光学卫星测绘遥感影像深化应用关键技术.docx
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光学卫星测绘遥感影像深化应用关键技术
拟报2017年度国家科技进步奖公示
项目名称:
光学卫星测绘遥感影像深化应用关键技术
推荐单位:
中国地理信息产业协会
一、项目简介
卫星测绘遥感作为空间地理信息获取的主要手段,已经成为我国经济社会发展的基础性保障。
当前,大多数应用行业需要连续、大范围、无缝覆盖的高精度遥感影像,并可快速提取相关地理信息。
但是,由于天气以及成像技术条件等因素影响,光学遥感卫星真正无云的影像不到5%,影像的平面和高程精度参差不齐,地理信息要素主要依赖人工提取。
这些问题已经制约我国卫星测绘遥感影像的规模化应用。
项目针对卫星测绘遥感影像大规模应用中的技术问题,开展了大区域卫星测绘遥感影像处理与应用关键技术研究,突破了立体影像去云、高精度处理、DOM和DSM产品快速生产以及半自动信息提取等技术难题,实现了4项技术创新:
1)提出了三线阵影像立体去云和修补的全自动处理方法,建立了基于暗像元的去雾方法,快速制作了大区域无云的“干净”影像,实现了大范围影像的连续覆盖,解决了卫星影像利用效率低下问题;2)构建了卫星激光测高仪严密几何定位模型,研发了我国对地观测卫星激光测高仪高精度数据处理技术,实现国产卫星激光测高精度达到1米;3)提出了多准则约束的激光高程控制点自动提取方法,实现了国产以及其它激光测高数据辅助的联合区域网平差;4)提出了基于影像的二三维一体化典型地物信息提取技术,解决了复杂路网背景下的道路自动提取技术难题,大幅提高了导航电子地图更新的自动化水平和作业效率。
主要技术指标:
1)三线阵影像去云和修补实现全自动化,单机制作10万平方公里无云立体影像仅需10个小时,卫星影像的利用率提高了27%。
2)国产卫星激光测高载荷平坦地区验证精度优于1.0米。
3)在无外业控制条件下,测图平面精度优于10米,激光辅助联合处理后影像高程精度优于2.5米;4)建立了影像控制点数据库,研发了全国2米分辨率真彩色国产卫星正射影像产品,已形成2个版本;西部困难地区320万平方公里数字表面模型产品,满足1:
2.5万精度要求。
5)遥感影像水体提取准确率达到95%以上,导航电子地图道路提取准确率达到80%,与原来作业效率相比提高了30%以上,作业成本降低了约15%。
项目形成了立体影像去云等4项软件和4种数据库产品,实现了我国自主测绘遥感产品走出去服务,全面提升了我国卫星测绘遥感影像的规模化应用能力,总体达到国际先进乃至领先水平。
已获得行业科技进步特等奖2项、发明专利21件、软件著作权16项,发表论文112篇,编制出版行业标准2部。
成果在测绘、国土、水利、农业、林业、民政减灾、海洋等十多个行业和产业部门1200多家单位用户得到应用,大幅提升了我国自主遥感卫星服务保障能力和应用服务水平,经济社会效益显著。
二、客观性评价
1、2016年4月14日,国家测绘地理信息局委托中国测绘地理信息学会在北京主持召开“卫星测绘遥感影像深化处理与应用技术”科技成果鉴定会,鉴定委员会一致认为——“项目成果具有先进性和创新性,推动了测绘行业科技进步,总体技术达到国际先进水平,三线阵卫星影像立体去云技术达到国际领先水平”。
2、2014年1月17日,国家测绘地理信息局在北京主持召开了“遥感影像控制点影像数据库关键技术研究及系统建设”科技成果鉴定会,鉴定委员会结论——“项目构建了集遥感影像控制点数据采集、管理及应用服务的整体技术链,首次建立了覆盖全国的多级多分辨率遥感影像控制点数据库,提出了遥感影像控制点新型产品,构建了新型生产及服务模式,整体技术达到国际先进水平”。
3、2014年12月22日,国家测绘地理信息局与北京市发展与改革委员会主持召开了《高分辨率遥感卫星在现代测绘和地理信息服务中的综合应用示范》项目验收评审会。
