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龚健雅:全球测图蓄势待发,“一带一路”推进国际合作

放大字体   缩小字体 发布日期:2015-10-23   来源:3sNews 浏览次数:148
 

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  10月22日,由中国测绘地理信息学会主办的2015年学术年会在江西南昌召开。除特邀报告外,会议围绕当今测绘发展现状和趋势,还设立以测绘地理信息装备技术、倾斜摄影测量技术、测绘“一带一路”、地理国情监测等热门话题的分论坛,详具总结我国测绘发展成果,解读和展望测绘技术和市场的未来。

  会上,中国科学院院士龚健雅作了题为“全球测图的关键技术”的报告。龚院士从技术的角度谈了谈全球测图技术的进展情况,他同时指出,国内测绘与遥感卫星的发展,奠定了非常重要的基础,而“一带一路”国家战略,将促进中国与世界合作,推进全球测图新进程。

  以下是经过编辑的龚健雅院士的演讲实录。

  龚健雅:今天我要讲的题目是“全球测图的关键技术”,我想从这几个方面来谈一下:一是必要性;二是主要瓶颈;三是目前所做的工作;四是结语。

  第一,我们先看一下全球测图的必要性。

  中国是已经发展中的大国,而且GDP已经到了世界第二。现在我们都想走出去,需要拓展我们的空间,这是从社会可持续发展等多个方面,我们都需要电子信息方面的保障。但是一直以来由于测绘制约,基本上没有海外的信息。大家知道,无论是我们的百度等,当出去的时候什么都没有,我们只能用谷歌。谷歌在中国又被屏蔽了,我们现在要到国外找一个合适的宾馆都没有办法。

  所以我们的信息是非常缺乏的。当然,这是对我们普通老百姓来说,但是对国家应急的事情,包括全球救援、全球运输等,我们都非常被动,缺乏高精尖的技术。而现在习近平主席又提出了新的“一带一路”的战略,这个战略,首先要建立起“一带一路”的基础设施,要建立其整个龙头的发展,但是我们用什么来支撑这个建设?我们对“一带一路”,相信大家都在说,包括国家测绘局,还有一些单位,我们首先优先要启动我们的空间信息来支撑。 所以对全球空间信息的需求是非常迫切的。

  在国际上一些主要的发达国家,实际上他们对空间信息的采集以及处理,都做了很多年了。我们知道,美国应该说全球的数据都非常重要,我们知道主要的1米以上全球数据都有。我们在谷歌上看到,都是0.45米以上正射影像产品,而90米分辨率全球DEM。日本跟美国合作也生产了全球30米分辨率DEM。德国在近几年发布了全球15米分辨率DEM,而中国几乎是过百的。我想这一直是困扰我们国家,我们需不需要?我们有没有能力做?我们存在的问题在哪里?能做到什么程度?我想这是摆在我们面前,作为一个社会大国、社会强国必须要面对和解决的问题。

  我们以前问题最大的,因为做全球只能靠卫星,现在虽然分辨率高了,但精度还是不够,而且我们不能派人到外面去。我想大家都知道,测量是非常敏感的,我们也不可能派大量的人出去,包括投入很大,周期也很长。这个事情,一直是困扰着我们需要做,大家都想去做,但是能不能做,要花多少钱做,我想效率怎么样。所以我们今天把这个问题做一个主要的说明。

  第二,看看开展全球测图的主要瓶颈。

  要开展全球测图的主要瓶颈有哪些?

  一是数据源,我国现有的卫星遥感,应该说光学最近几年发展很快,现在基本上可以来支撑这个事。但是我们国家离遥感还有很大的差距,如果要做,我们只能跟国外的数据来做;

  二是全球测图时空基准。我们都知道在国内做的时候,我们高精的是靠水准,把这个高层基准,有人直接做。如果我们到国外去,我们的高层基准怎么弄?如果是平面基准可以用县里面的,像导航数据,包括GPS、北斗数据直接定位。高层技术怎么弄?

  三是全球测图需要的地面接收站和定位场。虽然我们有很多的卫星,但是这地面接收站和定位场是不够的。

  四是精度全球测图的技术系统。我们生产国内的数字地图产品,能不能完全用于国外的。

  五是产品形式和技术标准是否需要改革。我们中国在全球如果做了6%、7%做了几十年,如果做全球,这是多大一个量?这都需要我们认真思考和解决的问题。

  从上面这些点具体来看。

  一是测绘地理信息数据源,现在一个比较好的消息,今天我后面会讲,就是我们的资源三号卫星和天绘一号为我们奠定了比较好的基础。还有高分一号、高分二号、高分九号这些数据,都应该说对我们全球测图已经提供了一种可能。还有一个,高分计划1:1万立体测图卫星参数与发射计划。当然我们现在的卫星是否可以用来测图?最重要的是我国的InSAR卫星,但是除了国外,我们最主要的是在讨论InSAR的可能性。

  二是全球测图参考基准。如果要大家直接用CGCS2000,这个没有问题。但是如果需要高程基准的,这个时候用什么方法?现在国际上有两个全球通过卫星,一个是美国的,一个是欧洲的。我们中国是直接用这两个,它是通过全球重力卫星做出来的。因为重力卫星的数据是公开的,我们能不能用他重力卫星的数据,自己建立自己一个,像我们CGCS2000一样的动力基准,这是需要研究解决的。

