福建省攝影測量與遙感技術(shù)學科發(fā)展報告

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福建省攝影測量與遙感技術(shù)學科發(fā)展報告

福建省測繪學會

該文敘述了攝影測量學學科的發(fā)展歷程，回顧了作為一門為國民經(jīng)濟和社會發(fā)展提供基礎(chǔ)地理信息的應用學科，攝影測量學在各個工程領(lǐng)域的廣泛應用以及發(fā)展方向、應用趨勢；介紹了攝影測量與遙感工程學科在福建省實踐取得的成果，針對攝影測量與遙感學科的新技術(shù)新方法，提出了促進學科發(fā)展的對策和建議。

攝影測量學 學科發(fā)展 基礎(chǔ)地理信息 應用趨勢

1 概述

攝影測量與遙感學作為基于影像的空間信息科學，是地球空間信息學的核心。地球空間信息學（Geospatial information，或稱Geomatics）是空間數(shù)據(jù)的采集、量測、分析、存貯、管理、顯示和應用的集成科學與技術(shù)，屬于現(xiàn)代空間信息科學與技術(shù)范疇。攝影測量與遙感學科是一門為國民經(jīng)濟和社會發(fā)展提供基礎(chǔ)地理信息的應用學科，隨著這門學科發(fā)展到數(shù)字攝影測量以及多傳感器、多分辨率、多光譜、多時段遙感影像與空間科學、電子科學、地球科學、計算機科學以及其他邊緣學科的交叉滲透、相互融合, 攝影測量與遙感已逐漸發(fā)展成為一門新型的地球空間信息科學。由于它的科學性、技術(shù)性、應用性、服務性以及所涉及的廣泛科學技術(shù)領(lǐng)域（包括土木工程勘察、國土資源調(diào)查、自然災害與環(huán)境監(jiān)測及區(qū)域可持續(xù)發(fā)展規(guī)劃等）, 其應用已深入到經(jīng)濟建設(shè)、社會發(fā)展、國家安全和人民生活等各個方面。

隨著多種新型傳感器和遙感平臺的出現(xiàn)與成熟, 遙感數(shù)據(jù)獲取的能力得到了顯著增強, 也為遙感數(shù)據(jù)的處理與應用帶來了新的機遇與挑戰(zhàn)。利用多傳感器集成與各種影像、點云等數(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, 成為攝影測量與遙感領(lǐng)域的重要發(fā)展趨勢。

2 學科定義和發(fā)展階段

攝影測量學是通過影像研究信息的獲取、處理、提取和成果表達的一門信息科學。1988年，ISPRS（國際攝影測量與遙感學會）在日本京都第16屆大會上，對攝影測量與遙感給出的定義是：攝影測量與遙感是對非接觸傳感器系統(tǒng)獲得的影像及其數(shù)字表達進行記錄、量測和解譯，從而獲得自然物體和環(huán)境的可靠信息的一門工藝、科學和技術(shù)。

攝影測量學可以從不同角度進行分類。按攝影距離的遠近分類，可分為航天攝影測量、航空攝影測量、地面攝影測量、近景攝影測量和顯微攝影測量；按用途分類，可分為地形攝影測量和非地形攝影測量；按處理的技術(shù)手段來分，可分為模擬攝影測量、解析攝影測量和數(shù)字攝影測量。

攝影測量學科至今可劃分為三個發(fā)展階段（見表1），即模擬攝影測量、解析攝影測量和數(shù)字攝影測量。模擬法攝影測量（時間：1851年～1970年），其原理是利用光學/機械投影方法實現(xiàn)攝影過程的反轉(zhuǎn)，用兩個或者多個投影器模擬攝影相機攝影時的位置和姿態(tài)，構(gòu)成與實際地形表面成比例的幾何模型，通過對該模型的量測得到地形圖和各種專題圖。解析法攝影測量（時間：1950年～1980年），其原理是以電子計算機為主要手段，通過對攝影像片的量測和解析計算方法的交會方式，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，并提供各種攝影測量產(chǎn)品。數(shù)字攝影測量（時間：1970年至今）是基于攝影測量的基本原理，通過對所獲取的數(shù)字或數(shù)字化影像進行處理，自動或半自動提取被攝對象用數(shù)字方式表達的幾何和物理信息，從而獲得各種形式的數(shù)字產(chǎn)品和目視化產(chǎn)品。數(shù)字攝影測量與模擬、解析攝影測量的最大區(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、資源三號等各類遙感影像）或數(shù)字化影像，它最終是以計算機視覺代替人眼的立體觀測，因而它所使用的儀器最終將只是通過計算機及其相應外部設(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 攝影測量三個發(fā)展階段的特點

“遙感”，就是遙遠地感知。人類通過大量的實踐，發(fā)現(xiàn)地球上每一個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)認識到的形式是電磁波，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)這個原理來探測地表物體對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，完成遠距離識別物體的任務。遙感技術(shù)是指從高空到地面各種對地球觀測的綜合性技術(shù)系統(tǒng)總稱。它由遙感平臺、探測傳感器以及信息接受、處理與分析應用等組成，可周期性地提供監(jiān)測對象數(shù)據(jù)和動態(tài)情報。按遙感平臺分為航空遙感、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。

3 攝影測量與遙感學科的發(fā)展現(xiàn)狀

自從第一顆地球資源技術(shù)衛(wèi)星升空以來，遙感技術(shù)有了突飛猛進的發(fā)展，成為20世紀末期發(fā)展最為迅速的科學技術(shù)領(lǐng)域之一，在經(jīng)濟建設(shè)、國防建設(shè)和社會發(fā)展的各個方面，得到越來越廣泛的應用。數(shù)字攝影測量作為攝影測量發(fā)展的第三個里程碑，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)字攝影測量的發(fā)展，為攝影測量與遙感學科注入了新的活力，使得遙感影像的量測、識別、處理、轉(zhuǎn)換、傳輸、管理、存儲與更新更加靈活方便，從而使得攝影測量與遙感在土木工程、城市規(guī)劃、環(huán)境監(jiān)測與保護、地圖測繪、災害評估、資源探測與開發(fā)、農(nóng)業(yè)工程、工業(yè)過程控制與機器人視覺、醫(yī)學診斷、公安偵破、飛行器導航與定位等各個領(lǐng)域得到了廣泛的應用。1972 年美國發(fā)射了第一顆對地觀測衛(wèi)星Landsat，遙感技術(shù)就被廣泛應用于土地利用動態(tài)監(jiān)測中，主要用于監(jiān)測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)測方法可分為逐個象元對比法和分類后對比法兩種。美國、加拿大等是世界上應用遙感技術(shù)較為發(fā)達的國家，美國在1974 年至1977 年期間，實施包括美國本土、加拿大、前蘇聯(lián)及其它地區(qū)的大面積農(nóng)作物估產(chǎn)計劃(LACIE)，對小麥種植面積、產(chǎn)量進行估算。1980年至1986 年開展了全球性農(nóng)業(yè)和資源空間遙感調(diào)查計劃(AGRISTARS)。上世紀90 年代中期，利用TM 影像按州進行土地利用調(diào)查。加拿大在上世紀90 年代初期，已經(jīng)建立了全國土地利用動態(tài)遙感監(jiān)測系統(tǒng)。利用遙感、地理信息系統(tǒng)技術(shù)對全國資源狀況進行周期性調(diào)查與更新。歐共體國家自1992 年以來，開展了利用遙感技術(shù)監(jiān)測耕地、農(nóng)作物變化的大型計劃，即MARS 計劃，該計劃規(guī)定采用抽樣遙感監(jiān)測方法每兩周向歐共體總部提供監(jiān)測報告。

