学科报告▏测绘科学与技术学科发展研究（一）

主编：中国科学技术协会编著：中国测绘地理信息学会

前言当前测绘与地理信息的内涵开始转型升级，从传统的测绘技术条件下的数据生产型测绘，转型升级到信息服务型测绘与地理信息；从计划经济时代沿袭的传统测绘体制，转型升级到适应社会主义市场经济的测绘与地理信息体制。本报告结合当前测绘学科转型升级的内涵，回顾了传统测绘学演变为包括全球导航卫星系统、航天航空遥感、地理信息系统、网络与通信等多种科技手段的一门新兴学科——地球空间信息科学的历程，阐述了2014～2015年我国测绘与地理信息学科在新理论与技术研究、重大应用与服务两个方面的进展。新理论与技术研究的进展体现在大地测量与卫星导航定位、重力测量与地球重力场、摄影测量与航天测绘、地图制图与地理信息工程、工程测量与变形监测、海洋与江河湖泊测绘和陆空天地海一体化测绘等领域取得的若干研究成果，特别是北斗全球卫星导航系统的建设与发展、中国似大地水准面精化、高分辨率遥感、三维移动测量、移动地图与网络地图服务、大型特种工程测量、数字海洋地理信息等技术取得重大进展。在测绘学科技术的重大应用与服务方面的进展主要包括地理国情普查与监测、智慧城市的时空信息基础设施建设、地理空间信息数据资源建设与升级、海岛礁测绘、全球30m地表覆盖数据、全球环境变化与自然灾害预测预警、空间科学的应用、位置服务和“天地图”地理信息公共服务平台等。本书简要介绍了本学科在学术建制、人才培养等方面取得的进展，并分析比较国际上本学科最新研究热点、前沿和趋势，评析了本学科国内外的发展现状，对比了国内与国际测绘学科技术发展差距，分析了我国测绘与地理信息学科未来 5 年发展战略，并提出重点发展方向和发展策略。2014～2015年我国测绘与地理信息学科发展迅猛，新观点、新理论、新方法、新技术不断涌现，测绘重大专项若干关键技术取得众多突破，主要进展集中在测绘学科最新理论与技术研究、测绘学科技术的重大应用与服务两个方面。本篇研究报告总体上分为两大部分：第一部分是综合报告，主要从测绘学科最新理论与技术研究进展、测绘学科的重大应用与服务、测绘学科发展与人才培养、测绘学科国内外发展比较、测绘学科发展趋势及发展策略等几个方面论述测绘学科的进展，由首席科学家宁津生院士牵头组织编写；第二部分是专题报告，由9个专题研究组成，分别论述了测绘学科的9个分支学科在近两年的发展现状和趋势，各专题报告分别由中国测绘地理信息学会大地测量与导航专业委员会、摄影测量与遥感专业委员会、地图学与GIS专业委员会、工程测量分会、矿山测量专业委员会、地籍与房产测绘专业委员会、海洋测绘专业委员会、地理国情监测工作委员会、仪器装备专业委员会组织编写。2014年7月1日，中国测绘地理信息学会在武汉大学召开“2014～2015年测绘科学与技术学科发展研究”项目启动会。会议主要讨论了中国测绘地理信息学会按中国科协要求制订的《项目实施方案》，对项目的任务、分工、时间、编写提出了明确、细致的要求，项目首席科学家对项目实施提出了具体意见和要求。同年9月20日专门召开研讨会，征求对研究报告初稿的意见和建议。本项目研究得到我国测绘界相关高等院校、科研院所及企事业单位的专家们的热忱支持，在此一并表示衷心的感谢！

