李德仁

1. 武漢大學(xué)測(cè)繪遙感信息工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢 430079； 2. 地球空間信息技術(shù)協(xié)同創(chuàng)新中心，湖北 武漢 430079

從測(cè)繪學(xué)到地球空間信息智能服務(wù)科學(xué)

李德仁1,2

1. 武漢大學(xué)測(cè)繪遙感信息工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢 430079； 2. 地球空間信息技術(shù)協(xié)同創(chuàng)新中心，湖北 武漢 430079

回顧了從傳統(tǒng)測(cè)繪學(xué)到當(dāng)今地球空間信息智能服務(wù)科學(xué)的60年發(fā)展歷程；總結(jié)了測(cè)繪學(xué)從模擬到解析再到數(shù)字化發(fā)展的3個(gè)重要階段；介紹了GNSS、RS與GIS(3S)集成，從而形成了地球空間信息學(xué)的興起；分析了數(shù)字地球時(shí)代地球空間信息學(xué)的發(fā)展，進(jìn)而論述了當(dāng)今智慧地球時(shí)代地球空間信息科學(xué)走向?qū)崟r(shí)智能服務(wù)的最新進(jìn)展，并對(duì)“互聯(lián)網(wǎng)+”空間信息智能服務(wù)的3個(gè)發(fā)展水平進(jìn)行了重點(diǎn)論述?？梢钥隙ǎ诖髷?shù)據(jù)時(shí)代傳統(tǒng)的測(cè)繪學(xué)必將集通信、導(dǎo)航、遙感、人工智能、虛擬現(xiàn)實(shí)和腦認(rèn)知科學(xué)之大成，發(fā)展成為地球空間信息智能服務(wù)科學(xué)，為富國(guó)強(qiáng)軍與利民作出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。

測(cè)繪學(xué);地球空間信息學(xué);“互聯(lián)網(wǎng)+”；對(duì)地觀測(cè)腦;地球空間信息智能服務(wù)科學(xué)

《測(cè)繪學(xué)報(bào)》創(chuàng)刊于1957年，2017年《測(cè)繪學(xué)報(bào)》創(chuàng)刊迎來(lái)了60周年。恰巧,筆者于1957年進(jìn)入武漢測(cè)繪學(xué)院，今年也是踏入測(cè)繪行業(yè)的60周年?；仡櫆y(cè)繪科學(xué)一個(gè)甲子的發(fā)展和變革，不禁心潮澎湃，浮想聯(lián)翩。值此之際，筆者希望通過(guò)本文總結(jié)測(cè)繪學(xué)60年發(fā)展歷程，展望未來(lái)地球空間信息智能服務(wù)科學(xué)的發(fā)展。

從傳統(tǒng)測(cè)繪學(xué)到當(dāng)今地球空間信息智能服務(wù)科學(xué)的發(fā)展反映了歷史進(jìn)步和時(shí)代特征。本文首先回顧測(cè)繪學(xué)發(fā)展的3個(gè)重要階段：即模擬法、解析法到數(shù)字法；第二，介紹從測(cè)繪學(xué)到地球空間信息學(xué)的發(fā)展，即GNSS(包括GPS、北斗、伽利略、GLONASS等衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng))、RS(包括光學(xué)遙感和雷達(dá)遙感)、GIS(地理信息系統(tǒng)技術(shù))的發(fā)展，以及3S集成的變革；第三，介紹當(dāng)前地球空間信息服務(wù)科學(xué)的形成與最新進(jìn)展。在物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、人工智能和大數(shù)據(jù)等新興信息技術(shù)推動(dòng)下，當(dāng)今地球空間信息服務(wù)呈現(xiàn)出智能化、自動(dòng)化、網(wǎng)絡(luò)化與實(shí)時(shí)化的特點(diǎn)，形成了“互聯(lián)網(wǎng)+”空間信息智能服務(wù)的新業(yè)態(tài)；最后，對(duì)未來(lái)測(cè)繪學(xué)的發(fā)展進(jìn)行了展望。

