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福建省攝影測(cè)量與遙感技術(shù)學(xué)科發(fā)展報(bào)告
福建省測(cè)繪學(xué)會(huì)
該文敘述了攝影測(cè)量學(xué)學(xué)科的發(fā)展歷程,回顧了作為一門為國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展提供基礎(chǔ)地理信息的應(yīng)用學(xué)科,攝影測(cè)量學(xué)在各個(gè)工程領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用以及發(fā)展方向、應(yīng)用趨勢(shì);介紹了攝影測(cè)量與遙感工程學(xué)科在福建省實(shí)踐取得的成果,針對(duì)攝影測(cè)量與遙感學(xué)科的新技術(shù)新方法,提出了促進(jìn)學(xué)科發(fā)展的對(duì)策和建議。
攝影測(cè)量學(xué) 學(xué)科發(fā)展 基礎(chǔ)地理信息 應(yīng)用趨勢(shì)
攝影測(cè)量與遙感學(xué)作為基于影像的空間信息科學(xué),是地球空間信息學(xué)的核心。地球空間信息學(xué)(Geospatial information,或稱Geomatics)是空間數(shù)據(jù)的采集、量測(cè)、分析、存貯、管理、顯示和應(yīng)用的集成科學(xué)與技術(shù),屬于現(xiàn)代空間信息科學(xué)與技術(shù)范疇。攝影測(cè)量與遙感學(xué)科是一門為國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展提供基礎(chǔ)地理信息的應(yīng)用學(xué)科,隨著這門學(xué)科發(fā)展到數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量以及多傳感器、多分辨率、多光譜、多時(shí)段遙感影像與空間科學(xué)、電子科學(xué)、地球科學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)以及其他邊緣學(xué)科的交叉滲透、相互融合, 攝影測(cè)量與遙感已逐漸發(fā)展成為一門新型的地球空間信息科學(xué)。由于它的科學(xué)性、技術(shù)性、應(yīng)用性、服務(wù)性以及所涉及的廣泛科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域(包括土木工程勘察、國(guó)土資源調(diào)查、自然災(zāi)害與環(huán)境監(jiān)測(cè)及區(qū)域可持續(xù)發(fā)展規(guī)劃等), 其應(yīng)用已深入到經(jīng)濟(jì)建設(shè)、社會(huì)發(fā)展、國(guó)家安全和人民生活等各個(gè)方面。
隨著多種新型傳感器和遙感平臺(tái)的出現(xiàn)與成熟, 遙感數(shù)據(jù)獲取的能力得到了顯著增強(qiáng), 也為遙感數(shù)據(jù)的處理與應(yīng)用帶來了新的機(jī)遇與挑戰(zhàn)。利用多傳感器集成與各種影像、點(diǎn)云等數(shù)據(jù)之間的融合技術(shù), 能夠有效提高遙感數(shù)據(jù)的精度與可靠性, 成為攝影測(cè)量與遙感領(lǐng)域的重要發(fā)展趨勢(shì)。
攝影測(cè)量學(xué)是通過影像研究信息的獲取、處理、提取和成果表達(dá)的一門信息科學(xué)。1988年,ISPRS(國(guó)際攝影測(cè)量與遙感學(xué)會(huì))在日本京都第16屆大會(huì)上,對(duì)攝影測(cè)量與遙感給出的定義是:攝影測(cè)量與遙感是對(duì)非接觸傳感器系統(tǒng)獲得的影像及其數(shù)字表達(dá)進(jìn)行記錄、量測(cè)和解譯,從而獲得自然物體和環(huán)境的可靠信息的一門工藝、科學(xué)和技術(shù)。
攝影測(cè)量學(xué)可以從不同角度進(jìn)行分類。按攝影距離的遠(yuǎn)近分類,可分為航天攝影測(cè)量、航空攝影測(cè)量、地面攝影測(cè)量、近景攝影測(cè)量和顯微攝影測(cè)量;按用途分類,可分為地形攝影測(cè)量和非地形攝影測(cè)量;按處理的技術(shù)手段來分,可分為模擬攝影測(cè)量、解析攝影測(cè)量和數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量。
攝影測(cè)量學(xué)科至今可劃分為三個(gè)發(fā)展階段(見表1),即模擬攝影測(cè)量、解析攝影測(cè)量和數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量。模擬法攝影測(cè)量(時(shí)間:1851年~1970年),其原理是利用光學(xué)/機(jī)械投影方法實(shí)現(xiàn)攝影過程的反轉(zhuǎn),用兩個(gè)或者多個(gè)投影器模擬攝影相機(jī)攝影時(shí)的位置和姿態(tài),構(gòu)成與實(shí)際地形表面成比例的幾何模型,通過對(duì)該模型的量測(cè)得到地形圖和各種專題圖。解析法攝影測(cè)量(時(shí)間:1950年~1980年),其原理是以電子計(jì)算機(jī)為主要手段,通過對(duì)攝影像片的量測(cè)和解析計(jì)算方法的交會(huì)方式,來研究和確定被攝物體的形狀、大小、位置、性質(zhì)及其相互關(guān)系,并提供各種攝影測(cè)量產(chǎn)品。數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量(時(shí)間:1970年至今)是基于攝影測(cè)量的基本原理,通過對(duì)所獲取的數(shù)字或數(shù)字化影像進(jìn)行處理,自動(dòng)或半自動(dòng)提取被攝對(duì)象用數(shù)字方式表達(dá)的幾何和物理信息,從而獲得各種形式的數(shù)字產(chǎn)品和目視化產(chǎn)品。數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量與模擬、解析攝影測(cè)量的最大區(qū)別在于它處理的原始信息不僅可以是像片,更主要的是數(shù)字影像(如SPOT、快鳥、WV2、資源三號(hào)等各類遙感影像)或數(shù)字化影像,它最終是以計(jì)算機(jī)視覺代替人眼的立體觀測(cè),因而它所使用的儀器最終將只是通過計(jì)算機(jī)及其相應(yīng)外部設(shè)備,其產(chǎn)品是數(shù)字形式的,傳統(tǒng)的產(chǎn)品只是該數(shù)字產(chǎn)品的模擬輸出。
表1 攝影測(cè)量三個(gè)發(fā)展階段的特點(diǎn)
“遙感”,就是遙遠(yuǎn)地感知。人類通過大量的實(shí)踐,發(fā)現(xiàn)地球上每一個(gè)物體都在不停地吸收、發(fā)射和反射信息和能量,其中有一種人類已經(jīng)認(rèn)識(shí)到的形式是電磁波,并且發(fā)現(xiàn)不同物體的電磁波特性是不同的。遙感就是根據(jù)這個(gè)原理來探測(cè)地表物體對(duì)電磁波的反射和其發(fā)射的電磁波,從而提取這些物體的信息,完成遠(yuǎn)距離識(shí)別物體的任務(wù)。遙感技術(shù)是指從高空到地面各種對(duì)地球觀測(cè)的綜合性技術(shù)系統(tǒng)總稱。它由遙感平臺(tái)、探測(cè)傳感器以及信息接受、處理與分析應(yīng)用等組成,可周期性地提供監(jiān)測(cè)對(duì)象數(shù)據(jù)和動(dòng)態(tài)情報(bào)。按遙感平臺(tái)分為航空遙感、航天遙感和地面遙感。按光譜分為可見光遙感、紅外遙感和微波遙感。按遙感對(duì)象分為土地遙感、環(huán)境遙感、大氣遙感、海洋遙感、農(nóng)業(yè)遙感、林業(yè)遙感、水利遙感以及地質(zhì)遙感等。
自從第一顆地球資源技術(shù)衛(wèi)星升空以來,遙感技術(shù)有了突飛猛進(jìn)的發(fā)展,成為20世紀(jì)末期發(fā)展最為迅速的科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域之一,在經(jīng)濟(jì)建設(shè)、國(guó)防建設(shè)和社會(huì)發(fā)展的各個(gè)方面,得到越來越廣泛的應(yīng)用。數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量作為攝影測(cè)量發(fā)展的第三個(gè)里程碑,在空間信息處理、特別在遙感信息處理方面有著十分重要的作用,是遙感信息處理的重要手段。數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量的發(fā)展,為攝影測(cè)量與遙感學(xué)科注入了新的活力,使得遙感影像的量測(cè)、識(shí)別、處理、轉(zhuǎn)換、傳輸、管理、存儲(chǔ)與更新更加靈活方便,從而使得攝影測(cè)量與遙感在土木工程、城市規(guī)劃、環(huán)境監(jiān)測(cè)與保護(hù)、地圖測(cè)繪、災(zāi)害評(píng)估、資源探測(cè)與開發(fā)、農(nóng)業(yè)工程、工業(yè)過程控制與機(jī)器人視覺、醫(yī)學(xué)診斷、公安偵破、飛行器導(dǎo)航與定位等各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。1972 年美國(guó)發(fā)射了第一顆對(duì)地觀測(cè)衛(wèi)星Landsat,遙感技術(shù)就被廣泛應(yīng)用于土地利用動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)中,主要用于監(jiān)測(cè)土地利用變化的類型、數(shù)量以及發(fā)生變化的位置。最常用的遙感監(jiān)測(cè)方法可分為逐個(gè)象元對(duì)比法和分類后對(duì)比法兩種。美國(guó)、加拿大等是世界上應(yīng)用遙感技術(shù)較為發(fā)達(dá)的國(guó)家,美國(guó)在1974 年至1977 年期間,實(shí)施包括美國(guó)本土、加拿大、前蘇聯(lián)及其它地區(qū)的大面積農(nóng)作物估產(chǎn)計(jì)劃(LACIE),對(duì)小麥種植面積、產(chǎn)量進(jìn)行估算。1980年至1986 年開展了全球性農(nóng)業(yè)和資源空間遙感調(diào)查計(jì)劃(AGRISTARS)。上世紀(jì)90 年代中期,利用TM 影像按州進(jìn)行土地利用調(diào)查。加拿大在上世紀(jì)90 年代初期,已經(jīng)建立了全國(guó)土地利用動(dòng)態(tài)遙感監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。利用遙感、地理信息系統(tǒng)技術(shù)對(duì)全國(guó)資源狀況進(jìn)行周期性調(diào)查與更新。歐共體國(guó)家自1992 年以來,開展了利用遙感技術(shù)監(jiān)測(cè)耕地、農(nóng)作物變化的大型計(jì)劃,即MARS 計(jì)劃,該計(jì)劃規(guī)定采用抽樣遙感監(jiān)測(cè)方法每?jī)芍芟驓W共體總部提供監(jiān)測(cè)報(bào)告。