  三是全球测图需要的地面接收站和定标场。我们现在最大的瓶颈,因为不像美国,美国在国际商有几十个定位接收站,我们国只有少量的该接收站,这些接收站需要从国外以后再进入到中国回访,这样耽误时间,影响效率。另外我们很多实时的数据,转一圈大概100分钟。所以我们如果要做全球测图,一定要想办法能够跟国际合作,到外面去建站,或者是跟人家合作建站。但是由于我国限制了外交各方面政治的原因,这个困难也是非常大的。全球布局定标场非常重要,现在国内定标场有哪些?性质又如何?我们又如何到国外进行检验,这也是我们需要面临和解决的问题。

  四是全球测图技术系统与关键技术。目前我们做1:10000、1:50000,主要的是可以用的。但是我想有几个关键技术:

  1.高精度定位技术。

  (1)基于全球地面定标场网络场网,这是我们需要的。我们不需要人出去,能得到高精度满足我们要求的几何位置的产品。这个时候需要一个全球定标场网,这是我们需要解决的。

  (2)基于多星、多时相数据的全球联合平差技术。现在我们得到这些数据,如果不能建立在我们得到的控制点去,不能说我们可以派人出去,我觉得这个太危险了。

  2.数据快速生产技术。

  (1)基于匹配点云的DEM高效高精度生成技术。前面说了几十年的时间,可能现在不需要这么长的时间,但是1:50000的卫星,可能我们目前的技术还需要进一步提高。我们需要通过几十台、几百台,甚至几千台服务器,我们把数据分进去以后,可以获得高质影像

  (2)多层次海量空间数据快速计算技术。有效整合,能够快速计算。

  3.开源矢量数据的快速整合技术。矢量怎么做?现在有一些开源的数据,但是这些开源的数据质量怎么验证?这是一个方面。另外我们的国际合作,能不能建立一种共享的合作模式,让全球更多的一些人来参与,这也是我们需要解决的一个问题。矢量数据应该多丰富

  怎么分类?实际社到产品形式与技术表针。产品形式:数字表面模型、数字高程模型、数字正涉影像、数字矢量地图、地表覆盖;技术标准:是否以1:5万空间数据产品参数未指定新的标准?

  这是需要解决的问题。因为全球测图的问题,现在我们国家开始准备无论怎么样要启动这个事。

  第三,谈谈全球测图关键技术的进展。

  下面我介绍一下我们重点的全球测图关键技术的光学遥感卫星的进展。我们做了一个最主要的工作,就是最近几年对资源三号开始,那时候就定位,要用于无控制的全球测图,要解决它高精度几何定位的问题。

  从误差分析语指标设备、定标与见证、卫星地面数据处理等,这里一整套的技术,我想跟大家做一个汇报。主要是针对于资源三号卫星做的一些工作。

  解决这几个问题:

  1.天地一体化指标设计定量化。就是每一项应该达到什么样的精度,它的稳定度,特别是我们提出了要做接收机,然后各种稳定的相机,整个进行了全质量的控制。大家也都知道,资源三号的数据是非常不错的,也获得了国家科技进步的一等奖。我想当时在整个设计过程中,大家费了很大的精力,这包括:

  (1)相机结构误差分析语设计。

  (2)轨道与姿态误差分析语设备。我们用了轨道误差为线元素误差的方法,做了数据处理,能够使GPS达到5厘米。然后姿态误差为角元素,这个精度我们可以看到,上面GPS几个姿态。而现在资源三号的星敏感器是两个德国的星敏,一个东部的国产星敏。现在看来德国也好,中国也好,基本上能够达到5到10米的精度。

  2.时间同步误差分析与设计。目前来说,我们的同步精度较低。

  3.贯彻条件误差分析与设计。当然大家知道立体条件最好的是45度角,所以我们现在设计了它的角落,是22%多。所以从设计上来说,把这个工作已经提高到,应该说在测绘卫星里面是比较及至的一个参数了。

  高分辨率遥感卫星在轨几何定位模型与方法。如何把这些数据进行统一的解算?这是一个很重要的技术。

  关于几何模型这一块,最重要的我们做了一个比较好的定标的方法,就是在室内怎么解,你定标误差还是比较大的。所以我们建了一个高精度定表场,来消除相机畸变等,以减少误差。我们可以看到这是原始的,这是在垂直一轨道方向,这是相当于轨道方向平行的,它实际上误差都挺大的。就是说它是一个很大的系统性误差,然后通过定标场,该把它拉回来。实际上只有0.25个项目。我们最近又在荥阳有一个更好的,0.2个的定标场。

  第二个问题就是说震颤,由于卫星上天以后说多种影响,还会有震颤的。震颤问题发现以后,如么解决?这次我们数据出来以后,可以通过几个研究机构,我们都已经发现了资源三号震颤的频率,他的振幅是多少。

  现在我们通过一个方法,把震颤进行了一个消除,基本上现有的数据0.6%,最后把它消除了,我们能够到0.1%左右。从0.6%提高到0.2%的效果。

  最后总结一下。

  走出去的国家战略,特别是“一带一路”战略实施迫切需要全球地理空间信息的支撑;资源三号等立体测图卫星以及高精度测图技术的突破口为我国开展境外测图奠定了一定的基础,但是如果要把工程拿下来,还有很多的工作需要做。我们希望在几年内,能完成1:5万的数据模型,还有少量的史料数据。当然要做全球,我想我们又需要时间,但是这个事情作为中国一个大国,必须要去做。

  我就汇报到这里,谢谢大家!