙感圖像的自動(dòng)分割問題,提出了一種基于區(qū)域生長和最小異質(zhì)性原則的多尺度分割算法。

      利用支持向量機(jī)、決策樹、模糊規(guī)則等基于對(duì)象的分類方法,采用空間認(rèn)知推理和分類策略,實(shí)現(xiàn)基于認(rèn)知計(jì)算的基于對(duì)象的分類(Li 2008, 2010; Gu et al. 2017, 2018)。

      近年來,深度學(xué)習(xí)分割網(wǎng)絡(luò),如全卷積網(wǎng)絡(luò)(FCN)、金字塔場景解析網(wǎng)絡(luò)(PSPNet)和U-Net,被認(rèn)為是高分辨率遙感圖像分類中非常有前景的工具,并得到了廣泛的關(guān)注(Ball, Anderson and Chan 2017; Maggiori, Richard and Charpiat 2016; Kemker, Salvaggio and Kanan, 2018)。

    2. 提出了一種分級(jí)和非分級(jí)道路的自動(dòng)跟蹤與提取方法。

      針對(duì)分級(jí)道路,提出了一種最小二乘模板(即“T”形、“+”形)匹配策略,用于道路的快速跟蹤和提取。

      對(duì)于非分級(jí)道路,提出了兩種方法,即基于最小二乘圓模板匹配的道路跟蹤和基于支持向量數(shù)據(jù)描述(SVDD)和距離變換集成的道路跟蹤,以實(shí)現(xiàn)對(duì)非分級(jí)道路的準(zhǔn)確、高效和有效跟蹤(Lin et al. 2011; Lin, Shen and Liang 2012; Zhang et al. 2011)。

    3. 建立了遙感數(shù)據(jù)并行處理的通用計(jì)算模型(Yang, Zhang and Huang 2014)。

      針對(duì)大范圍遙感數(shù)據(jù)的處理,采用任務(wù)分解、數(shù)據(jù)分解、函數(shù)分解和算法分解四種策略,建立了適合大范圍遙感數(shù)據(jù)并行處理的通用計(jì)算模型。

      它可用于復(fù)雜算法和不同任務(wù),處理速度比同類解釋軟件提高5倍以上。

    4. 構(gòu)建了基于網(wǎng)絡(luò)化測(cè)圖的全要素解譯一體化解決方案。

      結(jié)合平面/三維一體化數(shù)據(jù)采集與編輯、分布式網(wǎng)絡(luò)協(xié)同工作、智能處理、多層空間數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)等多種策略,實(shí)現(xiàn)了遙感解譯一體化解決方案。

    3. 國家動(dòng)態(tài)測(cè)圖技術(shù)體系的建立:從西部測(cè)圖到全國動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)

    全國動(dòng)態(tài)測(cè)圖具有地理覆蓋范圍廣、數(shù)據(jù)量大、信息豐富、測(cè)圖速度快、時(shí)間序列長等特點(diǎn)。

    測(cè)繪區(qū)域由西部向全國擴(kuò)展,測(cè)繪范圍從基礎(chǔ)測(cè)繪擴(kuò)大到地理?xiàng)l件監(jiān)測(cè),意味著測(cè)繪要素從地表發(fā)展到三維空間,測(cè)繪從特定時(shí)間點(diǎn)發(fā)展到連續(xù)監(jiān)測(cè)。

    數(shù)據(jù)采集能力已從單一來源發(fā)展到多源、多種方式。

    地圖功能已經(jīng)從單一地圖轉(zhuǎn)變?yōu)閯?dòng)態(tài)地圖,數(shù)據(jù)庫應(yīng)該能夠以協(xié)作的方式進(jìn)行更新。

    3.1 數(shù)據(jù)獲取能力:由單一來源向多源多模態(tài)發(fā)展

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    1. 遙感是國家地理國情普查和全球地理信息資源獲取的主要手段。它可以快速重復(fù)地獲得區(qū)域甚至全球的影像。

      中國目前已發(fā)射了26顆對(duì)地觀測(cè)衛(wèi)星,形成了多傳感器(如ZY-3衛(wèi)星配備了三線陣相機(jī)、多光譜相機(jī)和激光測(cè)高傳感器,見表1)、高分辨率(如GJ-1衛(wèi)星圖像全色最高分辨率為0.5米)、由單視角轉(zhuǎn)多視角(三線陣立體,如天繪一號(hào)、資源三號(hào))對(duì)地觀測(cè)系統(tǒng)。