1 測(cè)繪學(xué)自身發(fā)展的三部曲

測(cè)繪學(xué)起源于人類生產(chǎn)實(shí)踐，從遠(yuǎn)古尼羅河水泛濫，就產(chǎn)生了土地測(cè)量的需求。17世紀(jì)以前，人類使用簡(jiǎn)單的工具，如繩尺、木桿尺進(jìn)行測(cè)量、制圖。隨著人類進(jìn)入工業(yè)化時(shí)代，測(cè)繪學(xué)也進(jìn)入初級(jí)發(fā)展階段：模擬法測(cè)繪。模擬法測(cè)繪主要依賴光、機(jī)、電的儀器，如經(jīng)緯儀、水準(zhǔn)儀，進(jìn)行角度、距離的量測(cè)。通過(guò)以地面測(cè)量為主的方法來(lái)測(cè)繪地表的形狀、位置、大小，制作各種比例的地形圖。隨著光、電技術(shù)的發(fā)展，模擬法測(cè)繪也發(fā)展到了一個(gè)頂峰階段。各種模擬立體測(cè)圖儀，可以在室內(nèi)對(duì)航空相片立體交會(huì)測(cè)圖，從而取代野外測(cè)量與制圖的過(guò)程。隨后，1957年電子計(jì)算機(jī)問(wèn)世，人類使用電子計(jì)算機(jī)來(lái)完成測(cè)繪學(xué)的各種任務(wù)包括復(fù)雜的計(jì)算任務(wù)，如航空攝影測(cè)量中的解析攝影測(cè)量，測(cè)繪學(xué)得到了很大的發(fā)展，解析測(cè)繪技術(shù)大大提升了測(cè)繪工作效率，將人類認(rèn)知地球的水平提升到了一個(gè)新的高度。20世紀(jì)七八十年代以后，隨著計(jì)算機(jī)、IT技術(shù)的飛速發(fā)展，特別是數(shù)碼相機(jī)、衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)、衛(wèi)星遙感技術(shù)的出現(xiàn)后，對(duì)測(cè)繪生產(chǎn)技術(shù)、測(cè)繪產(chǎn)品均帶來(lái)深刻變革，測(cè)繪生產(chǎn)開(kāi)始擺脫模擬測(cè)繪儀器，大量采用計(jì)算機(jī)設(shè)備，測(cè)繪產(chǎn)品也從模擬測(cè)繪階段的紙質(zhì)地圖變成了數(shù)字化測(cè)繪產(chǎn)品，如典型4D測(cè)繪產(chǎn)品(DEM數(shù)字高程模型、DOM數(shù)字正射影像、DLG數(shù)字線劃圖、DRG數(shù)字柵格圖)，并利用數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)管理這些測(cè)繪產(chǎn)品。上述3個(gè)階段我們稱之為測(cè)繪學(xué)發(fā)展的三部曲。

圖1 測(cè)繪學(xué)發(fā)展三部曲Fig.1 Three developing stages of surveying and mapping

2 3S集成使測(cè)繪學(xué)上升為地球空間信息學(xué)[1-6]

20世紀(jì)90年代，隨著信息技術(shù)的發(fā)展，以及衛(wèi)星導(dǎo)航定位(GNSS)、衛(wèi)星遙感(RS)和地理信息系統(tǒng)技術(shù)(GIS)的集成，測(cè)繪技術(shù)發(fā)展到一個(gè)新階段。以3S集成為標(biāo)志，傳統(tǒng)測(cè)繪學(xué)逐步完成了到地球空間信息學(xué)的過(guò)渡和提升。

衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)(GNSS)、遙感(RS)和地理信息系統(tǒng)(GIS)是目前對(duì)地觀測(cè)系統(tǒng)中空間信息獲取、存儲(chǔ)管理、更新、分析和應(yīng)用的3大支撐技術(shù)(3S)。隨著3S研究和應(yīng)用的不斷深入，科學(xué)家和應(yīng)用部門逐漸地認(rèn)識(shí)到單獨(dú)地運(yùn)用其中的一種技術(shù)往往不能滿足一些應(yīng)用工程的需要。許多應(yīng)用工程或應(yīng)用項(xiàng)目需要綜合地利用這3大技術(shù)的特長(zhǎng)，方可形成和提供所需的對(duì)地觀測(cè)、信息處理、分析模擬的能力。20世紀(jì)90年代以來(lái)，3S的研究和應(yīng)用開(kāi)始向集成化方向發(fā)展。在這種集成應(yīng)用中：GPS主要被用于實(shí)時(shí)、快速地提供目標(biāo)，包括各類傳感器和運(yùn)載平臺(tái)(車、船、飛機(jī)、衛(wèi)星等)的空間位置；RS用于實(shí)時(shí)地或準(zhǔn)實(shí)時(shí)地提供目標(biāo)及其環(huán)境的語(yǔ)義或非語(yǔ)義信息，發(fā)現(xiàn)地球表面上的各種變化，及時(shí)地對(duì)GIS進(jìn)行數(shù)據(jù)更新；GIS則是對(duì)多種來(lái)源的時(shí)空數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合處理、集成管理、動(dòng)態(tài)存取，作為新的集成系統(tǒng)的基礎(chǔ)平臺(tái)，并為智能化數(shù)據(jù)采集提供地學(xué)知識(shí)。

一個(gè)較好的3S技術(shù)集成系統(tǒng)的例子是2015年初，由立得空間自主研制出的集全景相機(jī)(CCD)、GPS、GIS、激光慣性導(dǎo)航系統(tǒng)(INS)和920 m超遠(yuǎn)距離激光掃描儀(LiDAR)為一體的移動(dòng)式測(cè)繪系統(tǒng)(mobile mapping system)。該系統(tǒng)將GPS/INS，CCD LiDAR實(shí)時(shí)立體攝像系統(tǒng)和GIS同時(shí)安裝在汽車、火車、飛機(jī)、輪船等任何移動(dòng)載體上。隨著載體的行駛，所有系統(tǒng)均在同一個(gè)時(shí)間脈沖控制下進(jìn)行實(shí)時(shí)工作，可以實(shí)現(xiàn)在快速行駛過(guò)程中采集地理信息、公共信息和城市實(shí)景影像，并同步拼接成360°全景影像，可將整個(gè)城市的實(shí)景影像以實(shí)景三維地圖的真實(shí)形態(tài)在互聯(lián)網(wǎng)上呈現(xiàn)出來(lái)。

圖2 移動(dòng)測(cè)量車Fig.2 Mobile mapping vehicle

圖3 街景地圖Fig.3 Street view map

利用3S集成技術(shù)可以免除野外控制點(diǎn)的測(cè)量，使制圖的速度提高到前所未有的水平。例如利用資源三號(hào)衛(wèi)星全國(guó)數(shù)據(jù)和相應(yīng)的衛(wèi)星軌道與姿態(tài)高精度參數(shù)進(jìn)行整體無(wú)控制區(qū)域網(wǎng)平差計(jì)算(8810×3景，原始數(shù)據(jù)量40 TB)，采用選權(quán)迭代驗(yàn)后方差估計(jì)的粗差探測(cè)方法，從20億個(gè)匹配點(diǎn)中自動(dòng)選擇300萬(wàn)個(gè)堅(jiān)強(qiáng)連接點(diǎn)，遙感影像自主定位精度可提高到優(yōu)于5 m(經(jīng)第三方檢測(cè)：平面精度3.5 m，高程精度4.2 m)，從而滿足全球1∶50 000測(cè)圖要求。利用資源三號(hào)衛(wèi)星全國(guó)數(shù)據(jù)進(jìn)行全國(guó)數(shù)字表面模型和數(shù)字正射影像自動(dòng)化生產(chǎn)，處理數(shù)據(jù)量40 TB，60個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)，耗時(shí)15天完成。這樣的速度是60年以前的測(cè)繪完全不敢想象的。過(guò)去做1∶5萬(wàn)的地圖要花幾十年，現(xiàn)在只需要十幾天，而且是全自動(dòng)的。

