测绘科学技术的现代发展200809

武汉大学测绘学院,面向信息化时代的测绘学科发展,宁津生,胡锦涛主席在两院院士大会上的讲话,要加快遥感、地理信息系统、全球定位系统、网络通信技术的应用以及防灾减灾高技术成果转化和综合集成,建立国家综合减灾和风险管理信息共享平台,完善国家和地方灾情监测、预警、评估、应急救助指挥体系。,5.12大地震后的汶川地区动态影像,主要内容,引言测绘学科发展历程传统测绘数字化测绘信息化测绘信息化测绘体系建设的总体目标现代化测绘基准体系建设基础地理信息资源建设实时化地理信息获取体系建设自动化地理信息处理体系建设网络化地理信息服务体系建设,引言,国家信息化的本质信息资源的共享水准和利用水准的不断提高的进程。对信息资源的组织、开发和利用是信息化的出发点和落脚点;对信息资源的共享水准是指信息交换水平,其基础条件是信息基础设施的建设及网络化、数字化的能力;对信息资源的利用水准是指人的现代化问题,它包括知识化,管理现代化等方面的内容。,引言,我国测绘科学技术现代化建设“三步走”20世纪80年代是传统测绘体系的改造阶段20世纪90年代是数字化测绘技术体系形成阶段21世纪初是实现地图生产为主向地理信息服务为主的转变阶段，即向信息化测绘发展的阶段,测绘信息化是利用信息技术推动测绘事业优化升级，充分发挥测绘在国家经济和社会发展中的作用，并逐步形成信息化测绘体系的工作过程,引言,测绘学科和测绘事业三个阶段的发展,传统测绘,数字化测绘,信息化测绘,测绘学科发展历程,传统测绘利用模拟方法测定和推算地面及其外层空间点的几何位置，确定地球形状和地球重力场，获取地球表面自然形态和人工设施的几何分布以及与其属性有关的信息，编制全球或局部地区的各种比例尺的普通地图和专题地图，为国民经济发展和国防建设以及地学研究服务。,传统测绘,测绘学科发展历程,传统测绘特征地面观测技术手工操作方式劳动强度大时间延续长测量精度低限于局部范围静态测量应用范围和服务对象窄,数字化测绘将来源于星载、空载和船载的传感器以及地面各种测量仪器所获取的地理空间数据，通过信息技术和数字化方法，利用计算机硬件和软件对这些地理空间数据进行测量、处理、分析、管理、显示和利用。它的显著特征测绘仪器电子化与自动化数据处理计算机化测绘生产与产品形式数字化测绘成果分发网络化,测绘学科发展历程,PerspectivewithLandsatOverlay,MountKilimanjaro,Tanzania,GTOPO30,USGSSRTMDEM,Eastern-centerTibet(Xizang,China),SRTMDEM实例（中国，西藏）,DigitalRasterGraphic(DRG),测绘学科发展历程,DigitalLineGraphics(DLG),DOM,DLG,DigitalOrtho-photoMap(DOM),DEM+DOM+DLG,信息化测绘概念在网络环境下,充分利用空间技术和信息技术,实现快速灵活地为社会经济提供地理信息综合服务的一种现代化测绘模式,它是继传统测绘和数字化测绘后,测绘发展的一个新阶段。信息化测绘特征数据获取实时化数据处理自动化信息服务网络化信息应用社会化,测绘学科发展历程,测绘学科发展历程,地球空间信息学以空间信息技术、计算机技术和现代通信技术为主要手段，研究地球空间目标与环境参数信息的获取、分析、管理、存储、传输、显示和应用的一门综合和集成的信息科学与技术。,三地球空间信息学的定义和研究范畴,对地球空间信息学研究范畴,传感器定轨定姿信息获取,导航定位数据处理遥感数据接收处理空间探测数据处理,服务与分发,多种信息的融合与集成,时空基准的建立与维持空间环境模型遥感成像机理,各类型用户,信息传输,各级产品的生产,各种应用,卫星研制与发射,地球空间信息学研究范畴,美国劳动部把地球空间技术与纳米技术和生物技术一起确定为新出现的和正在飞速发展中的三大最重要技术,Earlythisyear,theUSDepartmentofLaboridentifiedgeotechnologyasOneofthreemostimportantemergingandevolvingfields,alongwithnanotechnologyandbiotechnology,地球空间信息学的崛起,信息化测绘体系建设的总体目标,到2015年，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天、航空、地面、海上的多平台、多传感器实时化地理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、自动化地理信息处理体系基于丰富地理信息产品和共享服务平台的网络化地理信息服务体系,实现总体目标的信息化测绘体系构成,现代化测绘基准体系建设,基础地理信息资源建设,实时化地理信息获取体系建设,自动化地理信息处理体系建设,网络化地理信息服务体系建设,信息化测绘体系建设的总体目标,实现总体目标的信息化测绘体系构成,现代化测绘基准体系建设基础地理信息资源建设实时化地理信息获取体系建设自动化地理信息处理体系建设网络化地理信息服务体系建设,现代化测绘基准体系建设,现代测绘基准体系为地理空间信息提供平面位置、高程、重力、深度以及时间等方面的起算依据,重力基准,高程基准,平面基准,时间基准,深度基准,现代化测绘基准体系建设,平面基准大地测量参考系统是表示位置坐标而定义的类似标尺作用的参照物的称谓，它规定了大地测量的起算基准和尺度标准及其实现方式。通常又以大地测量坐标系来描述。依其原点位置不同而分为地心坐标系和参心坐标系。国际上采用国际地球参考系统（ITRS）我国采用参心坐标系1954北京坐标系1980西安坐标系现在正在申请采用中国大地坐标系(CGCS2000)，其定义与ITRS一致,现代化测绘基准体系建设,现代化测绘基准体系建设,大地测量参考框架是大地测量参考系统的具体实现。根据大地测量参考系统的规定，利用大地测量技术，以全球或局域地面大地网（点）或其它实体（静止的或运动的）所相应的位置及其变化，实现大地测量参考系统的各项规定。国际上采用国际地球参考框架（ITRF）我国参心坐标系采用国家天文大地网我国地心坐标系采用2000国家GPS大地控制网,现代化测绘基准体系建设,我国参心坐标系参考框架,现代化测绘基准体系建设,我国地心坐标系参考框架,现代化测绘基准体系建设,国家高程基准,我国采用1985黄海高程系统，基准是青岛水准原点及其高程值。国家一、二等水准网则为此高程系统的参考框架。,利用厘米级精度水平的（似）大地水准面将GNSS测定的大地高转换成正（常）高，借助（似）大地水准面形成全球统一的高程基准，以此代替几何水准测量所建立的高程参考框架,现代化测绘基准体系建设,高程基准,CQG2000,规定一个固定的海水面作为深度的参考面，把不同时间测得的深度都化算到这一参考水面上，它是海图所载水深的起算面,现代化测绘基准体系建设,深度基准,海洋大地水准面,重力观测的起算数据。国际上有波茨坦重力系统，基准是波茨坦绝对重力点及其重力值。另一种是国际重力标准网（IGSN71），基准是该网的每个重力点及其重力值。我国采用2000国家重力基本网。,IGSN71,现代化测绘基准体系建设,重力基准,现代化测绘基准体系建设,时间基准,与时变大地测量观测量密切相关，是卫星导航定位技术中描述卫星运行位置的重要基准,统一指国家、陆海统一高精度指坐标框架的相对精度达到10-8量级以上地心指大地测量参考系统定义为地心坐标系动态指测绘基准体系包含了时间概念几何-物理指借助大地测量技术相互融合，实现全国(全球)包括几何和物理意义的统一测绘基准,现代化测绘基准体系建设,统一、高精度、地心、动态的几何物理测绘基准体系,我国未来测绘基准体系,4000多个卫星控制网点,600多个连续基准站,cm级国家大地水准面,27400多个国家一等水准网点,现代化测绘基准体系建设,开展深空大地测量、建立深空基准为实施载人航天、空间科学实验、星球探测等提供测绘保障,实现总体目标的信息化测绘体系构成,现代化测绘基准体系建设基础地理信息资源建设实时化地理信息获取体系建设自动化地理信息处理体系建设网络化地理信息服务体系建设,基础地