    2. 航空攝影不受地面條件的限制,調(diào)查周期短,測(cè)量精度高,資料回收方便,是快速獲取數(shù)據(jù)的重要技術(shù)手段。

      低空無人機(jī)具備在云層下低空飛行的能力,有效避免了云層和天氣的干擾,彌補(bǔ)了光學(xué)遙感衛(wèi)星和普通航空攝影容易受云層遮擋的缺點(diǎn),已成為快速獲取高分辨率圖像的有效手段。

      此外,它還具有時(shí)間效率高、成本低、損失小、風(fēng)險(xiǎn)低、可重復(fù)性好等優(yōu)點(diǎn)

      我國航空攝影系統(tǒng)具有多傳感器、高分辨率、小型化等特點(diǎn),利用多視角傾斜相機(jī)、全景相機(jī)、攝像機(jī)、激光雷達(dá)等多種傳感器,可以獲得表面三維信息和高質(zhì)量的紋理信息。

    3. 地面移動(dòng)測(cè)圖也是獲取精細(xì)數(shù)據(jù)的重要手段,可為實(shí)景中國、智慧城市、自動(dòng)駕駛等提供高精度數(shù)據(jù)。

      利用移動(dòng)車搭載的各種先進(jìn)傳感器(如全景攝像機(jī)、視頻相機(jī)、激光雷達(dá)等),可以快速采集道路和道路兩側(cè)地物的空間位置數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)。

      此方法具有數(shù)據(jù)采集速度快、場景目標(biāo)豐富等特點(diǎn)

    4. 隨著空間信息技術(shù)的發(fā)展,開源地理數(shù)據(jù)已成為空間數(shù)據(jù)源的重要補(bǔ)充,為遙感制圖提供參考數(shù)據(jù)。

      開源數(shù)據(jù)可以分為兩類:

      地理信息產(chǎn)品和多源地理數(shù)據(jù)

      地理信息產(chǎn)品是政府、科研機(jī)構(gòu)等部門生產(chǎn)的公共產(chǎn)品。

      如AW3D30、美國地質(zhì)調(diào)查局(USGS)土地覆蓋數(shù)據(jù)、全球土地利用數(shù)據(jù)等,具有實(shí)用性強(qiáng)、信息豐富、質(zhì)量可靠等特點(diǎn)。

      多源地理數(shù)據(jù)由許多非專業(yè)志愿者獲得,并通過互聯(lián)網(wǎng)提供給公眾或相關(guān)機(jī)構(gòu),

      如開放街道地圖(OSM)。它具有數(shù)據(jù)量大、自動(dòng)化程度高、信息量大、成本低、質(zhì)量不可控等特點(diǎn)。

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    表1. ZY-3號(hào)搭載傳感器信息

    3.1.2全域覆蓋

    全國每兩天可更新一次中低分辨率圖像;各省每季度可更新一次2米分辨率的圖像;對(duì)于省內(nèi)重點(diǎn)地區(qū),可以根據(jù)特定日期獲得0.5米分辨率的圖像。

    用于測(cè)繪的高分辨率觀測(cè)衛(wèi)星主要有GF-1、GF-2、GJ-1等,詳見表2。

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    表2. GF、GJ搭載傳感器信息

    (1)光譜范圍覆蓋可見光、近紅外、熱紅外、微波等多種觀測(cè)譜段。

    可見光是衛(wèi)星、航空、低空遙感最常用的工作波段,可得到很高的地面分辨率,可廣泛應(yīng)用于自然資源調(diào)查與監(jiān)測(cè)、防災(zāi)減災(zāi)、農(nóng)林水利、生態(tài)環(huán)境、國家重大工程等領(lǐng)域,傳感器如高分一號(hào)、資源三號(hào)。

    近紅外波段主要用于光學(xué)攝影,如紅外或彩色紅外攝影,只能在白天工作;也用于多波段攝影或多波段掃描。遠(yuǎn)紅外(熱紅外)由于是地物自身輻射的,主要用于夜間紅外掃描成像,紅外遙感能夠探測(cè)火山、地?zé)帷⒌叵滤⑼寥罍囟龋荒茉谠啤⒂辍㈧F天工作,傳感器如高分4號(hào)。