一、引言为适应经济社会发展的新形势，满足测绘与地理信息发展的新要求，测绘地理信息科技创新体系不断加快完善，自主创新能力逐渐增强，中国测绘与地理信息学科发展正进入全面构建智慧中国的关键期、测绘产品服务需求的旺盛期、地理信息产业发展的机遇期、加快建设测绘强国的攻坚期。当前，国家明确测绘与地理信息行业为国家战略性生产型服务业和高新技术产业，在国家“加强基础测绘，监测地理国情，强化公共服务，壮大地信产业，维护国家安全，建设测绘强国”总体战略目标的引领下，中国测绘学已由生产型测绘向服务型测绘转变；由事业型测绘向管理型测绘转变；由主要依靠政府推动发展向依靠政府和市场两种力量推动发展转变；由单一地图及地理信息数据服务向网络化综合性的地理信息服务转变。测绘及地理信息工作与政府管理决策、企业生产运营、人民群众生活的联系更加紧密，各方面对测绘与地理信息服务保障的需求更加强烈，测绘地理信息的内涵开始转型升级，从传统的测绘技术条件下的数据生产型测绘，转型升级到信息服务型测绘地理信息；从计划经济时代沿袭的传统测绘体制，转型升级到适应社会主义市场经济的测绘地理信息体制机制。由于将空间数据与其他专业数据进行综合分析，致使测绘学科从单一学科走向多学科的交叉，其应用已扩展到与空间分布信息有关的众多领域，传统的测绘学演变为包括全球导航卫星系统、航天航空遥感、地理信息系统、网络与通信等多种科技手段的一门新兴学科——地球空间信息科学。鉴于测绘与地理信息的战略地位，世界各国纷纷加强地理信息资源建设，加快卫星导航定位、高分辨率遥感卫星等技术的进步升级，推动云计算、物联网、移动互联、大数据等高新技术与测绘地理信息的深度融合，抢占未来发展的制高点。当前测绘学科的发展重点以发射测绘卫星组网为核心，其中包括由高分辨率光学立体测图卫星、干涉雷达卫星、激光测高卫星、重力卫星等组成的，具有长期稳定运行能力的对地观测系统，增强高分辨率遥感卫星影像获取的自主性和时效性，建立起包括空天地海多层次的智能地理信息传感网；对遥感综合监测技术、内外业一体化调查技术、多源数据融合与处理技术、遥感信息提取与解译技术、地理要素变化监测技术、地理统计与分析技术等方面开展攻关研究，加强云计算、物联网、移动互联网等高新技术在测绘与地理信息中的应用，提升地理国情信息处理、分析、提供速度、效率和能力，重点强调以数据获取实时化、处理自动化、服务网络化、产品知识化、应用社会化为主要特征的信息化测绘体系建设，着力构建以现代化装备设施为核心的信息化测绘体系，加快推动测绘与地理信息技术体系尽快由数字化向信息化转型升级。在此背景下，2014～2015年我国测绘与地理信息相关学科发展迅猛。本综合报告对2014～2015年我国测绘与地理信息学科的发展进行评述和归纳，回顾总结并科学评价我国近几年测绘与地理信息学科的新观点、新理论、新方法、新技术、新成果等；结合 2014—2015 年测绘重大专项，对若干关键技术进展进行凝炼，简要介绍本学科在学术建制、人才培养、研究平台、重要研究团队等方面取得的进展；结合本专业有关国际重大研究计划和重大研究项目，分析比较国际上本学科最新研究热点、前沿和趋势，评析上述专业国内外的发展动态；根据2014～2015测绘与地理信息学科发展现状，对比国内与国际测绘学科技术发展差距，分析我国测绘与地理信息学科未来5年发展战略和重点发展方向，提出相关发展趋势和发展策略。

二、本学科近年的最新研究进展㈠最新理论与技术⒈ 大地测量与卫星导航定位现代大地测量学与地球科学、空间科学和信息科学等多学科交叉，不断拓展了大地测量的学科内涵与外延。随着卫星导航定位技术的迅猛发展，尤其是我国北斗导航系统的广泛应用，极大推动了大地测量与导航学科的快速发展。⑴北斗全球卫星导航系统2004 年我国正式启动北斗全球卫星导航系统工程（北斗二代）建设，2007年成功发射第一颗中圆地球轨道（MEO）卫星，2012年底已部署完成由 5 颗地球静止轨道（GEO）卫星、5颗倾斜地球同步轨道（IGSO）卫星和4颗MEO卫星组网，并正式提供区域服务。2015年3月30日，中国首颗新一代北斗导航卫星发射升空，它是中国发射的第17颗北斗导航卫星；7月25日，第18颗和第19颗北斗导航卫星分别发射成功，并首次实现星间链路，标志着我国成功验证了全球导航卫星星座自主运行核心技术，为建立全球卫星导航系统迈进一大步。