摄影测绘仪器与遥感

    摄影测量与遥感开辟了人类认知地球的崭新视角，为人类提供了从多维角度和宏观尺度认识宇宙与世界的新方法、新手段。随着摄影测量步入全数字时代和遥感进入高分辨率、立体观测时代，摄影测量与遥感技术应用的广度和深度日益拓展。近30年来，摄影测量与遥感技术已在测绘、农业、林业、水利、气象、资源环境、城市建设、海洋、防灾减灾等领域得到广泛应用，在经济建设和社会发展中发挥了越来越重要的技术支撑作用。

　　摄影测量与遥感是测制各种基本比例尺地形图和建设基础地理信息数据库的基本手段，它同大地测量与卫星定位、地图制图与地理信息系统以及工程测量等一起，构成了整体的测绘学科与技术体系，为我国测绘事业发展提供了坚实的技术支撑。

 

　　有力推动测绘技术进步

　　从上世纪70年代后期起，我国摄影测量开始从模拟摄影测量跨越出来，经过解析摄影测量的过渡，很快进入数字摄影测量发展阶段，从而带动了我国传统测绘技术体系向数字化测绘技术体系的转变。利用摄影测量与遥感技术，我国测绘了各种比例尺地形图，包括覆盖全国陆地面积80％左右的近2万幅1：5万比例尺地形图、覆盖全国陆地面积40%左右的16.8万幅1：1万比例尺地形图，以及许多城市1：1000至1：2000比例尺地形图。20世纪90年代以来，相继建立了全国1：100万、1：25万、1：5万比例尺基础地理信息数据库和一批省级1：1万比例尺基础地理信息数据库、市县级1：500至1：2000比例尺基础地理信息数据库。

　　进入21世纪，我国测绘事业发展步入以数据获取实时化、数据处理自动化、数据传输网络化、信息服务社会化为特征的信息化测绘体系建设新阶段。在此期间，我国测绘科技工作者经过长期不懈努力，取得了诸多令国际同行刮目相看的摄影测量与遥感科技成果，自主研发了数字摄影测量工作站、数字航空摄影仪、无人机低空遥感系统、地理信息系统软件平台等一大批具有自主知识产权的科研成果，不但取得了显著的社会经济效益，而且为我国测绘事业持续发展提供了实力保障。目前，我国已建成1：100万、1：25万和1：5万比例尺全国空间数据库，包括的数据产品有DOM（数字正射影像）、DEM（数字高程模型）、DLG（数字线划图）和DRG（数字栅格图），还有地名数据库和土地利用数据库等。各省市已经或正在建立1：1万比例尺空间数据库，许多大中城市建立了1：500至1：2000比例尺空间数据库，成为构建数字中国、数字省区和数字城市的重要基础。国家测绘局正在组织实施１：５万比例尺全国空间数据库更新工程和西部地区１：５万比例尺地形图空白区测图工程。西部测图工程使用了一批新设备、新技术、新航空航天遥感影像，将改写我国西部200多万平方公里无１：５万比例尺地形图的历史。

　　

全面提升空间数据获取能力

　　经过40多年的发展，我国摄影测量与遥感技术领域取得的成绩令人瞩目：在数据获取能力方面，成功研制了一系列传感器，发射了50多颗对地观测卫星，包括气象卫星、海洋卫星、资源卫星、通信卫星、导航定位卫星、返回式陆地卫星、科学实验卫星等，组成了风云、海洋、资源和环境减灾四大民用系列对地观测卫星体系，从地球同步轨道和太阳同步轨道上实现了对地球的多平台、多传感器观测，可以获取地球表面不同分辨率的光学和雷达图像，并将对地观测数据应用于气候、大气成分、水循环、植被变迁、海洋现象、自然灾害等地球空间环境变化的监测。在数据储备方面，已经积累了总存贮容量超过660TB，覆盖全国陆地、海域以及周边国家和地区1500万平方公里的地球表面数据。在教育科研方面，组建了一支多学科交叉的研究队伍，160多家大专院校、科研院所设置3S（GPS、GIS、RS）相关专业，产生了一批空间信息企业。