理信息资源建设,建设多种类、多尺度数据库，构建基础地理信息数据体系大地测量控制数据库影像数据库高程模型数据库地形要素数据库地表覆盖数据库,1比5万基础地理信息数据库,建立海岛（礁）地理信息数据库,推进1:1万和城镇大比例尺基础地理数据库建设,构建电子政务、公共安全、位置服务等方面权威、标准的基础地理信息公共平台,实现总体目标的信息化测绘体系构成,现代化测绘基准体系建设基础地理信息资源建设实时化地理信息获取体系建设自动化地理信息处理体系建设网络化地理信息服务体系建设,实时化地理信息获取体系建设,实时化地理信息获取主要依赖于陆、海、天对地观测技术，借助于现代通信技术实现实时动态获取测绘定位数据、重力数据和遥感影像数据以及其它有关数据。,卫星重力探测技术,卫星导航定位技术,地面观测技术,航空航天遥感技术,组合多传感器和多个卫星定位系统(如GPS/GLONASS/GALILEO/COMPASS)，获取卫星定位信息，提高目标的跟踪精度。是未来静态和动态目标主要定位和导航方式,实时化地理信息获取体系建设,卫星导航定位技术,实时化地理信息获取体系建设,卫星跟踪卫星重力探测技术和卫星重力梯度测量技术是21世纪最有价值和应用前景的高效重力探测技术,卫星重力探测技术,实时化地理信息获取体系建设,卫星重力探测技术,实时化地理信息获取体系建设,遥感技术获取的信息具有宏观、丰富、分辨率高、现势性强和应用领域广阔的优势。目前遥感对地观测系统朝着多星、多传感器、高空间分辨率、高光谱分辨率和短回访周期方向发展，将使获取的对地观测数据呈爆炸性增长,航空航天遥感技术,航空数码相机,机载激光雷达,机载合成孔径雷达和干涉雷达等传感器,低空无人飞行器，轻型飞机等航空摄影平台,高分辨率测绘卫星数据获取技术,实时化地理信息获取体系建设,航空航天遥感技术,高分辨率测绘卫星数据获取技术,2006年1月24日10时33分日本发射陆地观测技术卫星ALOS号。获取35米精度的数字高程模型和测绘1:2.5万的地图,航空数码相机用于DEM和DOM的影像获取，三维重建与纹理映射。其优势在于不增加飞行成本的大重叠度（为80%以上）影像获取能力，每个地面物体至少出现在相邻5幅影像上，为多视影像。由于其影像重叠度大，分辨率高，因此在城市空间信息领域应用前景广阔。,实时化地理信息获取体系建设,航空航天遥感技术,航空数码相机,机/星载激光扫描及LIDAR系统,实时化地理信息获取体系建设,集激光、GPS和IMU于一体的对地观测系统，能部分穿透植被的遮挡，直接获取真实地表的高精度三维信息。可实现大范围、沿岸岛礁、不可进入地区、植被下层等地面与非地面数据的快速获取。LIDAR与航空数码相机集成，产生“3D”数字航空相机。,实时化地理信息获取体系建设,航空航天遥感技术,低空无人飞行器和轻型飞机航空摄影平台,低空无人驾驶飞机,无人驾驶飞艇系统,直升机系统,在数字城市建设中，应用数字测图技术，发展基于全站仪、卫星定位系统、数码相机的航摄影像、高分辨率卫星遥感影像或轻型飞机摄取影像等多种传感器在内的内、外业一体化数据采集与制图系统。,实时化地理信息获取体系建设,地面观测技术,舰(船)载系统,固定观测系统,车载系统,地面激光扫描,实时化地理信息获取体系建设,地面观测技术,实时化地理信息获取体系建设,地面观测技术,实时化地理信息获取体系建设,地面观测技术,室内定位技术,应用GPS定位原理在工作区域的室内空间安装几个固定的红外发射器，每个发射器都通过红外波段发出类似与GPS卫星的定位信号。在观测点安装一个接收器，可以通过模拟的室内“卫星”信号精确实时定位,实时化地理信息获取体系建设,地面观测技术,移动测绘|车载系统,道路检测车,路面病害检测,沥青路面裂缝类（横裂、纵裂、龟裂、块裂）松散类（坑槽、松散）其它类（泛油、修补损坏）,水泥路面裂缝类（线裂、板角断裂、破碎板）接缝破坏类（接缝料损坏、边角剥落）表面破坏类（表面裂纹、层状剥落）,实时化地理信息获取体系建设,地面观测技术,移动测绘|舰(船)载系统,实现总体目标的信息化测绘体系构成,现代化测绘基准体系建设基础地理信息资源建设实时化地理信息获取体系建设自动化地理信息处理体系建设网络化地理信息服务体系建设,自动化地理信息处理体系建设,利用计算机人工智能等技术实现地理空间信息数据运算的分布式、并行化、集群化，信息提取的定量化、自动化、智能化和实时化，实现对数据的快速或实时处理。