航空航天遙感影像攝影測量網(wǎng)格處理關(guān)鍵技術(shù)與應用

項目名稱：航空航天遙感影像攝影測量網(wǎng)格處理關(guān)鍵技術(shù)與應用二、推薦單位意見（推薦單位：中國測繪地理信息學會）我單位認真審閱了該項目推薦書及附件材料，確認全部材料真實有效，相關(guān)欄目均符合國家科學技術(shù)獎勵的要求。我單位和該項目完成單位對擬推薦項目進行了公示，無異議。首次提出數(shù)字攝影測量網(wǎng)格的創(chuàng)新思想，突破了高可靠性影像匹配、公眾地理信息輔助的多星聯(lián)合處理及超大范圍平面平差、正射影像智能鑲嵌及勻光勻色等多項關(guān)鍵技術(shù)，建立了完整的航空航天遙感影像智能處理技術(shù)體系。研制出我國首套完全自主知識產(chǎn)權(quán)的航空航天遙感影像數(shù)字攝影測量網(wǎng)格處理系統(tǒng)，其中攝影測量網(wǎng)格并行處理、高可靠性影像匹配、無人機影像全自動處理、稀疏控制智能空中三角測量、數(shù)字影像準實時拼接等核心技術(shù)居國際領(lǐng)先水平。曾獲2015年測繪科技進步特等獎，獲得國家發(fā)明專利23項、軟件著作權(quán)35項，發(fā)表SCI/EI論文120余篇。項目核心技術(shù)是我國測繪遙感領(lǐng)域唯一實現(xiàn)技術(shù)出口的自主知識產(chǎn)權(quán)成果，許可給國際權(quán)威的地理信息研究和應用機構(gòu)美國ESRI公司進行全球化推廣應用，標志著國產(chǎn)研發(fā)成果正式全面走向國際市場。軟件系統(tǒng)被國內(nèi)150多家單位廣泛應用于國家重大工程項目及各類地理信息產(chǎn)品生產(chǎn)項目，并在汶川特大地震、雅安地震及余姚水災等應急響應等方面發(fā)揮了巨大作用，取得了顯著的經(jīng)濟效益和巨大的社會效益。推薦該項目為國家科學技術(shù)進步獎一等獎。項目簡介航空航天遙感在大范圍空間信息快速獲取、應對重大自然災害及國家安全等突發(fā)性事件方面具有重要作用，同時對數(shù)據(jù)處理技術(shù)提出了巨大挑戰(zhàn)，尤其是應急響應情況下有很高的時效性要求。傳統(tǒng)的攝影測量處理技術(shù)采用單人單機交互式生產(chǎn)模式，根本無法滿足地球空間信息產(chǎn)業(yè)、國家重大工程、突發(fā)事件應急響應等對快速處理能力的迫切需求，因此突破航空航天遙感影像自動化準實時處理核心技術(shù)具有重要的戰(zhàn)略意義和實用價值。針對我國遙感對地觀測數(shù)據(jù)處理精度和效率無法同時滿足需求的問題，從航空航天遙感影像準實時并行處理的基礎(chǔ)理論、關(guān)鍵技術(shù)、軟件系統(tǒng)研制與推廣應用等方面開展工作。首次提出數(shù)字攝影測量網(wǎng)格處理的創(chuàng)新思想，突破了高可靠性影像匹配、多源數(shù)據(jù)聯(lián)合區(qū)域網(wǎng)平差、高性能并行計算及應急遙感制圖等一系列核心技術(shù)，實現(xiàn)了三個主要技術(shù)創(chuàng)新：1)提出基于廣義點攝影測量理論的中低空影像智能處理技術(shù)，獨創(chuàng)性地采用多特征多測度解決高可靠性匹配和特殊困難條件下區(qū)域網(wǎng)平差精度和穩(wěn)定性問題；同名點的誤匹配率降低到傳統(tǒng)技術(shù)的1/4~1/30。2)提出基于嚴格成像模型的多源國產(chǎn)衛(wèi)星影像協(xié)同處理技術(shù)，首次采用公眾地理信息進行在軌幾何檢校及逆向定軌定姿，并以高程數(shù)據(jù)輔助超大范圍多源衛(wèi)星影像平面區(qū)域網(wǎng)平差；多星多軌聯(lián)合逆向定軌定姿精度優(yōu)于3米，超大范圍正射影像接邊精度優(yōu)于1像素。