    微波遙感按照工作方式分為主動(dòng)式(有源)微波遙感和被動(dòng)式(無源)微波遙感,前者由傳感器發(fā)射微波波束再接收由地面物體反射或散射回來的回波,如側(cè)視雷達(dá);后者接收地面物體自身輻射的微波,如微波輻射計(jì)、微波散射計(jì)等,優(yōu)點(diǎn)是具全天候工作能力,不受云、雨、霧的影響,可在夜間工作,并能透過植被、冰雪和干沙土,以獲得近地面以下的信息。

    激光雷達(dá)利用激光來發(fā)射光脈沖,利用具有光敏探測(cè)器的接收機(jī)來量測(cè)后向散射或反射光,通過記錄從發(fā)射到后向散射脈沖返回之間的時(shí)間和光速來計(jì)算出到目標(biāo)的距離,可用于大氣監(jiān)測(cè)、3D地形圖量測(cè)、環(huán)境監(jiān)控、工業(yè)結(jié)構(gòu)測(cè)量、林業(yè)管理、環(huán)境監(jiān)控等。

    (2)區(qū)域范圍實(shí)現(xiàn)全國每兩天一次的中低分辨率全覆蓋,每季度一次的2米分辨率全省覆蓋,省內(nèi)重點(diǎn)區(qū)域定期的0.5米高分辨率覆蓋。

    優(yōu)于16米分辨率的衛(wèi)星包括高分一號(hào)、高分六號(hào)多光譜影像,高分一號(hào)多光譜影像的重訪周期為4天,高分六號(hào)與高分一號(hào)組網(wǎng)運(yùn)行后,將使遙感數(shù)據(jù)獲取的時(shí)間分辨率從4天縮短到2天,有力支撐農(nóng)業(yè)資源監(jiān)測(cè)、林業(yè)資源調(diào)查、防災(zāi)減災(zāi)救災(zāi)等行業(yè)。

    高分辨率衛(wèi)星觀測(cè)體系主要包括高分一號(hào)、高分二號(hào)、高分三號(hào)(雷達(dá)衛(wèi)星)、高分四號(hào)(靜止軌道衛(wèi)星)、高分五號(hào)(高光譜衛(wèi)星)、高分六號(hào)、資源系列衛(wèi)星、環(huán)境系列衛(wèi)星、高景一號(hào)、天繪衛(wèi)星、實(shí)踐9號(hào)等,高分一號(hào)01、02、03、04星,可實(shí)現(xiàn)4星11天全球覆蓋、1天重訪,長期、連續(xù)、穩(wěn)定、快速地獲取2米全色、8米多光譜影像。

    高景一號(hào)四星組網(wǎng)標(biāo)志著我國首個(gè)0.5米高分辨率商業(yè)遙感衛(wèi)星星座正式建成,可達(dá)到全球任意地區(qū)一天內(nèi)重訪,全球80%以上地區(qū)可實(shí)現(xiàn)每天兩次重訪,同時(shí),可實(shí)現(xiàn)“準(zhǔn)實(shí)傳”,即邊拍邊傳,大幅提高在軌圖像傳輸效率,為全球用戶提供全天候?qū)Φ剡b感數(shù)據(jù)服務(wù)和應(yīng)用系統(tǒng)解決方案,廣泛服務(wù)于政府管理、農(nóng)林水利、資源環(huán)境、應(yīng)急減災(zāi)、互聯(lián)網(wǎng)、金融保險(xiǎn)等眾多傳統(tǒng)及新興行業(yè)。

    3.2 動(dòng)態(tài)測(cè)圖能力

    在中國,全國地理國情監(jiān)測(cè)、全球土地覆蓋測(cè)圖、面向?qū)ο蟮母呖煽啃許AR處理系統(tǒng)等項(xiàng)目已經(jīng)啟動(dòng)。

    我們解決了諸如遙感影像的高精度解譯和高可靠性SAR處理等技術(shù)難題,研制了測(cè)圖軟硬件設(shè)備,擁有大比尺動(dòng)態(tài)測(cè)圖能力,

    實(shí)現(xiàn)了西部測(cè)圖向全國動(dòng)態(tài)測(cè)圖的轉(zhuǎn)變。

    3.2.1 圖像解譯

    遙感圖像解譯經(jīng)歷了人工解譯到半自動(dòng)解譯,并隨著遙感應(yīng)用需求的不斷變化、高分辨率遙感衛(wèi)星的發(fā)射,人工智能的發(fā)展,地理知識(shí)的積累,歷史數(shù)據(jù)的應(yīng)用,朝著自動(dòng)化、智能化方向發(fā)展

