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宁津生院士:测绘科学与技术转型升级重点发展方向

2019-12-18

  科技优势和创新能力是未来国家竞争战略的核心。测绘科技融合了信息科学、空间科学、高性能计算和网络通信等领域先进技术,是以全球导航定位技术、遥感技术、地理信息系统技术等3S技术为核心的高新技术,测绘科技水平在很大程度上体现了国家高新技术水平与综合国力。


  党的十八大提出的了全面落实“五位一体”总体布局和“四个全面”战略布局,实施“一带一路”、长江经济带、京津冀协同发展等国家重大战略,都对测绘科技做好支撑保障提出新的需求。


  伴随着大数据、云计算、物联网、智能机器人等新技术的快速发展,测绘科技的发展也储备了源源不断的新动力,与这些新技术融合,测绘正成为大众创业、万众创新的重要领域,当前测绘的科技手段与应用已从传统的测量制图转变为包含3S技术、信息与网络、通信等多种手段的地球空间信息科学,近年来更与移动互联网、云计算、大数据物联网、人工智能等高新技术紧密融合。工智能引发的智能革命星火正向各行业蔓延,测绘科学技术的相关方法、技术、产业形态和商业模式面临着巨大的挑战与机遇。


  宁津生院士认为随着人工智能与工程测量的深度融合,工程测量科技自动化、大众化的趋势将日益明显,工程测量在高精度服务、创新型应用与精细化管理方面得到加强。


  大数据时代是数据共享的时代,是我国地理信息系统与地图制图学发展的黄金时期。地图学未来发展的趋势是研究大规模时空大数据背景下的深度学习、人类自然智能与计算机人工智能深度融合式的智能综合理论和方法,以及基于云计算的分布、并行、协同式的智能综合技术。


  (1) 当前,地理信息系统数据获取更泛在,专业的测绘数据包括卫星遥感、定位信息、摄影测量等,可通过构建“空天地海”一体化的高精度实时测绘体系,实现从静态到动态、地基到天基、区域到全局、室内到室外、被动到主动的快速智能测绘。而非专业的志愿者地理信息数据可通过互联网和物联网,实现整个传感器网络和大众用户之间的实时互动。未来地理信息系统数据获取的发展趋势从专业测绘向专业与非专业测绘相结合的泛在实时测绘转型。


  (2) 地理信息数据管理更高效,地理空间数据存储从传统的文件系统和关系数据库向分布式、虚拟化的软件定义存储系统转变,从而建立起大规模的海量时空数据存储和处理能力,以适应未来业务发展的需要.


  (3) 地理信息数据分析更智能,空间数据分析和挖掘使地理空间数据具备自动学习的能力,云计算提供了基于计算基础设施共享化利用的模式和方法,人工智能、机器学习、深度学习等智能化处理方法的发展为分析、归纳、挖掘测绘地理信息大数据提供了手段,未来时空大数据一体化处理将成为地理信息系统数据分析的重要方向.


  (4) 地理信息应用服务更普适,信息行业、互联网的发展及时空大数据迅速发展给人们带来了新的机遇和挑战。地理信息数据已从纸面上发展到互联网和个人手持设备里,地理信息应用服务更加多样化、智能化、大众化.


  未来5年、10年甚至20年内,我国测绘科技创新发展的主要方向仍将定位于测绘基准的现代化水平,以及地理信息数据获取能力、处理能力、管理能力、应用能力等的快速提升,主要表象是逐步由信息化测绘迈向智能化测绘时代。


  测绘科学与技术未来重点发展方向在若干核心理论与关键技术取得突破:


  (1) 在测绘基准与导航定位方面,开展全国厘米级似大地水准面模型、高精度高分辨率地球重力场模型、高精度高分辨率全球平均海面高模型、全球高程基准统一等方面的理论研究;开展全国GNSS基准站网的维持与服务、国家大地坐标系框架更新、国家垂直基准框架维护、国家重力基准更新等关键技术研究;开展高精度、四维大地坐标系统的构建。开展卫星重力、航空重力、时空基准等方面的技术研究;开展综合定位、导航和授时的核心技术开发研究,尤其是量子导航定位、泛在测绘、室内外无缝导航定位等新技术研究;集成GNSS与长基线和超短基线等系统,开展水下目标分米级导航和厘米级定位识别技术研究;开展深地、深海、深空大地测量技术与保障体系研究。