從上世紀70年代后期起，我國攝影測量開始從模擬攝影測量跨越出來，經(jīng)過解析攝影測量的過渡，很快進入數(shù)字攝影測量發(fā)展階段，從而帶動了我國傳統(tǒng)測繪技術(shù)體系向數(shù)字化測繪技術(shù)體系的轉(zhuǎn)變。進入21世紀，我國測繪事業(yè)發(fā)展步入以數(shù)據(jù)獲取實時化、數(shù)據(jù)處理自動化、數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡化、信息服務社會化為特征的信息化測繪體系建設(shè)新階段。在此期間，我國測繪科技工作者經(jīng)過長期不懈努力，取得了諸多令國際同行刮目相看的攝影測量與遙感科技成果，自主研發(fā)了數(shù)字攝影測量工作站、數(shù)字航空攝影儀、無人機低空遙感系統(tǒng)、地理信息系統(tǒng)軟件平臺等一大批具有自主知識產(chǎn)權(quán)的科研成果，不但取得了顯著的社會經(jīng)濟效益，而且為我國測繪事業(yè)持續(xù)發(fā)展提供了實力保障。

在數(shù)據(jù)獲取能力方面，經(jīng)過40多年的發(fā)展，我國攝影測量與遙感技術(shù)領(lǐng)域取得的成績令人矚目，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多顆對地觀測衛(wèi)星，包括氣象衛(wèi)星、海洋衛(wèi)星、資源衛(wèi)星、通信衛(wèi)星、導航定位衛(wèi)星、返回式陸地衛(wèi)星、科學實驗衛(wèi)星等，組成了風云、海洋、資源和環(huán)境減災四大民用系列對地觀測衛(wèi)星體系，從地球同步軌道和太陽同步軌道上實現(xiàn)了對地球的多平臺、多傳感器觀測，可以獲取地球表面不同分辨率的光學和雷達圖像，并將對地觀測數(shù)據(jù)應用于氣候、大氣成分、水循環(huán)、植被變遷、海洋現(xiàn)象、自然災害等地球空間環(huán)境變化的監(jiān)測。數(shù)據(jù)儲備方面，目前，我國已經(jīng)積累了總存貯容量超過660TB，覆蓋全國陸地、海域以及周邊國家和地區(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、資源三號等遙感影像。在教育科研方面，隨著攝影測量與遙感技術(shù)的不斷發(fā)展，我國組建起了一支多學科交叉的研究隊伍，160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，我國在應用遙感技術(shù)方面也取得了長足的發(fā)展。我國在20世紀80 年代初期，應用分辨率為79 米的MSS 衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)開展了全國土地概查；80 年代后期，應用航空遙感技術(shù)開展了全國絕大多數(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)查時采用了衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)TM 影像進行了1:5萬、1:10萬比例尺的調(diào)查。1996 年，原國家土地管理局應用TM 數(shù)據(jù)監(jiān)測了全國17 個城市的擴展趨勢。當年的監(jiān)測成果為中央11 號文件的下發(fā)起到了推動作用。1997 年和1998年連續(xù)兩年應用TM 和少量的SPOT 數(shù)據(jù)開展了全國100 個地區(qū)的土地利用分類和土地利用變化遙感監(jiān)測,并與土地變更調(diào)查匯總數(shù)據(jù)進行比較。監(jiān)測采用的主要技術(shù)路線是對兩個時相的衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)進行分別處理，將土地利用遙感圖像分類，通過比較提取變化信息。首次實現(xiàn)了國家從時空上直接掌握全國的土地利用變化情況。

4 學科技術(shù)的應用情況

攝影測量與遙感開辟了人類認知地球的嶄新視角，為人類提供了從多維角度和宏觀尺度認識宇宙與世界的新方法、新手段。隨著攝影測量步入全數(shù)字時代和遙感進入高分辨率、立體觀測時代，攝影測量與遙感技術(shù)應用的廣度和深度日益拓展。近30年來，攝影測量與遙感技術(shù)已在測繪、農(nóng)業(yè)、林業(yè)、水利、氣象、資源環(huán)境、城市建設(shè)、海洋、防災減災等領(lǐng)域得到廣泛應用，在經(jīng)濟建設(shè)和社會發(fā)展中發(fā)揮了越來越重要的技術(shù)支撐作用。

4.1 獲取基礎(chǔ)數(shù)據(jù)及構(gòu)建基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫

攝影測量與遙感是測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，它同大地測量與衛(wèi)星定位、地圖制圖與地理信息系統(tǒng)以及工程測量等一起，構(gòu)成了整體的測繪學科與技術(shù)體系，為我國測繪事業(yè)發(fā)展提供了堅實的技術(shù)支撐。利用攝影測量與遙感技術(shù)，我國測繪了各種比例尺地形圖，包括覆蓋全國陸地面積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90年代以來，相繼建立了全國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1:1萬比例尺基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫、市縣級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。采用攝影測量與遙感技術(shù)，福建省也已經(jīng)測制生產(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)濟發(fā)達區(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)。

4.2 自然災害的預警與監(jiān)測

我國國土遼闊，自然地理條件復雜，降水在時空分布上十分不均，因此洪澇災害發(fā)生頻繁。“八五”以來，我國組織多個部門聯(lián)合攻關(guān)，攻克了災害信息提取、快速評估、數(shù)據(jù)庫建立和系統(tǒng)集成等關(guān)鍵技術(shù)難題，建立了運行系統(tǒng)，在重大洪澇災害監(jiān)測中發(fā)揮了重要作用。1998年夏，我國長江流域、嫩江、松花江流域發(fā)生特大洪澇災害，抗洪救災期間，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成像技術(shù)，通過6顆衛(wèi)星，對災區(qū)進行全方位遙感監(jiān)測，共處理全國范圍的氣象衛(wèi)星數(shù)據(jù)近百個時相，接收加拿大、日本、美國等國家及歐洲空間局的遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)12次，對各災區(qū)進行了5～7次覆蓋，總面積達765萬平方公里。同時利用國家863計劃機載雷達系統(tǒng)、國家測繪地理信息局航測遙感系統(tǒng)，飛行20多架次，獲取數(shù)十萬平方公里災區(qū)實況圖像，形成遙感監(jiān)測圖像100多幅、災情分析報告近100篇，迅速送往國家和受災各省有關(guān)部門，有力支援了抗洪救災工作。這些珍貴的遙感圖像，也為災后重建規(guī)劃和以后的水利規(guī)劃與防洪工程建設(shè)提供了服務。