從上世紀(jì)70年代后期起,我國(guó)攝影測(cè)量開始從模擬攝影測(cè)量跨越出來,經(jīng)過解析攝影測(cè)量的過渡,很快進(jìn)入數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量發(fā)展階段,從而帶動(dòng)了我國(guó)傳統(tǒng)測(cè)繪技術(shù)體系向數(shù)字化測(cè)繪技術(shù)體系的轉(zhuǎn)變。進(jìn)入21世紀(jì),我國(guó)測(cè)繪事業(yè)發(fā)展步入以數(shù)據(jù)獲取實(shí)時(shí)化、數(shù)據(jù)處理自動(dòng)化、數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)化、信息服務(wù)社會(huì)化為特征的信息化測(cè)繪體系建設(shè)新階段。在此期間,我國(guó)測(cè)繪科技工作者經(jīng)過長(zhǎng)期不懈努力,取得了諸多令國(guó)際同行刮目相看的攝影測(cè)量與遙感科技成果,自主研發(fā)了數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量工作站、數(shù)字航空攝影儀、無人機(jī)低空遙感系統(tǒng)、地理信息系統(tǒng)軟件平臺(tái)等一大批具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的科研成果,不但取得了顯著的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益,而且為我國(guó)測(cè)繪事業(yè)持續(xù)發(fā)展提供了實(shí)力保障。
在數(shù)據(jù)獲取能力方面,經(jīng)過40多年的發(fā)展,我國(guó)攝影測(cè)量與遙感技術(shù)領(lǐng)域取得的成績(jī)令人矚目,全面提升了空間數(shù)據(jù)獲取能力。主要表現(xiàn)在:成功研制了一系列傳感器,發(fā)射了50多顆對(duì)地觀測(cè)衛(wèi)星,包括氣象衛(wèi)星、海洋衛(wèi)星、資源衛(wèi)星、通信衛(wèi)星、導(dǎo)航定位衛(wèi)星、返回式陸地衛(wèi)星、科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星等,組成了風(fēng)云、海洋、資源和環(huán)境減災(zāi)四大民用系列對(duì)地觀測(cè)衛(wèi)星體系,從地球同步軌道和太陽同步軌道上實(shí)現(xiàn)了對(duì)地球的多平臺(tái)、多傳感器觀測(cè),可以獲取地球表面不同分辨率的光學(xué)和雷達(dá)圖像,并將對(duì)地觀測(cè)數(shù)據(jù)應(yīng)用于氣候、大氣成分、水循環(huán)、植被變遷、海洋現(xiàn)象、自然災(zāi)害等地球空間環(huán)境變化的監(jiān)測(cè)。數(shù)據(jù)儲(chǔ)備方面,目前,我國(guó)已經(jīng)積累了總存貯容量超過660TB,覆蓋全國(guó)陸地、海域以及周邊國(guó)家和地區(qū)1500萬平方公里的地球表面數(shù)據(jù)。根據(jù)航攝儀器及傳感器的不同,數(shù)據(jù)種類多樣化,有DMC、UCD、UCX、SWDC、ADS40、ADS80等數(shù)碼航片,還有TM、SPOT、IKONOS、QuickBird 、WorldView、資源三號(hào)等遙感影像。在教育科研方面,隨著攝影測(cè)量與遙感技術(shù)的不斷發(fā)展,我國(guó)組建起了一支多學(xué)科交叉的研究隊(duì)伍,160多家大專院校、科研院所設(shè)置3S(GPS、GIS、RS)相關(guān)專業(yè),產(chǎn)生了一批空間信息企業(yè)。與此同時(shí),我國(guó)在應(yīng)用遙感技術(shù)方面也取得了長(zhǎng)足的發(fā)展。我國(guó)在20世紀(jì)80 年代初期,應(yīng)用分辨率為79 米的MSS 衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)開展了全國(guó)土地概查;80 年代后期,應(yīng)用航空遙感技術(shù)開展了全國(guó)絕大多數(shù)地區(qū)1:1萬土地利用現(xiàn)狀調(diào)查。隨后在部分地區(qū),還應(yīng)用最新航空資料開展了土地變更調(diào)查和較大比例尺如1:5000、1:2000 的更新調(diào)查。由于我國(guó)部分地區(qū)如西北地區(qū)因缺少航空資料,在第一次土地利用現(xiàn)狀調(diào)查時(shí)采用了衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)TM 影像進(jìn)行了1:5萬、1:10萬比例尺的調(diào)查。1996 年,原國(guó)家土地管理局應(yīng)用TM 數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)了全國(guó)17 個(gè)城市的擴(kuò)展趨勢(shì)。當(dāng)年的監(jiān)測(cè)成果為中央11 號(hào)文件的下發(fā)起到了推動(dòng)作用。1997 年和1998年連續(xù)兩年應(yīng)用TM 和少量的SPOT 數(shù)據(jù)開展了全國(guó)100 個(gè)地區(qū)的土地利用分類和土地利用變化遙感監(jiān)測(cè),并與土地變更調(diào)查匯總數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。監(jiān)測(cè)采用的主要技術(shù)路線是對(duì)兩個(gè)時(shí)相的衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行分別處理,將土地利用遙感圖像分類,通過比較提取變化信息。首次實(shí)現(xiàn)了國(guó)家從時(shí)空上直接掌握全國(guó)的土地利用變化情況。
攝影測(cè)量與遙感開辟了人類認(rèn)知地球的嶄新視角,為人類提供了從多維角度和宏觀尺度認(rèn)識(shí)宇宙與世界的新方法、新手段。隨著攝影測(cè)量步入全數(shù)字時(shí)代和遙感進(jìn)入高分辨率、立體觀測(cè)時(shí)代,攝影測(cè)量與遙感技術(shù)應(yīng)用的廣度和深度日益拓展。近30年來,攝影測(cè)量與遙感技術(shù)已在測(cè)繪、農(nóng)業(yè)、林業(yè)、水利、氣象、資源環(huán)境、城市建設(shè)、海洋、防災(zāi)減災(zāi)等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用,在經(jīng)濟(jì)建設(shè)和社會(huì)發(fā)展中發(fā)揮了越來越重要的技術(shù)支撐作用。
攝影測(cè)量與遙感是測(cè)制各種基本比例尺地形圖和建設(shè)基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫的基本手段,它同大地測(cè)量與衛(wèi)星定位、地圖制圖與地理信息系統(tǒng)以及工程測(cè)量等一起,構(gòu)成了整體的測(cè)繪學(xué)科與技術(shù)體系,為我國(guó)測(cè)繪事業(yè)發(fā)展提供了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)支撐。利用攝影測(cè)量與遙感技術(shù),我國(guó)測(cè)繪了各種比例尺地形圖,包括覆蓋全國(guó)陸地面積80%左右的近2萬幅1:5萬比例尺地形圖、覆蓋全國(guó)陸地面積40%左右的16.8萬幅1:1萬比例尺地形圖,以及許多城市1:1000至1:2000比例尺地形圖。20世紀(jì)90年代以來,相繼建立了全國(guó)1:100萬、1:25萬、1:5萬比例尺基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫和一批省級(jí)1:1萬比例尺基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫、市縣級(jí)1:500至1:2000比例尺基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫。包括的數(shù)據(jù)產(chǎn)品有DOM(數(shù)字正射影像)、DEM(數(shù)字高程模型)、DLG(數(shù)字線劃圖)和DRG(數(shù)字柵格圖),還有地名數(shù)據(jù)庫和土地利用數(shù)據(jù)庫等。采用攝影測(cè)量與遙感技術(shù),福建省也已經(jīng)測(cè)制生產(chǎn)了覆蓋全省12.4萬平方公里范圍內(nèi)的4616幅1:1萬比例尺的4D產(chǎn)品,并建立了省級(jí)基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫。近年來,各設(shè)區(qū)市城區(qū)還相繼測(cè)制生產(chǎn)了1:5千比例尺的DOM(數(shù)字正射影像)和DLG(數(shù)字線劃圖)產(chǎn)品2495幅。部分經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)區(qū)域(如福州、廈門、泉州、晉江、石獅等)都生產(chǎn)并建立了1:500至1:2000比例尺的空間數(shù)據(jù)庫,成為構(gòu)建數(shù)字福建和各數(shù)字城市的重要基礎(chǔ)。
我國(guó)國(guó)土遼闊,自然地理?xiàng)l件復(fù)雜,降水在時(shí)空分布上十分不均,因此洪澇災(zāi)害發(fā)生頻繁?!鞍宋濉币詠?,我國(guó)組織多個(gè)部門聯(lián)合攻關(guān),攻克了災(zāi)害信息提取、快速評(píng)估、數(shù)據(jù)庫建立和系統(tǒng)集成等關(guān)鍵技術(shù)難題,建立了運(yùn)行系統(tǒng),在重大洪澇災(zāi)害監(jiān)測(cè)中發(fā)揮了重要作用。1998年夏,我國(guó)長(zhǎng)江流域、嫩江、松花江流域發(fā)生特大洪澇災(zāi)害,抗洪救災(zāi)期間,科技人員采用多光譜尤其是具有云層穿透能力的微波雷達(dá)成像技術(shù),通過6顆衛(wèi)星,對(duì)災(zāi)區(qū)進(jìn)行全方位遙感監(jiān)測(cè),共處理全國(guó)范圍的氣象衛(wèi)星數(shù)據(jù)近百個(gè)時(shí)相,接收加拿大、日本、美國(guó)等國(guó)家及歐洲空間局的遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)12次,對(duì)各災(zāi)區(qū)進(jìn)行了5~7次覆蓋,總面積達(dá)765萬平方公里。同時(shí)利用國(guó)家863計(jì)劃?rùn)C(jī)載雷達(dá)系統(tǒng)、國(guó)家測(cè)繪地理信息局航測(cè)遙感系統(tǒng),飛行20多架次,獲取數(shù)十萬平方公里災(zāi)區(qū)實(shí)況圖像,形成遙感監(jiān)測(cè)圖像100多幅、災(zāi)情分析報(bào)告近100篇,迅速送往國(guó)家和受災(zāi)各省有關(guān)部門,有力支援了抗洪救災(zāi)工作。這些珍貴的遙感圖像,也為災(zāi)后重建規(guī)劃和以后的水利規(guī)劃與防洪工程建設(shè)提供了服務(wù)。
