测绘装备发展的新趋势

2015-02-12刘先林

遥感信息 2015年1期

doi:10.3969/j.issn.1000-3177.2015.01.001

测绘装备发展的新趋势

刘先林

(中国测绘科学研究院)

近年来，我国测绘地理信息产业发展环境良好，技术突飞猛进，规模持续增长，服务日益拓展，结构不断优化。在短短的二三十年间经历了快速发展，从仅生产国家基本比例尺地形图的纸质模拟地图时代，发展到测绘信息化时代，建立了多尺度国家基础地理信息数据库。今天，我们面临着智能测绘的新时代，即建立全国地理国情监测体系，辅助政府行政决策，支撑城市智能化管理。

社会信息化过程推动地理信息“生态”的演进

伴随着社会经济的信息化发展，用户对地理信息服务提出了更新更高的要求：更逼真，用户追求更接近实景效果的导航地图服务；更精细，对精度要求更高，以往分辨率1m就可称之为高分辨了，现在要提高到1cm，甚至1mm(才能看清井盖上的字)，测量精度要求更高；更广泛，由室外、地表测量延伸到室内、地下测量；更实时，通过“四维”采集实现快速采集与实时监测。

地理信息服务对象也逐步拓展。传统意义上的地理信息行业的工作大多以专业的测绘工程为主，技术门槛很高，无论是航天和地面测绘，均由专业的设备和工作人员来完成，主要是为政府科学决策、实施重大战略、促进区域协调发展等提供测绘地理信息服务保障。现在，地理信息已得到民众的广泛应用，成为人民群众日常生活中不可或缺的关键信息。电子商务也介入地理信息产业，对行业产生很大的冲击，这是网络经济时代的重大事件。当然，地理信息行业还是会继续存在，但是专业测绘地理信息行业提供的面向大众服务和大众广泛参与的所谓“泛在测绘”两个领域会首先被网商巨头迅速侵占。

信息空间化是互连互通的基础。过去的地理信息数据都是记录在纸上，装订在记录本里，存放在档案室。只有将所有的数据进行信息化，才能实现互联互通，从而进一步实现智能化，而信息化的过程主要就是空间化，这也是地理信息行业的工作任务。

对地理信息技术领域而言大数据本质上需要的是结构化的地理信息。而测绘行业几十年来都在以纯手工方式处理大数据。传统的卫星影像、航摄影像、全景照片、机载点云、车载点云，甚至街景工厂所生产的三维模型都是典型的无结构数据，很难进行检索，更不用说产生知识。只有结构化的数据，才能进行统计分析产生知识。

测绘生产过程实际上是一个结构化的过程。结构化包含了五点内容：将点云或者像元抽象为点、线、面；分层分类；对象化、实体化，对后端用户提供开放性数据接口，便于在此基础上开发统计分析和知识生产软件；提供可交互的工具。

测绘地理信息成果形式的新变化

近年来地理信息成果的形式也发生了新变化。总的来看，成果形式将会从二维的形式发展成为三维的形式。因为三维涵盖了二维，二维不能涵盖三维。完整的三维模型可以生产DEM，也可以生产DOM，甚至于DLG等。大部分的数据成果都是可以通过三维模型转换得到，所以成果形式由二维向三维的转变将是最重要的发展。

由于以前数据采集装备和数字化的技术比较落后，导致传统的城市三维只能实现小范围的应用示范。所谓的三维城市也是无结构的，虽然也分为房屋、道路、水系、路面四层，但满足不了应用需求，所以提出城市全要素三维模型，即以三维模型的方式，逼真、精确地反映地表的所有实体。城市全要素三维模型会把地表所有的地物分层，目前我们分层已达到五十种，随着技术的进步还会更多。城市全要素三维模型将可以转换为城市1∶500地形图。目前来看，传统的城市三维会被城市全要素三维模型取代，这将是建设智慧城市的地理空间数据基础。

城市全要素三维模型不是只能观看，而是结构化的三维模型。结构化的三维模型指的是：①实体模型是分层分类的；②管理到实体的：每一类中的实体模型对应一个全国唯一的辨认码和唯一的几何属性表、人文属性表；③每个实体都有以三维矢量描述的结构线。过去测绘行业的一大失误就是没有对分层后下面的实体对象进行管理，导致了水利、公安等部门拿到的基础数据不可用，不得不花经费去重做。实体没有比例尺和图幅概念，只要给实体赋上几何属性、人文属性，就会为后端的应用提供便利，所以实体化势在必行。