3)提出航空航天遙感影像的地理信息產(chǎn)品準實時生產(chǎn)技術(shù)，突破了正射影像智能鑲嵌及勻光勻色等難題，并采用CPU/GPU集群并行處理實現(xiàn)航空航天遙感影像的全自動準實時處理；單臺計算機5分鐘內(nèi)可完成200幅無人機影像的全自動數(shù)字影像圖生產(chǎn)。獲得授權(quán)發(fā)明專利23項、軟件著作權(quán)35項，發(fā)表SCI論文45篇、EI論文76篇。項目核心技術(shù)被ISPRSJPRS、PERS等國際權(quán)威期刊文章評價為全新的方法、非常重要、解決難題的方法。研制出我國首套完全自主知識產(chǎn)權(quán)的航空航天影像數(shù)字攝影測量網(wǎng)格處理系統(tǒng)DPGrid，以劉先林院士及周成虎院士為主任的成果鑒定委員會認為攝影測量網(wǎng)格并行處理、影像匹配、無人機影像一鍵式處理、稀疏控制智能空中三角測量及數(shù)字影像圖準實時拼接等核心技術(shù)居國際領(lǐng)先水平；獲得2015年測繪科技進步特等獎。作為我國測繪遙感領(lǐng)域唯一核心技術(shù)出口國外的完全自主知識產(chǎn)權(quán)研發(fā)成果，已授權(quán)許可美國ESRI公司進行全球化推廣應用。國際合作創(chuàng)新開辟了攝影測量到GIS之門，大大降低了用戶技術(shù)門檻要求，可為ESRI公司全球35萬個用戶機構(gòu)的近百萬套ArcGIS軟件提供遙感影像的智能處理與地理信息服務。研究成果已在國內(nèi)推廣應用150余套，成功應用于多項國家重大工程項目及突發(fā)災害應急響應。客觀性評價2007年，由劉先林院士、寧津生士、劉經(jīng)南院士、金振民院士等10位專家對《數(shù)字攝影測量網(wǎng)格DPGrid》成果進行鑒定。鑒定委員會認為，該系統(tǒng)研究思想新穎、研究成果先進，將為數(shù)字攝影測量的新一輪跨越式發(fā)展、為建立大規(guī)模的攝影測量數(shù)據(jù)處理中心奠定基礎(chǔ)。項目成果在國際上首次提出數(shù)字攝影測量網(wǎng)格的創(chuàng)新思想，成功研制了新一代攝影測量系統(tǒng)——DPGrid，整體上達到國際先進水平，其中數(shù)字攝影測量網(wǎng)格并行處理技術(shù)、影像匹配技術(shù)和網(wǎng)絡無縫測圖技術(shù)達到國際領(lǐng)先水平。2014年，由周成虎院士、郭仁忠院士等7位專家對《中低空遙感影像準實時智能處理關(guān)鍵技術(shù)與系統(tǒng)》成果進行鑒定。鑒定委員會認為，項目提出多基線攝影測量的影像匹配理論與方法，成功突破自由飛行模式下區(qū)域網(wǎng)穩(wěn)定構(gòu)建的局限；在國際上率先實現(xiàn)無需任何先驗位置姿態(tài)信息的全自動處理技術(shù)；研制出我國首套中低空遙感影像準實時智能處理軟件系統(tǒng)。項目成果整體達到國際先進水平，其中無需任何先驗信息的全自動測區(qū)恢復、稀疏控制智能空中三角測量、數(shù)字影像圖準實時拼接等核心技術(shù)居國際領(lǐng)先水平。國家863計劃項目“遙感影像自動匹配”于2010年通過國家科技部驗收，專家組認為在影像匹配基礎(chǔ)理論與算法、航空航天遙感影像自動匹配、高精度區(qū)域網(wǎng)平差等方面具有創(chuàng)新性。