    • 從處理單元來看,圖像解譯從像素級(jí)發(fā)展到目標(biāo)級(jí),再到場景級(jí)。

    • 從分類方法來看,圖像解譯從傳統(tǒng)的監(jiān)督和半監(jiān)督分類方法,發(fā)展到融合集成學(xué)習(xí)和深度學(xué)習(xí)。

    • 從協(xié)作方式來看,圖像解譯發(fā)展為自動(dòng)化和人工相結(jié)合,解譯與質(zhì)量監(jiān)督協(xié)同,室內(nèi)和室外作業(yè)協(xié)同(見圖4)。

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    圖4. 國家動(dòng)態(tài)測(cè)圖能力發(fā)展情況(中英文對(duì)照)

    遙感圖像解譯的重要成果如下:

    1. 提出了適用于不同分辨率的衛(wèi)星遙感圖像的復(fù)合決策樹算法ADATree;研制了面向像元和面向?qū)ο蟮耐ㄓ眠b感分類器——GLC_Info。

    • GLC_Info系統(tǒng)可以基于樣本自動(dòng)生成訓(xùn)練集,根據(jù)訓(xùn)練集自動(dòng)生成規(guī)則集,并可以根據(jù)閾值自動(dòng)調(diào)整。因此,該系統(tǒng)可以有助于解決人工建立復(fù)雜規(guī)則集的難題。

    • 另外,考慮高分辨率遙感影像的質(zhì)量、時(shí)間相位、復(fù)雜度和碎片化等的因素,在專家知識(shí)的指導(dǎo)下,自動(dòng)導(dǎo)出國家地理狀況監(jiān)測(cè)一級(jí)類別的分類規(guī)則集。總分類精度(包括農(nóng)場、果園、林地、草地、建筑物、道路、裸地、水源)高于85%。

    2. 提出了一種多源、知識(shí)驅(qū)動(dòng)的國家地理國情要素(例如,道路、水體、建筑物等)的智能提取方法。

    • 結(jié)合拓?fù)鋽?shù)據(jù),通過知識(shí)驅(qū)動(dòng)方法可以智能地提取國家地理?xiàng)l件信息,例如,土地利用、水利、交通、基礎(chǔ)地理信息和其他數(shù)據(jù)庫等,并將其轉(zhuǎn)化為知識(shí)。

    3. 提出了一種基于對(duì)象的迭代加權(quán)多元變化檢測(cè)方法(IR-MAD)。

    • 該方法利用基于對(duì)象的分割圖斑代替影像像素作為輸入變量,獲取基于對(duì)象的IR-MAD變化結(jié)果,提高了變化塊的一致性,有效減少了背景對(duì)變化信息的影響。

    • 實(shí)現(xiàn)了國家地理?xiàng)l件要素變化信息的智能提取。(Lin, Shen, and Liang 2012; Lin et al. 2011)

    3.突破了內(nèi)外業(yè)協(xié)同的地理要素實(shí)時(shí)調(diào)繪與核查難題

    • 我們?cè)O(shè)計(jì)了面向任務(wù)的室內(nèi)-現(xiàn)場協(xié)同作業(yè)模式,并提出了地理元素提取、編輯、校驗(yàn)、整理、更新的一體化作業(yè)模式。

    • 可以確保在室內(nèi)工作時(shí),可以準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)變化信息。

    另外,我們提出了一種基于站點(diǎn)監(jiān)測(cè)信息的移動(dòng)實(shí)時(shí)運(yùn)行模式,以保證變化信息的精度和真實(shí)性。

    • 這顛覆了室內(nèi)和現(xiàn)場的協(xié)作模式,大大提高了核查效率。

    4.研制了我國首套地理國情信息要素提取與解譯軟件系統(tǒng)FeatureStation_GeoEX

    • 該系統(tǒng)適用于國家地理要素的大范圍、全覆蓋提取。

    • 在解譯、手動(dòng)適配、現(xiàn)場校驗(yàn)、修改厚后數(shù)據(jù)精度和總可信度高大99%。

    • 從而,解決了理要素提取的難題。(Zhang等人,2016)

    3.2.2 SAR測(cè)圖

    高精度SAR測(cè)圖是光學(xué)影像測(cè)圖的補(bǔ)充,適用于難以獲取光學(xué)影像的區(qū)域,例如被云、霧、雪覆蓋的區(qū)域。

    其主要技術(shù)成果包括以下幾部分(見圖5)。

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    圖5. SAR測(cè)圖系統(tǒng)