验收结论——“项目构建了测绘遥感信息快速处理和应急服务平台,在国产卫星影像的大规模、高精度快速处理及产品生产方面具有创新性,形成了基于国产测绘卫星的1:
5万、1:
2.5万和1:
1万基础地理信息快速更新应用模式和产品模式;首次利用国产卫星完成2米分辨率全国正射影像图制作;形成了测绘遥感应急保障模式”。
4、2014年10月13日,国务院第一次全国地理国情普查领导小组办公室在北京组织召开“基于资源三号卫星影像的西部困难地区DSM生产”项目验收会,验收专家组一致认为——“项目采用基于有理函数模型(RFM)的大范围稀少控制三线阵区域网平差和超控外推方式区域网平差,基于平差结果自动匹配生成DSM,生产完成满足1:
2.5万比例尺几何精度的DSM产品,提升了生产效率,缩短了生产周期,项目技术先进实用、成效显著”。
5、2016年1月23日,国家测绘地理信息局科技与国际合作司在北京组织专家对基础测绘科技项目“资源三号卫星深化应用技术研究”进行验收,验收专家一致认为——“该成果为推进国产测绘卫星全球高精度立体测绘以及在相关行业的应用提供了技术支撑”。
6、国家遥感中心空间信息软件测评中心对项目形成的“立体测绘卫星影像无云DSM、DOM提取”、“支持多源控制数据的卫星影像区域网平差软件”、“基于控制点影像库的遥感影像正射纠正软件”及“遥感影像特征计算及信息提取系统”等软件成果进行了测评,专家组认为——“在测试环境下,各软件系统功能、性能和可靠性达到预期目标,运行稳定,系统可用”。
7、中国土地勘测规划院——“应用结果表明,该技术成果有效提高了国产卫星影像在土地调查、遥感监测的精度和效率,实现了国产高分辨率卫星影像的深度应用,提升国产高分辨率遥感影像的应用效能”。
8、中国国土资源航空物探遥感中心——“项目成果为我单位开展基础地质调查、重点矿集区矿山开发状况与矿山环境监测等工作提供了技术支撑。
应用结果表明,该技术成果有效提高了国产光学卫星遥感数据处理和应用时效性,促进了国产高分辨率卫星影像在地质调查领域的深度应用”。
9、国家土地督察成都局——“项目成果能较好地解决西部困难地区影像获取和应用具体需求,提供高可靠、高效率、高精度的遥感数据和信息产品,提高国产分辨率遥感影像的应用的广度和深度。
该成果具有较强的推广应用价值”。
10、民政部国家减灾中心——“应用结果表明,相关技术成果有效地提高了卫星影像在灾害监测评估中的服务能力,将灾害应急响应第一时间的影像服务时效性提高到分钟级,有效地促进了国产卫星影像在防灾减灾中的业务化应用”。
11、研究成果“多特征融合的高分辨率遥感影像分类技术研究”被第20届中国遥感大会(CRSC20)论文集收录,被评为优秀论文;“Seamlesscontiguitymethodforparallelsegmentationofremotesensingimage”被“2015InternationalConferenceonIntelligentEarthObservationandApplications”收录。
12、项目成果“一种导航道路矢量信息辅助的遥感影像道路信息自动提取方法”,从2013年1月起开始在北京四维图新科技股份有限公司、高德软件有限公司等主流导航厂商中应用,经过四年多的应用验证,四维图新认为:
“技术成果有效提高了导航地图的更新效率,降低了作业成本,导航地图道路更新鲜度提升明显,高鲜度地图由原来的14天以上,到可以达0天(当天)出品,提高了地图的用户使用体验。
”、高德软件认为“该技术成果有效提高了导航地图的更新效率,与原来作业模式相比提高了30%以上,作业成本降低了约15%”。
13、项目提出的“多准则约束的激光高程控制点筛选算法”被评为第三届全国激光雷达大会优秀论文。
英文论文被美国NASA数据中心NSIDC引用并被纳入成果库。