　　在国家973和863计划支持下，我国针对发射的各类遥感卫星，开展了高精度卫星定轨测姿理论与方法的研究，对推扫式卫星遥感影像的成像机理、几何处理模型、高分辨率卫星遥感影像测图技术等进行了全面研究，研发了具有自主知识产权的遥感数据处理平台，以此为核心建立了国产卫星遥感影像地面处理系统，并开展了定量遥感反演研究，为形成我国独立自主的对地观测数据获取、信息处理与分发服务体系奠定了基础。

　　

广泛应用于经济社会发展各领域

　　摄影测量与遥感技术在国民经济建设与社会发展及人民生活中应用广泛，包括自然灾害的预警与监测、环境变化研究、自然资源调查、规划管理、国家空间数据基础设施建设等各个领域。尤其是在今年汶川大地震发生后，我国科技工作者快速利用航空、航天遥感以及低空无人遥感平台，获取灾区高分辨率遥感影像，解译灾情分布，快速整合原有多尺度、多类型基础地理信息资源，及时构建地理信息服务平台，制作多尺度影像地图，及时提供了地图、地理信息数据及技术支持，最大限度地满足了急需。

　　在森林和植被类型调查、土地利用和土地覆盖变化、陆地和海洋环境调查及地质与矿产调查中，遥感对地观测卫星得到广泛应用。为保证耕地的必要拥有量，我国每年进行一次耕地变更调查，法国SPOT-5卫星、美国IKONOS和QuickBird卫星、中国资源卫星和北京一号小卫星等发挥了重要作用。每年的农作物估产都要综合利用资源卫星和气象卫星数据。1：5万比例尺全国地形数据库中的数字正射影像分别采用了TM、SPOT卫星影像和航空像片。对地观测卫星在社会发展中的应用包括SARS、禽流感等流行疾病控制，考古与文化遗产保护，精细农业，电子政务，智能化交通，城市管理等众多方面。

　　

防灾减灾：快速获取汶川大地震灾情

　　汶川大地震发生后，灾区通信、交通严重受损，卫星遥感和航空遥感技术成为快速获取灾情的最佳途径。我国科技人员利用光学和雷达遥感、航空遥感技术对灾区进行了连续、动态监测，开展了灾区房屋倒塌、道路交通等基础设施损毁，泥石流、滑坡、堰塞湖等次生灾害解译分析工作，研发了抗震救灾综合服务地理信息平台，整合了震前、震后遥感影像，灾区三维数字高程模型，居民地、交通、水系等基础地理信息数据，堰塞湖等地质灾害专题信息，以及人口等社会经济信息，为各级抗震救灾指挥部门和救灾人员提供了及时准确的灾情信息。

　　在监测地震次生灾害的同时，科技人员还利用遥感数据，对抗震救灾情况和灾害影响进行综合评估。同时，利用遥感数据及灾情监测与评估结果，为国家和地方制定灾后重建总体规划和实施方案提供宏观信息支持。

　　尤为值得一提的是，国家测绘局在灾情发生后立即调集航摄飞机赶赴灾区一线，实施航摄。此次航摄采用了三种不同的航空遥感飞行平台和传感器：一种是搭载了数码航摄仪的中型通用航空飞机，主要在中高空作业，可以透过云层空隙获取大区域影像。一种是超轻型直升机，可乘坐一至两人，搭载了分辨率优于0.2米的航空数码相机以及惯性导航系统和卫星导航系统，具有定点起降、近地面航摄、分辨率高等特点。一种是无人机，体积小巧，机动灵活，通过地面遥控快速采集影像，不需要专用跑道起降，受天气和空域管制的影响较小，主要用于局部监测，反映灾害情况。这些都是我国开发的具有自主知识产权的新技术，三者互为补充，各自发挥所长。

　　执行灾区航摄任务的航空飞机搭载了由我国著名遥感专家刘先林院士研制的具有自主知识产权的数码航空摄影仪。这台数码航摄仪技术含量相当高，获取图像后即可在前方快速处理，正常情况下拍摄分辨率在0.1米至0.2米之间，最高可达0.05米，即使阴天也能在云层下摄影。这台仪器还配有动态定位装置，不需要布设大量的野外基准站，实现了数据获取处理一体化。

