测绘科学与技术学科发展研究报告20092010(简本)

1、测绘科学与技术学科开展研究报告20212021简本2021年04月03日一、引言人类生活在地球上,其一切活动,无不与测绘信息有关.什么时间,什么地方,发生了什么事情,事发地点及其周围的环境发生什么变化,有什么关联,这些都是人们最为关心的问题.经济社会开展对测绘信息的需求也在迅速增长.当今世界各国都把加速信息化进程视为新型开展战略,因而测绘信息效劳的方式和内容在国家信息化的大环境下发生了深刻变化,由此促进了测绘信息化的开展,推动测绘事业优化升级,充分发挥测绘在国家经济建设和社会开展中的作用,继而催生了信息化测绘的新概念,因此现阶段的测绘科学技术学科的开展现状和趋势,主要是以3s技术为代表的现代测

2、绘技术作支撑,开展地理空间信息的快速获取、自动化处理、一体化治理和网络化效劳,以此推进信息化测绘的建设进程.为了贯彻落实党中央、国务院指示精神,推进测绘信息化进程,全面提升测绘保证水平和效劳水平,2021年国家测绘局委托中国测绘学会组成课题组研究制订?信息化测绘体系建设纲要?以下简称?纲要?.?纲要?提出信息化测绘体系从学科和技术层面上说其近期建设目标是,建成较为完善的全国统一、高精度、动态的现代化测绘基准体系,现势性好、品种丰富的根底地理信息资源体系,基于航空、航天、地面、海上多平台、多传感器的实时化地理空间信息获取体系,基于空间信息网络和集群处理技术的一体化、智能化、自动化地理空间信息处理

3、体系,基于丰富地理空间信息产品和共享效劳平台的网络化地理空间信息效劳体系.信息化测绘体系建设是当前和今后一个时期我国测绘事业开展的战略任务.作为学科来说,其开展既要瞄准当今学科开展的国际前沿,更要适应我国信息化测绘体系建设的实际需求,为信息化测绘体系建设提供现代测绘理论、技术和方法的支撑.二、近年来本学科的主要进展一卫星定位测量1 .现代测绘基准建设现代测绘基准,是确定地理空间信息的几何形态和时空分布的根底,是反映真实世界空间位置的参考基准,它由大地测量坐标系统、高程系统/深度基准、重力系统和时间系统及其相应的参考框架组成.近年来我国现代测绘基准的建设取得了重要进展.基于现代理念和高新技术的新

4、一代大地坐标系已进入实用阶段.经国务院批准,我国自2021年7月1日起启用“20001家大地坐标系简称CGCS2000,并规定CGCS2000与现行国家大地坐标系的转换、衔接过渡期为810年.关于我国的高程基准,除了建立新的一等精密水准网作为高程参考框架外,还可借助厘米级精度似大地水准面形成全国统一的高程基准.因此我国信息化测绘体系所要建立的现代测绘基准那么是在多种现代大地测量技术支撑下的全国统一、高精度、地心、动态的几何一物理一体化的测绘基准.我国“5.12特汶JI大地震将灾区原有维护测绘基准的国家平面与高程系统以及城市坐标系的限制点摧毁殆尽,已完全不能满足救灾、抢险和灾后家园重建的要求,为

5、此国家测绘局编制了汶川地震灾后重建测绘保证工作实施方案,采用现代测绘技术,快速高效地恢复和建立了灾区应急测绘基准体系,为灾情评估、灾后重建规划和建设提供及时、可靠的测绘服务.2 .全球导航卫星系统GNSS的组建当今世界上全球导航卫星系统除美国的GPS和俄罗斯的GLONASS之外,现在正在建设的有欧盟的GALILEO和中国的北斗二代COMPASS.2021年欧盟通过了GALILEO的最终部署方案,标志着为期6年的伽利略方案根底设施建设正式启动.它分两阶段实施,即2021年至2021年为建设阶段,2021年后为正式运行阶段.2021年4月27日发射升空的第二颗在轨验证元素卫星GIOVE-B已开始在

