学科报告▏测绘科学与技术学科发展研究（六）

主编：中国科学技术协会编著：中国测绘地理信息学会

本学科近年的最新研究进展⒍ 全球30m地表覆盖信息产品2014年4月，经过4年跨学科协同创新，首次研制出了2000年和2010年两个年份30m分辨率的全球地表覆盖数据产品GlobeLand30，并构建了全球首个高分辨率地表覆盖信息服务平台。以“多源影像最优化处理、参考资料服务化整合、覆盖类型精细化提取、产品质量多元化检核”为主线，解决高质量影像的全球优化覆盖、相同地物具有不同光谱反射曲线或者不同地物具有相同光谱反射曲线的现象、数据产品质量控制等诸多问题；依据全球地表覆盖制图对多源、多分辨率遥感影像的需求，研发几何纠正与配准、缺失数据处理、辐射重建等一组处理模型与方法，用于纠正遥感影像在获取和处理过程中产生的误差；研发专用的网络化检核系统，具有错误信息的空间化标报、发布／订阅、时空匹配等功能，用于支持多用户协同的检查信息和修改结果的在线汇聚、有序传递。海量影像优化处理、精细化信息提取、工程化产品质量控制、网络化信息集成服务等科技创新，将2000年和2010年两个基准年的全球30m地表覆盖数据产品空间分辨率提高了1个数量级，总体分类精度达到83％以上。⒎ 全球环境变化与自然灾害预测预警在大地测量与地震研究领域，以GPS为代表的“GNSS空间大地测量技术”的迅速发展和广泛应用，可以对各种规模尺度的构造运动和地壳形变进行高精度、高密度、高效率和全天候的实时化观测，为地震相关领域的地球动力学研究和构造运动学解析提供了革命性的技术手段。在构造运动学和地球动力学研究方面，目前的静态GNSS大地测量，能够通过“每24小时”的观测获得全球参考框架下精度高达“毫米级”的站点单日平均坐标。既可进行全球尺度的板块运动监测，也用于区域范围的地壳形变和构造运动监测，更可适用于具体断裂带的细微运动变化监测。在地震孕育机制和破裂过程的观测研究方面，静态GNSS大地测量是同震位移观测、震后迟豫形变观测、断裂蠕滑和慢地震现象观测的有效手段，为地震危险性判定、岩石圈介质的流变参数反演、地震破裂面错动分布状况反演等提供重要约束。在地震的强地面运动监测和地震预警方面，近年来从日臻完善的单历元GNSS观测技术拓展出一个新型学科——GNSS地震学。采用高频（高采样率）的GNSS观测，能够以“厘米级”的精度获得每个采样时刻（历元）的三维坐标，从而直接勾画出强震所引起的地面三维运动过程。目前高频GNSS大地测量的实际效果和应用潜力受到了传统地震学界的普遍认可和高度重视。在应急测绘与防灾减灾方面，突破了测绘基准建立和空间信息快速获取关键技术，通过集成似大地水准面精化、精密单点定位、新一代数字摄影测量等技术，建立了不依赖地面控制点的高精度快速摄影测量生产体系，实现了多尺度数字航空影像的快速获取及其高精度的快速处理，并成功推广应用于灾区应急测绘；针对灾区应急测绘时间紧、要求高、实施难的问题，实现了基准建设和测图同步协调作业，建立了应急测绘集成技术体系和测绘信息应急服务系统，为灾区快速重建提供了可靠的测绘技术服务与保障。⒏ 空间科学的应用在天文地球动力学研究领域，国内多个台站是国际SLR数据处理分析中心，或是我国陆态网和北斗导航系统全球跟踪站数据处理中心，发表了多份星表。获得了我国地壳运动和变形的高水平监测成果，在国际上首次得到了精度达毫米级的中国大陆及其周边区域地壳运动完整的图象，为地球科学研究中国大陆地壳运动机理提供了最可靠的约束条件；在天球参考系研究方面，首次提出大天区统一平差CCD观测的处理方法，大大提高了星的定位精度和参考系维持精度。空天一体化基准是实现航天器高精度空间定位与导航的基础，其实质在于确定高精度的地球定向参数（EOP），即确定不同参考系之间的联系参数。目前，测定EOP的主要技术手段包括甚长基线干涉测量（VLBI）、卫星激光测距（SLR）和全球卫星导航定位（GNSS）等技术。自2002年起，我国提出、发展和逐步完善了新一代VLBI技术规范，即VLBI2010标准，其致力于对VLBI测站的毫米级定标与定速、对EOP参数的连续、实时和高精度测定，进而确保天、地一体化参照基准的高精度实现。