　　遥感技术在此次抗震救灾中发挥了关键作用，为领导迅速了解灾情、科学指挥救灾及制定灾后重建规划提供了重要依据。

　　

经济社会发展：积极服务奥运盛会

　　举世瞩目的第29届奥林匹克运动会即将在北京召开，愈来愈多的人们热切关注着有关奥运会的各种信息。为此，一些从事卫星遥感数据接收与处理的公司及时向社会公布了鸟巢等奥运设施不同建设时期的卫星影像，其中北京一号小卫星获取的北京城市变化环境监测成果，被用于反映申奥成功7年来首都城市面貌日新月异的变化。

　　与此同时，北京奥组委、国家测绘局、北京市政府联合开发了奥运官方网站观众服务地理信息系统。这是奥运史上第一个使用动态电子地图的奥运官方网站。该网站集成整合了来自北京市旅游局、卫生局、教委、交通委、民政局、文化局、工商局、应急办、园林绿化局等9个部门的52类地理信息，涉及旅游、医疗卫生、教育、交通等各个方面，资源极为丰富。网站提供的服务内容主要包括：地图搜索、公交换乘、周边查询、行车路线、打车助手等。例如，点击“奥运地图”，页面上即刻出现一幅北京电子地图。在图上可任意点击查询奥运场馆、特许商品专卖店、公共交通、住宿、购物、美食、著名景点、宗教场所、娱乐休闲等内容。点击任何一个场馆，都可以直观地获知它在地图上的具体位置以及该场馆的建筑地点、建设状况、建筑面积、坐席数、精美图片等。

　　

测绘：国家西部测图工程

　　受恶劣自然环境和技术水平的制约，我国西部约 200万平方公里的国土一直没有测制过1：5万比例尺地形图。随着测绘技术的发展与成熟，特别是摄影测量与遥感技术的迅猛发展，国家测绘局启动了西部测图工程。

　　西部测图工程作业区域地形、气候条件复杂，环境艰苦，只有依靠科技创新，采用新技术、新方法和新装备，才能解决常规测绘技术无法解决的难题。西部测图工程主要采用了航天遥感、航空摄影、航空航天合成孔径雷达、卫星导航定位等最新摄影测量与遥感技术，如数据快速获取技术、高分辨率立体测图卫星应用技术、稀少控制点遥感影像地形测量技术、全天时全天候雷达影像地形测量技术等，形成了西部测图困难地区高精度地形测量技术体系，为西部测图工程的顺利实施提供了有力的技术支撑。

　　西部测图工程对于实施国家西部大开发战略、西部地区重大基础设施建设、资源合理开发与利用、生态环境保护及国家安全等具有十分重要的意义。

　　

水利：洪涝灾害遥感监测

　　我国国土辽阔，自然地理条件复杂，降水在时空分布上十分不均，因此洪涝灾害发生频繁。“八五”以来，我国组织多个部门联合攻关，攻克了灾害信息提取、快速评估、数据库建立和系统集成等关键技术难题，建立了运行系统，在重大洪涝灾害监测中发挥了重要作用。

　　1998年夏，我国长江流域、嫩江—松花江流域发生特大洪涝灾害。抗洪救灾期间，科技人员采用多光谱尤其是具有云层穿透能力的微波雷达成像技术，通过6颗卫星，对灾区进行全方位遥感监测，共处理全国范围的气象卫星数据近百个时相，接收加拿大、日本、美国等国家及欧洲空间局的遥感卫星数据12次，对各灾区进行了5至7次覆盖，总面积达765万平方公里。同时利用国家863计划机载雷达系统、国家攻关计划机—星—地系统、国家测绘局航测遥感系统，飞行20多架次，获取数十万平方公里灾区实况图像，形成遥感监测图像100多幅、灾情分析报告近100篇，迅速送往国家和受灾各省有关部门，有力支援了抗洪救灾工作。这些珍贵的遥感图像，也为灾后重建规划和以后的水利规划与防洪工程建设提供了服务。

　　