    1. 建立了一種稀疏控制點(diǎn)的SAR影像測(cè)圖模式。

      以傳感器位置和姿態(tài)作為定向參數(shù),建立了側(cè)視雷達(dá)遙感圖像距離-共面方程。實(shí)現(xiàn)了側(cè)視雷達(dá)圖像與POS (GPS+IMU)數(shù)據(jù)或軌道姿態(tài)數(shù)據(jù)的聯(lián)合平差。

      與目前常用的距離-多普勒模型和F.Leberl和R-D模型相比,測(cè)圖所需的外場控制點(diǎn)數(shù)量減少90%,同一調(diào)查區(qū)域內(nèi)的飛行數(shù)量減少40%,滿足1:5000 - 1:5萬比例尺測(cè)圖的空中三角測(cè)量需求。

    2. 提出一種結(jié)合立體視覺和InSAR、軌道升降數(shù)據(jù)融合的三維信息提取方法。

      融合兩個(gè)異側(cè)立體像對(duì)(一對(duì)軌道上升和一度軌道下降)提取DEM,解決覆蓋地區(qū)地形信息缺失的問題。將干涉SAR和立體SAR的優(yōu)勢(shì)互,得到高精度DEM(Huang 等人 2008)。

    3. 突破了基于知識(shí)的面向?qū)ο骃AR地物高可信解譯技術(shù)(Zhang, Huang, and Cheng 2018)。

      構(gòu)建了知識(shí)庫支持的點(diǎn)、線、面地物解譯方法和技術(shù),解決了SAR解譯目標(biāo)識(shí)別種類偏少、可信度差的難點(diǎn),可信度得到提高,實(shí)現(xiàn)了SAR解譯整體精度提升15%以上。

    4. 研制了面向復(fù)雜地形區(qū)域測(cè)圖生產(chǎn)的SAR測(cè)圖工作站

      該工作站是目前國內(nèi)唯一能夠綜合利用偏振、干涉和立體SAR技術(shù)進(jìn)行測(cè)圖和解譯的SAR數(shù)據(jù)處理分析系統(tǒng),可以用于生產(chǎn)比例尺范圍在1:5000至1:5萬的DLG,DEM和DOM(Zhang, Huang, and Cheng 2018)。

      其可用性可與知名軟件媲美,例如GAMMA,Earthview InSAR。

    5. 研制了中國自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的機(jī)載多波段多極化干涉SAR測(cè)圖數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)CASMSAR(Zhang等人2012)。

      由傳統(tǒng)的單一數(shù)據(jù)獲取模式發(fā)展到多波段(X和P波段)、多極化(HH、HV、VH和VV)和雙天線干涉的集成化數(shù)據(jù)獲取模式,具備從萬米高空獲取0.5米、1米、2.5米和5米不同分辨率的極化與干涉SAR數(shù)據(jù)的能力,是國內(nèi)唯一可在白天、黑夜、陰雨、云霧等多種天氣條件下獲取滿足1:5 000~1:50 000比例尺測(cè)圖要求的SAR系統(tǒng)。性能上干涉天線從需穩(wěn)定平臺(tái)發(fā)展至無需穩(wěn)定平臺(tái),基線長度從0.5米提高至2.2米,高程精度提高4倍,是國內(nèi)首個(gè)面向測(cè)圖的集多波段、多極化和干涉功能為一體的機(jī)載SAR系統(tǒng),整體性能達(dá)到國際同類先進(jìn)水平,打破了發(fā)達(dá)國家對(duì)我國的技術(shù)壁壘。

    3.3 數(shù)據(jù)庫更新能力:呈現(xiàn)協(xié)同聯(lián)動(dòng)特征

    國家西部測(cè)圖實(shí)現(xiàn)了我國1:5萬地形數(shù)據(jù)的全覆蓋,形成了全國本底一張圖,全國地理國情普查獲取了全國三類(10個(gè)一級(jí)類、58個(gè)二級(jí)類、135個(gè)三級(jí)類)共2.6億個(gè)圖斑構(gòu)成的全覆蓋、無縫隙、高精度的海量地理國情數(shù)據(jù)。隨著更新技術(shù)的進(jìn)步、基礎(chǔ)性地理國情監(jiān)測(cè)的開展,突破了數(shù)據(jù)庫聯(lián)動(dòng)快速更新、空間數(shù)據(jù)分析與挖掘等技術(shù)難題,建立了多時(shí)態(tài)一體、多尺度協(xié)同、圖數(shù)聯(lián)動(dòng)的新一代國家基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫。

