高举创新大旗 打造发展引擎——我国测绘科技发展40年成就综述

来源: 中国测绘报      时间: 2018-11-30 10:02

  测绘地理信息作为一个技术密集型行业,创新是其最鲜明的禀赋。改革开放40年来,从以光学仪器为标志的传统测绘技术体系,到以航空航天遥感、卫星导航定位、地理信息系统为核心的数字化测绘技术体系,再到初步建立以数据获取实时化、数据处理自动化、数据管理智能化、信息服务网络化、信息应用社会化为特征的信息化测绘技术体系,测绘生产力水平实现了质的飞跃。从最初的大平板、三脚架、小笔尖,到今天的资源三号卫星遨游太空,航空摄影测量飞机、无人机俯瞰大地,各类移动测量系统扫描地面,探地雷达深入地下测绘,广大测绘科技工作者以“板凳甘坐十年冷”的耐心和决心,潜心科研,矢志创新,攻克了全数字化自动测图、地球重力场测量、卫星测绘等关键核心技术,成功研制出全数字摄影测量工作站、高精度定位芯片、倾斜摄影相机等大批技术装备,取得了一大批具有国际先进水平的科研成果,走出了一条科技兴测之路。如今,我国测绘科技整体水平已跻身世界先进行列,一些领域达到国际领先。

自主创新成效明显   测绘科技快速发展

  40年来,测绘地理信息部门深入贯彻《国家创新驱动发展战略纲要》,着眼建成测绘地理信息强国,大力实施“科技兴测”“人才强测”战略,出台了《关于加强测绘地理信息科技创新的意见》和《信息化测绘体系建设技术大纲》,着力发挥科技创新在产品、服务、管理、产业等全面创新中的引领作用,加快建设创新型行业,把握发展主动权,提高核心竞争力。测绘科技基础理论日臻完善,关键技术攻关取得重大突破,仪器装备实现升级,引领和推动了测绘地理信息事业发展。

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模拟测图时代的数据生产。 

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信息化测绘数据生产。

  上世纪八九十年代,是传统模拟测绘技术体系向现代数字化测绘技术体系转变的关键时期。这一时期,测绘人积极应用3S技术对传统测绘技术体系进行现代化改造,经典的大地测量地面定位手段逐渐被全球卫星定位系统取代,高分辨率遥感影像资料的广泛应用大大加快了地理信息的更新速度,数字摄影测量和地理信息系统技术使传统地图制图学科焕发出新的活力,3S 技术逐步开始向集成化和一体化发展。建立起相对完善的数字化测绘体系,建成了陕西、黑龙江、四川、北京、上海、广东、湖北等十几个具有一定规模的数字化测绘生产示范基地,基本确立了基础地理信息从采集、处理、维护、更新到产品制作与应用服务的运行方式,极大地提高了我国数字化测绘生产力水平。通过组织实施国家基础测绘设施项目,陆续在全国33个测绘单位开展技术成果应用与转化,推进测绘生产组织结构调整、技术改造及测绘产品模式变革,全面建成数字化测绘技术体系。这是中国测绘发展历程中内容丰富、影响巨大、社会评价极高的重要成果之一,不仅带来了测绘生产力的巨大飞跃,提高了测绘技术装备水平和队伍整体素质,培养和造就了一批测绘科技创新人才,更有力推动了测绘生产方式和组织结构的重大变革。

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资源三号02星成功发射。

  进入新世纪以来,随着高性能计算机、分布式计算、互联网等技术的飞速发展,数字化测绘技术日臻成熟,并开始向信息化测绘迈进。信息化测绘是我国测绘实现由传统测绘向数字化测绘转化跨越之后进入的又一个新的发展阶段。这一时期,分米级精度似大地水准面、2000国家大地坐标系投入使用,以高精度、三维、动态、陆海统一为特征的国家现代基准体系建成,显著提升了我国大地基准、高程基准、重力基准的现势性、完整性和精确度,极大提升了测绘生产效率;我国民用高分辨率立体测绘卫星——资源三号01、02星成功发射,填补了我国卫星立体测图领域的空白,地理信息空间信息自主获取能力得到质的提升,我国成为世界上少数掌握高精度卫星立体测绘成套技术的国家之一;自主研发了国内首套机载雷达测图系统、倾斜相机、无人机航摄等大批核心技术装备并投入使用,部分性能指标优于国外同类产品;成功研制了北斗卫星导航定位芯片,结束了我国高精度卫星导航定位产品“有机无芯”的历史;北斗导航卫星系统成功组网,全国各省均建成CORS站网,推动高精度定位和位置服务产业迅速发展;自动化、分布式、网络化的高性能数据处理软件推陈出新,面向政府、行业和个人的地理信息网络化服务成为测绘地理信息服务的主要方式。信息化测绘体系的初步建成,成为测绘事业由生产型向服务型转变的重要里程碑。

测绘科技成果丰硕  能力水平节节提高

  改革开放40年来,通过大力实施“科技兴测”战略, 我国地理信息获取能力持续扩展,地理信息处理能力不断提高,地理信息服务能力逐步增强,自主研发技术装备日益成熟,数字航摄仪、机载合成孔径雷达系统、低空无人飞行器航空摄影系统等装备快速取代进口产品,对于发展民族工业,保障国家地理空间信息主权、安全和利益具有重要意义。