14、项目成果“RiverDetectioninRemotelySensedImageryUsingGaborFilteringandPathOpening.RemoteSensing,2015,7
(2):
1915-1936.”被美国路易斯安那州立大学EuricoJ.D’Sa教授引用评价“提出了基于自动决策阈值的影像精确分类方法。
该方法适用于绘制地表水域形态,对于水资源研究具有实际应用价值”。
三、推广应用情况和社会效益
1.推广应用情况
光学卫星测绘遥感影像深化应用关键技术项目研制的去云软件、激光和光学联合平差软件、信息提取软件,以及全国2米分辨率真彩色正射卫星影像数据库、高精度数字表面模型数据库等产品已经在测绘、土地、水利、农业、林业、民政减灾、海洋、地矿等十多个行业和产业部门1200多家单位用户得到应用。
主要应用单位情况如下表所示。
应用单位名称
应用技术
应用起止
时间
联系人/电话
经济、社会
效益
国家林业局调查规划设计院
多源控制数据卫星影像区域网平差、云斑修补、全国2米分辨率真彩色正射卫星影像数据库
2013.1-2016.12
李应国
/135********
应用于全国范围和境外国家与地区森林资源调查,有效提高了国产卫星影像在林业资源调查和碳汇计量的使用效率
老挝测绘局
多源控制数据卫星影像域网平差、1:
2.5万正射影像生产
2015.10-2016.5
BouasothSouvannakoumane
应用于开展老挝境内地形测绘工作
中国土地勘测规划院
多源控制数据卫星影像区域网平差、三线阵影像立体去云和补云处理
2013至今
尤淑撑/139********
制作了350万平方千米的数字正射影像图及150万余平方千米的数字表面模型产品,有效提高了卫星影像在土地调查、土地遥感监测的精度和效率
国家土地督察成都局
光学遥感影像典型地物提取、云斑修补、多源控制数据卫星影像域网平差、
2014年至今
王春/139********
应用于国家土地审核督察、例行督察、专项督察、专题重点监测等督察业务,较好地解决西部困难地区影像获取和应用具体需求
国家基础地理信息中心
全国2米分辨率真彩色国产卫星正射影像产品数据库、多源控制数据卫星影像区域网平差
2013年至今
黄蔚
/13521898609
为国家地理信息公共服务平台“天地图”提供了3600万平方千米的影像产品数据,扩大“天地图”国内外地区的影像覆盖率
民政部国家减灾中心
多源控制数据卫星影像区域网平差、高可靠性匀光匀色快速处理、全国2米分辨率真彩色正射卫星影像数据库
2013年至今
王薇
/136********
支撑了承灾体和孕灾体环境分析、灾害快速评估、灾情综合评估等业务开展,将灾害应急响应第一时间的影像服务时效性提高到分钟级,有效地促进了国产卫星影像在防灾减灾中的业务化应用
中国地质调查局国土资源航空物探遥感中心
多源控制数据卫星影像区域网平差、数字表面模型生产、三线阵影像立体去云和补云处理、全国2米分辨率真彩色正射卫星影像数据库
2013年至今
郑雄伟/139********
提供370万平方公里的全国数字正射影像图和约100万平方公里的数字表面模型产品,完成了450万平方公里矿山环境监测控制点影像数据库建设,为基础地质调查、重点矿山开发状况与矿山环境监测等工作提供了技术支撑
中华人民共和国审计署资源环境审计司
光学遥感影像二三维一体化的典型地物信息提取技术
2014.9-2014.11
刘刚/134********
应用于国家土地出让金审计,开展全国范围内高尔夫球场、围海造地、重点城市中心城区闲置土地等信息提取,为审计工作提供定量化指标
江苏省测绘地理信息局
卫星影像区域网平差、遥感影像特征计算及信息提取技术、1:
1万影像控制点库
2013.1至今
陈成/137********
为江苏省基础测绘、地理国情普查及地理国情监测等工提供高可靠、高效率、高精度的遥感数据和信息产品