    中國1:5萬地形數(shù)據(jù)由5年一更新升級(jí)到每年一更新,實(shí)現(xiàn)多地理信息聯(lián)動(dòng)更新(Chen et al. 2010)(見圖6)

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    圖 6. 數(shù)據(jù)庫聯(lián)動(dòng)更新流程圖

    1. 建立了大數(shù)據(jù)與遙感影像相結(jié)合的快速動(dòng)態(tài)更新方法,

      大大縮短了1:5萬地形數(shù)據(jù)庫的更新周期,從五年縮短為一年。

      研發(fā)了基于互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)挖掘的變化發(fā)現(xiàn)技術(shù),

      利用互聯(lián)網(wǎng)信息、在線地圖、公共數(shù)據(jù)等,通過建立數(shù)據(jù)挖掘規(guī)則、信息搜索、網(wǎng)絡(luò)抓取、結(jié)構(gòu)化錄入、過濾、冗余刪除、繪制、發(fā)布等方式,主動(dòng)并快速地發(fā)現(xiàn)地理信息的變化線索。

      每年主要針對(duì)交通、地名、管道等變化,收集有效更新信息近萬條。

      此外,提出了基于數(shù)據(jù)庫元素識(shí)別的增量更新技術(shù),通過工程方法實(shí)現(xiàn)增量采集與編輯、質(zhì)量檢測(cè)、校正和存儲(chǔ)。

      操作效率提高了一倍,并支持1:5萬數(shù)據(jù)庫的動(dòng)態(tài)更新。

    2. 實(shí)現(xiàn)了跨比例尺地理信息增量聯(lián)動(dòng)更新技術(shù),以實(shí)現(xiàn)1:1萬、1:25萬和1:100萬比例尺國家地形數(shù)據(jù)庫協(xié)同更新。

      設(shè)計(jì)了1萬、25萬、100萬的跨尺度聯(lián)動(dòng)更新模型,實(shí)現(xiàn)與5萬數(shù)據(jù)庫的協(xié)調(diào)統(tǒng)一。設(shè)計(jì)了跨尺度要素自動(dòng)匹配規(guī)則和算法, 實(shí)現(xiàn)了不同尺度下同名要素的自動(dòng)關(guān)聯(lián)。研發(fā)了基于增量要素的智能聯(lián)動(dòng)整合技術(shù),支撐了25萬、100萬數(shù)據(jù)庫的三輪聯(lián)動(dòng)更新。

    3. 創(chuàng)建了制圖數(shù)據(jù)與地形數(shù)據(jù)增量聯(lián)動(dòng)更新技術(shù),實(shí)現(xiàn)了國家三個(gè)尺度制圖數(shù)據(jù)庫的協(xié)同更新

      設(shè)計(jì)了制圖數(shù)據(jù)和地形數(shù)據(jù)的聯(lián)動(dòng)更新模型,實(shí)現(xiàn)了二者的一體化存儲(chǔ)和相互關(guān)聯(lián)。設(shè)計(jì)了一整套基于地形數(shù)據(jù)庫的制圖表達(dá)規(guī)則算法,研發(fā)了基于地形數(shù)據(jù)庫增量要素的地圖聯(lián)動(dòng)更新技術(shù),支撐了國家三個(gè)尺度制圖數(shù)據(jù)庫的每年一輪聯(lián)動(dòng)更新。

    4. 創(chuàng)建了要素級(jí)多時(shí)態(tài)增量建庫和時(shí)空管理技術(shù),建立了多時(shí)態(tài)一體、多尺度協(xié)同、圖數(shù)聯(lián)動(dòng)的新一代國家基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫

      設(shè)計(jì)了基于增量的要素級(jí)多時(shí)態(tài)數(shù)據(jù)庫模型,實(shí)現(xiàn)了不同時(shí)態(tài)下同名對(duì)象要素級(jí)關(guān)聯(lián)、歷史庫增量式存儲(chǔ)、多時(shí)態(tài)要素時(shí)序化統(tǒng)計(jì)。研發(fā)了基于增量標(biāo)識(shí)的檢入式升級(jí)建庫技術(shù),不同于傳統(tǒng)拼接式建庫,而是通過舊版數(shù)據(jù)庫升級(jí)方式完成新版建庫,成倍提高了建庫效率,也大幅降低了存儲(chǔ)冗余。研發(fā)了多時(shí)態(tài)要素時(shí)空化管理技術(shù),實(shí)現(xiàn)了不同時(shí)態(tài)下的變化提取、統(tǒng)計(jì)分析、歷史回溯。