發(fā)明專利一種數(shù)字高程模型輔助的衛(wèi)星影像區(qū)域網(wǎng)平差方法中國ZL201410071457.12016.06.272184203武漢大學張永軍，萬一,黃心蕙,凌霄有效發(fā)明專利一種航空遙感影像的最小二乘區(qū)域網(wǎng)勻色方法中國ZL201110044025.82012.07.111000394武漢大學孫明偉,張祖勛,張劍清有效發(fā)明專利多源多軌長條帶衛(wèi)星遙感影像聯(lián)合并行匹配方法中國ZL201310021748.52014.12.171546370武漢大學張永軍,熊金鑫,段延松有效發(fā)明專利遙感衛(wèi)星線陣傳感器多軌聯(lián)合在軌幾何檢校方法中國ZL201310021263.62015.04.291650200武漢大學張永軍,鄭茂騰,熊金鑫,王博,黃旭有效發(fā)明專利一種遙感衛(wèi)星多星聯(lián)合逆向定軌定姿方法中國ZL201110210407.32013.07.241241364武漢大學張永軍,鄭茂騰,張祖勛,熊金鑫,黃旭有效發(fā)明專利一種與影像同步變化的投影數(shù)字高程模型制作方法中國ZL201110354311.42013.12.181321856武漢大學張祖勛，胡翔云，朱俊鋒，孫明偉有效發(fā)明專利基于標準色彩庫的大范圍遙感影像自動化勻光勻色方法中國ZL201310430269.92016.04.272046941武漢大學張永軍,余磊,孫明偉有效發(fā)明專利移動多任務并行處理系統(tǒng)中國ZL201010221473.62013.02.131136156武漢大學曹輝,徐軒,段延松,張劍清有效發(fā)明專利機載航空影像實時攝影測量處理系統(tǒng)中國ZL201110375086.22014.08.131268168武漢大學鄭順義,桂力,王曉南,馬電,羅迪,張劍哲,徐軒有效主要完成人情況及技術(shù)貢獻1.張永軍，武漢大學，教授，曾獲測繪科技進步特等獎（2015）。項目總負責人和組織實施者，負責項目總體規(guī)劃執(zhí)行、核心技術(shù)研究、軟件推廣應用及成果總結(jié)，對科技創(chuàng)新點1、2、3做出了突出貢獻：1）深入研究影像匹配的基礎(chǔ)理論與算法，并突破多類觀測值聯(lián)合區(qū)域網(wǎng)平差以及弱幾何條件下的區(qū)域網(wǎng)平差技術(shù)，實現(xiàn)了中低空遙感影像一鍵式處理；2）基于全球公開地理信息和多條帶數(shù)據(jù)聯(lián)合區(qū)域網(wǎng)平差技術(shù)進行衛(wèi)星傳感器的在軌幾何檢校，并以高程數(shù)據(jù)輔助進行超大范圍稀疏控制平面區(qū)域網(wǎng)平差，實現(xiàn)了國產(chǎn)衛(wèi)星數(shù)據(jù)的高精度產(chǎn)品全自動處理；3）提出并實現(xiàn)了基于標準色彩庫的大范圍遙感影像自動化勻光勻色方法，解決了航空與遙感影像鑲嵌的顏色處理問題。2.張祖勛，武漢大學，教授，中國工程院院士，曾獲國家科技進步二等獎（1999年），測繪科技進步特等獎（2015）。項目理論指導與總體設(shè)計，對總體思路、技術(shù)路線及組織實施提供了全面指導，對科技創(chuàng)新點1、2、3做出了突出貢獻：1）創(chuàng)新性地提出數(shù)字攝影測量網(wǎng)格（DPGrid）的全新思想，保持了我國攝影測量技術(shù)的國際先進水平；2）提出了廣義點攝影測量理論的影像匹配理論，為處理大比例尺及非規(guī)則攝影數(shù)據(jù)打下了堅實基礎(chǔ)；3）創(chuàng)造性提出了投影數(shù)字高程模型（OESM）理論及其制作方法，為基于正射影像的測圖以及正射影像智能鑲嵌技術(shù)提供了理論基礎(chǔ)。3.孫明偉，武漢大學，講師，曾獲測繪科技進步特等獎（2015）。項目核心技術(shù)研究人員，對科技創(chuàng)新點3做出了重要貢獻：1）提出了輻射空中三角測量勻色的思想，參與提出了基于標準色彩庫勻色的方法，解決了大區(qū)域影像鑲嵌的顏色處理問題；2）參與提出了OESM理論并實現(xiàn)了基于該理論的正射影像測圖技術(shù)，提出并實現(xiàn)了利用OESM理論進行城區(qū)大比例尺正射影像的智能鑲嵌，為全自動生產(chǎn)高質(zhì)量的正射影像產(chǎn)品提供了系統(tǒng)化的解決方案。