国家测绘产品质量检验测试中心主任张继贤,30多年来探索国土遥感测图及变化监测,在西部地形困难区域测图、云雾覆盖区域雷达测图、遥感地理要素变化监测等方面取得多项原创性成果,推动了国家遥感测图工程技术体系的建立。
破解难题,填补西部1∶5万地形图空白区
巍巍昆仑,茫茫戈壁,豪迈壮美的西部风光令人神往。可是,青藏高原的“生命禁区”、塔里木盆地的“死亡之海”,也挡住了测绘人的脚步。
“新中国成立后50多年的时间里,我国西部地区仍有212万平方公里的国土面积没有1∶5万地形图。而1∶5万比例尺的地形图是国家不可或缺的基本图,也是那时覆盖全部国土范围的精度最高的地形图。”张继贤介绍。
2006年,国家西部1∶5万地形图空白区测图工程(西部测图工程)开始实施。时任中国测绘科学研究院院长的张继贤担任总工程师、项目部主任,主要负责西部测图工程的总体设计、技术体系构建和质量控制。
针对西部地形困难区域外业控制测量、大范围高精度立体测图、人员不可达区域外业调绘、外业生产作业人员安全保障四大难题,张继贤带领团队展开了科研攻关,并形成了科学方法、系统装备和标准规范。该团队首次提出了稀少或无控制的大范围遥感影像立体测图方法,外业控制测量工作量减少了90%以上;研发了多源遥感影像分布式协同解译平台,解决了人员不可达区域外业调绘难题;搭建了大规模测绘外业安全生产监管系统,确保西部测图工程“零伤亡”;创建了10项技术标准规范以及国土遥感测图生产与服务作业链,形成西部地形困难区域测图生产与服务新工艺新流程。
5年后,西部测图工程完成,实现了1∶5万地形图对我国全部陆地国土的全面覆盖。这是中国测绘地理信息事业发展史上的重要里程碑,标志着数字中国地理空间框架的初步建成。
拨开“云雾”,打破发达国家SAR测图技术壁垒
在西部测图工程中,除了困难和复杂地形,阻挡测绘人脚步的还有横断山脉和云贵地区的云雾和冰雪。在云雾和冰雪覆盖区,光学遥感技术难以施展,这时就该雷达技术大显身手了。然而,最先进的合成孔径雷达(SAR)技术和装备长期被发达国家控制。为此,张继贤和他的团队联系了十几家相关科研机构和高校进行联合攻关。
首先被攻克的,是雷达测图关键技术。团队提出了全新的SAR影像距离—共面几何模型,以此为基础,通过SAR影像与POS(position and orientation system)数据联合平差,实现了稀少或无控制点条件下大范围机/星载SAR影像的高精度定位。“以往测一幅图最少要一个控制点,现在14~20幅图一个控制点就够了。” 张继贤说。
其次,提出了云雾冰雪覆盖区域SAR测图五大核心技术,并研制了我国首套航空SAR测量装备——机载多波段多极化干涉SAR测图系统(CASMSAR)。系统具备在白天、黑夜、云雾、阴雨等多种天气条件下,从万米高空获取0.5米~5米分辨率的多波段、多极化、干涉、立体SAR数据的能力。其性能达到国际同类先进水平,打破了发达国家对我国的技术壁垒,使我国成为世界上少数具备SAR航空测量能力的国家。
针对我国测图困难区域灾害应急响应对机动灵活、全天时、全天候数据获取的迫切需求,张继贤团队突破微小型全极化SAR系统立体测图与快速信息提取等核心技术,研制出我国首套高分辨率、高精度、宽测绘带的无人机微小型全极化SAR测图系统(miniSAR)。此外,张继贤还主持研发出首套SAR处理解译系统。
基于以上技术和成果,张继贤团队制定了5项行业标准,建立了从SAR数据获取、处理、分发到应用的完整业务链,具备7×24小时应急服务能力,被纳入国家基础测绘体系,已在测绘应急专项、全球地理信息资源建设中得到应用,并在生产、科研、教育、国防等领域得到推广应用。
知识驱动,支撑地理国情信息高精度提取
2013年,第一次全国地理国情普查启动。张继贤担任地理国情监测总体设计负责人、第一次全国地理国情普查统计分析组组长。从那时起,他就开始思考如何将地理国情要素转化成地理国情信息。
多年来,张继贤在地理国情调查监测实践中聚焦遥感地理要素变化监测与分析,提出多源知识驱动的地理要素提取与分析方法,研制了我国首个集群分布式大型遥感数据处理平台(ImageInfo)及其系列软件,为我国国土监测业务的实施和地理国情普查与监测工程的开展提供技术支撑,促进了测绘由数据服务向决策服务转型。
其中,“自动分类—智能提取—实时核查—全程控制”一体化地理国情要素提取方法,实现了大范围、多要素、全覆盖地理国情信息高精度提取。经工程认证,数据准确率和总体可靠性均达99%以上,解决了地理国情信息高精度提取的难题。同时,面向多需求应用的地理国情时空统计分析多级内容指标与方法,首次成功实现了从地理国情数据向信息的转化,解决了从地理空间视角综合反映资源、环境、生态等要素的空间分布及其发展变化规律的难题。
聚焦“两统一”,着眼自然资源要素智能化提取
2016年,张继贤调任国家测绘产品质量检验测试中心主任。对于中心的科研重点,他有着清晰的布局:“围绕‘两统一’职责,中心将构建包括调查监测、不动产登记、国土空间规划等方面的自然资源产品质检技术体系。其中,围绕《自然资源调查监测体系构建总体方案》,我们正在研究自然资源调查监测相应的产品质检技术标准;利用大数据、区块链等新一代信息技术,构建云模式下的质检技术平台;针对自然资源重大工程,构建包括产品和服务的质检体系;整合全国测绘质检系统科研力量,推动全行业协同发展技术创新。”
目前,他和团队的研究重点是构建自然资源要素提取云平台和雷达测图、智能化测绘等。“《自然资源调查监测体系构建总体方案》发布后,我们就在思考如何突破信息提取与验证等技术难题,通过构建一种智能解译和人机协同的模式,实现自然资源要素智能化提取,改变以前的人海战术,提高生产效率。”他说。
对于测绘行业未来的研究热点,张继贤归结为3个关键词:第一个是感知,即全方位信息的立体感知;第二个是智能和自主化,即智能化信息处理手段和自主操控;第三个是知识服务,即如何由时空数据获得时空信息,向获得自然资源知识和服务转化。
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