衛(wèi)星遙感技術(shù)在及時獲得大范圍火災活動情況方面，也具有得天獨厚的優(yōu)勢。中國林業(yè)科學研究院自“八五”以來，承擔并完成了一系列林火防治方面的研究，如西南林區(qū)火災監(jiān)測評價、森林大火災情快速評估系統(tǒng)、國家森林火險預測預報系統(tǒng)、中國熱帶林火衛(wèi)星遙感監(jiān)測與管理系統(tǒng)等。通過綜合運用衛(wèi)星遙感、地理信息系統(tǒng)、計算機網(wǎng)絡與數(shù)據(jù)庫等技術(shù)，對國家級和區(qū)域級的林火監(jiān)測和管理進行了系統(tǒng)研究，特別是在森林火險預報、林火衛(wèi)星監(jiān)測、林火信息管理等方面取得了多項科技成果，形成了實用化的運行系統(tǒng)，在歷年林火監(jiān)測中及時提供了相關(guān)信息，為林火防治與撲救提供了技術(shù)服務。自1994年始，農(nóng)業(yè)部開始應用衛(wèi)星遙感資料，對內(nèi)蒙古及其毗鄰地區(qū)的草原火災進行監(jiān)測試驗。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、適用于我國北方草原地區(qū)的火災預警、監(jiān)測和災情評估系統(tǒng)，并已業(yè)務化運行。草原火災實時監(jiān)測報告及實時反饋信息表明，衛(wèi)星遙感監(jiān)測草原火災具有實時、高效、準確的特點與優(yōu)勢，可在衛(wèi)星過境40分鐘內(nèi)，判定草原火點，確定火點地理位置，測定明火及過火面積，并預測火勢擴展方向，火點監(jiān)測準確率達90%以上，最大限度地降低了草原火災造成的損失。

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，尤其是臺風監(jiān)測和預報。2004年，超強臺風“云娜”的強度和移動路徑與1997年給我國造成重大經(jīng)濟損失的“9711號”臺風非常相似。借助氣象衛(wèi)星提供的云圖與數(shù)據(jù)，中國氣象局發(fā)布了準確的臺風登陸警報。由于采取了應急響應措施，人員財產(chǎn)損失明顯降低。從統(tǒng)計結(jié)果看，2004年，全國因臺風、暴雨等引發(fā)的死亡、失蹤人數(shù)僅為上世紀90年代年平均水平的32.6%，直接經(jīng)濟損失為90年代年平均水平的59.7%。2007年汛期，我國實現(xiàn)了風云二號雙星觀測，發(fā)揮靜止氣象衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)時間密度達15分鐘的優(yōu)勢，充分展現(xiàn)了臺風發(fā)展的細節(jié)，顯示了其在臺風監(jiān)測方面的作用。目前科技部和中國氣象局科技發(fā)展司還聯(lián)合進行了我國登陸臺風災害的監(jiān)測及預報技術(shù)研究，該項目開發(fā)了登陸臺風觀測衛(wèi)星、雷達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、風廓線儀、常規(guī)探測資料綜合分析登陸臺風結(jié)構(gòu)。

2008年汶川大地震發(fā)生后，災區(qū)通信、交通嚴重受損，衛(wèi)星遙感和航空遙感技術(shù)成為快速獲取災情的最佳途徑。國家測繪地理信息局在災情發(fā)生后立即調(diào)集航攝飛機趕赴災區(qū)一線，實施航攝。此次航攝采用了三種不同的航空遙感飛行平臺和傳感器：一種是搭載了數(shù)碼航攝儀的中型通用航空飛機，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，可乘坐一至兩人，搭載了分辨率優(yōu)于0.2米的航空數(shù)碼相機以及慣性導航系統(tǒng)和衛(wèi)星導航系統(tǒng)，具有定點起降、近地面航攝、分辨率高等特點。一種是無人機，體積小巧，機動靈活，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，反映災害情況。這些都是我國開發(fā)的具有自主知識產(chǎn)權(quán)的新技術(shù)，三者互為補充，各自發(fā)揮所長。執(zhí)行災區(qū)航攝任務的航空飛機搭載了由我國著名遙感專家劉先林院士研制的具有自主知識產(chǎn)權(quán)的數(shù)碼航空攝影儀。這臺數(shù)碼航攝儀技術(shù)含量相當高，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0.05米，即使陰天也能在云層下攝影。這臺儀器還配有動態(tài)定位裝置，不需要布設(shè)大量的野外基準站，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)獲取處理一體化。同時，科技人員還利用光學和雷達遙感、航空遙感技術(shù)對災區(qū)進行了連續(xù)、動態(tài)監(jiān)測，開展了災區(qū)房屋倒塌、道路交通等基礎(chǔ)設(shè)施損毀，泥石流、滑坡、堰塞湖等次生災害解譯分析工作，研發(fā)了抗震救災綜合服務地理信息平臺，整合了震前、震后遙感影像，災區(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)災害專題信息，當?shù)靥鞖猓约叭丝诘壬鐣?jīng)濟信息，為各級抗震救災指揮部門和救災人員提供了及時準確的災情信息。利用遙感數(shù)據(jù)對抗震救災情況和災害影響進行綜合評估，為國家和地方制定災后重建總體規(guī)劃和實施方案提供了宏觀信息支持。遙感技術(shù)在此次抗震救災中發(fā)揮了關(guān)鍵作用，為領(lǐng)導迅速了解災情、科學指揮救災及制定災后重建規(guī)劃提供了重要依據(jù)。