  (2) 在地理信息数据获取方面,开展空天地一体化的多源遥感数据快速获取、新型数字摄影测量和遥感机理、地理空间信息网格理论与技术、计算机视觉与数字摄影测量技术统一方法等研究;研究泛在模式下的新型地理信息数据采集、地理空间传感网技术等;研究移动传感器的快速网络互联及信息交换接入技术、智能空间传感器网构建及应用,开发移动物联网地理信息采集与应用服务系统;研究激光雷达装备、干涉测量、三维精细重构与摄影测量集成等技术。开展超高速、超精细、超大尺度、超复杂(简称“四超”)状态下的测量技术研究;研究组合导航、穿戴式设备集成与显示、远程移动目标监控与数据传输等增强现实地理信息技术与系统平台构建;研究地下空间移动测量关键技术。


  (3) 在地理信息数据处理方面,开展多模、多频GNSS数据融合和全球多源影像的联合平差关键技术研究;开展超算技术研究,构建超算云平台;研究遥感影像自动去云处理、要素快速自动解译及三维地理信息数据快速表达与更新、传感器时空标签、时空关联、联合语义理解、关联数据快速检索等关键技术,构建时空数据模型和数据库模型;研究地理信息数据的泛在网接入、时空大数据的时空检索、多源异构数据的同步和同化等技术,建立超大规模分布式时空数据管理平台;研发集航空、GNSS/连续运行参考站、卫星影像、干涉雷达、激光雷达数据处理于一体的多源对地观测数据处理平台;研究室内外一体化地图快速建模、泛在位置数据的时空特征提取方法;研究极区冰雪演变、全球环境变化耦合机制以及多源数据、跨学科信息融合。


  (4) 在数据管理与服务方面,开展时空大数据 科学理论体系、计算系统、时空大数据驱动的颠覆性应用模型探索等基础研究,构建时空大数据基础理论与方法体系;开展时空地理信息分析与统计、全球变化模拟分析等研究;开展自然资源生态环境评价及可持续发展指标体系研究,推进自然资源资产精细化管理;开展云环境下分布式、多尺度、多时相巨量地理信息的冗余存储、加密互联网传输、并行处理、在线同步、增量更新与泛在服务等方面的技术研究;开展泛在网络地理语义挖掘、空间序化、信息融合与可视化技术,建立时空大数据管理系统;开展多源海量综合信息快速集成与融合、分布式多维空间信息高效索引、网络关联地理信息数据挖掘、在线动态地图制图与渲染以及基于众包和自发性地理信息技术的地理信息补充与增值、室内外三维快速建模、大数据环境下的空间知识地图服务等技术产品研发;开展公益性地理信息数据的管理与发布平台、公益性地图服务产品体系与分发平台研发,推进地理信息公共服务平台建设与应用服务。


  (5) 在社会化应用方面,将开展地理信息网络安全监管技术研究,形成国家智慧政务地理信息融合与智能服务能力;开展矿产资源勘查与地质灾害监测、土地资源遥感监测、自然资源综合管理等国土资源领域的测绘技术与地理信息应用服务研究,为“深地探测、深海探测、深空对地观测和土地工程”(简称“三深一土”)提供测绘地理信息科技支撑。开展精准扶贫、智慧城市的精细化管理与动态监测等地理信息应用服务技术研究;开展GIS与建筑信息模型融合关键技术研究;开展大数据环境下的超大规模城市时空模拟过程、实时模拟系统研究,提供面向互联网用户的动态实时数据库系统服务;研发“多规合一”规划信息平台;开展形变监测、智慧矿山、地下管线探测等工程测量、矿山测量、地下水下测绘以及不动产测绘方面的应用研究;开展测绘地理信息系统测试技术研究。关键技术的突破主要集中在地理国情动态监测关键技术、应急测绘与服务保障关键技术、全球地理信息资源开发利用关键技术、新型多传感器数据采集与融合处理技术、地理信息安全监管与安全态势服务技术、测绘卫星后续星关键技术、现代测绘基准维持与服务关键技术、海洋及内陆水下地形测绘关键技术、室内外无缝定位与智慧时空技术、时空大数据跨界融合关键技术和新型测绘装备研发与检测检校技术等方面。


   这项研究得到了中国工程院重点咨询项目的资金支持,研究成果以《测绘科学与技术转型升级发展战略研究》为题发表于《武汉大学学报·信息科学版》2019年第1期。


  责任编辑:宫在芹
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