衛(wèi)星遙感技術(shù)在及時(shí)獲得大范圍火災(zāi)活動(dòng)情況方面,也具有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)。中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院自“八五”以來,承擔(dān)并完成了一系列林火防治方面的研究,如西南林區(qū)火災(zāi)監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)、森林大火災(zāi)情快速評(píng)估系統(tǒng)、國(guó)家森林火險(xiǎn)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)系統(tǒng)、中國(guó)熱帶林火衛(wèi)星遙感監(jiān)測(cè)與管理系統(tǒng)等。通過綜合運(yùn)用衛(wèi)星遙感、地理信息系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與數(shù)據(jù)庫等技術(shù),對(duì)國(guó)家級(jí)和區(qū)域級(jí)的林火監(jiān)測(cè)和管理進(jìn)行了系統(tǒng)研究,特別是在森林火險(xiǎn)預(yù)報(bào)、林火衛(wèi)星監(jiān)測(cè)、林火信息管理等方面取得了多項(xiàng)科技成果,形成了實(shí)用化的運(yùn)行系統(tǒng),在歷年林火監(jiān)測(cè)中及時(shí)提供了相關(guān)信息,為林火防治與撲救提供了技術(shù)服務(wù)。自1994年始,農(nóng)業(yè)部開始應(yīng)用衛(wèi)星遙感資料,對(duì)內(nèi)蒙古及其毗鄰地區(qū)的草原火災(zāi)進(jìn)行監(jiān)測(cè)試驗(yàn)。經(jīng)過十余年的發(fā)展,目前已形成了以EOS/MODIS衛(wèi)星數(shù)據(jù)為主要數(shù)據(jù)源、以3S技術(shù)為支撐、適用于我國(guó)北方草原地區(qū)的火災(zāi)預(yù)警、監(jiān)測(cè)和災(zāi)情評(píng)估系統(tǒng),并已業(yè)務(wù)化運(yùn)行。草原火災(zāi)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)報(bào)告及實(shí)時(shí)反饋信息表明,衛(wèi)星遙感監(jiān)測(cè)草原火災(zāi)具有實(shí)時(shí)、高效、準(zhǔn)確的特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì),可在衛(wèi)星過境40分鐘內(nèi),判定草原火點(diǎn),確定火點(diǎn)地理位置,測(cè)定明火及過火面積,并預(yù)測(cè)火勢(shì)擴(kuò)展方向,火點(diǎn)監(jiān)測(cè)準(zhǔn)確率達(dá)90%以上,最大限度地降低了草原火災(zāi)造成的損失。
氣象衛(wèi)星在監(jiān)視熱帶天氣系統(tǒng)方面具有十分重要的作用,尤其是臺(tái)風(fēng)監(jiān)測(cè)和預(yù)報(bào)。2004年,超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)“云娜”的強(qiáng)度和移動(dòng)路徑與1997年給我國(guó)造成重大經(jīng)濟(jì)損失的“9711號(hào)”臺(tái)風(fēng)非常相似。借助氣象衛(wèi)星提供的云圖與數(shù)據(jù),中國(guó)氣象局發(fā)布了準(zhǔn)確的臺(tái)風(fēng)登陸警報(bào)。由于采取了應(yīng)急響應(yīng)措施,人員財(cái)產(chǎn)損失明顯降低。從統(tǒng)計(jì)結(jié)果看,2004年,全國(guó)因臺(tái)風(fēng)、暴雨等引發(fā)的死亡、失蹤人數(shù)僅為上世紀(jì)90年代年平均水平的32.6%,直接經(jīng)濟(jì)損失為90年代年平均水平的59.7%。2007年汛期,我國(guó)實(shí)現(xiàn)了風(fēng)云二號(hào)雙星觀測(cè),發(fā)揮靜止氣象衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)時(shí)間密度達(dá)15分鐘的優(yōu)勢(shì),充分展現(xiàn)了臺(tái)風(fēng)發(fā)展的細(xì)節(jié),顯示了其在臺(tái)風(fēng)監(jiān)測(cè)方面的作用。目前科技部和中國(guó)氣象局科技發(fā)展司還聯(lián)合進(jìn)行了我國(guó)登陸臺(tái)風(fēng)災(zāi)害的監(jiān)測(cè)及預(yù)報(bào)技術(shù)研究,該項(xiàng)目開發(fā)了登陸臺(tái)風(fēng)觀測(cè)衛(wèi)星、雷達(dá)等資料同化綜合分析技術(shù),首次采用衛(wèi)星TRMM、TBB、QuikScat等高分辨資料、多普勒雷達(dá)、風(fēng)廓線儀、常規(guī)探測(cè)資料綜合分析登陸臺(tái)風(fēng)結(jié)構(gòu)。
2008年汶川大地震發(fā)生后,災(zāi)區(qū)通信、交通嚴(yán)重受損,衛(wèi)星遙感和航空遙感技術(shù)成為快速獲取災(zāi)情的最佳途徑。國(guó)家測(cè)繪地理信息局在災(zāi)情發(fā)生后立即調(diào)集航攝飛機(jī)趕赴災(zāi)區(qū)一線,實(shí)施航攝。此次航攝采用了三種不同的航空遙感飛行平臺(tái)和傳感器:一種是搭載了數(shù)碼航攝儀的中型通用航空飛機(jī),主要在中高空作業(yè),可以透過云層空隙獲取大區(qū)域影像。一種是超輕型直升機(jī),可乘坐一至兩人,搭載了分辨率優(yōu)于0.2米的航空數(shù)碼相機(jī)以及慣性導(dǎo)航系統(tǒng)和衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng),具有定點(diǎn)起降、近地面航攝、分辨率高等特點(diǎn)。一種是無人機(jī),體積小巧,機(jī)動(dòng)靈活,通過地面遙控快速采集影像,不需要專用跑道起降,受天氣和空域管制的影響較小,主要用于局部監(jiān)測(cè),反映災(zāi)害情況。這些都是我國(guó)開發(fā)的具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的新技術(shù),三者互為補(bǔ)充,各自發(fā)揮所長(zhǎng)。執(zhí)行災(zāi)區(qū)航攝任務(wù)的航空飛機(jī)搭載了由我國(guó)著名遙感專家劉先林院士研制的具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的數(shù)碼航空攝影儀。這臺(tái)數(shù)碼航攝儀技術(shù)含量相當(dāng)高,獲取圖像后即可在前方快速處理,正常情況下拍攝分辨率在0.1米至0.2米之間,最高可達(dá)0.05米,即使陰天也能在云層下攝影。這臺(tái)儀器還配有動(dòng)態(tài)定位裝置,不需要布設(shè)大量的野外基準(zhǔn)站,實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)獲取處理一體化。同時(shí),科技人員還利用光學(xué)和雷達(dá)遙感、航空遙感技術(shù)對(duì)災(zāi)區(qū)進(jìn)行了連續(xù)、動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè),開展了災(zāi)區(qū)房屋倒塌、道路交通等基礎(chǔ)設(shè)施損毀,泥石流、滑坡、堰塞湖等次生災(zāi)害解譯分析工作,研發(fā)了抗震救災(zāi)綜合服務(wù)地理信息平臺(tái),整合了震前、震后遙感影像,災(zāi)區(qū)三維數(shù)字高程模型,居民地、交通、水系等基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù),堰塞湖等地質(zhì)災(zāi)害專題信息,當(dāng)?shù)靥鞖猓约叭丝诘壬鐣?huì)經(jīng)濟(jì)信息,為各級(jí)抗震救災(zāi)指揮部門和救災(zāi)人員提供了及時(shí)準(zhǔn)確的災(zāi)情信息。利用遙感數(shù)據(jù)對(duì)抗震救災(zāi)情況和災(zāi)害影響進(jìn)行綜合評(píng)估,為國(guó)家和地方制定災(zāi)后重建總體規(guī)劃和實(shí)施方案提供了宏觀信息支持。遙感技術(shù)在此次抗震救災(zāi)中發(fā)揮了關(guān)鍵作用,為領(lǐng)導(dǎo)迅速了解災(zāi)情、科學(xué)指揮救災(zāi)及制定災(zāi)后重建規(guī)劃提供了重要依據(jù)。
福建位于我國(guó)東南沿海, 東瀕西太平洋,地勢(shì)總體為西北高,東南低,山脈多沿北東—南西方向延伸,與海岸線大致平行,亦與省內(nèi)主導(dǎo)構(gòu)造線一致。省內(nèi)水系密度大,河流一般較短促,多發(fā)源于西部、中部和北部,河中多峽谷險(xiǎn)灘,水流湍急,地表徑流量大,水力資源豐富。福建屬亞熱帶海洋季風(fēng)氣候,春夏兩季雨水較多,夏秋之交多有臺(tái)風(fēng)、暴雨,山洪、滑坡等地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)。而且在世界上的三大地震帶(環(huán)太平洋地震帶、歐亞地震帶、海嶺地震帶)中,中國(guó)位于環(huán)太平洋地震帶和歐亞地震帶之間,其主要地震區(qū)域有:臺(tái)灣地區(qū)、西南地區(qū)、西北地區(qū)、華北地區(qū)、東南沿海地區(qū)的23條地震帶,福建就位于東南沿海的地震帶上。而且受臺(tái)風(fēng)影響,突發(fā)性暴雨、雷雨、冰雹等強(qiáng)對(duì)流天氣,是我省春、夏季多發(fā)的嚴(yán)重災(zāi)害性天氣。因此,福建省各種自然災(zāi)害的預(yù)警和監(jiān)測(cè)就顯得尤為重要。常規(guī)氣象、地震等觀測(cè)資料的分析和監(jiān)測(cè)十分困難。而高時(shí)間密度、高空間分辨率的衛(wèi)星云圖和利用連續(xù)觀測(cè)云圖制作的云圖動(dòng)畫以及數(shù)字衛(wèi)星產(chǎn)品,可有效監(jiān)視中尺度對(duì)流系統(tǒng)以及海洋風(fēng)暴潮等的發(fā)生、發(fā)展、演變和移動(dòng)過程,從而為分析和監(jiān)測(cè)強(qiáng)對(duì)流天氣、風(fēng)暴潮等提供重要信息?;谝陨系臄z影測(cè)量與遙感學(xué)應(yīng)用科技術(shù),近年來,福建省地震部門、氣象部門、海洋漁業(yè)部門、林業(yè)部門相繼與省測(cè)繪地理信息局建立了良好的戰(zhàn)略合作關(guān)系,使得該學(xué)科技術(shù)在全省各地的洪澇災(zāi)害遙感監(jiān)測(cè)、森林和草原火災(zāi)衛(wèi)星遙感監(jiān)測(cè)、各種氣象災(zāi)害監(jiān)測(cè)與預(yù)報(bào)、臺(tái)風(fēng)、暴雨監(jiān)測(cè)和預(yù)報(bào)等方面得到廣泛應(yīng)用。從2009年開始,福建省測(cè)繪地理信息局就利用攝影測(cè)量與遙感技術(shù),與福建省海洋預(yù)報(bào)臺(tái)合作,為省重點(diǎn)項(xiàng)目“福建省海洋災(zāi)害監(jiān)測(cè)及預(yù)警預(yù)報(bào)系統(tǒng)基礎(chǔ)建設(shè)”完成了3個(gè)CORS站加密,14個(gè)驗(yàn)潮站水準(zhǔn)連測(cè)、44220個(gè)海堤測(cè)點(diǎn)、1400千米的海堤四等水準(zhǔn)測(cè)量,以及比例尺為1:10000的44685平方千米正射影像圖、數(shù)字高程模型及21000平方千米數(shù)字地形圖生產(chǎn)任務(wù),為福建省海洋災(zāi)害監(jiān)測(cè)及預(yù)警預(yù)報(bào)系統(tǒng)提供用于準(zhǔn)確進(jìn)行分析、決策的基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)。
