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中科院遥感所:让国产陆地卫星 “玩得转”
新闻来源: 泰伯网    发布时间:2017-03-28

泰伯网讯  据科学网消息,利用遥感卫星这只“眼睛”观察地球,已经成为一种必不可少的手段。在国家民用空间基础设施规划中,仅21家部委就提出了144项业务需求,全部涉及卫星遥感应用。

然而,不管是国际还是国内,气象海洋卫星的定量遥感应用广泛,但陆地卫星定量遥感却一直是个难题。

作为中国最大的遥感与对地观测研究机构之一,中国科学院遥感与数字地球研究所科研团队决心突破这一难题。

最近,由该所牵头,联合中国资源卫星应用中心、中国国土资源航空物探遥感中心等完成的“国产陆地卫星定量遥感关键技术及应用”项目取得一系列重大突破,荣获2016年国家科学技术进步奖二等奖。

瓶颈:三大“弊病”

长期以来,我国陆地卫星在各领域应用规模一直狭小,其瓶颈就是从数据到信息的定量转化水平低。

“不会用、不好用、用不好”是当前我国陆地卫星定量遥感的三大“弊病”。

国产卫星受国外核心器件封锁,数据噪音大、图像不清晰、定标精度低,导致数据不好用;

我国大气浑浊、地形起伏多变,反演模型复杂,导致数据不会用;国产数据杂多、应用标准缺乏、规模化程度低,导致数据用不好。

针对这三大难题,历时十余年,“国产陆地卫星定量遥感关键技术及应用”项目围绕国产卫星数据定量化质量跨越提升、中国区域遥感信息高精度定量反演、定量遥感规模化工程处理这一主线展开了攻关。

“这个项目就是要去构建适合我国的陆地卫星定量遥感技术体系,打通‘应用第一公里瓶颈’,实现国产陆地卫星数据的好用、会用、用好。”中科院遥感地球所负责人、研究员顾行发说。

技术:各个击破

针对存在的问题,团队采取了“各个击破”的方式,化解了一个又一个难题。从源头保障了国产陆地卫星的定量化应用。

我国复杂的大气环境让国际通用大气校正模型“竞折腰”。

“为了解决这个问题,我们开展了中国区域多站点、长期大气监测,构建了六类中国典型气溶胶模型。”顾行发说。

通过这些“国产”模型的构建,京津冀地区2014年有效数据天数由原来的64天提高到173天。

此外,我国山区起伏的地形导致定量反演误差很大。

科研人员创建了耦合地表方向反射和大气多次散射的山地辐射传输模型,将山区地表反射率相对误差降至平原地区水平,使我国陆地卫星定量应用区域范围由原来的35%提高到95%以上。

该团队创建了九类115个全国适用的高精度定量遥感反演模型集,瓦解了卫星数据“不会用”的难题。

目前,在农业应用领域,作物估产等精度达到95%以上。在地矿调查领域,复杂地形条件下构造、岩性等解译精度则提高了10%以上。

国产卫星数据之所以“用不好”,与缺乏相应的标准、规范不无关系。

为此,攻关团队建立了我国第一套定量遥感标准规范,研建了陆地卫星星群综合数据预处理系统,支撑了18个行业、11个区域业务应用系统的建设,陆地卫星数据预处理能力跃居全球第一。

应用:遍地开花

技术的壁垒一旦突破,中国国产陆地卫星的应用便迎来了“春天”。

项目成果在国土、农业等18个行业、京津冀等11个区域得到广泛应用,并推广到43个国家和地区,取得了巨大的社会经济效益和国际影响力。

目前,国产陆地卫星已成为国土资源大调查主力数据源。

在农业领域,作物长势等14种全国农情信息业务化监测得以实现,数据国产化率达90%以上,精度提升到95%。

在生态环境领域,构建的定量反演模型集应用于国产陆地卫星的全球陆表典型要素高精度提取,成果连续两年被全球生态环境遥感监测报告采用。

在灾害应急中,为洪涝、地震等重特大灾害救援提供了灾情监测与评估技术支撑。

目前,我国陆地卫星定量遥感技术体系有效支撑了16颗国产陆地卫星定量遥感应用。

用户由不足20家扩展至全国3900家,国内数据占有率由5%提升至85%以上,节约数据购买成本1000亿元以上。

“这些年的努力没有白费。”顾行发说,“能够让国产陆地卫星数据好用、会用、用好,推动国产陆地卫星定量遥感自主创新、跨越发展,我们深感欣慰。”

但山区由于信号问题用不了RTK,就主要使用后差分PPK来减少像控点,能减少很大工作量,精度也能提升一些。

据宇辰网记者了解,航测的外业工作很辛苦,风险性也比较高,像是航测数据不全的情况,就很难处理。一般飞完当天会在外场检测一下,如果数据不全就只能重飞。

第三步:内业数据处理阶段

这一阶段主要分为数据采集与数据编辑两部分内容。这部分的工作任务主要是:一方面对DEM (数字高程模型)和 DOM (数字正射影像数据集)生成处理,利用技术手段和数据处理手段实现基本数据模型的生成;另一方面对DEM和 DOM数据生成的结果进行成果质量检测,保障数据输出的真实性,输出DEM 和 DOM 成果,随后,完成 DLG(数字规划地图)制作,输出 DLG 成果。

业内人士告诉宇辰网记者,相较“饱经风霜”的外业工作,内业的工作可用“精细繁琐”来形容,但都同样的重要。

数据采集工作主要是对着立体显示设备看立体影像,画第一手的地图。在数据采集过程中,要求精度非常高,即所有能见的地物都要画,所有区域的等高线都要画(包括居民区),所有成图区域的高程点都要采集。

密集激光点云生成的DSM成果/图 来源网络

而数据编辑的工作,即修整采集人员画的一手地图。即拼接地图、修剪等高线、删减高程注记点、加图幅图框、加文字注记等。通过删减修整地图,使地图符合甲方或者规范上关于成图的要求。

经常性发生的是,图一次性生产不出来。因为采集人员看到的立体像对上可能有缺失、模糊、不确定的区域,编辑人员就要把这些地区标注出来,然后把半成品交给调绘的外业人员去补测,补测回来之后再把补测的地图添上去。

业内人士透露称,航测内业工作强度大,目前仍以劳动密集型为主,薪酬偏低,且面临高素质全面型人才缺失的问题。

不过,好在现在已有软件可以实现等高线自动生成的功能,也提供了曲线编辑的人机交互,可以对测区点云块按图框批处理生成等高线产品。随着技术的不断进步,在处理航测数据的精度和效率方面,均有望得到提升。