福建位于我國東南沿海, 東瀕西太平洋，地勢總體為西北高，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氣候，春夏兩季雨水較多，夏秋之交多有臺風、暴雨，山洪、滑坡等地質(zhì)災害頻發(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。而且受臺風影響，突發(fā)性暴雨、雷雨、冰雹等強對流天氣，是我省春、夏季多發(fā)的嚴重災害性天氣。因此，福建省各種自然災害的預警和監(jiān)測就顯得尤為重要。常規(guī)氣象、地震等觀測資料的分析和監(jiān)測十分困難。而高時間密度、高空間分辨率的衛(wèi)星云圖和利用連續(xù)觀測云圖制作的云圖動畫以及數(shù)字衛(wèi)星產(chǎn)品，可有效監(jiān)視中尺度對流系統(tǒng)以及海洋風暴潮等的發(fā)生、發(fā)展、演變和移動過程，從而為分析和監(jiān)測強對流天氣、風暴潮等提供重要信息。基于以上的攝影測量與遙感學應用科技術(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)部門相繼與省測繪地理信息局建立了良好的戰(zhàn)略合作關(guān)系，使得該學科技術(shù)在全省各地的洪澇災害遙感監(jiān)測、森林和草原火災衛(wèi)星遙感監(jiān)測、各種氣象災害監(jiān)測與預報、臺風、暴雨監(jiān)測和預報等方面得到廣泛應用。從2009年開始，福建省測繪地理信息局就利用攝影測量與遙感技術(shù)，與福建省海洋預報臺合作，為省重點項目“福建省海洋災害監(jiān)測及預警預報系統(tǒng)基礎(chǔ)建設(shè)”完成了3個CORS站加密，14個驗潮站水準連測、44220個海堤測點、1400千米的海堤四等水準測量，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，為福建省海洋災害監(jiān)測及預警預報系統(tǒng)提供用于準確進行分析、決策的基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)。

2010年6月，受臺風影響，福建出現(xiàn)強降雨天氣，全省各地洪澇災害頻發(fā)，其中南平市、三明市、龍巖市、古田縣發(fā)生嚴重的洪澇災害，耕地、道路受損，同時發(fā)生了滑坡、崩塌、泥石流等地質(zhì)災害。為了能快速獲取耕地被淹及滑坡、崩塌、泥石流的地質(zhì)災害實情，福建省測繪地理信息局受省國土資源廳委托，利用最新獲取的災后衛(wèi)星遙感影像，快速生產(chǎn)正射影像圖，作為災情信息的工作底圖，在最短時間內(nèi)提取災害信息（包括分布、面積、范圍及匯總統(tǒng)計）。主要工作內(nèi)容有：（1）訂購災區(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）對衛(wèi)星影像進行校正、融合、鑲嵌，制作假彩色數(shù)字衛(wèi)星正射影像圖。（3）利用新購的災后影像與國土廳提供的標準時點土地二調(diào)數(shù)據(jù)庫、災情發(fā)生前的影像數(shù)據(jù)、現(xiàn)有的災情上報、已有的地質(zhì)災害等資料進行對比分析，提取災毀耕地和地質(zhì)災害信息圖斑，利用行政界線對災害面積進行匯總統(tǒng)計。（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)、災情專題數(shù)據(jù)等，直觀形象展示災害發(fā)生區(qū)域地形地貌、受災面積和統(tǒng)計報表等信息。這些快速獲取的信息為省市兩級政府及時有效地開展災后重建提供了基礎(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)災害，這次，福建省測繪地理信息局配置的無人機派上了用場，獲取了災區(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)導部門作為決策參考。

2012年7月，國家地理信息應急監(jiān)測車正式裝備福建，該套應急監(jiān)測系統(tǒng)在遭遇自然災害、社會公共突發(fā)事件時，能夠迅速、準確地將災情信息分為快速獲取、現(xiàn)場處理、數(shù)據(jù)遠程傳輸、應急測繪成果輸出等四個階段，有效攝取、處理并科學反饋各類地理數(shù)據(jù)信息。系統(tǒng)能迅速確定受災區(qū)域，制作災前影像，設(shè)計并輸出飛機航線圖，利用無人機遙感影像獲取系統(tǒng)進行實時軌跡監(jiān)控并采集數(shù)據(jù)，將采集好的數(shù)據(jù)進行處理后導入災后三維地理信息系統(tǒng)進行災情分析，并利用車載衛(wèi)星通信系統(tǒng)現(xiàn)場將應急監(jiān)測成果發(fā)送到應急監(jiān)測指揮中心，實現(xiàn)了國家地理信息全方位、及時性的整合與共享，并大大提升了信息的真實性、準確度。隨著該裝備配備到位，將在推動福建省基礎(chǔ)測繪、地理國（省）情監(jiān)測、數(shù)字城市建設(shè)、天地圖建設(shè)、應急測繪服務等方面發(fā)揮重要作用，為海峽西岸經(jīng)濟區(qū)建設(shè)提供有力保障，也將進一步完善應急保障體系，增強福建省各級政府處置突發(fā)性事件和自然災害的能力。

4.3 資源環(huán)境監(jiān)測和調(diào)查

我國十分重視遙感技術(shù)在國土資源調(diào)查中的應用，在上世紀80年代初期采用陸地衛(wèi)星MSS數(shù)據(jù)完成了全國土地面積精確量算。從1984年開始，我國又將遙感技術(shù)與野外調(diào)繪相結(jié)合，到1996年底，歷時12年之久，應用陸地衛(wèi)星TM數(shù)據(jù)、中巴衛(wèi)星數(shù)據(jù)等，完成了全國土地利用詳查，查清了我國土地權(quán)屬、類型、數(shù)量、質(zhì)量、分布及利用狀況，取得了從每一個地塊到村、鄉(xiāng)、縣、地、省和全國的土地利用現(xiàn)狀第一手資料，并建立了業(yè)務運行系統(tǒng)，具有每年耕地數(shù)據(jù)動態(tài)更新和每五年土地利用數(shù)據(jù)全面更新的能力，為科學決策、編制國民經(jīng)濟和社會發(fā)展計劃、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)，開展第二次全國土地調(diào)查。2009年下半年，各地就調(diào)查成果進行整理。也就是說調(diào)查工作從啟動到全面結(jié)束，只用了不到3年的時間。這都是遙感影像技術(shù)發(fā)展帶來的效率。全國土地資源動態(tài)監(jiān)測業(yè)務，每年都對重點城市開展土地變化監(jiān)測。在對重點城市進行遙感監(jiān)測中，我國采用陸地衛(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70年代至本世紀初這些城市的擴展規(guī)模、用地面積等，并分析了這一擴展過程的時間特點及區(qū)域差異。與此同時，遙感監(jiān)測還是土地執(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)測成果，我國首次開展了66個城市土地執(zhí)法檢查，取得明顯成效。衛(wèi)星遙感監(jiān)測技術(shù)為強化土地資源執(zhí)法監(jiān)察，貫徹“預防為主、防范和查處相結(jié)合”的國土資源執(zhí)法監(jiān)察新思路提供了有力支撐。