目前该系统能够为亚太地区的绝大多数用户提供10m左右的单点定位精度，测速精度优于0.2m/s，精密相对定位精度达厘米级，单向授时精度为50ns，双向授时精度为20ns，同时提供120个汉字/次的短报文通信服务。我国紧跟国际前沿，在北斗星导航系统（BDS）、BDS 与其他全球卫星导航系统（GNSS）组合精密定位的理论、方法研究以及软件研制方面，取得了丰富成果，获得了BDS精密相对定位厘米级精度。系统研究了单频、双频、多频的精密单点定位技术（PPP），实现了基于局域CORS网的PPP-RTK技术，完成了PPP技术与网络RTK技术的统一。研制了具有自主知识产权的网络 RTK 定位系统。北斗用户终端芯片研制工作全面展开，终端设备投入实际应用，国内正在持续加大北斗二代接收机核心芯片的研发力度，包括北斗终端设备基带芯片、射频芯片、天线、OEM 板卡等北斗系统用户终端产品的研制工作已全面展开，国内具有自主知识产权的北斗/GPS双模芯片已经在车载终端中得到了实际应用。⑵大地基准与参考框架维护国家现代测绘基准体系基础设施建设自2012年6月启动以来，五个单项工程（国家GNSS连续运行基准站网建设、国家GNSS大地控制网建设、国家高程控制网建设、国家重力基准点建设、国家测绘基准数据系统建设）通过新建、改建和利用的方式，建立了地基稳定、分布合理、利于长期保存的测绘基础设施。截至 2014 年已完成1135个GNSS大地控制点的观测、32745.1km一等水准观测、10585个水准点上重力观测和40点次绝对重力观测；同时还组织汇交了全国31个省市自建基准站、基准工程站、927基准站、陆态网络基准站的观测数据，并进行了全国联合网解算和整体平差，获取了全国统一空间基准下的高精度、地心坐标成果，解决了各省级基准站网坐标框架不统一和导航定位基准不一致的问题，为最终实现高精度国家动态地心坐标参考框架的建立和维护奠定基础。当前，我国现代大地测量基准体系已逐渐具备涵盖全部陆海国土、高精度、三维、动态的能力。2000国家大地坐标系（CGS2000）下的国家级测绘成果已于2013年对外发布使用。2013～2014年在 CPM-CGCS200020个Ⅱ级块体模型及中国地壳运动观测网1025个站点速度的基础上，综合采用反距离加权法、欧拉矢量法、块体欧拉矢量法、有限元插值法、最小二乘配置法建立了全面、精确、稳定可靠的中国大陆1°×1°格网速度场模型，用格网速度场模型计算网络工程1025个站点速度，并求出差值，建立了中国大陆分布均匀的速度场模型。在此格网速度场数值模型基础上，对已有的SuperCoord1.0软件进行升级，按行政区划将格网速度场模型嵌入到软件中，已免费下发到22个省（市）自治区用于GNSS坐标成果的转换。目前，CGS2000在国土资源部、水利部、中国地质调查局、交通部、中国气象局、住房与城乡建设部等部门得到了推广应用。水利部在2011年12月31日开始的水利普查中，采用的是CGCS2000 1∶5万数据。交通运输部2000坐标系应用的新线路图属性采集是通过直接与1∶5万更新数据进行迭加形成。中国气象局对气象服务产品的展现需要对外提供1∶400万、1∶100万、1∶25万和 1∶5万数据服务，其中基础地理信息数据均使用了CGS2000测绘成果的数据。CGS2000除用于发布专题数据服务外，还应用于气象局内气象站的标绘工作。国家电网公司利用1：5万地理信息进行电缆路径和站址定位。电力系统正在建立国家电网空间信息服务平台，将各省不同空间基准数据统一到同一空间基准下，建立 “一张网”服务平台下的全国统一空间数据基准。