4.萬幼川，武漢大學，教授，曾獲國家科技進步二等獎（2009），測繪科技進步特等獎（2015）。對項目總體設(shè)計與成果推廣應用做出了重要貢獻，對科技創(chuàng)新點2、3做出了重要貢獻：1）作為項目“海量航空遙感數(shù)據(jù)正射產(chǎn)品自動化生產(chǎn)系統(tǒng)”負責人，組織實施并完成了遙感影像產(chǎn)品生產(chǎn)軟件系統(tǒng)研制；2）參與完成了重要成果“數(shù)字攝影測量網(wǎng)格DPGrid”與“中低空遙感影像準實時智能處理關(guān)鍵技術(shù)與系統(tǒng)”的研制工作。5.柯濤，武漢大學，副教授，曾獲測繪科技進步特等獎（2015）。對科技創(chuàng)新點1、3做出了貢獻：1）參與實現(xiàn)了非常規(guī)攝影數(shù)據(jù)的穩(wěn)健匹配技術(shù)并成功應用于汶川地震應急響應，產(chǎn)生了重大的社會效益；2）參與完成了重要成果“數(shù)字攝影測量網(wǎng)格DPGrid”與“中低空遙感影像準實時智能處理關(guān)鍵技術(shù)與系統(tǒng)”的研制工作，具體負責項目協(xié)調(diào)工作。6.段延松，武漢大學，實驗師，曾獲測繪科技進步特等獎（2015）。對科技創(chuàng)新點1、2、3做出了貢獻：1）設(shè)計了移動多任務并行處理系統(tǒng)，從硬件上保障了海量航空航天影像的處理效率；2）參與實現(xiàn)了低空遙感影像快速自動拼接技術(shù)與遙感影像聯(lián)合并行匹配技術(shù)，為保障航空航天影像的全自動高精度定向提供了重要技術(shù)支撐。7.張勇，武漢大學，副教授，曾獲測繪科技進步特等獎（2015）。對科技創(chuàng)新點1、2、3做出了貢獻：1）參與完成了重要成果“數(shù)字攝影測量網(wǎng)格DPGrid”與“中低空遙感影像準實時智能處理關(guān)鍵技術(shù)與系統(tǒng)”的研制工作；2）參與了國產(chǎn)資源三號衛(wèi)星影像產(chǎn)品生產(chǎn)軟件系統(tǒng)研制任務。8.曹輝，武漢大學，副研究員，曾獲國家科技進步二等獎（1999年），測繪科技進步特等獎（2015）。對科技創(chuàng)新點3做出了貢獻：設(shè)計了移動多任務并行處理系統(tǒng)，為滿足航空攝影災害應急數(shù)據(jù)的現(xiàn)場處理需求提供了硬件保障。9.胡翔云，武漢大學，教授，曾獲測繪科技進步特等獎（2015）。對科技創(chuàng)新點3做出了貢獻：參與提出了正射影像高程同步變化模型（OESM）理論并應用該理論實現(xiàn)了基于正射影像的測圖技術(shù)，以及城區(qū)大比例尺正射影像鑲嵌線的智能選擇方法。10.王博，蘇州中科天啟遙感科技有限公司，部門經(jīng)理，曾獲測繪科技進步特等獎（2015）。對科技創(chuàng)新點2做出了貢獻：1）參與實現(xiàn)了遙感衛(wèi)星線陣傳感器多軌聯(lián)合在軌幾何檢校方法；2）參與實現(xiàn)了國產(chǎn)多源多軌長條帶光學遙感影像的聯(lián)合匹配方法；3）制定了國產(chǎn)光學遙感衛(wèi)星高級產(chǎn)品生產(chǎn)作業(yè)流程并參與了國產(chǎn)衛(wèi)星數(shù)據(jù)的高精度產(chǎn)品全自動處理軟件開發(fā)工作。11.鄭順義，武漢大學，教授。對科技創(chuàng)新點3做出了貢獻：提出并實現(xiàn)了機載航空影像實時攝影測量處理系統(tǒng)，首次將航空攝影數(shù)據(jù)的色彩質(zhì)量評定、幾何質(zhì)量評定以及全景圖拼接處理過程通過數(shù)據(jù)處理板進行機載實時處理。