2010年6月,受臺(tái)風(fēng)影響,福建出現(xiàn)強(qiáng)降雨天氣,全省各地洪澇災(zāi)害頻發(fā),其中南平市、三明市、龍巖市、古田縣發(fā)生嚴(yán)重的洪澇災(zāi)害,耕地、道路受損,同時(shí)發(fā)生了滑坡、崩塌、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害。為了能快速獲取耕地被淹及滑坡、崩塌、泥石流的地質(zhì)災(zāi)害實(shí)情,福建省測(cè)繪地理信息局受省國(guó)土資源廳委托,利用最新獲取的災(zāi)后衛(wèi)星遙感影像,快速生產(chǎn)正射影像圖,作為災(zāi)情信息的工作底圖,在最短時(shí)間內(nèi)提取災(zāi)害信息(包括分布、面積、范圍及匯總統(tǒng)計(jì))。主要工作內(nèi)容有:(1)訂購災(zāi)區(qū)最新的分辨率為2.5米的SPOT5衛(wèi)星或分辨率為2米的福衛(wèi)-2衛(wèi)星影像。(2)對(duì)衛(wèi)星影像進(jìn)行校正、融合、鑲嵌,制作假彩色數(shù)字衛(wèi)星正射影像圖。(3)利用新購的災(zāi)后影像與國(guó)土廳提供的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)點(diǎn)土地二調(diào)數(shù)據(jù)庫、災(zāi)情發(fā)生前的影像數(shù)據(jù)、現(xiàn)有的災(zāi)情上報(bào)、已有的地質(zhì)災(zāi)害等資料進(jìn)行對(duì)比分析,提取災(zāi)毀耕地和地質(zhì)災(zāi)害信息圖斑,利用行政界線對(duì)災(zāi)害面積進(jìn)行匯總統(tǒng)計(jì)。(4)利用SKYLINE軟件,集成三維地形模型、基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)、災(zāi)情專題數(shù)據(jù)等,直觀形象展示災(zāi)害發(fā)生區(qū)域地形地貌、受災(zāi)面積和統(tǒng)計(jì)報(bào)表等信息。這些快速獲取的信息為省市兩級(jí)政府及時(shí)有效地開展災(zāi)后重建提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和決策依據(jù)。2011年,南平又發(fā)生山體滑坡等地質(zhì)災(zāi)害,這次,福建省測(cè)繪地理信息局配置的無人機(jī)派上了用場(chǎng),獲取了災(zāi)區(qū)30多平方公里的影像數(shù)據(jù)并快速制作成1:1000正射影像資料提供給領(lǐng)導(dǎo)部門作為決策參考。
2012年7月,國(guó)家地理信息應(yīng)急監(jiān)測(cè)車正式裝備福建,該套應(yīng)急監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在遭遇自然災(zāi)害、社會(huì)公共突發(fā)事件時(shí),能夠迅速、準(zhǔn)確地將災(zāi)情信息分為快速獲取、現(xiàn)場(chǎng)處理、數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸、應(yīng)急測(cè)繪成果輸出等四個(gè)階段,有效攝取、處理并科學(xué)反饋各類地理數(shù)據(jù)信息。系統(tǒng)能迅速確定受災(zāi)區(qū)域,制作災(zāi)前影像,設(shè)計(jì)并輸出飛機(jī)航線圖,利用無人機(jī)遙感影像獲取系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)軌跡監(jiān)控并采集數(shù)據(jù),將采集好的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后導(dǎo)入災(zāi)后三維地理信息系統(tǒng)進(jìn)行災(zāi)情分析,并利用車載衛(wèi)星通信系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)將應(yīng)急監(jiān)測(cè)成果發(fā)送到應(yīng)急監(jiān)測(cè)指揮中心,實(shí)現(xiàn)了國(guó)家地理信息全方位、及時(shí)性的整合與共享,并大大提升了信息的真實(shí)性、準(zhǔn)確度。隨著該裝備配備到位,將在推動(dòng)福建省基礎(chǔ)測(cè)繪、地理國(guó)(?。┣楸O(jiān)測(cè)、數(shù)字城市建設(shè)、天地圖建設(shè)、應(yīng)急測(cè)繪服務(wù)等方面發(fā)揮重要作用,為海峽西岸經(jīng)濟(jì)區(qū)建設(shè)提供有力保障,也將進(jìn)一步完善應(yīng)急保障體系,增強(qiáng)福建省各級(jí)政府處置突發(fā)性事件和自然災(zāi)害的能力。
我國(guó)十分重視遙感技術(shù)在國(guó)土資源調(diào)查中的應(yīng)用,在上世紀(jì)80年代初期采用陸地衛(wèi)星MSS數(shù)據(jù)完成了全國(guó)土地面積精確量算。從1984年開始,我國(guó)又將遙感技術(shù)與野外調(diào)繪相結(jié)合,到1996年底,歷時(shí)12年之久,應(yīng)用陸地衛(wèi)星TM數(shù)據(jù)、中巴衛(wèi)星數(shù)據(jù)等,完成了全國(guó)土地利用詳查,查清了我國(guó)土地權(quán)屬、類型、數(shù)量、質(zhì)量、分布及利用狀況,取得了從每一個(gè)地塊到村、鄉(xiāng)、縣、地、省和全國(guó)的土地利用現(xiàn)狀第一手資料,并建立了業(yè)務(wù)運(yùn)行系統(tǒng),具有每年耕地?cái)?shù)據(jù)動(dòng)態(tài)更新和每五年土地利用數(shù)據(jù)全面更新的能力,為科學(xué)決策、編制國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展計(jì)劃、制定有關(guān)政策等提供了重要依據(jù)。2007年7月1日起,利用高分辨率遙感數(shù)據(jù),開展第二次全國(guó)土地調(diào)查。2009年下半年,各地就調(diào)查成果進(jìn)行整理。也就是說調(diào)查工作從啟動(dòng)到全面結(jié)束,只用了不到3年的時(shí)間。這都是遙感影像技術(shù)發(fā)展帶來的效率。全國(guó)土地資源動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)業(yè)務(wù),每年都對(duì)重點(diǎn)城市開展土地變化監(jiān)測(cè)。在對(duì)重點(diǎn)城市進(jìn)行遙感監(jiān)測(cè)中,我國(guó)采用陸地衛(wèi)星MSS、TM、ETM和中巴資源衛(wèi)星等數(shù)據(jù),全面了解了20世紀(jì)70年代至本世紀(jì)初這些城市的擴(kuò)展規(guī)模、用地面積等,并分析了這一擴(kuò)展過程的時(shí)間特點(diǎn)及區(qū)域差異。與此同時(shí),遙感監(jiān)測(cè)還是土地執(zhí)法監(jiān)察的重要手段之一。它與土地執(zhí)法動(dòng)態(tài)巡查相結(jié)合,可以最大限度地做到及早發(fā)現(xiàn)土地違法行為,特別是能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)因執(zhí)法監(jiān)察工作不到位而遺漏以及因交通不便不易通過巡查發(fā)現(xiàn)的土地違法行為。利用1999年度遙感監(jiān)測(cè)成果,我國(guó)首次開展了66個(gè)城市土地執(zhí)法檢查,取得明顯成效。衛(wèi)星遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)為強(qiáng)化土地資源執(zhí)法監(jiān)察,貫徹“預(yù)防為主、防范和查處相結(jié)合”的國(guó)土資源執(zhí)法監(jiān)察新思路提供了有力支撐。
福建省測(cè)繪相關(guān)部門利用攝影測(cè)量與遙感學(xué)科技術(shù),分別從2005年~2007年底和2007年~2009年底,兩次配合土地相關(guān)部門在全省范圍內(nèi)開展土地利用更新調(diào)查工作,建立全省統(tǒng)一數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)和格式的土地利用數(shù)據(jù)庫,編寫土地利用更新調(diào)查的技術(shù)報(bào)告、工作報(bào)告,建立和完善土地利用動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)體系等。為全省各地在進(jìn)行土地利用總體規(guī)劃實(shí)施、建設(shè)用地審批等工作時(shí)提供與實(shí)地相一致的圖件、數(shù)據(jù)資料。2011年5月,根據(jù)國(guó)土資源部、農(nóng)業(yè)部《關(guān)于加強(qiáng)和完善永久基本農(nóng)田劃定有關(guān)工作的通知》精神以及省國(guó)土廳關(guān)于基本農(nóng)田調(diào)整劃定工作部署的要求,省測(cè)繪地理信息局配合有關(guān)部門制定了建甌市基本農(nóng)田劃定工作方案,就是以第二次全國(guó)土地調(diào)查基本農(nóng)田上圖成果和縣鄉(xiāng)土地利用總體規(guī)劃數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ),根據(jù)基本農(nóng)田劃定成果,建立基本農(nóng)田數(shù)據(jù)庫,將基本農(nóng)田保護(hù)圖、表、冊(cè)的內(nèi)容,納入數(shù)據(jù)庫管理,實(shí)現(xiàn)省域內(nèi)數(shù)據(jù)庫聯(lián)網(wǎng)互通。福建省長(zhǎng)汀縣是我國(guó)南方紅壤區(qū)水土流失最嚴(yán)重的縣之一,水土流失歷史長(zhǎng)、面積廣,程度重,危害大。