安徽省基础测绘信息中心
匀光匀色快速处理技术
2014年至今
侯恩兵
/139********
应用于全省高精度遥感正射影像制作,具有几何精度高、色彩归一化特点,生产效率得到极大提升
江苏省水利科学研究院
三线阵影像立体去云和补云处理、二三维一体化的典型地物提取、多源控制数据卫星影像区域网平差
2013年至今
王冬梅
/180********
应用于太湖蓝藻动态监测、江苏省湖泊河道及大中型水库年度监测、大纵湖“退圩还湖”工程,为水域监管提供了先进技术支撑
湖南省国土资源规划院
云斑修补、卫星影像区域
平差、遥感影像特征计算及信息提取
2015.3-2015.10
曹里
/181********
应用于常德市土地利用动态遥感监测、湖南省长株潭城市群绿心地区生态遥感监测工作中,较好地解决我省困难地区影像获取和应用具体需求,提高国产高分辨率遥感影像的应用的广度和深度
上海岩土工程勘察设计研究院
二三维一体化的典型地物信息提取、三线阵影像立体去云
2014.6-2016.11
郭春生/
150********
为城市重大基础设施安全动态巡查预警等工程项目实施和监测提供了新的技术手段,将巡查周期由40天,缩短为5天,有效缩短了地铁等城市重大基础设施安全隐患监测的周期和频率
北京四维图新科技股份有限公司
典型地物信息提取与变化发现技术、多源控制数据卫星影像区域网平差、大区域长周期的卫星影像高可靠性匀光匀色快速处理
2013年至今
许少华
/136********
有效提高了导航地图的更新效率,降低了作业成本,导航地图道路更新鲜度提升明显,高鲜度地图有的由原来的14天以上,到可以达0天(当天)出品,提升了地图用户使用体验
高德软件有限公司
多源控制数据卫星影像区域网平差、大区域长周期的卫星影像高可靠性匀光匀色快速处理、典型地物信息提取与变化发现技术
2014年至今
孙旭
/185********
全面应用于导航地图更新业务,该技术成果有效提高了导航地图的更新效率,与原来作业效率相比提高了30%以上,作业成本降低了约15%
2.社会效益
(1)大幅提升了我国自主遥感卫星服务保障能力和应用服务水平。
项目形成的软件成果直接应用于多颗国产光学卫星工程,通过影像去云补云等技术的应用,遥感影像利用率提高了27%;形成的影像产品先后在测绘、土地、水利、农业、林业、民政减灾、海洋、地矿等十多个行业和产业部门1200多家单位用户得到应用,降低了各行业应用卫星影像的成本,经济和社会效益显著,有效拓展了高分辨率国产光学卫星影像应用的深度和广度。
(2)增强了我国全球地理信息资源获取能力,具备自主开展全球测图的能力。
通过激光测高数据和其它数据辅助卫星影像的联合区域网平差,提升了光学立体影像的无地面控制点高程精度,使得我国具备利用国产立体测图卫星开展无地面控制条件下1:
5万全球测图生产能力,为我国开展“一带一路”战略的实施提供了保障。
(3)打破国外商用卫星的市场垄断,提升了国产卫星的国际竞争力。
项目研究成果在多颗国产光学卫星应用系统中得到应用,通过卫星应用服务能力的提升和应用服务产品的研发,极大地增强了国产卫星的市场竞争力,成功地打破了国外对我国高分辨率对地观测的技术封锁和数据垄断,目前国产2米分辨率卫星影像从完全依赖国外卫星到国产卫星市场占有率90%以上,同时还积极开拓国际市场,服务全球,为我国卫星打造“中国制造”的精品工程提供有力支撑。
四、主要知识产权证明目录
知识产权类别
知识产权具体名称
国家(地区)
授权号
授权日期
证书编号
权利人
发明人
发明专利有效状态
国家发明专利
基于高精度配准控制点的卫星CCD阵列影像几何检校方法
中国
ZL201310064958.2
2015.07.08
证书号
第1722077号
国家测绘地理信息局卫星测绘应用中心
唐新明;张过;蒋永华;祝小勇;高小明;付兴科;樊文锋;谢金华
有效