近年来，导航地图逐步向精度更高、要素增加、提供自动驾驶和增强现实导航系统服务的方向发展，进而导航公司对地理信息数据采集也提出了新的要求，对采集的分道线进行矢量化，将树、隔离带、交通牌、红绿灯等地物单独提取并分层分类显示。

街景也在由一代街景向二代街景过渡。目前市面上出现的大多街景为“地理参考全景影像”，统称为一代街景，我们称模型街景为二代街景。一代街景没有分层分类，没有结构，对于历史变迁和第三方数据叠加是无法实现的，更不可能进行统计分析。二代街景比一代街景更便于产生监测成果和各类统计分析报表，用不同时期的模型相互叠加并相减，可以发现变化，产生监测成果和各类统计分析报表。例如违章建筑(加盖房子和加盖楼层)。二代街景比一代街景更便于让志愿者上网更新纹理。移动测量系统的街景采集会产生大量的隐蔽地区，解决这个问题最有效的办法是发动群众，用手机拍照，然后在网上调出该隐蔽地区的模型并进行现势的纹理粘贴，获取积分奖励。

满足城市全要素三维模型数据采集装备(软硬件)的发展趋势预测

这二三十年以来，地理信息行业在装备的软硬件上面有很大的变化。首先是定位，从最初测角、测距发展到现在的增强定位；测量方式从以二维间接测量为基础的三维重建变成三维直接测量为基础的模型重构；探测方式从被动变成被动加主动；传感器数量从单一传感到组合传感器集成，发展到传感器网络；探测距离，精度要求越来越高，从卫星遥感600km到沉浸式无接触探测；分辨率、视场角也发生变革；从管理到图层到管理到实体。传统的地理信息系统，特别是从制图系统过渡来的地理信息系统都有按图层打开加载的功能，却没有按实体辨认码加载的功能，目前的三维地理信息系统大部分都是三维可视化系统，称不上是真正的3D GIS，充其量就是与二维GIS进行联动，真正意义上的3D GIS需要有三维矢量、三维拓扑、三维分析和实体属性管理的功能。

软件功能的提升主要体现在智能化后处理。智能化后处理的关键是自动化提取，而自动化提取要突出一个“多”字：多重、多元，只靠多光谱成像不行，激光扫描仪、SAR、红外都要用到；多维，用SGM做的高密度的航片点云，这些点云非常可靠，而且都是三维的，在三维基础上再来做分类提取，成功的希望就大多了；过去多时相的采集，主要是用来监测，其实同时也有利于自动提取，比如可以利用植物不同生长时期光谱的不同来判读，做自动提取。

无人机正在快速地侵占有人机航拍市场，将来还会更大范围地侵占有人机的市场。可以开发1+N的组网飞行，一次由多架飞机同时飞行。过去的无人机主要是回收型，今后要发展成为传输型。无人机搭载的相机也需要改进，目前可以满足于应急监测等较低精度需求，要满足测绘的高精度要求，飞行前需通过检校、振动、再检校两次结果一致才能上天。再就是快门，要由帘幕快门变成中心快门，或者电子快门，才能满足测绘精度要求。

从无人机发展来看，旋翼机发展会比较好，增强飞机稳定性、安全性、自动紧急无伤害迫降。增加续航时间，高效燃料电池，高效燃料电池会把旋翼机推向一个新的高度。基于城市三维模型的精确城市穿行三维导航，可以实现城市里无人物流配送。未来的发展还包括：基于微型的组合相机、高精度微机械陀螺的引进和使用。

室内建模采集装备的发展趋势，应发展室内定位技术和室内建模技术，应用现有的激光扫描仪和相机。利用已知条件的“缺维”测量，在单张照片的透视原理基础上，用缺维就可以实现定位。在隧道里面因为没有GPS信号，用一张照片，在已有数据的支持下，就能够把自己定位得很精确，所以缺维的定位是需要研究的。

目前基于手机或Pad的GIS移动终端非常流行，基于手机的泛在测绘也相当成熟。未来发展可能包括：显示透视立体、凝视真立体，多模测量型GNSS、微机械IMU，云支持的兴趣点采集和街景遮挡的补救；用二维码订制的GIS服务都是热点技术。

国产装备亟待政策扶持

我国幅员辽阔，地理信息数据采集复杂且工程浩大，坚持发展自主装备研发团队是保证产业持续发展的关键举措。目前我们国产装备在推广过程中，的确遇到一些困难。

我们要建设创新型国家，如果盲目崇拜外国设备，不敢大胆采用国产设备，是我国创新力不足的原因之一。为响应建设创新型国家的号召，请支持国产设备。

(根据中国测绘地理信息学会2014年会上发言整理)