據(jù)1985年衛(wèi)星遙感普查,全縣水土流失面積達(dá)146.2萬畝,占該縣國(guó)土面積的31.5%。嚴(yán)重的水土流失制約了經(jīng)濟(jì)發(fā)展,引起了歷屆省委、省政府的高度重視。2012年2月,為全面貫徹落實(shí)習(xí)近平副主席關(guān)于長(zhǎng)汀水土流失治理經(jīng)驗(yàn)的重要批示精神和省委、省政府推廣“長(zhǎng)汀經(jīng)驗(yàn)”、推進(jìn)水土流失治理工作的部署,福建省測(cè)繪地理信息局主動(dòng)作為、積極服務(wù),印發(fā)了《關(guān)于無償提供省級(jí)基礎(chǔ)測(cè)繪成果的函》,無償向水土流失嚴(yán)重的22個(gè)市縣提供我局所擁有的覆蓋全省的1:1萬、1:5萬、1:25萬比例尺基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫,覆蓋沿海地區(qū)和重點(diǎn)城市的1:5000比例尺數(shù)字地形圖,覆蓋全省的航空影像和2.5米分辨率SPOT5衛(wèi)星遙感影像,以及全省三維地理信息系統(tǒng)等一大批省級(jí)基礎(chǔ)測(cè)繪成果資料。這些地理信息資料可為水土流失綜合防治規(guī)劃、專項(xiàng)治理方案編制、水土保持監(jiān)測(cè)調(diào)查等工作提供重要的決策依據(jù)。同年底,由福建省測(cè)繪地理信息局報(bào)送,福建省基礎(chǔ)地理信息中心落實(shí)的《應(yīng)用地理信息技術(shù),監(jiān)測(cè)管理水土流失》計(jì)策入選福建省直機(jī)關(guān)工委“學(xué)習(xí)長(zhǎng)汀經(jīng)驗(yàn),推進(jìn)生態(tài)省建設(shè)”十佳計(jì)策。
根據(jù)采用DGPS、遙感影像解譯等現(xiàn)代測(cè)繪技術(shù)手段施測(cè)的最新測(cè)繪成果,福建省大陸海岸線總長(zhǎng)3752公里、海島海岸線總長(zhǎng)807公里,居全國(guó)第一,蘊(yùn)含著豐富的海洋漁業(yè)資源。隨著海洋經(jīng)濟(jì)所占國(guó)民經(jīng)濟(jì)總產(chǎn)值比重的提高,海洋近岸水污染越來越嚴(yán)重。傳統(tǒng)的海洋近岸水質(zhì)監(jiān)測(cè)方法,由于空間覆蓋面積小和觀測(cè)頻度低,無法滿足需求,迫切需要利用遙感等高新技術(shù)對(duì)海洋近岸水質(zhì)實(shí)施監(jiān)測(cè)。為此,我省建立了海洋近岸水質(zhì)遙感實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和信息快速報(bào)送系統(tǒng)。該系統(tǒng)可自動(dòng)接收多顆衛(wèi)星數(shù)據(jù),并提供水質(zhì)分類圖像、水溫、懸浮物、赤潮和水體污染狀態(tài)等信息,實(shí)時(shí)上報(bào)給相關(guān)政府部門。數(shù)據(jù)顯示,衛(wèi)星遙感監(jiān)測(cè)方法的費(fèi)用僅為傳統(tǒng)方法的1%,但監(jiān)測(cè)頻率是傳統(tǒng)方法的100倍。由此可見,利用衛(wèi)星遙感對(duì)海洋近岸水質(zhì)進(jìn)行監(jiān)測(cè)既經(jīng)濟(jì)又高效。
地理國(guó)情監(jiān)測(cè)是綜合利用全球衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)(GPS)、航空航天遙感技術(shù)(RS)、地理信息系統(tǒng)技術(shù)(GIS)等現(xiàn)代測(cè)繪技術(shù),綜合各時(shí)期已有測(cè)繪成果檔案,對(duì)地形、水系、交通、地表覆蓋等要素進(jìn)行動(dòng)態(tài)和定量化、空間化的監(jiān)測(cè),并統(tǒng)計(jì)分析其變化量、變化頻率、分布特征、地域差異、變化趨勢(shì)等,形成反映各類資源、環(huán)境、生態(tài)、經(jīng)濟(jì)要素的空間分布及其發(fā)展變化規(guī)律的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、地圖圖形和研究報(bào)告。地理國(guó)情監(jiān)測(cè)通過對(duì)地理國(guó)情進(jìn)行動(dòng)態(tài)的測(cè)繪、統(tǒng)計(jì),為政府、企業(yè)和社會(huì)各方面提供真實(shí)可靠和準(zhǔn)確權(quán)威的地理國(guó)情信息。地理國(guó)情是從地理的角度分析、研究和描述國(guó)情,即以地球表層自然、生物和人文現(xiàn)象的空間變化和它們之間的相互關(guān)系、特征等為基本內(nèi)容,對(duì)構(gòu)成國(guó)家物質(zhì)基礎(chǔ)的各種條件因素做出宏觀性、整體性、綜合性的調(diào)查、分析和描述。例如,對(duì)國(guó)土疆域概況、城市布局和城鎮(zhèn)化擴(kuò)張、孕災(zāi)環(huán)境與災(zāi)害分布等基本狀況的調(diào)查、分析和描述等。地理國(guó)情綜合反映了一個(gè)國(guó)家或區(qū)域人地關(guān)系的協(xié)調(diào)程度,是國(guó)家和地區(qū)科學(xué)發(fā)展、可持續(xù)發(fā)展、和諧發(fā)展的重要決策依據(jù)。地理國(guó)情是重要的基本國(guó)情,是國(guó)土疆域面積、地理區(qū)域劃分、地形地貌特征、道路交通網(wǎng)絡(luò)、江河湖海分布、土地利用與土地覆蓋、城市布局和城鎮(zhèn)化擴(kuò)張、生產(chǎn)力空間布局等自然和人文地理要素的宏觀性、整體性、綜合性體現(xiàn)。開展全國(guó)地理國(guó)情普查,系統(tǒng)掌握權(quán)威、客觀、準(zhǔn)確的地理國(guó)情信息,是制定和實(shí)施國(guó)家發(fā)展戰(zhàn)略與規(guī)劃、優(yōu)化國(guó)土空間開發(fā)格局和各類資源配置的重要依據(jù),是推進(jìn)生態(tài)環(huán)境保護(hù)、建設(shè)資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會(huì)的重要支撐,是做好防災(zāi)減災(zāi)工作和應(yīng)急保障服務(wù)的重要保障,也是相關(guān)行業(yè)開展調(diào)查統(tǒng)計(jì)工作的重要數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。為全面掌握我國(guó)地理國(guó)情現(xiàn)狀,滿足經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和生態(tài)文明建設(shè)的需要,國(guó)務(wù)院決定于2013年至2015年開展第一次全國(guó)地理國(guó)情普查工作。2012年,國(guó)家測(cè)繪地理信息局選取陜西省、浙江省、齊齊哈爾市、四川汶川地震核心災(zāi)區(qū)、撫順市等具有較好基礎(chǔ)的地區(qū)或單位,在國(guó)家、省、市(區(qū)域)三級(jí)開展第一批地理國(guó)情監(jiān)測(cè)試點(diǎn)工作。結(jié)合試點(diǎn)區(qū)域特點(diǎn)、需求情況,確定各試點(diǎn)監(jiān)測(cè)內(nèi)容及分類指標(biāo),研究地理國(guó)情監(jiān)測(cè)信息獲取、統(tǒng)計(jì)、分析的技術(shù)方法和工藝流程,探索與各業(yè)務(wù)部門已有成果或與地理國(guó)情相關(guān)專業(yè)信息的銜接和整合,探討地理國(guó)情監(jiān)測(cè)信息獲取、處理、統(tǒng)計(jì)分析、會(huì)商審核、報(bào)批發(fā)布的工作機(jī)制,并形成首批地理國(guó)情監(jiān)測(cè)成果。
2013年3月開始,根據(jù)《國(guó)務(wù)院關(guān)于開展第一次全國(guó)地理國(guó)情普查的通知》(國(guó)發(fā)[2013]9號(hào))文件精神、國(guó)家測(cè)繪地理信息局《關(guān)于下達(dá)2013年地理國(guó)情普查試點(diǎn)生產(chǎn)計(jì)劃的通知》要求(國(guó)測(cè)國(guó)發(fā)[2013]18號(hào))和福建省測(cè)繪地理信息局的安排,福建省作為第二批普查試點(diǎn)省份,選取廈門市作為試點(diǎn)區(qū)域開展國(guó)情普查工作。該項(xiàng)目利用已有的基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)和最新時(shí)相的高分辨率數(shù)字正射影像,結(jié)合收集到的專業(yè)資料,完成了廈門市1565平方公里試點(diǎn)區(qū)域內(nèi)的遙感影像糾正、地理國(guó)情信息普查、遙感影像解譯樣本采集與建庫、地理國(guó)情普查基本統(tǒng)計(jì)、元數(shù)據(jù)制作等工作。通過試點(diǎn),進(jìn)一步修訂、改進(jìn)和完善普查方案,使普查方案更加科學(xué)合理,形成了成熟的普查技術(shù)路線和實(shí)施組織體系,提高了參與人員的業(yè)務(wù)素質(zhì)和能力,積累了項(xiàng)目設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、管理等過程中各方面的經(jīng)驗(yàn),為2013年全省即將全面展開的地理國(guó)情正式普查工作奠定了基礎(chǔ)。
隨著電子技術(shù)特別是CCD技術(shù)的發(fā)展,數(shù)碼相機(jī)分辨率越來越高,達(dá)到幾千萬像素級(jí),計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)技術(shù)也有突飛猛進(jìn)的發(fā)展,為數(shù)字航攝儀的出現(xiàn)提供了技術(shù)保障。航空數(shù)碼相機(jī)出現(xiàn)了以DMC、ADS40、UCD等為代表的量測(cè)型數(shù)字航空攝影儀,中國(guó)測(cè)繪科學(xué)研究院也自主研發(fā)成功了SWDC數(shù)字航空攝影儀。數(shù)碼航攝影像與傳統(tǒng)航攝影像相比有更好的品質(zhì),數(shù)碼航攝相機(jī)的幾何精度和輻射分辨率優(yōu)于傳統(tǒng)膠片相機(jī),因此在細(xì)部層次和陰影部分可以得到更好的表現(xiàn)。數(shù)碼影像可同時(shí)提供更多的產(chǎn)品類型,一次航攝能同時(shí)獲取黑白、真彩、彩紅外等多種類型數(shù)據(jù)。黑白數(shù)據(jù)可直接用于測(cè)圖;真彩色數(shù)據(jù)用于制作正射影像圖和大幅面掛圖,彩紅外數(shù)據(jù)應(yīng)用于遙感解譯。數(shù)碼影像具有較高的數(shù)據(jù)獲取效率,航攝結(jié)束后,無需沖洗、掃描,航攝飛行當(dāng)天就能拿到數(shù)據(jù)產(chǎn)品。通過軟件進(jìn)行飛行質(zhì)量檢查,來決定是否需要及時(shí)補(bǔ)飛。由于數(shù)碼航攝儀的CCD器件的光敏度高于膠片的光敏度,并可采用時(shí)間延遲曝光原理進(jìn)行像移補(bǔ)償(電子FMC),因此在低空高速飛行時(shí)也能獲得清晰的影像。與傳統(tǒng)的航空攝影機(jī)相比,數(shù)碼相機(jī)的最大優(yōu)點(diǎn)是在不增加飛行成本的情況下進(jìn)行大重疊度的影像獲取,便于制作真正射數(shù)字影像圖以及獲取建筑的紋理貼面。傳統(tǒng)膠片式航空攝影機(jī)由于拍攝成本(膠片、沖印)、感光度低(最小曝光時(shí)間受限)等方面的原因,一般只能按60%左右的航向重疊拍攝航空影像。在一些地形起伏較大的區(qū)域如城市地區(qū),地物之間存在嚴(yán)重的遮擋問題,會(huì)產(chǎn)生傾斜的建筑物和一些隱蔽的區(qū)域,因而不可能制作真正射影像。而數(shù)碼航空影像的重疊度大、影像分辨率和輻射分辨率高,可以消除影像遮擋的問題。國(guó)產(chǎn)SWDC數(shù)字航攝儀是由劉先林院士領(lǐng)導(dǎo)研制的自主創(chuàng)新項(xiàng)目,該儀器具有高分辨率、高幾何精度、體積小、重量輕等特點(diǎn),對(duì)天氣條件要求不高,能夠在陰天云下攝影,具有飛行高度低、鏡頭視場(chǎng)角大、基高比大、高程測(cè)量精度高、真彩色、鏡頭可更換等優(yōu)勢(shì),與國(guó)外數(shù)字航攝儀相比,在某些技術(shù)指標(biāo)上有一定的優(yōu)勢(shì)。國(guó)內(nèi)相關(guān)單位已經(jīng)購置了10多套數(shù)碼航空相機(jī),既有如DMC、UCD的面陣相機(jī),也有如ADS40的線陣相機(jī),并在實(shí)際生產(chǎn)中得到應(yīng)用,數(shù)碼航攝在城市大比例尺地理信息數(shù)據(jù)生產(chǎn)上得到廣泛應(yīng)用。