国家发明专利
一种基于物方投影面的星载非共线TDICCD影像拼接方法
中国
ZL
201310326379.0
2015.07.08
证书号
第1722129号
国家测绘地理信息局卫星测绘应用中心
唐新明;胡芬;高小明;王密;张过;金淑英;薛玉彩
有效
国家发明专利
基于控制点影像数据库的卫星遥感图像快速几何纠正方法
中国
ZL201310134210.5
2016.5.25
第2082872号
国家测绘地理信息局卫星测绘应用中心
唐新明;李国元;王华斌;王雪锋;王伶俐;张过
有效
国家发明专利
面向宽幅遥感影像的自动几何纠正方法
中国
ZL201310134429.5
2016.7.13
第2146466号
国家测绘地理信息局卫星测绘应用中心
王华斌;李国元;唐新明;张本奎;王雪锋;祝小勇
有效
国家发明专利
一种基于有向环的星图识别方法
中国
ZL
201310064949.3
2015.08.12
证书号
第1755129号
国家测绘地理信息局卫星测绘应用中心
谢俊峰;唐新明;江万寿;高小明;付兴科;赵利平
有效
国家发明专利
基于相似变换模型的栅格数据坐标转换并行方法
中国
ZL201110441700.0
2014.04.09
证书号
第1380941号
南京大学
李满春;陈冲;蒲英霞;陈振杰;李飞雪;靳志宾;刘永学;黄涛
有效
计算机软件著作权
卫星激光测高数据处理系统软件[简称:
SLADPro]
V1.0
中国
No:
2016SR384580
2016.12.21
软著登字第1563196号
国家测绘地理信息局卫星测绘应用中心
计算机软件著作权
三线阵卫星影像高精度去云、补云软件V1.0
中国
No:
2016SR384576
2016.12.21
软著登字第1563192号
国家测绘地理信息局卫星测绘应用中心
行业标准
数字表面模型航天摄影测量生产技术规程
中国
CH/T3013-2014
2014.12.18
备案号:
49371-2015
国家测绘地理信息局测绘标准化研究所国家测绘地理信息局卫星测绘应用中心武汉大学
解修平唐新明张过刘小强王霞殷小庆宋耀东周平
行业标准
基础地理信息数字成果1:
250001:
500001:
100000数字表面模型
中国
CH/T9023-2014
2014.12.18
备案号:
49376-2015
国家测绘地理信息局测绘标准化研究所国家测绘地理信息局卫星测绘应用中心武汉大学
刘小强唐新明张过安德恭解修平张静王霞周平
五、主要完成人及技术贡献
1、唐新明,国家测绘地理信息局卫星测绘应用中心研究员,主持并获国家科技进步一等奖(2013)。
作为项目首席专家,全面组织开展了光学卫星测绘遥感影像深化处理与应用关键技术攻关,对第1、2、3、4项创新都做出贡献。
提出了卫星测绘遥感影像深化处理与应用技术的总体设计,制定了无云影像全自动化处理的整体技术方案,主持了激光测高室内外和发射前后的技术试验和数据处理研究,提出了激光与光学影像平差的技术路线以及道路信息提取的技术路线,并负责完成了整个项目的技术验证和应用推广。
2、李满春,南京大学地理与海洋科学学院教授,主持并获国家科技进步二等奖(2014)。
主要负责光学遥感影像分割、分类、信息提取与变化检测研究,对第1、2、4项创新点做出贡献。
提出了面向地理对象技术的尺度最优选择方法、基于自动决策阈值的光学遥感影像精分割方法、多尺度多情景下的地理要素变化检测方法,大幅提升了光学影像分类与信息提取的准确率和鲁棒性。
3、王华斌,国家测绘地理信息局卫星测绘应用中心副研究员,曾获国家科技进步一等奖(2013)。
对第1、3、4项创新做出贡献。
提出面向导航电子地图更新应用的卫星影像二三维一体化信息提取技术方法,组织开展了全国影像控制点库的研发、全国2米分辨率真彩色国产卫星正射处理和影像数据库建设等工作,以及项目研究成果转化和应用推广。