农业：农作物长势监测与估产

　　近20多年来，农作物遥感监测一直是遥感应用的一个重要领域。从“七五”利用气象卫星数据进行北方11省市小麦估产起步，经过“八五”重点产粮区主要农作物估产研究，到“九五”建立全国遥感估产系统，遥感技术在我国农业领域的应用不断向实用化发展。目前已经能够对全国冬小麦、春小麦、早稻、晚稻、双季稻、玉米和大豆等农作物进行估产及长势监测，在作物收割前2至4周提供作物播种面积和总产数据，每10天提供一次作物长势监测结果。这些信息为国家掌握粮食生产情况、粮食储运、粮食调配和粮食安全提供了及时、准确的服务。

　　在此基础上，中国科学院建成了中国农情遥感速报系统，该系统包括作物长势监测、主要作物产量预测、粮食产量预测、时空结构监测和粮食供需平衡预警5个子系统。农业部组织研发的国家农业遥感监测系统，可定期监测和评价全国大宗农作物面积、长势和产量，农业土地资源、土壤墒情、农业灾害等信息。这些系统的运行，为制定农产品进出口政策和计划、调控粮食市场、宏观指导和调控种植业结构等作出了贡献。

　　

气象：各种气象灾害监测与预报

　　台风监测和预报——气象卫星在监视热带天气系统方面具有十分重要的作用，尤其是台风监测和预报。2004年，超强台风“云娜”的强度和移动路径与1997年给我国造成重大经济损失的“9711号”台风非常相似。借助气象卫星提供的云图与数据，中国气象局发布了准确的台风登陆警报。由于采取了应急响应措施，人员财产损失明显降低。从统计结果看，2004年，全国因台风、暴雨等引发的死亡、失踪人数仅为上世纪90年代年平均水平的32.6%，直接经济损失为90年代年平均水平的59.7%。2007年汛期，我国实现了风云二号双星观测，发挥静止气象卫星遥感数据时间密度达15分钟的优势，充分展现了台风发展的细节，显示了其在台风监测方面的作用。

　　暴雨监测和预报——突发性暴雨、雷雨、冰雹等强对流天气，是我国春、夏季多发的严重灾害性天气，用常规气象观测资料分析和监测它们十分困难。高时间密度、高空间分辨率的卫星云图和利用连续观测云图制作的云图动画以及数字卫星产品，可有效监视中尺度对流系统的发生、发展、演变和移动过程，从而为分析和监测强对流天气提供了重要信息。

　　沙尘暴监测——我国建立了国家级沙尘暴遥感监测和预报系统，2002年投入运行，当年监测到不同强度的沙尘暴19次，这些监测结果通过中央电视台向公众公布，引起强烈反响。气象卫星还被用于对沙尘暴源地的研究，通过对气象卫星观测数据进行分析，否定了早期有关沙尘暴仅产生于城市周遍地区的错误论断，揭示了我国沙尘暴有很大一部分来源于蒙古国荒漠地区的事实。这一发现不仅对沙尘暴的形成机理研究具有重要意义，而且对我国环境外交产生了深远影响。

　　

资源调查：全国土地利用遥感调查与制图

　　我国十分重视遥感技术在国土资源调查中的应用，在上世纪80年代初期采用陆地卫星MSS数据编制了全国818幅1：25万比例尺土地利用图、全国1：400万比例尺地势卫星影像图、全国1：200万比例尺土地利用卫星影像图、全国1：100万比例尺土地利用卫星影像图，完成了全国土地面积精确量算。80年代中期，我国又将遥感技术与野外调绘相结合，完成了全国土地利用详查，查清了我国土地权属、类型、数量、质量、分布及利用状况，取得了从每一个地块到村、乡、县、地、省和全国的土地利用现状第一手资料，为科学决策、编制国民经济和社会发展计划、制定有关政策等提供了重要依据。

　　我国应用陆地卫星TM数据、中巴卫星数据等，于上世纪80年代中期、90年代中期和末期完成了全国土地利用调查，并建立了业务运行系统，具有每年耕地数据动态更新和每五年土地利用数据全面更新的能力。现正在利用高分辨率遥感数据，开展第二次全国土地详查工作。