福建省由于土地利用更新調(diào)查的需要,2005年泉州地區(qū)采用新的DMC數(shù)碼航攝相機(jī),拍攝全區(qū)域數(shù)碼影像并制作數(shù)字正射影像圖,2006年漳州龍海采用UCD數(shù)碼航攝相機(jī),拍攝并制作數(shù)字正射影像圖。由于我省測(cè)繪相關(guān)單位較少,而且沒有直接從事航空攝影的作業(yè)單位,測(cè)繪從業(yè)人員也不多,2011年以前沒有單位或公司引進(jìn)新的數(shù)碼航攝相機(jī)。但是福建省又是經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)省份,經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展較快,特別是沿海地區(qū),社會(huì)發(fā)展日新月異,對(duì)測(cè)繪的需求相對(duì)較大?;谶@種情況,2011年,福建省測(cè)繪院購置了DMCⅡ航空數(shù)碼相機(jī),Z/I公司生產(chǎn)的DMC 數(shù)字航攝儀鏡頭系統(tǒng)由8個(gè)鏡頭組成,每個(gè)單獨(dú)鏡頭配有大面陣的CCD 傳感器。相機(jī)底部按正方形頂點(diǎn)位置安放了4個(gè)全色波段鏡頭,飛行時(shí)4鏡頭同時(shí)拍攝,分別獲取影像,4個(gè)影像的位置關(guān)系類似于蝶形,再利用影像上的同名點(diǎn)采用外擴(kuò)法拼合成虛擬焦距為120mm的中心投影影像。多光譜傳感器獲取的影像通過與全色高分辨率影像融合生成真彩或彩紅外影像。到目前為止,該航攝儀已經(jīng)航拍了包括漳州、南平、仙游等多個(gè)區(qū)域多個(gè)架次的影像資料,泉州等地的影像資料目前正在航拍獲取過程中,這些資料用于基礎(chǔ)測(cè)繪數(shù)據(jù)或其他國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展建設(shè)需要的地理信息數(shù)據(jù)的生產(chǎn)。
無人機(jī)低空航攝系統(tǒng)(測(cè)繪無人機(jī)系統(tǒng))體積小巧、機(jī)動(dòng)靈活,受天氣的影響較小,廣泛用于小范圍局部高分辨率遙感影像的快速、實(shí)時(shí)獲取,成為衛(wèi)星遙感、傳統(tǒng)航空攝影的有效補(bǔ)充,有力提高遙感技術(shù)在小范圍、零星區(qū)域獲取水平和能力。其主要應(yīng)用領(lǐng)域有:應(yīng)急測(cè)繪中的高分辨率影像快速獲??;小城鎮(zhèn)、新農(nóng)村測(cè)繪保障中的高分辨率影像快速獲取;石油、公路、水利、鐵路、電力等帶狀地區(qū)選線勘測(cè)中的高分辨率影像快速獲??;困難地區(qū)(雪域高原等高海拔地區(qū))高分辨率影像快速獲?。坏乩硎∏楸O(jiān)測(cè);地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)調(diào)查。
目前,福建省已經(jīng)應(yīng)用該項(xiàng)技術(shù)完成了以下工作:(1)莆田市湄洲灣石門澳海域航拍,面積86 km2,制作成果1:1000正射影像,為石門澳海域征地賠償提供準(zhǔn)確灘涂養(yǎng)殖信息。(2)邵武市和平鎮(zhèn)航拍,面積30 km2,為中國(guó)最美麗古老鄉(xiāng)鎮(zhèn)提供最新的高分辨率影像,并制作1:1000線劃圖成果。(3)南平市夏道鎮(zhèn)航拍,面積33 km2,制作1:1000線劃圖成果。(4)瑯岐島航拍,面積61km2,為瑯岐島的規(guī)劃和建設(shè)提供了最新的高分辨率影像資料,并制作1:2000正射影像成果。(5)廈門市同安區(qū)新民鎮(zhèn)試點(diǎn)航拍,廈門市國(guó)土資源局演示飛行,完成2 km2,并制作1:1000正射影像成果。(6)永定縣縣城航拍,面積25km2,為建設(shè)數(shù)字永定提供最新的高分辨率影像資料,制作1:1000正射影像成果,更新原有航攝成果,并測(cè)定建筑物比高計(jì)算測(cè)區(qū)內(nèi)房屋層數(shù)。(7)與國(guó)土資源廳資環(huán)處合作,在南平市延平區(qū)峽陽鎮(zhèn)蔡源村進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)演練,完成10 km2航拍,制作1:2000正射影像成果。(8)武夷新區(qū)18010 km2航拍,并制作1:1000正射影像成果,用于該地區(qū)拆遷征地補(bǔ)償工作參考用圖。
大數(shù)據(jù)量高分辨率數(shù)碼影像的出現(xiàn)以及高分辨率衛(wèi)星的普及應(yīng)用,對(duì)數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量技術(shù)提出了新的要求。原有數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量系統(tǒng)已經(jīng)無法適應(yīng)新影像數(shù)據(jù)的應(yīng)用,為此國(guó)內(nèi)外都在著手建立新一代數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量數(shù)據(jù)處理平臺(tái),采用高性能刀片式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、磁盤陣列存儲(chǔ)系統(tǒng)等先進(jìn)計(jì)算機(jī)技術(shù),以最新影像匹配理論與實(shí)踐為基礎(chǔ),構(gòu)建新一代數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量數(shù)據(jù)處理平臺(tái),并且都取得了一定的進(jìn)展。新一代影像處理平臺(tái)自動(dòng)處理系統(tǒng)的核心之一是全自動(dòng)影像匹配技術(shù),可通過基于多基線立體攝影測(cè)量理論提高影像匹配的可靠性。多基線立體影像中相鄰影像間的幾何變形很少,這對(duì)影像匹配是非常有利的;多基線立體影像的誤匹配會(huì)減少,匹配的正確率會(huì)大大提高。
國(guó)內(nèi)方面,武漢大學(xué)教授張祖勛院士提出并研制成功數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量網(wǎng)格(DPGrid)新一代數(shù)據(jù)處理平臺(tái),該平臺(tái)具有四大創(chuàng)新點(diǎn):首次提出并實(shí)現(xiàn)了觀測(cè)值獨(dú)立與連續(xù)光滑約束對(duì)立統(tǒng)一的影像匹配系統(tǒng);實(shí)現(xiàn)了基于網(wǎng)絡(luò)與集群計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量的并行處理,極大地提高了數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量作業(yè)的效率;將自動(dòng)化處理與人機(jī)協(xié)同處理完全分開,合理組織,首次提出并建立了人機(jī)協(xié)同的網(wǎng)絡(luò)全無縫測(cè)圖系統(tǒng);提出并實(shí)現(xiàn)了超寬景衛(wèi)星條帶影像測(cè)繪方案,解決了航空數(shù)碼影像增大工作量與測(cè)繪精度降低的難題。DGPrid系統(tǒng)充分應(yīng)用當(dāng)前先進(jìn)的數(shù)字影像匹配、高性能并行計(jì)算、海量存儲(chǔ)與網(wǎng)絡(luò)通訊等技術(shù),實(shí)現(xiàn)了航空航天遙感數(shù)據(jù)的自動(dòng)快速處理和空間信息的快速獲取,能滿足三維空間信息快速采集與更新的需要,可推廣應(yīng)用于國(guó)家基礎(chǔ)測(cè)繪、城市地理信息動(dòng)態(tài)更新、國(guó)土資源調(diào)查、生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)等多個(gè)領(lǐng)域。國(guó)際上出現(xiàn)了以法國(guó)Infoterra公司的像素工廠為代表的新一代數(shù)據(jù)處理平臺(tái)。像素工廠( Pixel Factory ,簡(jiǎn)稱PF) 是當(dāng)今世界一流的遙感影像自動(dòng)化處理系統(tǒng),集自動(dòng)化、并行處理、多種影像兼容性、遠(yuǎn)程管理等特點(diǎn)于一身,代表了當(dāng)前遙感影像數(shù)據(jù)處理技術(shù)的發(fā)展方向,主要用于地形圖測(cè)繪、城市規(guī)劃、城市環(huán)境變化監(jiān)測(cè)等。像素工廠系統(tǒng)非常適用于新一代裝有IMU/ GPS的數(shù)碼傳感器(如ADS40數(shù)碼相機(jī)),這種推掃式傳感器有利于減少處理的數(shù)據(jù)量,IMU/ GPS 可大大減少空中三角測(cè)量所需的地面控制點(diǎn)(GCP)的數(shù)量。像素工廠,是一種能批量生產(chǎn)數(shù)字表面模型(DSM)、正射影像和真正射影像,且由一系列算法、工作流程和硬件設(shè)備組成的復(fù)合最優(yōu)化系統(tǒng)。由于專門的硬件配置(優(yōu)化的網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算機(jī)組、巨大的存量)和與該硬件結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)的算法,進(jìn)行并行計(jì)算,加速生產(chǎn)流程,必將為測(cè)繪各部門提供更好的服務(wù)。國(guó)內(nèi)一些公司和單位引進(jìn)了新一代的數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量數(shù)據(jù)處理平臺(tái)——國(guó)外的像素工廠和國(guó)內(nèi)的數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量網(wǎng)格(DPGrid),取得了良好的效果。福建省測(cè)繪院也已引進(jìn)國(guó)產(chǎn)的PixcelGrid數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量系統(tǒng),用以加強(qiáng)測(cè)繪處理能力及基礎(chǔ)測(cè)繪的生產(chǎn)。