地球空間信息學(xué)是測(cè)繪遙感科學(xué)與信息科學(xué)技術(shù)的交叉、滲透與融合，它作為地球信息科學(xué)的一個(gè)重要分支學(xué)科，可為地球科學(xué)問(wèn)題的研究提供空間信息框架、數(shù)學(xué)基礎(chǔ)和信息處理的技術(shù)方法；同時(shí)，它又通過(guò)多平臺(tái)、多尺度、多分辨率、多時(shí)相的空、天、地對(duì)地觀測(cè)、感知和認(rèn)知手段改善和提高人們觀察地球的能力，為人們準(zhǔn)確而全面的判斷與決策提供大量可靠的時(shí)空信息。1996年，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)曾經(jīng)對(duì)地球空間信息學(xué)(Geomatics)給出了它的簡(jiǎn)明定義：“Geomatics is the modern scientific term referring to the integrated approach of measurement，analysis，management and display of spatial data”。

3 無(wú)所不在的地球空間信息服務(wù)

21世紀(jì)以來(lái)，人類進(jìn)入大數(shù)據(jù)時(shí)代，測(cè)繪科學(xué)走向了一個(gè)地球空間信息服務(wù)新時(shí)代。特別是近年來(lái)“互聯(lián)網(wǎng)+”的興起，為各行各業(yè)，包括衛(wèi)星對(duì)地觀測(cè)與導(dǎo)航提供了無(wú)所不在的大眾化、普及化、實(shí)時(shí)化和智能化服務(wù)的有利條件。地球空間信息學(xué)的數(shù)據(jù)獲取手段已經(jīng)從傳統(tǒng)的專用傳感器，如遙感、通信、導(dǎo)航衛(wèi)星、航空飛行器、地面測(cè)量設(shè)備等擴(kuò)展到物聯(lián)網(wǎng)中上億個(gè)無(wú)所不在的非專用傳感器，如智能手機(jī)、城市視頻監(jiān)控?cái)z像頭，將大大提高地球空間信息學(xué)的數(shù)據(jù)獲取能力。這將對(duì)地球空間信息學(xué)提出新的要求，使之具有新的時(shí)代特征：無(wú)所不在、多維動(dòng)態(tài)、互聯(lián)網(wǎng)+網(wǎng)絡(luò)化、全自動(dòng)與實(shí)時(shí)化、從感知到認(rèn)知、眾包與自發(fā)地理信息、面向服務(wù)[7]。

在大數(shù)據(jù)時(shí)代，地球空間信息學(xué)正在形成和具有新的時(shí)代特征，因此應(yīng)及時(shí)地賦予它符合時(shí)代特征的新定義：地球空間信息學(xué)是用各種手段和集成各種方法對(duì)地球及地球上的實(shí)體目標(biāo)(physical objects)和人類活動(dòng)(human activities)進(jìn)行時(shí)空數(shù)據(jù)采集、信息提取、網(wǎng)絡(luò)管理、知識(shí)發(fā)現(xiàn)、空間感知認(rèn)知和智能位置服務(wù)的一門多學(xué)科交叉的科學(xué)和技術(shù)。

要實(shí)現(xiàn)全天時(shí)、全天候、全地域服務(wù)于每個(gè)人的目標(biāo)，滿足大數(shù)據(jù)時(shí)代對(duì)地球空間信息“4R”(sending right data/information/knowledge to the right person at right place and right time)服務(wù)的要求，未來(lái)地球空間信息學(xué)亟待突破“互聯(lián)網(wǎng)+”空天信息服務(wù)體系構(gòu)建和關(guān)鍵技術(shù)。根據(jù)國(guó)內(nèi)外技術(shù)發(fā)展情況，“互聯(lián)網(wǎng)+”空天信息服務(wù)可以分為3個(gè)不同水平的級(jí)別。[8]