  大地测量领域取得重大成果。40年来,测绘地理信息部门积极开展全国天文大地网整体平差、多普勒卫星定位测量、GPS测轨网研究、似大地水准面精化和2000国家大地控制网构建等大规模技术攻关活动,有力促进了我国测绘基准体系从二维向三维、从静态向动态、从参心坐标系向地心坐标系的转变。空间定位、激光测距和航空重力测量等高新测绘技术的应用,推动我国大地测量与空间定位技术实现了从传统大地测量到卫星导航定位、从地面水准测量到GNSS高程测量、从地面重力测量到航空重力测量的跨越。经过科研人员长期不懈的努力,实现了超长距离跨海高程传递,成功利用GNSS观测所得的相对大地高差,联合精确的似大地水准面模型,将黄海高程传递到了距离上海30公里的洋山岛上。在国家“863”计划的支持下,科研人员在海岛(礁)测绘自主核心关键技术方面取得重大突破,使我国具备了对难以到达或不宜到达岛(礁)进行准确定位测量、浅水海域水深测量、海岛岸线测绘及岛礁地理信息快速获取等能力。导航技术飞速发展和普及,使高精度位置服务成为一项普惠大众的重要技术。

  地理信息数据获取技术发展迅速。在航空遥感数据获取装备方面,先后研制配备了一大批IMU/DGPS辅助数字航空摄影测量、大面阵大重叠度航空数码相机、机载激光雷达系统、机载合成孔径雷达系统、数字低空遥感装备等,在生产中发挥了巨大作用。特别是我国自主研发的SWDC 系列数字航摄仪,填补了国内空白,大面积取代进口产品。以激光扫描仪为主要传感器的新一代移动测量系统——车载激光移动测量系统得到广泛应用,促进地理信息的快速获取与利用。在卫星测绘领域开展了多学科交叉研究和多领域协同攻关,系统研究了卫星测绘数据获取、处理、生产应用的基础理论和关键技术,初步构建了卫星测绘从理论研究、技术创新到工程应用的创新体系。以资源三号、高分一号、高分二号、天绘一号、吉林一号等为代表的测绘遥感卫星的投入使用,使我国卫星遥感数据获取、处理与应用能力显著提升。在国产测绘卫星强大数据获取能力的支撑下,我国开展了全球地理信息资源建设工程,其成果将在维护国家安全、保障国家利益等国家战略实施中发挥重要作用。

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JX5数字测量系统正式发布。

  摄影测量与遥感数据处理技术体系形成。在中国工程院院士刘先林、张祖勋的带领下,我国成功研制集光机电计算机技术于一体的JX系列解析测图仪和VirtuoZo 软件,占领了国内80%的市场,使得摄影测量摆脱了昂贵的解析和模拟测图仪器的限制,计算机软硬件逐步取代了昂贵的光机设备,推动了摄影测量技术的普及,使我国摄影测量技术步入世界先进行列。进入新世纪以来,数字化测绘开始向信息化测绘逐步转型,研发的PixelGrid、DPGrid 等具有自主知识产权数据处理软件达到国际先进水平,全面实现了卫星影像、航空影像、低空无人机影像、推扫式航空影像数据的集群分布式、自动化的快速处理,实现了高分辨率遥感影像数据的一体化测图。SAR 成像及数据处理技术也日趋成熟,广泛用于解决多云、多雨和多雾地区的测图问题。

  国家基础地理信息系统研究成绩卓著。我国相继建成了国家基础地理信息系统1:100 万、1:25 万和1:5 万数据库, 1:5万基础地理信息数据库实现年度更新。近年来,随着互联网、云计算、物联网等新型信息技术不断发展,测绘服务方式由传统的地图产品服务向信息服务、知识服务转型。在广大科研人员的共同努力下,以SuperMap、NewMap 等为代表的国产化的地理信息服务软件平台不断发展壮大,推动了地理信息应用从提供数据发展到提供服务的新阶段,并对全国数字城市和智慧城市建设发挥积极的推动作用。

  标准体系日臻完善。目前,我国已经建立了由114项国家标准、151项行业标准、50余项地方标准构成的测绘地理信息标准体系,并开始主导国际标准制定,实现了测绘标准与技术变革协同发展。

  40年来,测绘地理信息部门不断研发具有市场竞争力的测绘高新技术产品,积极推进先进的测绘科技成果产业化,测绘科技应用亮点纷呈。

  在珠峰高程复测中,测绘队员采用卫星大地测量、GPS测量、精密水准测量、重力测量、三角测量、导线测量、雪深雷达探测等多项现代测量技术,测定了迄今为止世界上最准确的珠峰高程。