隨著衛(wèi)星遙感技術(shù)的快速發(fā)展,以線陣CCD傳感器獲取遙感影像的衛(wèi)星越來越多,如QuickBird、Ikonos、Formosat-2以及國(guó)內(nèi)的資源衛(wèi)星,相應(yīng)的以線陣構(gòu)像的衛(wèi)星影像正射糾正及對(duì)地定位成為近年研究熱點(diǎn)。大量的研究集中在稀少或無控制點(diǎn)條件下如何進(jìn)行糾正提高影像的平面精度和高程,并且取得良好效果。QuickBird、Ikonos、Formosat-2等數(shù)據(jù)的糾正誤差可以達(dá)到1:10000比例尺的精度要求,SPOT5的糾正誤差也基本接近1:10000比例尺的精度要求,完全可以滿足1:50000的精度要求。近年來,福建省利用稀少或無地面控制的衛(wèi)星影像對(duì)地定位技術(shù)完成了很多區(qū)域的衛(wèi)星影像資料糾正,應(yīng)用于927海島礁測(cè)圖工程等。
機(jī)載激光雷達(dá)(LIDAR)是一種集激光、全球定位系統(tǒng)(GPS)和慣性導(dǎo)航系統(tǒng)(INS)三種技術(shù)于一身的對(duì)地觀測(cè)系統(tǒng)。安裝在飛機(jī)上的機(jī)載激光探測(cè)和測(cè)距系統(tǒng),通過量測(cè)地面物體的三維坐標(biāo),獲取數(shù)據(jù),經(jīng)過相關(guān)軟件數(shù)據(jù)處理后,可以生成高精度的數(shù)字地面模型、等高線圖及正射影像圖。機(jī)載激光雷達(dá)技術(shù)的商業(yè)化應(yīng)用,使航測(cè)制圖(如生成等高線)和地物要素的自動(dòng)提取更加便捷,其地面數(shù)據(jù)通過軟件處理很容易合并到各種數(shù)字圖中。系統(tǒng)通過掃描裝置,沿航線采集地面點(diǎn)三維數(shù)據(jù),通過特定方程解算處理成適當(dāng)?shù)挠跋裰?,生成?shù)據(jù)影像和地面高程模型。系統(tǒng)可自動(dòng)調(diào)節(jié)航帶寬度,使其與航攝寬度精確匹配。系統(tǒng)是為綜合航攝影像和空中數(shù)據(jù)定位而設(shè)計(jì)的,其獨(dú)特性在于能快速為數(shù)字制圖和應(yīng)用提供精確的地面模型數(shù)據(jù)。系統(tǒng)是一種活動(dòng)裝置,由于激光脈沖不易受陰影和太陽角度影響,從而大大提高了數(shù)據(jù)采集的質(zhì)量,其高程數(shù)據(jù)精度不受航高限制,比常規(guī)攝影測(cè)量更具優(yōu)越性。系統(tǒng)應(yīng)用多光束返回采集高程,數(shù)據(jù)密度可達(dá)到常規(guī)攝影測(cè)量的3倍,可提供理想的數(shù)字高程模型,大大提高了正射影像糾正精度。機(jī)載激光雷達(dá)系統(tǒng)與數(shù)字航攝儀、機(jī)載及慣性導(dǎo)航系統(tǒng)相結(jié)合,使用大容量高速計(jì)算機(jī),經(jīng)過專用軟件處理,可在短時(shí)間內(nèi)完成數(shù)字地面模型及數(shù)字正射影像圖的大規(guī)模生產(chǎn),大大提高航測(cè)成圖的作業(yè)生產(chǎn)效率,減少生產(chǎn)環(huán)節(jié),縮短生產(chǎn)周期,提高成圖精度,提供更為豐富的地理信息產(chǎn)品。江蘇省在全國(guó)率先采用機(jī)載激光雷達(dá)進(jìn)行全省沿海灘涂的數(shù)字高程模型測(cè)量,克服了傳統(tǒng)航測(cè)法在生產(chǎn)數(shù)字高程模型方面的不足,取得了良好的效果。
福建省目前已完成全省沿海灘涂機(jī)載激光雷達(dá)數(shù)據(jù)獲取,并且已經(jīng)獲取了羅源灣以南部分1:10000高精度的數(shù)字高程模型和數(shù)字正射影像圖,目前正在進(jìn)行羅源灣以北部分沿海灘涂區(qū)域1:10000高精度的DEM制作生產(chǎn)。2013年9月,福建省測(cè)繪院也購置了一套機(jī)載激光雷達(dá)設(shè)備,該技術(shù)和設(shè)備以后必將在我省進(jìn)行更廣泛的應(yīng)用并產(chǎn)生更大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。
遙感技術(shù)的發(fā)展,特別是大量高分辨率衛(wèi)星遙感影像的出現(xiàn),促進(jìn)了遙感數(shù)據(jù)的廣泛應(yīng)用。遙感數(shù)據(jù)處理的定量化和智能化為土地動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、環(huán)境保護(hù)、資源調(diào)查、土地利用、災(zāi)害監(jiān)測(cè)提供了有效數(shù)據(jù)保障。新的數(shù)據(jù)融合方法、專家系統(tǒng)、面向?qū)ο蟮姆诸愐约盎诟鞣N數(shù)據(jù)模型的高精度糾正有效地集成在商業(yè)遙感軟件中,使數(shù)據(jù)的處理更加方便、快速。
這幾年,遙感數(shù)據(jù)在我省土地利用更新調(diào)查、城市規(guī)劃設(shè)計(jì)、林業(yè)資源普查、礦產(chǎn)資源勘探、地質(zhì)災(zāi)害預(yù)報(bào)以及數(shù)字區(qū)域建設(shè)中都得到很好的應(yīng)用。通過土地利用更新調(diào)查以及城市規(guī)劃任務(wù)的實(shí)施,SPOT52.5米分辨率影像覆蓋了全省,0.61米、1米分辨率的QuickBird、IKONOS覆蓋了大部分市縣,中巴資源衛(wèi)星數(shù)據(jù)也得到有效應(yīng)用。各行各業(yè)對(duì)遙感數(shù)據(jù)的認(rèn)識(shí)不斷加強(qiáng)。目前,福建全省資源三號(hào)衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)糾正也基本結(jié)束,將應(yīng)用于地理國(guó)情監(jiān)測(cè)及1:1萬比例尺地形圖數(shù)據(jù)的更新等,為各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用提供信息服務(wù)。
移動(dòng)測(cè)量技術(shù)是當(dāng)今測(cè)繪界最為前沿的技術(shù)之一,誕生于20世紀(jì)90年代初,集成了全球衛(wèi)星定位、慣性導(dǎo)航、圖像處理、攝影測(cè)量、地理信息及集成控制等技術(shù),通過采集空間信息和實(shí)景影像,由衛(wèi)星及慣性定位確定實(shí)景影像的位置姿態(tài)等測(cè)量參數(shù),實(shí)現(xiàn)了任意影像上的按需測(cè)量。移動(dòng)測(cè)量的多傳感器系統(tǒng)可加載于航天航空飛行器、陸地交通工具、水上交通工具等多種載體上,形成不同的移動(dòng)測(cè)量系統(tǒng),滿足不同的測(cè)量需求。例如,陸基移動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)通過車載平臺(tái)上安裝的GPS、INS、CCD等傳感器協(xié)同運(yùn)行,沿道路采集周圍地物的可量測(cè)實(shí)景影像數(shù)據(jù)。四川、浙江等省份在2012年以前就已經(jīng)配備了全景移動(dòng)測(cè)量車。2013年7月,福建省制圖院為了進(jìn)一步提高地圖服務(wù)質(zhì)量和效率,同時(shí)也為天地圖?福建、測(cè)繪應(yīng)急保障、地理國(guó)情監(jiān)測(cè)及各種GIS等方面應(yīng)用提供高效的信息數(shù)據(jù)支撐和保障,購置了一套武漢立得公司生產(chǎn)的LD—RH型移動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)。該全景激光移動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)將全球定位系統(tǒng)(GPS)、慣性測(cè)量單元(IMU)、立體相機(jī)、全景相機(jī)、激光掃描儀(LIDAR)等集成在車載平臺(tái)上,可實(shí)現(xiàn)沿道路采集空間地理信息數(shù)據(jù),快速地提供精確的多元數(shù)據(jù)流,并在內(nèi)業(yè)環(huán)境中對(duì)采集得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步加工,生成專題成果圖。該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)沿道路的基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)快速更新,與人工測(cè)繪、航測(cè)相結(jié)合,能夠形成點(diǎn)狀、帶狀與面狀空間數(shù)據(jù)測(cè)繪的完整解決方案。
未來數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量主要研究方向應(yīng)該是以航空影像和衛(wèi)星米級(jí)高分辨率影像為數(shù)據(jù)源,擴(kuò)展計(jì)算機(jī)立體相關(guān)理論與算法,發(fā)展立體幾何模型確定和精化的新方法,以及研究困難地區(qū)數(shù)字立體測(cè)圖的新技術(shù);研究近景(地面)攝影測(cè)量中的數(shù)字相機(jī)快速檢校新算法,數(shù)字影像精確匹配問題,以及在工業(yè)生產(chǎn)過程自動(dòng)監(jiān)測(cè)和土木工程建筑物(如橋梁和隧道)形變監(jiān)測(cè)中的問題。遙感技術(shù)及應(yīng)用主要是以多光譜、多分辨率和多時(shí)相衛(wèi)星影像為數(shù)據(jù)源,研究地表變遷及地質(zhì)調(diào)查的遙感新方法;研究地球資源(如土地利用)變化檢測(cè)的有效方法,發(fā)展半自動(dòng)或全自動(dòng)化的遙感監(jiān)測(cè)手段;開發(fā)監(jiān)測(cè)城市環(huán)境污染和自然災(zāi)害(如洪水與森林、農(nóng)作物病蟲害)的實(shí)用遙感系統(tǒng),等等?;诤铣煽讖嚼走_(dá)圖像,開展干涉雷達(dá)(InSAR)等技術(shù)的地表三維重建、大范圍精密地表形變(包括滑坡、城市沉降和地殼形變)探測(cè)和氣象變化監(jiān)測(cè)的研究。
