测绘科学技术学科发展现状

测绘科学技术学科发展现状宁津生一、引言人类生活在地球上，其一切活动，无不与测绘信息或者说地理空间信息有关。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。经济社会发展对测绘信息的需求在迅速增长。当今社会已进入信息时代，世界各国都把加速信息化进程视为新型发展战略，导致测绘信息服务的方式和内容在国家信息化的大环境下发生了深刻变化，促进了测绘信息化的发展，推动测绘事业优化升级，继而催生了信息化测绘的新概念。现阶段的测绘科学技术学科的发展现状和趋势，主要是以3S技术为代表的现代测绘技术作支撑，发展地理空间信息的快速获取、自动化处理、一体化管理和网络化服务，以此推进信息化测绘的建设进程。二、信息化测绘体系建设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，全面提高测绘保障能力和服务水平，2008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》。纲要提出信息化测绘体系由现代化的测绘基准体系、基础地理信息资源体系、地理空间信息的实时化获取体系、自动化处理体系和网络化服务体系等五部分组成，并且制订了近期的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、品种丰富的基础地理信息资源体系，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体系，基于丰富地理空间信息产品和共享服务平台的网络化地理空间信息服务体系。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发展的战略任务。作为学科来说，其发展既要瞄准当今学科发展的国际前沿，更重要的还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。三、测绘科学技术现代理论、技术和方法的新进展（一）卫星定位测量1、现代测绘基准建设现代测绘基准（又称地理空间信息基准），是确定地理空间信息的几何形态和时空分布的基础，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一代大地坐标系己进入实用阶段。经国务院批准，我国自2008年7月1日起启用“2000国家大地坐标系（简称CGS2000）”，并规定CGS2000与现行国家大地坐标系的转换、衔接过渡期为8至10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的建立的现代测绘基准则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——物理一体化的测绘基准。我国5.12汶川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控制点摧毁殆尽，已完全不能满足救灾、抢险和灾后家园重建的要求，为此国家测绘局编制了汶川地震灾后重建测绘保障工作实施方案，对灾区及周边地形变进行分析，并采用现代测绘技术，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。此基准包含了24个GPS连续运行基准站和灾区厘米级精度似大地水准面。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）。近年来，后两者的建设均有较大进展。2008年欧盟通过了GALILEO的最终部署方案，标志着为期6年的伽利略计划基础设施建设正式启动。它分两阶段实施，即2008年至2013年为建设阶段，2013年后为正式运行阶段。2008年4月27日发射升空的第二颗在轨验证元素卫星GIOVE-B，目前已开始在轨检测，将继续验证未来GALILEO有效载荷的关键技术。GIOVE之后下一步计划就是2010年发射4颗运行卫星，验证GALILEO太空设备与相关的地面段设备。一旦在轨验证阶段结束，则将发射其余26颗卫星，部署一套具有完全运行能力的由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，中国用长3号甲火箭将北斗系统4号星发射升空，现在卫星转入正常运行。2007年4月14日，我国又再次以长3甲火箭将一颗北斗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的方法。现在比较成熟的方法有虚拟基准点技术（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，后者则是将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则进行最优组合，实现提高目标跟踪精度的目的。4、GPS／重力相结合的高程测量新方法这是GPS逐渐发展比较成熟的测定地面海拔高程（正高或正常高）的一种新技术。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（或大地水准面差距）很容易转换成正常高（或正高），即通常水准测量测出的海拔高程。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的确定方法。由于这种方法可以替代费时、费力、费财的几何水准测量，要求（似）大地水准面数值模型达到同几何水准测量相当的厘米级精度水平，这就要在其确定理论和解算方法上不断改进和完善，用于实际解算的各种观测数据不断丰富。例如目前在我国出现的顾及地球曲率的严密重力归算方法，就是采用曲率连续张量样条算法的格网空间异常内插方法，以及似大地水准面的第二类赫尔默特凝聚算法等。采用这些理论和方法大大提高了（似）大地水准面数值模型的精度。（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和我国民用测绘卫星“资源三号”的正式立项，如今卫星影像测图正在逐步走向实用化，呈现出航天与航空摄影测量并存局面。高分辨率遥感卫星不断出现，成像方式也向多样化方向发展，由单线阵推扫式逐渐发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高了立体测图精度。通过获取大范围同轨或异轨立体影像，引发了地形测量和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，稀少地面控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。高分辨率卫星遥感影像已成为我国西部1:50000地形图测图困难空白区的基础地理信息的重要数据源之一。地面无控制条件下自动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随着传统胶片式航测相机相继停产，航空数码相机已逐渐取代胶片式相机，成为大比例尺地理空间信息获取的主要手段。我国自主研发的SWDC系列航空数码相机结束了国外数码航空相机的垄断局面，已经应用于我国基础航空摄影。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1／10000。2008年我国自主研制成功了。另一个型号TOPDC－4四拼数码航空摄影仪，并应用于我国第二次全国土地调查。与此同时，国外也推出了新型号的UitraCamXP和ADS80等数码相机以及新的大幅面DiMACWiDE、RolleiMetricAICX4，中幅面ApplaniXDSS439和三线阵Wehrli3-DAS-2等相机，其硬件性能进一步提高。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，在中高空获取大区域影像，实践证明，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应能力。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发展，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。目前已有部分大比例尺测图任务由它完成。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、数字摄影测量网格的大规模自动化快速数据处理随着航空数码相机、机载激光雷达等新型传感器的迅猛发展，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，又能大大提高人机协同的效率。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。另外，像素工厂PF、INPHO等国外数字摄影测量平台逐步引入我国，提高了多源航空航天影像的处理能力和正射影像、数宇高程模型等测绘产品的生产效率。DPGrid在5·12汶川特大地震的抗震救灾影像处理中发挥了重要作用，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基础的地图制图系统。其技术手段主要采用全数字摄影测量技术、基于地图数据库或多种地图数字化的数宇地图制图技术和数字印前与电子出版技术。而产品形式主要有数字地图、电子地图和纸介质地图等多样产品，其服务方式是按照用户的不同需求提供多样化的产品服务。例如，除了可提供以上地图产品服务之外，还可提供基于数字地图的各种应用信息系统。2、系列比例尺空间数据库的构建目前在我国已构建了1:50000比例尺空间数据库、各种比例尺的海洋测绘数据库、1:3000000中国及周边地图数据库、1:5000000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1:10000数据库，以及各城市的基础地理信息数据库。这些数据库为数字中国、数字省区、数字城市建设奠定了坚实的基础空间数据框架。此外，还深入研究了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这种技术是在机动车上装配GPS、CCD、INS或航位推算系统等传感器和设备，可以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，如道路中心线、目标地物的坐标、路宽、桥高、交通标志等，与此同时，数据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，就可生成众多的与老百姓衣食住行相关的兴趣点（POI），形成为城市居民服务的新的地理空间信息产品。4、基于网格服务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”，在高速互联网上实现资源共享和协同工作的一种计算环境。代理（Agcnt）是处于某种环境中的一个封装好的计算实体，它能在该环境中灵活、主动地活动，以达到为它设计好的目的。网格和代理的集成能实现真正意义上的跨平台、互操作、资源共享和协同工作。网格地理信息系统对政府跨部