12.胡曉東，蘇州中科天啟遙感科技有限公司，項目經(jīng)理，曾獲測繪科技進步特等獎（2015）。對科技創(chuàng)新點2做出了貢獻：參與開發(fā)了一系列國產(chǎn)衛(wèi)星遙感影像處理軟件，在天啟公司組織建設(shè)了基于數(shù)據(jù)中心的遙感信息產(chǎn)品生產(chǎn)線，為項目成果質(zhì)量驗證與技術(shù)應用做出了貢獻。13.季錚，武漢大學，副教授，曾獲測繪科技進步特等獎（2015）。對科技創(chuàng)新點1做出了貢獻：參與實現(xiàn)了弱幾何條件下的區(qū)域網(wǎng)平差技術(shù)，為航空攝影技術(shù)應用于海島礁測量提供了技術(shù)支撐。14.雷一鳴，蘇州中科天啟遙感科技有限公司，項目經(jīng)理，曾獲測繪科技進步特等獎（2015）。對科技創(chuàng)新點2做出了貢獻：1）參與了國產(chǎn)衛(wèi)星數(shù)據(jù)的高精度產(chǎn)品全自動處理軟件開發(fā)工作，設(shè)計了軟件系統(tǒng)的影像幾何配準、影像融合和影像鑲嵌等步驟的處理流程，有效提升軟件效率；2）使用原型軟件系統(tǒng)處理了大量衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)，并提供相應的測試報告，為提高軟件系統(tǒng)穩(wěn)定性做出了貢獻。15.魯妍林，武漢大學，曾獲測繪科技進步特等獎（2015）。對科技創(chuàng)新點1、3做出了貢獻，參與完成項目“中低空遙感影像準實時智能處理關(guān)鍵技術(shù)與系統(tǒng)”：1）進行影像處理軟件操作界面及人機交互易用性設(shè)計，提出多項非常實用的軟件改進完善措施；2）進行軟件系統(tǒng)測試與規(guī)?；a(chǎn)作業(yè)，參與各種工程應用及突發(fā)災害數(shù)據(jù)處理，對軟件推廣應用提供了有力支持。主要完成單位及創(chuàng)新推廣貢獻（一）武漢大學武漢大學是航空航天遙感影像攝影測量網(wǎng)格處理關(guān)鍵技術(shù)與應用的主持完成單位，負責項目的組織實施、總體關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)及項目成果的廣泛應用，并為項目組在航空航天遙感領(lǐng)域的深入研究提供了辦公環(huán)境、人財物力等方面的長期大力支持。近年來承擔了國家863計劃、國家科技支撐計劃、國家自然科學基金等國家級項目10余項，國防、部委和地方重點科研項目20余項，圍繞航空航天遙感數(shù)據(jù)智能化集群并行處理開展了十余年的系統(tǒng)性研究工作。通過長期的深入研究，在遙感影像自動匹配的基礎(chǔ)理論和算法方面取得了全新的突破和認識，首創(chuàng)性地提出數(shù)字攝影測量網(wǎng)格的思想，發(fā)展了數(shù)字攝影測量的智能處理方法，攻克了航空航天影像準實時智能化處理關(guān)鍵技術(shù)，研制了具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的攝影測量網(wǎng)格處理系列軟件系統(tǒng)，多項關(guān)鍵技術(shù)居國際領(lǐng)先水平。相關(guān)研究成果已經(jīng)成功出口國外著名機構(gòu)，并在眾多工程實踐中創(chuàng)造了明顯的經(jīng)濟效益和極大的社會效益，為航空航天遙感航空影像快速處理、突發(fā)事件應急響應輔助決策等提供了堅實的理論和技術(shù)支撐，為推動我國對地觀測數(shù)據(jù)智能處理領(lǐng)域的科技進步起到了非常重要的作用。對創(chuàng)新點1、2、3有重要貢獻。