    4. 從動(dòng)態(tài)監(jiān)控到信息服務(wù):構(gòu)建地理國情信息服務(wù)技術(shù)體系

    將地理數(shù)據(jù)凝練上升為地理信息,需要針對(duì)國家管理與決策目標(biāo),綜合運(yùn)用數(shù)值統(tǒng)計(jì)、空間分析、專業(yè)模型等方法,對(duì)各類地理數(shù)據(jù)進(jìn)行空間結(jié)構(gòu)、空間分布、空間關(guān)系等方面的特征規(guī)律提取與內(nèi)在知識(shí)挖掘,歸納提煉出反映國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)與社會(huì)發(fā)展的指標(biāo),為國家重大戰(zhàn)略提供決策依據(jù),需要突破地理國情信息高效計(jì)算、綜合分析等技術(shù),實(shí)現(xiàn)“地理數(shù)據(jù)-地理信息-地理知識(shí)”的轉(zhuǎn)化。

    主要技術(shù)如下:

    1. 建立了面向多需求應(yīng)用的地理?xiàng)l件統(tǒng)計(jì)分析多層次指標(biāo)體系。

      為解決傳統(tǒng)統(tǒng)計(jì)方法對(duì)地理?xiàng)l件統(tǒng)計(jì)分析適應(yīng)性不足的問題,提出了地理?xiàng)l件數(shù)據(jù)向指標(biāo)體系轉(zhuǎn)換的語義模型。

      該指標(biāo)體系涵蓋了資源分布與利用、景觀格局、基本公共服務(wù)均等化、區(qū)域經(jīng)濟(jì)潛力和城市發(fā)展五個(gè)主題,反映了資源、環(huán)境、生態(tài)等方面各要素的空間分布及其發(fā)展。

    2. 構(gòu)建了“基本統(tǒng)計(jì)計(jì)算—綜合統(tǒng)計(jì)—專題分析評(píng)價(jià)”多層次、多維度的理論、統(tǒng)計(jì)計(jì)算技術(shù)體系和決策服務(wù)模式

      突破了地理國情要素三維空間地表精準(zhǔn)建模、高效統(tǒng)計(jì)計(jì)算和基于多種地理單元的統(tǒng)計(jì)結(jié)果交叉校核方法,首次在全國系統(tǒng)性實(shí)現(xiàn)了從地理數(shù)據(jù)向地理國情信息的轉(zhuǎn)化。。

    3. 破解了數(shù)據(jù)密集與計(jì)算密集統(tǒng)計(jì)分析并行計(jì)算雙重技術(shù)難題,實(shí)現(xiàn)了密集計(jì)算條件下的精準(zhǔn)建模與高效統(tǒng)計(jì)計(jì)算一體化(Kang and Lin 2014; Kang et al. 2018)。

      提出了多種方法和模型,例如,

      分布式空間索引(distributed spatial index)、

      密集型內(nèi)存映射模式(intensive memory mapping mode)、

      矢量金字塔支持的近似實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)(approximate real-time statistics supported by the vector pyramid)、

      高分辨率矢量空間數(shù)據(jù)高速切片渲染(high-speed slice rendering of high-resolution vector spatial data)、

      多時(shí)相土地覆蓋數(shù)據(jù)信息傳遞(multi-temporal land cover data information transfer)、

      基于空間劃分的計(jì)算依賴模型(model of computing dependencies based on the space division)、

      線程池支持的異步動(dòng)態(tài)調(diào)度(asynchronous dynamic scheduling supported by the thread pool)、

      基于反射機(jī)制的統(tǒng)計(jì)算法模型管理(statistical algorithm model management based on reflection mechanism)。

      采用多進(jìn)程并行計(jì)算方法,實(shí)現(xiàn)大規(guī)模、大規(guī)模補(bǔ)丁模式的均衡劃分和線程子任務(wù)的并行驅(qū)動(dòng)。

      開發(fā)了支持多個(gè)統(tǒng)計(jì)分析算子自適應(yīng)并行優(yōu)化的關(guān)鍵技術(shù)框架和異步流計(jì)算引擎,該引擎支持異步地理大數(shù)據(jù)的并行調(diào)度和高效計(jì)算。