6、轨检测.GIOVE之后下一步方案就是2021年发射4颗运行卫星,验证GALILEO太空与相关地面段的设备.在轨验证阶段结束,那么将发射其余26颗卫星,部署一套具有完全运行水平的由30颗星组成的星座.中国的北斗二代导航系统已开始组建.2007年2月3日,北斗系统4号星发射升空,并正常运行.2007年4月和2021年4月,我国分别将第一颗和第二颗北斗MEO导航卫星送入太空.这标志着我国将开始由区域导航卫星系统向全球导航卫星系统建设的过渡.3 .卫星定位技术的研究热点网络RTK和精密单点定位技术仍是当前主要研究热点.尤其是利用网络RTK技术在大区域内建立连续运行基准站网系统CORS,为用户全天候、全

7、自动、实时地提供不同精度的定位/导航信息.这里主要研究其技术实现方法.现在比拟成熟的方法有虚拟基准站技术VRS、主辅站技术FKP以及数据通信模式等.由于当前出现了多种卫星和多种传感器导航定位系统,因此产生了多模组合导航和多传感器融合导航技术,前者如GPS/GLONASS/GALILEO/BD的组合导航,后者那么是将GNSS同惯性、天文、多普勒、地形、影像等相融合的导航系统.它们都是按某种最优融合准那么进行最优组合,实现提升目标跟踪精度的目的.4 .GPS/重力相结合的高程测量新方法GPS可测出地面一点的大地高,如果能在同一点上获得高程异常或大地水准面差距,那么就可将大地高通过高程异常或大地水准

8、面差距很容易转换成正常高或正高.这里的关键技术就是高精度、高分辨似大地水准面数值模型确实定方法.由于这种方法可以替代繁重的几何水准测量,因此要求似大地水准面数值模型到达同几何水准测量相当的厘米级精度水平.目前在我国出现了一些新的似大地水准面精化理论和解算方法,并且用于实际解算的各种观测数据也要不断丰富.二航空航天测绘1 .高分辨率卫星遥感影像测图随着高分辨率立体测绘卫星数据处理技术突破,如今卫星影像测图正在逐步走向实用化.高分辨率遥感卫星成像方式在向多样化方向开展,由单线阵推扫式逐渐开展到多线阵推扫成像；更加合理的基高比和多像交会方式进一步提升了立体测图精度.通过获取大范围同轨或异轨立体影像,

9、正引起地形测绘技术的变革.高分辨率遥感卫星数据处理技术的进展,主要包括高精度的有理函数模型求解技术,稀少地面限制点的大范围区域网平差技术,基于多基线和多重匹配特征的自动匹配技术等.基于现代摄影测量与遥感科学技术理论,融合计算机和网络技术,研制成功的高分辨率卫星遥感影像数据一体化测图系统PixelGrid已成为我国西部困难空白区1：5万地形图测图的主要测图技术,并广泛用于其他有关测图工程中.地面无限制条件下自由网平差技术还可以使大范围边境区域和境外地形图测绘成为现实.2 .航空数码相机的摄影测量数据获取目前航空数码相机已逐渐取代传统胶片式相机,成为大比例尺地理空间信息获取的主要手段.我国自主研发

10、的SWDC系列航空数码相机已经应用于我国根底航空摄影.该系统基于多台非量测型相机构建,经过严格的相机检校过程,可拼接生成高精度的虚拟影像,其大幅面航空数码相机的高程精度高达1/1000002021年我国自主研制的另一个型号TOPDC斗四拼数码航空摄影仪试验成功,并应用于我国第二次全国土地调查.而在国外又推出了新型号白UitraCamXP和ADS80以及新的大幅面DiMACWiDE、RolleiMetricAICX4、中幅面ApplaniXDSS439和三线阵Wehrli3DAS2等数码相机,其硬件性能进一步提升.在我国“5.12汶川特大地震中,利用中型通用航空飞机搭载ADS40等数码航影仪,在