　　我国还利用彩色红外遥感数据开展地质找矿应用研究，并成功地在新疆博罗霍乐北山地区发现矿藏。

　　

资源管理：全国土地资源动态监测

　　及时准确掌握土地利用变化情况，是加强国土资源管理、切实保护耕地的必要前提。为此，原国家土地管理局自1996年开始进行了17个重点城市土地利用动态遥感监测试验，1999年国土资源部将其列入新一轮国土资源大调查项目计划，首次大范围大批量应用高分辨率卫星遥感数据，对全国66个50万人口以上城市进行了监测，面积达71.4万平方公里，占全国土地面积的7.4%。监测数据在城市建设及国土资源管理方面发挥了重要作用。这项工作目前已纳入全国土地资源动态监测业务，每年都对重点城市开展土地变化监测。

　　在对重点城市进行遥感监测中，我国采用陆地卫星MSS、TM、ETM和中巴资源卫星等数据330余景，完成了全部直辖市、省会和自治区首府城市的监测，全面了解了20世纪70年代至本世纪初这些城市的扩展规模、用地面积等，并分析了这一扩展过程的时间特点及区域差异。监测结果表明，改革开放以来，我国城市扩展速度加快，城市规模不断增大，本世纪初城市中心建成区的总体规模是监测初期的2.3倍。增加的城市面积中55%以上是对耕地的占用，而且有大量的农村居民点逐渐成为城市建成区。这说明，保护耕地资源任重道远。

　　与此同时，遥感监测还是土地执法监察的重要手段之一。它与土地执法动态巡查相结合，可以最大限度地做到及早发现土地违法行为，特别是能够及时发现因执法监察工作不到位而遗漏以及因交通不便不易通过巡查发现的土地违法行为。利用1999年度遥感监测成果，我国首次开展了66个城市土地执法检查，取得明显成效。卫星遥感监测技术为强化土地资源执法监察，贯彻“预防为主、防范和查处相结合”的国土资源执法监察新思路提供了有力支撑。

　　

环境保护：西部地区生态环境遥感调查

　　为配合西部大开发战略的实施，我国设立了西部地区生态环境遥感调查专项，旨在利用遥感技术对西部地区生态环境现状进行全面调查，分析西部地区生态环境变化的趋势，发现和研究西部地区生态环境存在的问题，找出成因和对策。

　　该专项完成了覆盖西部地区12个省（自治区、直辖市）、673万平方公里卫星影像数据的获取，建立了西部地区生态环境综合数据库，包括遥感影像库、土地覆盖数据库、生态环境背景数据库、土地退化空间数据库、生态环境评价专题数据库、遥感解析地面标志数据库和8个典型地区生态环境动态专题数据库。在此基础上，系统地开展了基于多时相遥感数据的西部地区生态环境现状和动态变化分析、沙漠化与水土流失分析、生态环境质量综合评价、8个典型地区生态环境动态变化综合分析等，建立了西部地区生态环境现状遥感调查数据查询系统和西部地区生态环境现状遥感调查多媒体演示系统，出版了《中国西部地区生态环境现状遥感调查图集》。

　　该专项的实施促进了遥感技术在我国生态环境保护方面的应用，发展壮大了我国生态环境遥感的技术实力，特别是为西部地区培养了一支遥感应用专业队伍，同时为我国今后开展大规模、大范围、多尺度、多时相和多专题的生态环境遥感调查起到了示范作用。

　　

城市建设：北京一号小卫星遥感数据综合应用

　　北京一号小卫星遥感数据在北京市城市建设与管理中得到综合应用，创建了集准确性、时效性、便捷性于一体的政府业务管理模式，显示了广阔的应用前景。

　　 在国土资源管理中，利用北京一号小卫星遥感数据，结合地面调查，创建了“月清季累”的工作模式，即将年度一次性土地变更调查分解到各季、各月中，及时掌握土地利用及其变更现状，加强了北京市对土地利用的监管，并已在北京18个区县全面应用。同时，首次采用卫星多时相数据开展出让土地动态监测，保障了土地“批后监管”的及时性和全面性，有效震慑了占地屯地的不法行为。