（二）蘇州中科天啟遙感技術(shù)有限公司蘇州中科天啟遙感科技有限公司是航空航天遙感影像攝影測量網(wǎng)格處理關(guān)鍵技術(shù)與應用的主要參與單位，主要開展了國產(chǎn)光學遙感衛(wèi)星高級產(chǎn)品生產(chǎn)軟件系統(tǒng)的設(shè)計建設(shè)與大規(guī)模數(shù)據(jù)生產(chǎn)。通過借鑒國際著名衛(wèi)星數(shù)據(jù)處理軟件系統(tǒng)的思想，設(shè)計了影像幾何配準、影像融合和鑲嵌等步驟的全新處理流程，有效提升了數(shù)據(jù)處理效率。建立了遙感大數(shù)據(jù)高效管理與高性能計算環(huán)境，對遙感影像生產(chǎn)成果進行數(shù)據(jù)編目管理與可視化，形成了生產(chǎn)、管理、服務的一體化數(shù)據(jù)運營體系。軟件系統(tǒng)總體處理效率與國際著名的衛(wèi)星影像并行化處理軟件系統(tǒng)PCIGXL相當，其中云區(qū)/水域智能識別、高程模型輔助的超大范圍平面區(qū)域網(wǎng)平差及畸變模型自適應檢校等核心技術(shù)全面優(yōu)于GXL系統(tǒng)。組織建設(shè)了基于數(shù)據(jù)中心的遙感信息產(chǎn)品生產(chǎn)線，實現(xiàn)了水體/道路/地塊級土地利用、農(nóng)業(yè)作物面積等產(chǎn)品生產(chǎn)，從應用角度驗證了處理結(jié)果的有效性和精確性。軟件系統(tǒng)已經(jīng)業(yè)務化穩(wěn)定運行四年，已完成2米分辨率全國覆蓋的多期遙感正射影像生產(chǎn)，數(shù)據(jù)量約800TB；已完成2013年6月以來全國覆蓋的16米分辨率所有正射影像生產(chǎn)，數(shù)據(jù)量約500TB;并成功應用于林業(yè)調(diào)查、農(nóng)作物長勢監(jiān)測、突發(fā)災害應急遙感監(jiān)測等領(lǐng)域。對創(chuàng)新點2、3有重要貢獻。完成人合作關(guān)系說明本項目共15位完成人，共兩家完成單位，主要通過科研項目合作、論文合著、共同知識產(chǎn)權(quán)（包括發(fā)明專利與軟件著作權(quán)）等方式合作，合作時間從2006年至2016年。武漢大學是牽頭單位，張永軍、張祖勛、孫明偉、萬幼川、柯濤、段延松、張勇、曹輝、胡翔云、鄭順義、季錚、魯妍林12位完成人負責項目總體設(shè)計、理論研究、關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)、軟件系統(tǒng)開發(fā)、系統(tǒng)應用推廣等工作；蘇州中科天啟遙感科技有限公司為項目第二完成單位，王博、胡曉東、雷一明3位完成人承擔部分遙感圖像處理算法研究、衛(wèi)星遙感影像產(chǎn)品生產(chǎn)軟件開發(fā)、軟件產(chǎn)品測試與完善等工作。具體合作如下：創(chuàng)新點1：提出廣義點攝影測量的中低空影像準實時智能處理技術(shù)。主要由武漢大學（張永軍、張祖勛、孫明偉、萬幼川、柯濤、段延松、張勇、曹輝、季錚、魯妍林）完成。張祖勛、張永軍聯(lián)合提出了廣義點攝影測量理論；張永軍、張祖勛、段延松合作實現(xiàn)了低空遙感影像無POS輔助的全自動智能空中三角測量技術(shù)；張永軍、張祖勛、柯濤合作實現(xiàn)了非常規(guī)攝影數(shù)據(jù)的穩(wěn)健匹配技術(shù)并成功應用于汶川地震應急響應；張永軍、季錚合作完成了弱幾何條件下的穩(wěn)健區(qū)域網(wǎng)平差技術(shù)并成功應用于海島礁測量；張永軍、張祖勛、張勇、段延松、柯濤、萬幼川、孫明偉、曹輝、季錚、魯妍林等合作完成了項目“中低空遙感影像準實時智能處理關(guān)鍵技術(shù)與