福建省測繪相關(guān)部門利用攝影測量與遙感學科技術(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)標準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)報告、工作報告，建立和完善土地利用動態(tài)監(jiān)測體系等。為全省各地在進行土地利用總體規(guī)劃實施、建設(shè)用地審批等工作時提供與實地相一致的圖件、數(shù)據(jù)資料。2011年5月，根據(jù)國土資源部、農(nóng)業(yè)部《關(guān)于加強和完善永久基本農(nóng)田劃定有關(guān)工作的通知》精神以及省國土廳關(guān)于基本農(nóng)田調(diào)整劃定工作部署的要求，省測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)田保護圖、表、冊的內(nèi)容，納入數(shù)據(jù)庫管理，實現(xiàn)省域內(nèi)數(shù)據(jù)庫聯(lián)網(wǎng)互通。福建省長汀縣是我國南方紅壤區(qū)水土流失最嚴重的縣之一，水土流失歷史長、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146.2萬畝，占該縣國土面積的31.5%。嚴重的水土流失制約了經(jīng)濟發(fā)展，引起了歷屆省委、省政府的高度重視。2012年2月，為全面貫徹落實習近平副主席關(guān)于長汀水土流失治理經(jīng)驗的重要批示精神和省委、省政府推廣“長汀經(jīng)驗”、推進水土流失治理工作的部署，福建省測繪地理信息局主動作為、積極服務，印發(fā)了《關(guān)于無償提供省級基礎(chǔ)測繪成果的函》，無償向水土流失嚴重的22個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)等一大批省級基礎(chǔ)測繪成果資料。這些地理信息資料可為水土流失綜合防治規(guī)劃、專項治理方案編制、水土保持監(jiān)測調(diào)查等工作提供重要的決策依據(jù)。同年底，由福建省測繪地理信息局報送，福建省基礎(chǔ)地理信息中心落實的《應用地理信息技術(shù)，監(jiān)測管理水土流失》計策入選福建省直機關(guān)工委“學習長汀經(jīng)驗，推進生態(tài)省建設(shè)”十佳計策。

根據(jù)采用DGPS、遙感影像解譯等現(xiàn)代測繪技術(shù)手段施測的最新測繪成果，福建省大陸海岸線總長3752公里、海島海岸線總長807公里，居全國第一，蘊含著豐富的海洋漁業(yè)資源。隨著海洋經(jīng)濟所占國民經(jīng)濟總產(chǎn)值比重的提高，海洋近岸水污染越來越嚴重。傳統(tǒng)的海洋近岸水質(zhì)監(jiān)測方法，由于空間覆蓋面積小和觀測頻度低，無法滿足需求，迫切需要利用遙感等高新技術(shù)對海洋近岸水質(zhì)實施監(jiān)測。為此，我省建立了海洋近岸水質(zhì)遙感實時監(jiān)測和信息快速報送系統(tǒng)。該系統(tǒng)可自動接收多顆衛(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，實時上報給相關(guān)政府部門。數(shù)據(jù)顯示，衛(wèi)星遙感監(jiān)測方法的費用僅為傳統(tǒng)方法的1%，但監(jiān)測頻率是傳統(tǒng)方法的100倍。由此可見，利用衛(wèi)星遙感對海洋近岸水質(zhì)進行監(jiān)測既經(jīng)濟又高效。

4.4 地理國情監(jiān)測

地理國情監(jiān)測是綜合利用全球衛(wèi)星導航定位技術(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)代測繪技術(shù)，綜合各時期已有測繪成果檔案，對地形、水系、交通、地表覆蓋等要素進行動態(tài)和定量化、空間化的監(jiān)測，并統(tǒng)計分析其變化量、變化頻率、分布特征、地域差異、變化趨勢等，形成反映各類資源、環(huán)境、生態(tài)、經(jīng)濟要素的空間分布及其發(fā)展變化規(guī)律的監(jiān)測數(shù)據(jù)、地圖圖形和研究報告。地理國情監(jiān)測通過對地理國情進行動態(tài)的測繪、統(tǒng)計，為政府、企業(yè)和社會各方面提供真實可靠和準確權(quán)威的地理國情信息。地理國情是從地理的角度分析、研究和描述國情，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，對構(gòu)成國家物質(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，對國土疆域概況、城市布局和城鎮(zhèn)化擴張、孕災環(huán)境與災害分布等基本狀況的調(diào)查、分析和描述等。地理國情綜合反映了一個國家或區(qū)域人地關(guān)系的協(xié)調(diào)程度，是國家和地區(qū)科學發(fā)展、可持續(xù)發(fā)展、和諧發(fā)展的重要決策依據(jù)。地理國情是重要的基本國情，是國土疆域面積、地理區(qū)域劃分、地形地貌特征、道路交通網(wǎng)絡、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)。開展全國地理國情普查，系統(tǒng)掌握權(quán)威、客觀、準確的地理國情信息，是制定和實施國家發(fā)展戰(zhàn)略與規(guī)劃、優(yōu)化國土空間開發(fā)格局和各類資源配置的重要依據(jù)，是推進生態(tài)環(huán)境保護、建設(shè)資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會的重要支撐，是做好防災減災工作和應急保障服務的重要保障，也是相關(guān)行業(yè)開展調(diào)查統(tǒng)計工作的重要數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。為全面掌握我國地理國情現(xiàn)狀，滿足經(jīng)濟社會發(fā)展和生態(tài)文明建設(shè)的需要，國務院決定于2013年至2015年開展第一次全國地理國情普查工作。2012年，國家測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區(qū)、撫順市等具有較好基礎(chǔ)的地區(qū)或單位，在國家、省、市（區(qū)域）三級開展第一批地理國情監(jiān)測試點工作。結(jié)合試點區(qū)域特點、需求情況，確定各試點監(jiān)測內(nèi)容及分類指標，研究地理國情監(jiān)測信息獲取、統(tǒng)計、分析的技術(shù)方法和工藝流程，探索與各業(yè)務部門已有成果或與地理國情相關(guān)專業(yè)信息的銜接和整合，探討地理國情監(jiān)測信息獲取、處理、統(tǒng)計分析、會商審核、報批發(fā)布的工作機制，并形成首批地理國情監(jiān)測成果。

2013年3月開始，根據(jù)《國務院關(guān)于開展第一次全國地理國情普查的通知》（國發(fā)[2013]9號）文件精神、國家測繪地理信息局《關(guān)于下達2013年地理國情普查試點生產(chǎn)計劃的通知》要求（國測國發(fā)[2013]18號）和福建省測繪地理信息局的安排，福建省作為第二批普查試點省份，選取廈門市作為試點區(qū)域開展國情普查工作。該項目利用已有的基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)和最新時相的高分辨率數(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平方公里試點區(qū)域內(nèi)的遙感影像糾正、地理國情信息普查、遙感影像解譯樣本采集與建庫、地理國情普查基本統(tǒng)計、元數(shù)據(jù)制作等工作。通過試點，進一步修訂、改進和完善普查方案，使普查方案更加科學合理，形成了成熟的普查技術(shù)路線和實施組織體系，提高了參與人員的業(yè)務素質(zhì)和能力，積累了項目設(shè)計、生產(chǎn)、管理等過程中各方面的經(jīng)驗，為2013年全省即將全面展開的地理國情正式普查工作奠定了基礎(chǔ)。