　　在农业资源调查统计中，采用了农作物面积快速统计与地块级精确统计相结合的方法，创建了以遥感调查为主、地面调查为辅的新型统计工作模式，有效解决了传统人工统计方法层层汇总、逐级上报可能产生的瞒报、虚报、漏报等问题。在2007年农业调查统计工作中，建立了全市冬小麦耕种面积统计数据库，数据精确到每个地块，实现了从“报什么是什么”向“是什么报什么”的转变，使统计工作取得跨越式发展。

　　在城市精细化管理业务应用中，结合北京市2008环境建设指挥部和建委、规委、政管委、文物局等相关业务需求，开展了城市执法管理应用研究。发挥北京一号小卫星灵活快速的监测优势，将原来完全被动依靠群众举报、执法人员现场核查的传统监管模式，转变为主动利用卫星定期观测、依据科学数据现场核查执法的工作模式。

　　在生态环境监测评价方面，开展了全市地表河湖水系及湿地动态监测、水土侵蚀调查、森林资源统计调查等12项工作，充分显示出北京一号小卫星高效率、低成本的优势。

　　

林业：森林和草原火灾卫星遥感监测

　　卫星遥感技术在及时获得大范围火灾活动情况方面，具有得天独厚的优势。中国林业科学研究院自“八五”以来，承担并完成了一系列林火防治方面的研究，如西南林区火灾监测评价、森林大火灾情快速评估系统、国家森林火险预测预报系统、中国热带林火卫星遥感监测与管理系统等。通过综合运用卫星遥感、地理信息系统、计算机网络与数据库等技术，对国家级和区域级的林火监测和管理进行了系统研究，特别是在森林火险预报、林火卫星监测、林火信息管理等方面取得了多项科技成果，形成了实用化的运行系统，在历年林火监测中及时提供了相关信息，为林火防治与扑救提供了技术服务。

　　自1994年始，农业部开始应用卫星遥感资料，对内蒙古及其毗邻地区的草原火灾进行监测试验。经过十余年的发展，目前已形成了以EOS/MODIS卫星数据为主要数据源、以3S技术为支撑、适用于我国北方草原地区的火灾预警、监测和灾情评估系统，并已业务化运行。草原火灾实时监测报告及实时反馈信息表明，卫星遥感监测草原火灾具有实时、高效、准确的特点与优势，可在卫星过境40分钟内，判定草原火点，确定火点地理位置，测定明火及过火面积，并预测火势扩展方向，火点监测准确率达90%以上，最大限度地降低了草原火灾造成的损失。

　　

海洋：海水水质遥感监测

　　随着海洋经济所占国民经济总产值比重的提高，海洋近岸水污染越来越严重。传统的海洋近岸水质监测方法，由于空间覆盖面积小和观测频度低，已无法满足需求，迫切需要利用遥感等高新技术对海洋近岸水质实施监测。为此，我国建立了海洋近岸水质遥感实时监测和信息快速报送系统。该系统可自动接收多颗卫星数据，并提供水质分类图像、水温、悬浮物、赤潮和水体污染状态等信息，并通过互联网把信息实时上报给相关政府部门。系统已重点对浙江省和上海市海洋近岸区域监测了两年。

　　该系统成功发布了27次有害赤潮及水质异常警报，出版了24期月水质分类变化图和4期水质变化趋势报告。数据显示，卫星遥感监测方法的费用仅为传统方法的1%，但监测频率是传统方法的100倍。由此可见，利用卫星遥感对海洋近岸水质进行监测既经济又高效，应用前景广阔。

　　

考古：揭开秦始皇陵神秘面纱

　　20世纪70年代，遥感技术开始应用于考古，即通过传感器对地表及地表以下考古遗迹进行远距离的观察、探测，将获取的信息用于考古研究。

　　秦始皇陵是遥感技术应用于文物考古的一个成功范例。科技人员应用航空摄影测量技术，精确测定了秦陵的现状图、影像图、俑坑军阵位置图等；用近景摄影测量技术精确测定了各类兵马俑、兵器的立面图、等值线图；用航空遥感技术探测了地下文物的分布，发现了秦陵内外城长方形双重城垣的存在并测定了其范围，同时研究了地质条件对地下文物的影响。