11、中高空获取大区域影像,实践证实,POS系统支持的高分辨机载三线阵数码航空相机具有很好的快速反响水平.3 .轻小型低空摄影测量平台的实用化作业轻小型低空摄影测量平台分为无人驾驶固定翼型飞机、有人驾驶小型飞机、直升机和无人飞艇等几种.由于其机动灵活、经济便捷等优势得到了迅速开展,并逐步进入实用阶段.低空摄影测量平台能够实现低空数码影像获取,可以满足大比例尺测图、高精度城市三维建模以及各种工程应用的需要.特别是无人机可在超低空进行飞行作业,对天气条件的要求较宽松,且无需专用机场,在“5.12汶川特大地震灾害应急响应的应用中,展现出巨大的潜力.4 .机载激光雷达技术的广泛应用它是通过主动发射激光,接收

12、目标对激光光束的反射及散射回波来测量目标的方位、距离及目标外表特性,能够直接得到高精度的三维坐标信息.与传统航空摄影测量方法相比,机载激光雷达技术可局部地穿透树林遮挡,直接获取地面点的高精度三维坐标数据,且具有外业本钱低、内业处理简单等优点.目前机载激光雷达系统的硬件技术已经比拟成熟,激光测距精度可到达厘米级.而其数据处理软件的开展那么相对滞后,数据处理过程中的诸多算法和模型还不够完善,同时由于获取的点云数据为离散点,缺乏纹理信息,不易进行同名地物匹配和地面限制.现在一般在系统中集成了中小型幅面的数码相机或数码摄像机,将点云数据与影像数据进行融合,能够有效地提升测量精度和可靠性.5 .数字摄影

13、测量网格的大规模自动化快速数据处理为有效解决海量遥感数据处理的瓶颈问题,将计算机网络技术、并行处理技术、高性能计算技术与数字摄影测量技术相结合,开发了新一代航空航天数字摄影测量数据处理平台,即数字摄影测量网格DPGrid.该平台实现了航空航天遥感数据的自动快速处理,建立了人机协同的网络全无缝测图系统,革新了现行摄影测量的生产流程,既能发挥自动化的高效率,又能大大提升人机协同的效率.目前DPGrid已进入实用化阶段,满足了超大范围摄影测量数据快速处理的需要.DPGrid在“5.12汶川特大地震的抗震救灾影像处理中,在110小时内成功制作了4000余幅航空数码影像的DSM与DOM产品,为抗震救灾决

14、策提供了现势资料.三数字化地图制图与地理信息工程1 .地图制图的数字化、信息化与一体化地图制图生产全面完成了由手工模拟方式到计算机、数字化方式的转变,构建了地图制图与出版一体化系统,特别是结合地理信息系统软件和图形软件,形成了以符号图形为根底的地图制图系统,以数字地图产品的生产为最终目标.而这种数字化地图制图的延伸那么是信息化地图制图.它是以地理空间信息存储、治理、处理、效劳的一体化作为一个系统,以提供地理空间信息综合效劳为最终目标.2 .地理空间数据同化与空间数据库的构建地理空间数据同化是指将异构地理空间数据进行整合,为研究区域规律、综合规划治理、应急决策指挥提供统一的、高质量的地理空间信息

15、效劳.多源地理空间数据的不一致主要表现在基准、尺度、时态、语义等的不一致,因此数据同化主要表现为不同数学根底、不同语义、不同尺度和不同时态地理空间数据的同化,另外还有多源非空间数据与空间数据同化(通称为非空间数据的空间化的问题,这是构建空间数据库首先应解决的问题.目前我国已构建了1：5万比例尺空间数据库、各种比例尺的海洋测绘数据库、1：300万中国及周边地图数据库、1：500万世界地图数据库,另外正在建设中的还有大规模数字政府影像数据库和各省、区、直辖市的1：1万数据库以及各城市的根底地理信息数据库.这些数据库为数字中国、数字省区、数字城市等的建设奠定了坚实的根底空间数据框架.此外还深入研究了