5 學科技術(shù)在我省的應用趨勢

5.1 數(shù)碼航空相機的技術(shù)應用

隨著電子技術(shù)特別是CCD技術(shù)的發(fā)展，數(shù)碼相機分辨率越來越高，達到幾千萬像素級，計算機的存儲技術(shù)也有突飛猛進的發(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)碼相機出現(xiàn)了以DMC、ADS40、UCD等為代表的量測型數(shù)字航空攝影儀，中國測繪科學研究院也自主研發(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)碼航攝相機的幾何精度和輻射分辨率優(yōu)于傳統(tǒng)膠片相機，因此在細部層次和陰影部分可以得到更好的表現(xiàn)。數(shù)碼影像可同時提供更多的產(chǎn)品類型，一次航攝能同時獲取黑白、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，航攝飛行當天就能拿到數(shù)據(jù)產(chǎn)品。通過軟件進行飛行質(zhì)量檢查，來決定是否需要及時補飛。由于數(shù)碼航攝儀的CCD器件的光敏度高于膠片的光敏度，并可采用時間延遲曝光原理進行像移補償（電子FMC），因此在低空高速飛行時也能獲得清晰的影像。與傳統(tǒng)的航空攝影機相比，數(shù)碼相機的最大優(yōu)點是在不增加飛行成本的情況下進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)膠片式航空攝影機由于拍攝成本（膠片、沖印）、感光度低（最小曝光時間受限）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)，地物之間存在嚴重的遮擋問題，會產(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。國產(chǎn)SWDC數(shù)字航攝儀是由劉先林院士領(lǐng)導研制的自主創(chuàng)新項目，該儀器具有高分辨率、高幾何精度、體積小、重量輕等特點，對天氣條件要求不高，能夠在陰天云下攝影，具有飛行高度低、鏡頭視場角大、基高比大、高程測量精度高、真彩色、鏡頭可更換等優(yōu)勢，與國外數(shù)字航攝儀相比，在某些技術(shù)指標上有一定的優(yōu)勢。國內(nèi)相關(guān)單位已經(jīng)購置了10多套數(shù)碼航空相機，既有如DMC、UCD的面陣相機，也有如ADS40的線陣相機，并在實際生產(chǎn)中得到應用，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，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，拍攝并制作數(shù)字正射影像圖。由于我省測繪相關(guān)單位較少，而且沒有直接從事航空攝影的作業(yè)單位，測繪從業(yè)人員也不多，2011年以前沒有單位或公司引進新的數(shù)碼航攝相機。但是福建省又是經(jīng)濟發(fā)達省份，經(jīng)濟和社會發(fā)展較快，特別是沿海地區(qū)，社會發(fā)展日新月異，對測繪的需求相對較大。基于這種情況，2011年，福建省測繪院購置了DMCⅡ航空數(shù)碼相機，Z/I公司生產(chǎn)的DMC 數(shù)字航攝儀鏡頭系統(tǒng)由8個鏡頭組成，每個單獨鏡頭配有大面陣的CCD 傳感器。相機底部按正方形頂點位置安放了4個全色波段鏡頭，飛行時4鏡頭同時拍攝，分別獲取影像，4個影像的位置關(guān)系類似于蝶形，再利用影像上的同名點采用外擴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、仙游等多個區(qū)域多個架次的影像資料，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)測繪數(shù)據(jù)或其他國民經(jīng)濟發(fā)展建設(shè)需要的地理信息數(shù)據(jù)的生產(chǎn)。

5.2 無人機低空航攝系統(tǒng)

無人機低空航攝系統(tǒng)（測繪無人機系統(tǒng)）體積小巧、機動靈活，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、實時獲取，成為衛(wèi)星遙感、傳統(tǒng)航空攝影的有效補充，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。其主要應用領(lǐng)域有：應急測繪中的高分辨率影像快速獲取；小城鎮(zhèn)、新農(nóng)村測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)選線勘測中的高分辨率影像快速獲取；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取；地理省情監(jiān)測；地質(zhì)災害點調(diào)查。

目前，福建省已經(jīng)應用該項技術(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)試點航拍，廈門市國土資源局演示飛行，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，并測定建筑物比高計算測區(qū)內(nèi)房屋層數(shù)。（7）與國土資源廳資環(huán)處合作，在南平市延平區(qū)峽陽鎮(zhèn)蔡源村進行地質(zhì)災害監(jiān)測現(xiàn)場演練，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)拆遷征地補償工作參考用圖。

5.3 新一代數(shù)字攝影測量處理平臺應用

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)星的普及應用，對數(shù)字攝影測量技術(shù)提出了新的要求。原有數(shù)字攝影測量系統(tǒng)已經(jīng)無法適應新影像數(shù)據(jù)的應用，為此國內(nèi)外都在著手建立新一代數(shù)字攝影測量數(shù)據(jù)處理平臺，采用高性能刀片式計算機系統(tǒng)、磁盤陣列存儲系統(tǒng)等先進計算機技術(shù)，以最新影像匹配理論與實踐為基礎(chǔ)，構(gòu)建新一代數(shù)字攝影測量數(shù)據(jù)處理平臺，并且都取得了一定的進展。新一代影像處理平臺自動處理系統(tǒng)的核心之一是全自動影像匹配技術(shù)，可通過基于多基線立體攝影測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，這對影像匹配是非常有利的；多基線立體影像的誤匹配會減少，匹配的正確率會大大提高。