,地球重力场精化技术,卫星导航定位数据处理技术,地图制图与地理信息系统技术,航空航天遥感数据处理技术,自动化地理信息处理体系建设,网络RTK技术,卫星导航定位数据处理技术,卫星定位连续运行基准站,精密单点定位技术,融合导航数据处理技术,网络RTK技术,在一定区域内建立多个（一般为三个或三个以上）基准站，对该地区构成网状覆盖，并以这多个基准站为基准，计算和连续发播多种误差和相位差分改正信息，对该地区内的厘米级精度卫星定位用户进行实时改正的定位方式，又称为多基准站RTK。,精密GPS单点定位原理,利用载波相位观测值和IGS或区域CORS提供的高精度或实时的卫星星历及卫星钟差，用户使用单台GNSS接收机实现cm级甚至mm级事后或实时的静态或动态定位。这是实现全球精密实时定位与导航的关键技术,连续运行基准站系统,自动化地理信息处理体系建设,地球重力场模型构建技术,大地水准面精化技术,地球重力场精化技术,利用海、陆、空、天重力观测数据确定地球重力场模型，即求解地球扰动位球谐级数展开式中未知系数，获取不同阶次的地球重力场模型。目前国内外常用的为360阶模型。,利用移去-恢复技术通过地面重力异常和地形数据，以及已有地球重力场模型为参考重力场求解高分辨重力大地水准面，再用GPS水准观测到的高精度大地水准面进行拟合，最终获得高分辨率和高精度的大地水准面。我国已可精化大地水准面达到2.5分辨率和cm级精度。,从几何空间到重力空间的GPS三维定位,h=HGPS-N,国家海拔高程（基准）零点上的海拔高h0=0，椭球高h0=N00,关键技术：联合重力、卫星和地形数据建立厘米级精度似大地水准面（国家高程基准面）数值模型,大地水准面（海洋）,海洋,陆地大地水准面（虚拟海面）,h:海拔高HGPS:GPS椭球高N:大地水准面高,HGPS,h,N,N0,参考椭球面,水准测量不可达山区,GPS海拔高测量,平坦地区水准测量,地形表面,GPS重力空间定位,（B，L，H）,重力空间GPS三维定位,（B，L，h）,N（B，L）,自动化地理信息处理体系建设,航空航天遥感数据处理技术,新一代数字摄影测量处理平台由高性能刀片式计算机系统、磁盘阵列、后备电源等组成，是以最新影像匹配理论与实践为基础的自动数据处理系统。利用刀片式计算机网络和数据库加相应的处理软件进行并行处理，不以像片、像对、作业员个人为单位，集生产、质量检测、管理为一体，合理安排人、机的工作，打破了传统摄影测量流程，提高了生产效率。,自动化地理信息处理体系建设,多传感器集成航空遥感平台数据获取与智能处理技术,POS系统与航摄仪、数码相机、LiDAR和SAR等成像传感器的集成,4D产品数据库动态更新,激光点云与光学影像的数据融合技术,航空航天遥感数据处理技术,基于GPS精密单点定位技术的POS系统影像外方位元素的测定,多源遥感数据融合技术,自动化地理信息处理体系建设,航空航天遥感技术,POS系统与航摄仪、数码相机、LiDAR和SAR等成像传感器集成,自动化地理信息处理体系建设,地图制图与地理信息系统技术,地图制图已实现了传统手工模拟方式向计算机数字地图制图的跨越式发展，并向信息化地图制图与地理信息工程方向转变,数字地图制图,自动化地理信息处理体系建设,网格技术与空间信息技术的融合与集成，广义空间信息网格是在信息网格上运行的天、空、地一体化地球空间数据获取、信息处理、知识发现和智能服务的新一代整体集成的实时/准实时空间信息系统。狭义空间信息网格是在网格技术支持下的新一代GIS，不论用户在何种“客户端”上GridGIS都可以向用户提供优化聚合后的协同计算资源和及时的个性化服务，实现资源共享和协同工作。,地球空间信息网格技术,实现总体目标的信息化测绘体系构成,现代化测绘基准体系建设基础地理信息资源建设实时化地理信息获取体系建设自动化地理信息处理体系建