地质调查局计划利用三年的时间完成馆藏地质资料向 CGS2000的转换。海洋测绘应用中采用七参数转换等方法将现有海图坐标转换到CGCS2000 下。⑶大地测量数据处理大地测量数据处理方面，在基础理论扩展、新方法扩展、先验信息利用、粗差探测、不适定问题及动态测量数据处理等6个领域均取得了长足进展，尤其是在复数域测量平差和整体最小二乘等领域。在大地测量数据模型方面，研究了复数域中数据处理的最小二乘方法，将测量平差从实数域推广到复数域；扩展了误差的概念，提出了不确定性平差模型以及平差准则。推导了基于函数模型和随机模型共同约束的参数最小二乘解及其验后精度估计模型。针对系数矩阵和观测值同时含有误差的问题，开展了广泛的整体最小二乘算法研究，提出了附有相对权比的整体最小二乘法、稳健整体最小二乘法、病态整体最小二乘法、基于 PEIV 模型的整体最小二乘法、附不等式约束的整体最小二乘法；在先验信息利用方面，研究了不等式约束平差方法，分析了不等式约束对平差结果的影响，导出了不等式约束下参数估计、残差、观测量平差值的线性表达式、方差协方差矩阵和均方误差矩阵，提出了一种有效的不等式约束平差迭代算法；对于整数约束，提出了基于分枝定界算法的整数最小二乘法；在粗差探测方面，提出了基于后验概率和分类变量的bayes粗差探测方法、基于等效残差积探测粗差的方差-协方差分量估计法、基于局部分析法的粗差探测方法、基于改进 M 估计的抗差定位解算方法、抗差有偏估计t-型Bayes方法等；在不适定问题研究方面，提出了基于信噪比的正则化方法、双参数正则化方法、偏差矫正的正则化法、分组修正的正则化解法等新方法；在动态测量数据处理方面，提出了两步自适应Kalman滤波方法、自适应抗差滤波算法和附有条件约束的抗差Kalman滤波法，并在滤波模型误差补偿、状态噪声和测量噪声的协方差的自适应估计中取得了一些新的进展。⑷大地测量地球物理反演在这一学科领域的研究有高频GNSS数据、InSAR时序数据、地表三维形变数据等高精度处理理论及算法，地壳水平运动与地球外部重力场变化的数学模型的建立，其他多种大地测量地球物理反演模型的研究，其中有大地测量与地震数据联合反演破裂过程中顾及先验信息及不等式约束的反演模型，基于断层面自动剖分技术的三角位错反演模型，顾及横向非均匀的位错反演模型，基于粘弹性体的地球物理大地测量反演模型，火山形变的点源模型和竖直椭球体模型，顾及同震和震后效应的形变反演模型，基于重力数据的构造应力应变反演的解析模型等。总结出了基于总体最小二乘法的大地测量反演算法，研究了稳健估计理论在震源参数非线性反演中的应用，并对附约束条件的抗差方差分量估计算法、具有自适应权比的大地测量联合反演序贯算法、基于结构总体最小范数的位错反演算法、复数域最小二乘算法、附有不等式约束的加权整体最小二乘算法等进行了深入研究。基于InSAR 数据揭示了断层粘滑或蠕滑运动方式，利用 InSAR 数据研究了阿什库勒火山群、长白山火山等的现今活动性，提取了柴达木盆地、龙门山断裂带等区域的粘弹性系数，基于高频GNSS数据对大地震震相进行识别并尝试预警，基于垂直重力梯度异常反演了全球海底地形模型，利用重力数据反演了深圳市地下断层参数，基于 PolInSAR 数据反演了地表植被的高度。

（未完，待续）

■文章来源：《2014～2015测绘科学与技术学科发展报告》，中国科学技术出版社出版，科学普及出版社发行部发行，出版时间为2016年4月。共有本行业101位专家学者分专题完成本书编纂（成员名单略），本书首席科学家为宁津生院士。考虑到整个报告很长，我们分篇进行不定期编发，提供给本行业相关专业人士阅读了解。如其他平台转发本文，务请备注出处，版权归中国测绘地理信息学会所有。