16、空间数据库的更新技术,有效地支持了数据库的更新机制,保持了其现势性和可用性.3 .可量测的实景影像产品在机动车上装配GPS、CCD、INS或航位推算系统等传感器和设备,在车辆行驶中快速采集道路及两旁地物的空间位置和属性数据,并同步存储在车载计算机系统中,经事后编辑处理,形成内容丰富的道路空间信息数据库.它包含了街景影像视频及其内外方位元素,将它们与一般二维城市地图集成在一起,生成众多的与老百姓衣食住行相关的兴趣点(POI),形成为城市居民效劳的新的地理空间信息产品.4 .基于网格效劳的地理信息资源共享与协同工作网格(Grid)是利用高速互联网把分布在不同地理位置的计算机组织成一台虚拟超级计算机

17、,是实现信息资源共享和协同工作的一种计算环境.网格地理信息系统(GridGIS)就是利用网格技术将多台地理信息系统效劳器构成一个网格环境,利用网格中间件提供的根底设施实现地理信息效劳器的网风格度、负载均衡和快速地理信息效劳.网格地理信息系统对政府跨部门的综合决策,特别是应急综合决策尤其重要,无论用户在何种效劳终端上都能为政府综合决策提供综合集中的地理空间信息效劳和协同解决问题的功能.在“5.12汶川特大地震中,利用灾区震前根底地理信息和灾后遥感影像,快速开发了抗震救灾综合效劳地理信息平台,对灾区房屋倒塌、道路交通等根底设施损毁以及泥石流、滑坡、堰塞湖等次生灾害进行解释分析.5 .基于乙站式门户

18、的地理空间信息网络自主效劳系统它是一个建立在分布式数据库治理与集成根底上的乙站式地理空间信息效劳平台,面向公众提供空间信息的自主加载、查询下载、维护、统计信息及其他非空间信息的空间化、公众信息处理与分析软件的自动插入与共享等一系列效劳.这个新一代效劳系统是基于网络地图效劳和空间数据库互操作等新技术开发而成,将分布在各地不同机构、不同系统的空间数据库在统一标准和协议下连成一个整体,采用相同的标准和协议,进行互操作,使信息共享从数据交换提升到系统集成的共享.四精密工程与工业测量1 .基于卫星定位的工程限制测量由于卫星定位具有速度快、精度均匀、无需站间通视、对限制网图形要求低等特点,已广泛用于建立各

19、种工程限制网,并且同高精度、高分辨率似大地水准面数据模型相结合,使工程限制网从二维开展到三维一体化建设,彻底改变了传统工程测量中将平面和高程限制网分别布设和多级限制的方法.2 .城市GPS连续运行基准站系统的多用途实用化效劳城市GPS连续运行基准站系统是一个将空间定位技术、现代通信技术、计算机网络技术、测绘新技术等集成,并与测绘学、气象学、水利学、地震学、建筑学等多学科领域相融合的实用化综合效劳系统,可为城市规划、市政建设、交通治理、城市根底测绘、工程测量、气象预报、灾害监测等多种行业提供导航、定位和授时等多种信息效劳,实现一网多用.3 .三维测绘技术的工程应用三维测绘技术就是测量目标的空间三