国内迄今具有VLBI观测功能的台站包括上海、乌鲁木齐、昆明、北京、喀什和佳木斯6个站。这些台站主要用于天体物理研究和深空探测器跟踪，虽能用于测量EOP并获得实验性测量结果，但离VLBI2010标准相距甚远。为此，国内有关单位正在按VLBI2010标准设计和研发我国新一代VLBI测地网，并在宽带接收、馈源与接收机整体制冷、天线参考点高精度监测以及观测数据解析等关键技术方面取得系列进展。SLR是实现地球参考框架的重要技术之一，通过卫星轨道与地心实现固连，用于确定地球参考框架的原点和尺度因子。通过与VLBI并置测量，有利于分析和消除不同测量技术之间的系统差异，精化EOP激发机制的分析，提高EOP的预测精度。GNSS技术主要用于EOP的加密测量，是对上述两种技术的重要补充。国内利用IGS跟踪站的连续观测资料估算得到的地球定向参数，与IGS发布的地球定向参数结果具有较好的一致性。在深空探测方面，面向我国载人航天、月球探测、火星计划等国家重大深空探测工程，突破现有的VLBI、SVLBI、ΔDOR、SBI和X射线脉冲星技术的理论和方法，建立卫星轨道参数、天体着陆卫星定位参数与参考系统连接参数、卫星动力学模型或运动学模型参数以及地面观测网或测控网的关系，形成了从月球探测器到火星探测器、从地面测量到自主定位系统的一整套 VLBI探测器定位技术和深空大地测量理论体系。设计了最优SVLBI卫星轨道方案、卫星有效载荷的技术参数以及SVLBI卫星轨道跟踪网，提出SVLBI系统的技术理论方法；研究采用地-空/空-空SVLBI观测量估计包含章动参数在内的所有大地测量参数的处理方法；深入开展VLBI、SVLBI、ΔDOR、SBI和X射线脉冲星技术进行深空探测器定轨和深空大地测量的理论、模型和参数序列估计算法研究，以及探测器轨道和遥控测控网设计等。⒐ 位置服务目前，我国在位置服务领域，主要是发展北斗二代系统的应用。北斗CORS网可提供一定的广域差分、局域差分和网络RTK服务，北斗地基增强系统以北斗卫星导航系统为主，兼容其他GNSS系统的地基增强系统，可提供厘米级至亚米级精密导航定位和大众终端辅助增强服务。我国国家大地基准现代化建设指标是360个CORS站都具备北斗信号接收和数据产生的能力，目前已经建成了一百多个站点，可以实时传输数据流，用于生成实时/后处理精密轨道、钟差、电离层等产品，作为国家增强系统的主要基础设施。国内各省也开展了相应的北斗CORS站的更新升级工作，如四川省已经建成了约一百个站的北斗CORS站网，逐步开展车道级差分服务和厘米级服务，湖南省建成了约一百个站，湖北省建成了三十个站，河北省建成了二十多个站点的一期网、正在开展二期的建设，江苏和上海也建成了北斗CORS站网，广西建成了六个站点的北斗CORS试验网，正开展相关服务。自2012年北斗二号系统正式投入运行以来，国家设立了42个行业和区域重大专项应用示范工程，以此实现以行业示范带动行业应用，以区域示范带动区域应用。在城市应急方面，北斗系统在汶川地震和芦山地震发挥了巨大作用，地震中基础设施和通信设施全部瘫痪，救援人员依靠北斗系统及时传递出灾区信息；在精确的地理信息服务方面如城市主要的设施、建筑物的形变等监测，北斗系统的高精度服务也能对其提供支持；北斗系统的应用在智慧城市各个领域不断扩大和深入，并从“天上”逐步飞入寻常百姓家：全国各地驾校考试系统都在升级换代，改用北斗驾考系统；在上海，智慧城市北斗综合应用示范工程已经启动，市民可以便捷地使用“智能呼叫”、“智能交通导航”等服务；在江苏无锡，“4G+北斗导航”的车联网等民生应用项目即将进入普通市民的生活；在智能交通方面，交通运输部“重点运输过程监控管理服务示范系统工程”确定在９个示范省市（江苏、安徽、河北、陕西、山东、湖南、宁夏、贵州和天津）、近10万台“两客一危”（大客车、旅游包车和危险品运输车）重点运输车辆上安装北斗系统用户终端设备；在精准农业方面，目前卫星导航技术已用于农场规划