  在“嫦娥一号”卫星发射过程中,现代大地测量、遥感等技术为卫星发射和运行提供了精确的测控基准数据,并获得了月球表面影像,制作出了月球地貌图。

  在奥运场馆建设中,高精度测量机器人、精密工程测量、控制测量技术的应用,确保了水立方泳池和鸟巢跑道的长度误差仅有毫厘之微。

  在填补国家空白的西部测图工程中,大面积采用了高分辨率航空航天遥感影像测图技术、高精度航空定位导航姿态测量系统等先进技术,使航空摄影测量作业大量减少或完全免除地面控制点,从而大大缩短了作业周期,提高了生产效率,降低了成本,较好地解决了西部困难地区像控点测量难题。

  在政府宏观决策与管理中,国务院综合国情地理信息系统、防灾减灾信息服务系统、人口普查地理信息系统、边界谈判地理信息系统等一批专题应用系统,为实现科学化决策和信息化管理发挥了重要作用。

  在西部大开发、西气东输、西电东送、南水北调、三峡工程、青藏铁路等重大工程以及交通、水利、能源、通信等基础设施建设,国土资源调查,环境监测与保护,防灾减灾,环境污染等突发公共事件应急处置,社会主义新农村建设等方面,现代测绘技术为测绘工作更有效地服务经济社会发展提供了有力支撑。

  互联网地图服务网站天地图正式上线,测绘服务方式实现了由离线提供地图、数据服务向在线提供地理信息服务的根本性转变,更好地满足了国家信息化建设的需要,为社会公众工作和生活提供了方便。

  我国在世界上首次研制成功30米分辨率地表覆盖数据产品,并由中国政府赠送给联合国。该成果被国际同行评价为“对地观测与地理信息共享领域的里程碑成就”,在关键技术指标上达到国际领先水平,实现了我国在该领域从跟跑到领跑的跨越。

  开展了首次地理国情普查,采用测绘高新技术对地形、水系、交通、地表覆盖等要素进行动态和定量化、空间化监测,形成了反映各类资源、环境、生态、经济要素的空间分布及其发展变化规律的监测数据、地图图形和研究报告,为政府、企业和社会各方面提供准确权威的地理国情信息。

科研机构逐步建立  创新体系不断完善

  改革开放以来,测绘科技体制改革取得重要突破,初步建立了由科研机构、高等院校、重点实验室、工程技术中心、科技企业及生产单位等多元化主体组成的测绘科技创新组织体系,以及由科技发展基金、科技进步奖励、科技人才培养与人才激励等组成的测绘科技政策体系。尤其是近年来,通过开展公益性行业科研专项试点,加强测绘科技发展顶层设计,切实加快推进测绘地理信息科技体制改革,持续推进协同创新,使得科技创新政策环境不断优化,科技自主创新能力显著提升,企业技术创新主体作用日益凸显,科技创新平台布局不断优化,科技创新人才培养成效显著。

  国家级和区域性创新平台建设取得重要突破。成立了行业首个国家级工程中心,航空遥感数据获取与服务等5个技术联盟被认定为国家级产业技术联盟, 测绘地理信息科技创新联盟、长江经济带地理信息协同创新联盟、智慧中原等一批区域协同创新中心相继成立,服务示范、支撑引领、集聚融合、辐射带动作用日益突出,初步形成了覆盖全国、协同创新的科技创新平台体系。

  国际合作平台建设不断加强。与国外多家科研机构联合成立了首个国家级国际联合研究中心,为测绘地理信息科技走向世界搭建重要平台。建成目前亚洲唯一的国际卫星导航定位服务数据分析中心,精度和稳定性水平进入国际前三名。

  行业创新平台稳步推进,先后组建测绘地理信息重点实验室和工程中心27家,初步形成了覆盖全国、协同创新的科技创新平台体系。行业学会、协会等社团组织在促进测绘地理信息科技进步和学科发展等方面取得可喜成绩。

  广大地理信息企业坚持自主创新,以科技创新促进产业进步,在北斗导航与位置服务、位置云技术、地理信息平台、地图应用服务、多源遥感影像集成处理、测绘地理信息装备等方面的技术研究和产品研发不断取得新突破。

  科研人员是科技创新的主力军,激发他们的创新积极性需要宽松和活跃的政策环境和创新氛围。40年来,测绘地理信息部门不断营造科技创新环境,最大限度地激发科研人员的创新潜力。目前,测绘地理信息行业拥有“两院”院士29名、省部级及以上专家350人、各类科技人才达16.8万人,形成了以两院院士、青年学术技术带头人、科技领军人才为主体的科技骨干人才梯队和规模较大的专业技术人才队伍。近5年来,测绘地理信息系统科技成果获得国家科技进步奖15项、国家发明奖5项,3人获全国创新争先奖,1个团队获国家创新团队奖。这些荣誉,提升了测绘地理信息科技创新在国家总体创新链条中的地位,激发了科研工作者的积极性。

  科技是国家强盛之基,创新是民族进步之魂。40年来,我国测绘科技事业发展与国家改革开放同频共振,实现了从“基本跟踪、快速追赶”到“三跑并存、领跑并跑渐多”的跨越式发展。测绘科技发展取得的辉煌成就再一次有力证明:科学技术是第一生产力,只有始终不渝坚持科技创新,事业发展才会有源源不断的前行动力。(宁静慧)

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