4、王权,国家测绘地理信息局卫星测绘应用中心研究员,曾获国家技术发明二等奖(2009),国家科技进步二等奖(2000)。
对第2、3项创新做出贡献。
组织开展我国对地观测激光测高载荷资源三号02星激光测高仪几何检校与数据处理,正射影像数据库建设和标准产品制定等工作,进行项目的整体实施和组织管理。
5、李松,武汉大学电子信息学院教授。
对第2、3项创新做出贡献。
负责完成了激光测高仪光斑地面探测器研制,开展了卫星激光测高仪数据处理技术与精度评估,实现了激光测高仪在轨检校,完成了基于激光光斑探测的激光测高仪在轨系统误差标定技术研究以及后续数据处理工作。
6、高小明,国家测绘地理信息局卫星测绘应用中心副研究员,曾获国家科技进步一等奖(2013),对1、3项创新做出贡献。
提出了基于三线阵卫星影像的立体去云方法,制定了去云和修补以及系统集成的技术路线。
组织开展了对地观测星载激光测高数据与国产高分辨率立体影像进行联合处理的实验,实现了基于ICESat-GLAS激光测高数据辅助的光学遥感影像高程精度的提升。
7、岳庆兴,国家测绘地理信息局卫星测绘应用中心副研究员。
项目核心技术研发人员,对第1项创新做出贡献。
负责光学卫星影像立体去云和补云的全自动处理方法研究,针对光学卫星影像受厚云影响显著、利用效率低下的问题,提出了三线阵卫星影像立体去云和补云的全自动处理方法,并研制了分布式并行计算环境下超大规模、高冗余度三线阵卫星影像自动去云和补云处理软件,具备超大规模覆盖区域的“干净”无云立体影像、DEM、DOM制作能力。
8、王光辉,国家测绘地理信息局卫星测绘应用中心工程师。
项目核心技术研发人员,负责集遥感影像分割、影像特征计算、多特征融合为一体的典型地物信息提取关键技术研究及软件系统开发工作,对科技创新中的第4项做出贡献。
构建了高分辨率遥感影像解译样本库及专家知识库、提出了融合Mean-Shift和颜色-纹理模型的遥感影像分割技术方法、提出了一种导航道路矢量信息辅助的遥感影像道路信息自动提取方法。
9、李国元,国家测绘地理信息局卫星测绘应用中心工程师。
项目核心技术研发人员,对科技创新中的第3项内容有主要贡献。
参与了资源三号02星激光测高仪几何检校与数据处理工作,提出了基于地形匹配的卫星激光测高仪指向角系统误差解算及多准则约束的激光高程控制点提取方法。
10、王霞,国家测绘地理信息局卫星测绘应用中心研究员。
对科技创新中的第3项内容有主要贡献。
参与《数字表面模型航天摄影测量生产技术规范》和《基础地理信息数字成果1:
250001:
500001:
100000数字表面模型》标准的编研和资源三号立体卫星影像境外5万测图验证工作,组织实施基于资源三号卫星影像的西部困难地区数字表面模型生产项目,提出了卫星遥感测量生产数字表面模型的关键技术指标,并对关键技术指标通过资源三号卫星数据进行了实验验证。
11、李参海,北京国测星绘信息技术有限公司高级工程师。
对科技创新中的第3项内容有主要贡献。
构建了集遥感影像控制点数据采集、管理及应用服务的整体技术链,负责全国的1:
1万影像控制点数据库建设工作。
12、谢俊峰,国家测绘地理信息局卫星测绘应用中心副研究员,曾获国家科学技术进步一等奖(2013)。
构建了基于地面红外探测器的国产星载激光测高仪严密几何检校模型,研发了我国对地观测星载激光测高仪高精度几何检校技术,对科技创新中的第2项内容有主要贡献。
建立了国产星载激光测高仪足印严密几何定位预报模型,实现了指向、姿态等高精度预报。
13、周平,国家测绘地理信息局卫星测绘应用中心副研究员,曾获国家科学技术进步一等奖(2013)。
作为主要技术人员参与设计并提出了基于国产高分辨卫星影
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- 光学 卫星 测绘 遥感 影像 深化 应用 关键技术