在飛機(jī)上裝載IMU(慣導(dǎo)測(cè)量單元)/DGPS(差分GPS)的POS系統(tǒng)進(jìn)行航攝的技術(shù)目前在國(guó)外已廣泛應(yīng)用,在國(guó)內(nèi)也逐漸推廣起來。它采用先進(jìn)的光纖陀螺系統(tǒng),結(jié)合差分GPS測(cè)量直接測(cè)定航片的外方位元素,實(shí)現(xiàn)定點(diǎn)攝影和無地面控制的高精度對(duì)地直接定位,省去了傳統(tǒng)航空攝影測(cè)量成圖中的外業(yè)地面像片控制工序。根據(jù)已有的試驗(yàn)表明,航攝時(shí)加裝IMU/DGPS系統(tǒng),1:50000及以下比例尺成圖基本無須地面控制和空三加密,1:5000~1:10000成圖只需少量控制點(diǎn)參與解算,大比例尺成圖也可以大大減少野外像片控制工作量。現(xiàn)有的大部分?jǐn)?shù)字?jǐn)z影測(cè)量系統(tǒng)都可以較好地支持帶POS系統(tǒng)的航空攝影。中國(guó)測(cè)繪科學(xué)研究院先后進(jìn)行了多次基于IMU/DGPS技術(shù)的航空攝影飛行,形成了一套完整的技術(shù)流程。為將基于IMU/DGPS的航空攝影測(cè)量技術(shù)在更大范圍內(nèi)推廣應(yīng)用,國(guó)家測(cè)繪地理信息局要求中國(guó)測(cè)繪科學(xué)研究院起草《1:10000、1:50000地形圖IMU/DGPS技術(shù)輔助航空攝影技術(shù)規(guī)定》。該技術(shù)規(guī)定對(duì)應(yīng)用IMU/DGPS技術(shù)進(jìn)行航空攝影的航攝系統(tǒng)、技術(shù)設(shè)計(jì)、航攝飛行、數(shù)據(jù)處理、成果提交等方面提出了具體要求。 目前只有少數(shù)國(guó)家測(cè)繪地理信息局招標(biāo)的航空攝影采用基于IMU/DGPS技術(shù),我省基礎(chǔ)測(cè)繪生產(chǎn)中還沒有采用該技術(shù)方法的實(shí)例,隨著數(shù)碼航攝的普及應(yīng)用,IMU/DGPS技術(shù)的應(yīng)用必將越來越廣。
隨著數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量技術(shù)的發(fā)展以及數(shù)字?jǐn)z影技術(shù)的成熟與進(jìn)展,數(shù)字近景工業(yè)攝影測(cè)量也得到很好發(fā)展和廣泛應(yīng)用。數(shù)字近景工業(yè)攝影測(cè)量技術(shù)是建立在數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量、圖像處理和精度測(cè)量原理基礎(chǔ)上的新型精密測(cè)量技術(shù),其技術(shù)核心包括數(shù)字成像器件模型及標(biāo)定、亞像素圖像處理算法及光學(xué)編碼與精密測(cè)頭技術(shù)等。隨著數(shù)字近景攝影測(cè)量技術(shù)在工業(yè)測(cè)量中的應(yīng)用,工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)精密測(cè)量自動(dòng)化水平大大提高。利用近景攝影測(cè)量進(jìn)行工業(yè)設(shè)備的變形檢測(cè),是目前數(shù)字近景攝影測(cè)量應(yīng)用的一大亮點(diǎn)。目前有許多利用數(shù)碼相機(jī)與實(shí)時(shí)數(shù)字近景攝影測(cè)量技術(shù)相結(jié)合,用于工業(yè)零件檢測(cè)系統(tǒng)。該類系統(tǒng)一般采用序列圖像作為影像數(shù)據(jù)源,序列圖像重建物體三維表面就是根據(jù)二維序列圖像導(dǎo)出物體不同部位的三維信息,然后將這些三維信息融為統(tǒng)一的表面模型。系統(tǒng)一般通過直接線性變換提供的概略初值,由嚴(yán)密的自檢校光束法平差完成高精度平差計(jì)算的基本處理過程獲得待測(cè)目標(biāo)的三維模型,并經(jīng)后續(xù)處理,完成工業(yè)目標(biāo)的自動(dòng)檢測(cè)。目前,福建省還沒有該技術(shù)的應(yīng)用實(shí)例。
由于數(shù)碼航攝數(shù)據(jù)成果的多樣性,以及數(shù)據(jù)處理的靈活性和方便快捷,航空數(shù)碼相機(jī)的優(yōu)勢(shì)越加顯現(xiàn)。國(guó)產(chǎn)自主產(chǎn)權(quán)航空數(shù)碼相機(jī)集成技術(shù)平臺(tái)的研制成功必將擴(kuò)大國(guó)外航空數(shù)碼相機(jī)的技術(shù)交流,打破國(guó)外產(chǎn)品的價(jià)格壟斷,促進(jìn)航空攝影測(cè)量的發(fā)展。近年來隨著低空飛行平臺(tái)技術(shù)的發(fā)展,千萬級(jí)以上像素?cái)?shù)碼相機(jī)的普及和數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量技術(shù)的日趨成熟,通過無線電遙控和GPS導(dǎo)航,為實(shí)現(xiàn)定點(diǎn)定區(qū)域航拍飛行、獲取地面多角度的影像提供了有效技術(shù)手段。低空遙感平臺(tái)是現(xiàn)有航空、航天遙感手段的有效補(bǔ)充,可以實(shí)現(xiàn)低成本、高效益的低空數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量,滿足大比例尺測(cè)圖、工程應(yīng)用以及城市三維建模的需要。也可滿足因天氣條件差或攝區(qū)范圍小無法進(jìn)行常規(guī)航攝的要求。隨著數(shù)碼航空影像的普及,以及越來越多高分辨率遙感衛(wèi)星的出現(xiàn),衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)的采集將呈幾何級(jí)爆炸性增長(zhǎng),海量數(shù)據(jù)的航空影像和遙感影像不斷出現(xiàn),對(duì)適應(yīng)新型傳感器、自動(dòng)化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化的新一代數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量處理平臺(tái)的需求迫在眉睫。國(guó)外的像素工廠及國(guó)內(nèi)的數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量網(wǎng)格系統(tǒng)必將得到普及應(yīng)用,從而實(shí)現(xiàn)大規(guī)模數(shù)據(jù)的自動(dòng)管理與分發(fā),大規(guī)模數(shù)據(jù)的自動(dòng)空三,高精度DSM、DEM與真正射影像的自動(dòng)生成,以及數(shù)據(jù)采集的無縫化操作。
實(shí)景三維地理信息服務(wù)目前仍處于起步階段,隨著數(shù)字城市、智慧城市、物聯(lián)網(wǎng)等新興產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展,實(shí)景三維地圖作為二維地圖的升級(jí)產(chǎn)品,將會(huì)運(yùn)用于更為廣泛的領(lǐng)域,其范圍將涵蓋高端行業(yè)用戶及大眾消費(fèi)者,成為地理信息使用和消費(fèi)的新模式。實(shí)景三維地理信息將朝多源數(shù)據(jù)融合、多視角、多分辨率等方向發(fā)展,數(shù)據(jù)的獲取方式和數(shù)據(jù)類型將越來越多樣化,如通過衛(wèi)星獲取的遙感影像數(shù)據(jù)、專業(yè)測(cè)繪機(jī)構(gòu)生產(chǎn)的地理信息數(shù)據(jù)以及社會(huì)大眾通過手機(jī)、PDA等移動(dòng)終端采集的數(shù)據(jù)等。其數(shù)據(jù)管理軟件可以提供自動(dòng)模糊化、圖像識(shí)別等豐富功能,為用戶提供最佳體驗(yàn)。實(shí)景影像技術(shù)與增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)融合,利用可量測(cè)實(shí)景影像數(shù)據(jù)(DMI)的三維空間特性,在利用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的基礎(chǔ)上疊加各種多媒體信息,比如文字、圖片、視頻乃至虛擬三維模型等,使真實(shí)場(chǎng)景與虛擬信息完美融合,并將其應(yīng)用于實(shí)景三維技術(shù)中,服務(wù)各個(gè)行業(yè),例如標(biāo)繪業(yè)務(wù)(工作人員將文字、圖片或者視頻相關(guān)信息標(biāo)繪在實(shí)際場(chǎng)景中,發(fā)布并展示)、規(guī)劃業(yè)務(wù)(在實(shí)景影像中添加虛擬模型,實(shí)現(xiàn)整體規(guī)劃預(yù)覽效果)等,提高系統(tǒng)的易用性,有效提高工作效率。
隨著城市信息化進(jìn)程的加快和數(shù)字城市建設(shè)的大規(guī)模開展,地理信息服務(wù)在行業(yè)管理和社會(huì)公眾服務(wù)中的作用日益凸顯。3S、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、移動(dòng)測(cè)量、實(shí)景影像等技術(shù)的不斷發(fā)展與完善,不僅能提升整個(gè)GIS領(lǐng)域的應(yīng)用價(jià)值,還將極大提升地理信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展與服務(wù)空間。
[1] 中國(guó)測(cè)繪學(xué)會(huì).中國(guó)測(cè)繪學(xué)科發(fā)展藍(lán)皮書(2009卷)[M]. 北京: 測(cè)繪出版社, 2009.
[2] 陳正超, 張兵, 羅文斐, 等. 北京1 號(hào)小衛(wèi)星遙感器性能在軌測(cè)試[J] . 遙感學(xué)報(bào), 2008(3): 468-476.
[3] 李健, 劉先林, 萬幼川等. SWDC-4 數(shù)碼航空相機(jī)虛擬影像生成[J] . 武漢大學(xué)學(xué)報(bào)(信息科學(xué)版) , 2008(5): 450-453.
[4] 張祖勛. 從數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量工作站(DPW) 到數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量網(wǎng)格(DPGrid) [J] . 武漢大學(xué)學(xué)報(bào)(信息科學(xué)版) , 2007(7): 565-571.
[5] 張祖勛,張劍清.數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量學(xué)[M]. 武漢:武漢大學(xué)出版社,2002.
[6] 袁修孝.GPS輔助空中三角測(cè)量原理及應(yīng)用[M]. 北京:測(cè)繪出版社,2001.
[7] 賴?yán)m(xù)東.機(jī)載激光雷達(dá)基礎(chǔ)原理與應(yīng)用[M]. 北京:電子工業(yè)出版社,2010.
課題組成員:
1.俞旭升,福建省測(cè)繪院,教授級(jí)高工。
2.姜建慧,教授級(jí)高工。
3.林先秀,高工。
4.連鎮(zhèn)華,高工。