國內(nèi)方面，武漢大學教授張祖勛院士提出并研制成功數(shù)字攝影測量網(wǎng)格（DPGrid）新一代數(shù)據(jù)處理平臺，該平臺具有四大創(chuàng)新點：首次提出并實現(xiàn)了觀測值獨立與連續(xù)光滑約束對立統(tǒng)一的影像匹配系統(tǒng)；實現(xiàn)了基于網(wǎng)絡與集群計算機進行數(shù)字攝影測量的并行處理，極大地提高了數(shù)字攝影測量作業(yè)的效率；將自動化處理與人機協(xié)同處理完全分開，合理組織，首次提出并建立了人機協(xié)同的網(wǎng)絡全無縫測圖系統(tǒng)；提出并實現(xiàn)了超寬景衛(wèi)星條帶影像測繪方案，解決了航空數(shù)碼影像增大工作量與測繪精度降低的難題。DGPrid系統(tǒng)充分應用當前先進的數(shù)字影像匹配、高性能并行計算、海量存儲與網(wǎng)絡通訊等技術(shù)，實現(xiàn)了航空航天遙感數(shù)據(jù)的自動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，可推廣應用于國家基礎(chǔ)測繪、城市地理信息動態(tài)更新、國土資源調(diào)查、生態(tài)環(huán)境監(jiān)測等多個領(lǐng)域。國際上出現(xiàn)了以法國Infoterra公司的像素工廠為代表的新一代數(shù)據(jù)處理平臺。像素工廠( Pixel Factory ,簡稱PF) 是當今世界一流的遙感影像自動化處理系統(tǒng)，集自動化、并行處理、多種影像兼容性、遠程管理等特點于一身，代表了當前遙感影像數(shù)據(jù)處理技術(shù)的發(fā)展方向，主要用于地形圖測繪、城市規(guī)劃、城市環(huán)境變化監(jiān)測等。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），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量所需的地面控制點（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)備組成的復合最優(yōu)化系統(tǒng)。由于專門的硬件配置（優(yōu)化的網(wǎng)絡、計算機組、巨大的存量）和與該硬件結(jié)構(gòu)對應的算法，進行并行計算，加速生產(chǎn)流程，必將為測繪各部門提供更好的服務。國內(nèi)一些公司和單位引進了新一代的數(shù)字攝影測量數(shù)據(jù)處理平臺——國外的像素工廠和國內(nèi)的數(shù)字攝影測量網(wǎng)格（DPGrid），取得了良好的效果。福建省測繪院也已引進國產(chǎn)的PixcelGrid數(shù)字攝影測量系統(tǒng)，用以加強測繪處理能力及基礎(chǔ)測繪的生產(chǎn)。

5.4 稀少或無地面控制的衛(wèi)星影像對地定位技術(shù)

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以及國內(nèi)的資源衛(wèi)星，相應的以線陣構(gòu)像的衛(wèi)星影像正射糾正及對地定位成為近年研究熱點。大量的研究集中在稀少或無控制點條件下如何進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，應用于927海島礁測圖工程等。

5.5 機載激光雷達技術(shù)的應用

機載激光雷達(LIDAR)是一種集激光、全球定位系統(tǒng)(GPS)和慣性導航系統(tǒng)(INS)三種技術(shù)于一身的對地觀測系統(tǒng)。安裝在飛機上的機載激光探測和測距系統(tǒng)，通過量測地面物體的三維坐標，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。機載激光雷達技術(shù)的商業(yè)化應用，使航測制圖（如生成等高線）和地物要素的自動提取更加便捷，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，沿航線采集地面點三維數(shù)據(jù)，通過特定方程解算處理成適當?shù)挠跋裰担蓴?shù)據(jù)影像和地面高程模型。系統(tǒng)可自動調(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)計的，其獨特性在于能快速為數(shù)字制圖和應用提供精確的地面模型數(shù)據(jù)。系統(tǒng)是一種活動裝置，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)攝影測量更具優(yōu)越性。系統(tǒng)應用多光束返回采集高程，數(shù)據(jù)密度可達到常規(guī)攝影測量的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。機載激光雷達系統(tǒng)與數(shù)字航攝儀、機載及慣性導航系統(tǒng)相結(jié)合，使用大容量高速計算機，經(jīng)過專用軟件處理，可在短時間內(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。江蘇省在全國率先采用機載激光雷達進行全省沿海灘涂的數(shù)字高程模型測量，克服了傳統(tǒng)航測法在生產(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載激光雷達數(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，福建省測繪院也購置了一套機載激光雷達設(shè)備，該技術(shù)和設(shè)備以后必將在我省進行更廣泛的應用并產(chǎn)生更大的經(jīng)濟和社會效益。

5.6 遙感數(shù)據(jù)處理技術(shù)

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)，促進了遙感數(shù)據(jù)的廣泛應用。遙感數(shù)據(jù)處理的定量化和智能化為土地動態(tài)監(jiān)測、環(huán)境保護、資源調(diào)查、土地利用、災害監(jiān)測提供了有效數(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、林業(yè)資源普查、礦產(chǎn)資源勘探、地質(zhì)災害預報以及數(shù)字區(qū)域建設(shè)中都得到很好的應用。通過土地利用更新調(diào)查以及城市規(guī)劃任務的實施，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)也得到有效應用。各行各業(yè)對遙感數(shù)據(jù)的認識不斷加強。目前，福建全省資源三號衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)糾正也基本結(jié)束，將應用于地理國情監(jiān)測及1:1萬比例尺地形圖數(shù)據(jù)的更新等，為各個領(lǐng)域的應用提供信息服務。

5.7 全景移動測量系統(tǒng)應用

移動測量技術(shù)是當今測繪界最為前沿的技術(shù)之一，誕生于20世紀90年代初，集成了全球衛(wèi)星定位、慣性導航、圖像處理、攝影測量、地理信息及集成控制等技術(shù)，通過采集空間信息和實景影像，由衛(wèi)星及慣性定位確定實景影像的位置姿態(tài)等測量參數(shù)，實現(xiàn)了任意影像上的按需測量。移動測量的多傳感器系統(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，形成不同的移動測量系統(tǒng)，滿足不同的測量需求。例如，陸基移動測量系統(tǒng)通過車載平臺上安裝的GPS、INS、CCD等傳感器協(xié)同運行，沿道路采集周圍地物的可量測實景影像數(shù)據(jù)。四川、浙江等省份在2012年以前就已經(jīng)配備了全景移動測量車。2013年7月，福建省制圖院為了進一步提高地圖服務質(zhì)量和效率，同時也為天地圖?福建、測繪應急保障、地理國情監(jiān)測及各種GIS等方面應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型移動測量系統(tǒng)。該全景激光移動測量系統(tǒng)將全球定位系統(tǒng)(GPS)、慣性測量單元(IMU)、立體相機、全景相機、激光掃描儀(LIDAR)等集成在車載平臺上，可實現(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)境中對采集得到的數(shù)據(jù)進行進一步加工，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，與人工測繪、航測相結(jié)合，能夠形成點狀、帶狀與面狀空間數(shù)據(jù)測繪的完整解決方案。

6 發(fā)展展望

未來數(shù)字攝影測量主要研究方向應該是以航空影像和衛(wèi)星米級高分辨率影像為數(shù)據(jù)源，擴展計算機立體相關(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)字立體測圖的新技術(shù)；研究近景（地面）攝影測量中的數(shù)字相機快速檢校新算法，數(shù)字影像精確匹配問題，以及在工業(yè)生產(chǎn)過程自動監(jiān)測和土木工程建筑物（如橋梁和隧道）形變監(jiān)測中的問題。遙感技術(shù)及應用主要是以多光譜、多分辨率和多時相衛(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）變化檢測的有效方法，發(fā)展半自動或全自動化的遙感監(jiān)測手段；開發(fā)監(jiān)測城市環(huán)境污染和自然災害（如洪水與森林、農(nóng)作物病蟲害）的實用遙感系統(tǒng)，等等。基于合成孔徑雷達圖像，開展干涉雷達（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）探測和氣象變化監(jiān)測的研究。