、田间测图、土壤取样、农机引导、作物田间监测、产量监测系统等，成功解决了每块土质不同的土地要求准确匹配相应的耕作技术和耕作条件的难题，从而实现了精细高效地利用土地、以更小的代价获取更多的收获；在气象预报和防灾减灾方面，国家气象局“基于北斗导航系统的大气、海洋和空间监测预警示范应用工程”已完成北斗探空仪和地面接收设备样机的研制开发，具备了地面业务应用的基本条件；在公车管理方面，北斗卫星导航系统区域应用示范项目，借助珠三角地区卫星导航产业体系完备的优势，打造基于北斗的公共运营服务平台，开展城市应急管理、智能交通、综合执法、人身安全保障服务、公共用车监管等系统建设；在动物保护方面，为了更多地了解并保护藏羚羊，2013年7月，西藏林业厅、青海林业厅、西北濒危动物研究所和北斗卫星导航系统的专家联合组成科研小组，利用卫星定位技术，对藏羚羊迁徙产仔进行研究；在森林防火方面，天津市蓟县林业局2012年初建成全国首套基于北斗卫星导航系统的森林防火实战指挥系统，该系统可对野外火情进行自动识别、报警、定位和指挥调度，从而实现全天候、全方位、远距离地监控林区火险动态。在线地图服务正向服务功能主动组织、数据管理自动调整、地图自适应表达的个性化主动服务发展，开拓了一个崭新的电子地图公众服务时代，在地图服务形式、服务平台、服务模式、服务内容与对象等方面发生了巨大的变化。以实景地图、街景地图、影像地图、真三维地图集成的综合服务形式得到较多应用；地图服务平台从PC互联网平台向移动互联网平台转变，由单一服务平台向开放式地图共享服务平台转变；地图服务模式从“找位置”进入“找服务”，正逐渐向以“LBS+SNS”模式为特点的社交网络地图服务转变；随着众包地图、志愿者地图的普及，用户不仅是在线地图服务的消费者，也是地图信息的生产者，譬如用户可以使用位置签到、位置微博和Waze B社交化交通等方式提供地图信息。当前室内定位技术的发展是研究新的定位技术以及多种技术结合的混合定位方法，例如研究基于惯性传感器的辅助定位和地图匹配技术相结合以提高惯性传感器位置推算的精度。研究完整的传感器/WiFi/BLE的混合定位方法，以满足各种室内环境和应用场景的需求。未来十年，世界将被人工智能云计算技术改变。基于日益发展的物联网和云计算平台，云计算平台将为各个行业（如能源、电力、医疗、城市、交通、教育等）提供数据采集、分析、处理和报告。而室内定位技术的发展与应用（室内精准导航、大数据分析、个性化营销和社交网络等），已成为人工智能云技术的一个组成部分。⒑ “天地图”地理信息公共服务平台“天地图”地理信息公共服务平台网站经过近两年的建设及省市级节点不断接入，数据资源更加丰富、服务能力明显提高，成为目前中国区域内数据资源最全的地理信息服务网站。“天地图”集成了全球范围的1∶100万矢量地形数据、500m分辨率卫星遥感影像，全国范围的1∶25万公众版地图数据、导航电子地图数据、15m分辨率卫星遥感影像、2.5m分辨率卫星遥感影像，全国300多个地级以上城市的0.6m分辨率卫星遥感影像，总数据量约30TB。天地图2014版本正式上线，具有功能更全、技术更优、性能更稳、运行更快等亮点。在原有基础上，完成了国内地图矢量数据的全面更新，国外矢量数据由原来的 2级至10级丰富提升到14级，首次发布全球海底地形晕渲地图，更新全球陆地地形晕渲效果，发布了维文、蒙文地名注记图层。截至目前，天地图形成了国家、省、市（县）三级互联互通的架构体系，全国已有30个省、区、市完成省级节点建设，145个市（含县级市）完成市级节点建设，并实现了与主节点的服务聚合。整体服务性能比此前版本提升4～5倍。新版天地图还开通了英文频道、综合信息服务频道和三维城市服务频道，并更新了手机地图。（重大应用与服务专题完，下一专题为学科发展与人才培养）

■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。

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