20、维坐标,确定目标的几何形态、空间位置和姿态,对目标进行三维重建,并在计算机上建立虚拟现实景观模型,真实再现目标.目前有多种三维测量仪器,其中三维激光扫描仪是近年开展起来的新型三维测绘仪器.4 .精密大型复杂工程的施工测量新技术近年来我国完成了许多世界建筑史上具有开创意义的建筑工程.这些工程建筑物造型独特,设计新奇,结构复杂,施工困难.因此针对这些建筑的施工测量必须开展一系列技术开发,创造出相应新方法,攻克大量施工技术难关.如在国家大剧院施工测量中研制了一套复杂曲面计算程序与放样、检核方法；在奥运建筑工程国家体育场鸟巢的施工测量中研制了超大型弯扭钢构件数据采集、三维拼装测量和高空三维定位测量等一

21、整套测量方法；在国家游泳中央水立方施工测量中创造了空间无规那么球形节点快速定位测量方法.这些新的施工测量技术和方法对提升测量质量、满足施工要求、保证施工周期等方面起到突出的保证作用.5 .精密工业测量系统的建立与应用工业测量已成为现代工业生产不可缺少的重要生产环节.工业测量的技术手段和仪器设备主要以电子经纬仪或全站仪、投影仪或显微投影仪、激光扫描仪等为传感器,在电子计算机硬件和软件的支持下形成三维测量系统,按其传感器不同分为以下几类：工业大地测量系统,工业摄影测量系统,激光扫描测量系统,基于莫尔条纹的工业测量系统,基于磁力场的三维量测系统和用于空间抛物体运动轨迹测定的全球定位系统等.工业测量系

22、统归纳起来主要应用于众多工业目标的外形、容积、运动状态测量,现在工业生产流水线上产品的直径、厚度、斑痕、平整度等的快速检测,动态目标的运动轨迹、姿态等的测定.五海洋与航道测绘新技术1 .海洋与航道中的卫星定位测量在海洋测量中目前已根本摒弃了传统白无线电定位手段,大量采用GPS所衍生的各种形式的定位方式,要研究的问题也同陆地卫星导航定位测量相似.其中着手探讨将提升定位精度后的北斗二代卫星定位系统的应用范围扩展到海上.研究的问题有：北斗二代卫星定位系统用于船只姿态测量的可行性.经仿真计算证实,利用北斗多频观测进行船只姿态测量具有很高精度和效率.另外基于GPS测速的根本原理,采用单点定位、无线电信标

23、/差分GPS和RTKGPS等模式,研究运动物体速度测量的方法和精度,为声学多普勒海流剖面仪作业提供准确的位置信息.在航道测量中,GPS定位技术的应用,根本改变了原来传统经纬仪测量的人工操作方式,保证了水上特别是洪水期测量的平安和效率.目前长江航道已全部采用空间定位技术,将GPS与测深仪结合进行水上测量,不仅极大提升了航道测量的生产效率,且成果精度高、质量好.2 .海底地形测量中的水深测量在运动平台上进行水深测量,由于受到测量船与仪器噪声、海况和测深仪参数设置等因素影响,导致异常深度和虚假地形现象,因此对单波速或多波速测深技术的研究,主要集中在提升测量效率和精度以及测深数据的处理.例如走航测线数

24、据跳点的剔除；海洋表层声速对多波速测深的影响；序统计滤波估计检测海洋测深异常数据以及利用趋势面滤波法进行粗差标定等方法.采用这些方法可以消除不同水下地形测量的粗差,较好地保存真实水下地形信息.3 .海洋与航道的遥感遥测技术海洋与航道的遥感遥测技术的研究同陆地航空航天测绘技术相似.这里的研究主要集中在该技术在海洋与航道测绘中的应用.如水域界限的提取、海岸带监测、浅海障碍物探测、声呐图像处理、影像制图以及航道水下地形和水文因子的实时更新、助航标志的动态变化监测等.不同的对象那么有不同的技术方法.例如采用基于IKONOS卫星影像的面向对象的信息提取技术,获取红树林、其他植被和非植被覆盖分类结果；依据合成孔径雷达SAR成像机理分析水下障碍物SAR成像数字物理模型,依此模型设计水下障碍物的通