    5. 總結(jié)

    遙感測(cè)圖是生產(chǎn)地形數(shù)據(jù)的重要手段。

    通過技術(shù)創(chuàng)新,可以解決基于稀有控制點(diǎn)的區(qū)域網(wǎng)平差、大比例尺航空衛(wèi)星影像測(cè)圖、多源影像智能解譯等挑戰(zhàn)。為保證西部測(cè)圖工程的順利完成,建立起西部測(cè)圖技術(shù)體系。

    首次實(shí)現(xiàn)了對(duì)中國陸地領(lǐng)土1:5萬地形圖的全覆蓋。

    隨著國家地理狀況監(jiān)測(cè)、國家衛(wèi)星測(cè)圖等國家規(guī)劃和項(xiàng)目的發(fā)布和實(shí)施,遙感測(cè)圖已由西部測(cè)圖向國家動(dòng)態(tài)測(cè)圖轉(zhuǎn)變。

    • 因此,建立了全國動(dòng)態(tài)測(cè)圖系統(tǒng)。數(shù)據(jù)采集能力由單源向多源、多模式發(fā)展,數(shù)據(jù)庫更新具有協(xié)同聯(lián)動(dòng)的特點(diǎn)。

    除了全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)、航空/衛(wèi)星遙感、地理信息系統(tǒng)等現(xiàn)代測(cè)繪技術(shù)外,“地理?xiàng)l件監(jiān)測(cè)”項(xiàng)目還綜合利用了不同時(shí)期的測(cè)繪成果檔案,實(shí)現(xiàn)自然和文化元素的動(dòng)態(tài)、定量和空間上的監(jiān)測(cè)。

    在這之后,諸如變化量、特征分布、區(qū)域差異、發(fā)展趨勢(shì)等統(tǒng)計(jì)分析可以進(jìn)一步進(jìn)行。

    編制反映各種資源、環(huán)境和經(jīng)濟(jì)因素的空間分布及其發(fā)展情況的地圖或研究報(bào)告,為有關(guān)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展,以及執(zhí)行國家戰(zhàn)略提供決策服務(wù)。

    從而實(shí)現(xiàn)從動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)向信息服務(wù)的轉(zhuǎn)變。

    隨著大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、邊緣計(jì)算、數(shù)字孿生、人工智能等新興技術(shù)的發(fā)展,智能時(shí)代的遙感測(cè)圖呈現(xiàn)出三維數(shù)據(jù)采集、云邊緣協(xié)同計(jì)算、智能解譯、結(jié)構(gòu)化表達(dá)、物化數(shù)據(jù)庫、大數(shù)據(jù)分析與挖掘等特征。

    需要進(jìn)一步開展理論研究和技術(shù)突破,形成新的遙感測(cè)圖理論和方法體系、技術(shù)體系、設(shè)備和典型應(yīng)用體系。

    提高地理信息感知能力、地理信息分析挖掘能力和應(yīng)用能力,促進(jìn)地理測(cè)繪智能化發(fā)展。

    作者簡介

    張繼賢

    國家測(cè)繪產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)測(cè)試中心研究員。博士畢業(yè)于武漢大學(xué)。他的研究興趣包括攝影測(cè)量與遙感圖像解譯,遙感測(cè)圖與監(jiān)測(cè)。

    顧海燕

    中國測(cè)繪科學(xué)研究院副研究員。博士畢業(yè)于武漢大學(xué)。她的研究興趣包括遙感圖像解譯、高性能計(jì)算。

    侯 偉

    中國測(cè)繪科學(xué)研究院副教授。博士畢業(yè)于德累斯頓工業(yè)大學(xué)。他的研究興趣包括地表監(jiān)測(cè)與生態(tài)評(píng)估。

    程春泉

    中國測(cè)繪科學(xué)研究院研究員,博士畢業(yè)于中國礦業(yè)大學(xué)。他的研究興趣是攝影測(cè)量與遙感。

    掃描二維碼查看原文

    Jixian Zhang, Haiyan Gu, Wei Hou & Chunquan Cheng (2021)Technical progress of China’s national remote sensing mapping: from mapping westernChina to national dynamic mapping, Geo-spatial Information Science, 24:1, 121-133,

    DOI:10.1080/10095020.2021.1887713

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    來源:地球空間信息科學(xué)學(xué)報(bào)GSIS

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