6.1 基于差分GPS和IMU技術(shù)的應用

在飛機上裝載IMU(慣導測量單元)/DGPS(差分GPS)的POS系統(tǒng)進行航攝的技術(shù)目前在國外已廣泛應用，在國內(nèi)也逐漸推廣起來。它采用先進的光纖陀螺系統(tǒng)，結(jié)合差分GPS測量直接測定航片的外方位元素，實現(xiàn)定點攝影和無地面控制的高精度對地直接定位，省去了傳統(tǒng)航空攝影測量成圖中的外業(yè)地面像片控制工序。根據(jù)已有的試驗表明，航攝時加裝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)有的大部分數(shù)字攝影測量系統(tǒng)都可以較好地支持帶POS系統(tǒng)的航空攝影。中國測繪科學研究院先后進行了多次基于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的航空攝影測量技術(shù)在更大范圍內(nèi)推廣應用，國家測繪地理信息局要求中國測繪科學研究院起草《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)定對應用IMU／DGPS技術(shù)進行航空攝影的航攝系統(tǒng)、技術(shù)設(shè)計、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)國家測繪地理信息局招標的航空攝影采用基于IMU／DGPS技術(shù)，我省基礎(chǔ)測繪生產(chǎn)中還沒有采用該技術(shù)方法的實例，隨著數(shù)碼航攝的普及應用，IMU／DGPS技術(shù)的應用必將越來越廣。

6.2 數(shù)字近景攝影測量應用日益廣泛

隨著數(shù)字攝影測量技術(shù)的發(fā)展以及數(shù)字攝影技術(shù)的成熟與進展，數(shù)字近景工業(yè)攝影測量也得到很好發(fā)展和廣泛應用。數(shù)字近景工業(yè)攝影測量技術(shù)是建立在數(shù)字攝影測量、圖像處理和精度測量原理基礎(chǔ)上的新型精密測量技術(shù)，其技術(shù)核心包括數(shù)字成像器件模型及標定、亞像素圖像處理算法及光學編碼與精密測頭技術(shù)等。隨著數(shù)字近景攝影測量技術(shù)在工業(yè)測量中的應用，工業(yè)現(xiàn)場精密測量自動化水平大大提高。利用近景攝影測量進行工業(yè)設(shè)備的變形檢測，是目前數(shù)字近景攝影測量應用的一大亮點。目前有許多利用數(shù)碼相機與實時數(shù)字近景攝影測量技術(shù)相結(jié)合，用于工業(yè)零件檢測系統(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，由嚴密的自檢校光束法平差完成高精度平差計算的基本處理過程獲得待測目標的三維模型，并經(jīng)后續(xù)處理，完成工業(yè)目標的自動檢測。目前，福建省還沒有該技術(shù)的應用實例。

6.3 技術(shù)平臺及處理技術(shù)

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)碼相機的優(yōu)勢越加顯現(xiàn)。國產(chǎn)自主產(chǎn)權(quán)航空數(shù)碼相機集成技術(shù)平臺的研制成功必將擴大國外航空數(shù)碼相機的技術(shù)交流，打破國外產(chǎn)品的價格壟斷，促進航空攝影測量的發(fā)展。近年來隨著低空飛行平臺技術(shù)的發(fā)展，千萬級以上像素數(shù)碼相機的普及和數(shù)字攝影測量技術(shù)的日趨成熟，通過無線電遙控和GPS導航，為實現(xiàn)定點定區(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。低空遙感平臺是現(xiàn)有航空、航天遙感手段的有效補充，可以實現(xiàn)低成本、高效益的低空數(shù)字攝影測量，滿足大比例尺測圖、工程應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)的采集將呈幾何級爆炸性增長，海量數(shù)據(jù)的航空影像和遙感影像不斷出現(xiàn)，對適應新型傳感器、自動化、網(wǎng)絡化、智能化的新一代數(shù)字攝影測量處理平臺的需求迫在眉睫。國外的像素工廠及國內(nèi)的數(shù)字攝影測量網(wǎng)格系統(tǒng)必將得到普及應用，從而實現(xiàn)大規(guī)模數(shù)據(jù)的自動管理與分發(fā)，大規(guī)模數(shù)據(jù)的自動空三，高精度DSM、DEM與真正射影像的自動生成，以及數(shù)據(jù)采集的無縫化操作。

6.4 實景三維技術(shù)

實景三維地理信息服務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，實景三維地圖作為二維地圖的升級產(chǎn)品，將會運用于更為廣泛的領(lǐng)域，其范圍將涵蓋高端行業(yè)用戶及大眾消費者，成為地理信息使用和消費的新模式。實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)測繪機構(gòu)生產(chǎn)的地理信息數(shù)據(jù)以及社會大眾通過手機、PDA等移動終端采集的數(shù)據(jù)等。其數(shù)據(jù)管理軟件可以提供自動模糊化、圖像識別等豐富功能，為用戶提供最佳體驗。實景影像技術(shù)與增強現(xiàn)實技術(shù)融合，利用可量測實景影像數(shù)據(jù)（DMI）的三維空間特性，在利用增強現(xiàn)實技術(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，使真實場景與虛擬信息完美融合，并將其應用于實景三維技術(shù)中，服務各個行業(yè)，例如標繪業(yè)務（工作人員將文字、圖片或者視頻相關(guān)信息標繪在實際場景中，發(fā)布并展示）、規(guī)劃業(yè)務（在實景影像中添加虛擬模型，實現(xiàn)整體規(guī)劃預覽效果）等，提高系統(tǒng)的易用性，有效提高工作效率。

7 結(jié)束語

隨著城市信息化進程的加快和數(shù)字城市建設(shè)的大規(guī)模開展，地理信息服務在行業(yè)管理和社會公眾服務中的作用日益凸顯。3S、物聯(lián)網(wǎng)、云計算、移動測量、實景影像等技術(shù)的不斷發(fā)展與完善，不僅能提升整個GIS領(lǐng)域的應用價值，還將極大提升地理信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展與服務空間。

[1] 中國測繪學會.中國測繪學科發(fā)展藍皮書(2009卷)[M]. 北京: 測繪出版社, 2009.

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[7] 賴續(xù)東.機載激光雷達基礎(chǔ)原理與應用[M]. 北京：電子工業(yè)出版社，2010.

課題組成員：

1．俞旭升，福建省測繪院，教授級高工。

2．姜建慧，教授級高工。

3．林先秀，高工。

4．連鎮(zhèn)華，高工。