3.1 初級(jí)階段(WebGIS)

初級(jí)階段的主要特點(diǎn)為，將空天地?cái)?shù)據(jù)獲取手段獲得的原始數(shù)據(jù)和影像，加工成各類地球空間信息后送互聯(lián)網(wǎng)，為其他應(yīng)用業(yè)務(wù)提供地理基準(zhǔn)和位置服務(wù)。其基本出發(fā)點(diǎn)就是利用互聯(lián)網(wǎng)發(fā)布地理信息，讓客戶通過(guò)瀏覽器瀏覽和獲取地理信息系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)和功能服務(wù)，以美國(guó)Google map、Google Earth、我國(guó)天地圖和各大門戶網(wǎng)站提供的導(dǎo)航地圖為代表。WebGIS提供的電子地圖LBS服務(wù)通過(guò)與電子商務(wù)、汽車導(dǎo)航、物流、消費(fèi)等行業(yè)融合，已成為人們?nèi)粘９ぷ?、生活中不可或缺的空間信息支撐。

在這種初級(jí)階段，衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)在地面接收站接收后，通過(guò)各種硬軟件系統(tǒng)進(jìn)行加工處理，提取有用信息，再傳送到互聯(lián)網(wǎng)去服務(wù)廣大用戶。但是，這種服務(wù)方式具有明顯的缺點(diǎn)：天基信息處理是離線、非實(shí)時(shí)的；送到網(wǎng)絡(luò)上去的信息與地表現(xiàn)勢(shì)性可能是不一致的。因此，該階段的Web GIS,如各類導(dǎo)航電子地圖是無(wú)法保證100%的現(xiàn)勢(shì)性的。

3.2 中級(jí)階段(基于傳感網(wǎng)的WebGIS)

中級(jí)階段是目前空天信息服務(wù)研究和系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的主要形式。其特點(diǎn)是通過(guò)傳感網(wǎng)在線調(diào)用衛(wèi)星和其他傳感器數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)云計(jì)算支持下的空間信息服務(wù)。系統(tǒng)將各類空天傳感器資源、數(shù)據(jù)處理資源、空間信息資源、地學(xué)知識(shí)資源、計(jì)算資源、網(wǎng)絡(luò)資源和存儲(chǔ)資源一體化納入服務(wù)模型，通過(guò)在分布式注冊(cè)中心進(jìn)行注冊(cè)，在云計(jì)算支持下，實(shí)現(xiàn)傳感器調(diào)度、數(shù)據(jù)加工、信息提取和知識(shí)發(fā)現(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)化，為不同需求的用戶提供精準(zhǔn)服務(wù)。

這種互聯(lián)網(wǎng)+Sensor WebGIS的服務(wù)模式比互聯(lián)網(wǎng)+天基信息服務(wù)初級(jí)階段有重大進(jìn)步，它實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)GIS與空天傳感器的實(shí)時(shí)集成、融合和分析決策。但是，數(shù)據(jù)仍需要在地面站接收，由于衛(wèi)星數(shù)量和傳輸能力限制，尚達(dá)不到全球?qū)崟r(shí)獲取和處理衛(wèi)星資源的水平，一定程度上限制了天基信息服務(wù)的實(shí)時(shí)化和自動(dòng)化程度。

3.3 高級(jí)階段(通信、導(dǎo)航與遙感的實(shí)時(shí)集成)[9]

高級(jí)階段的特點(diǎn)為，通過(guò)空天地各類傳感器組網(wǎng)、星地實(shí)時(shí)處理、信息快速傳輸和聚焦服務(wù)，最終實(shí)現(xiàn)全球全覆蓋的在線實(shí)時(shí)PNTRC(定位、導(dǎo)航、授時(shí)、遙感、通信)服務(wù)，將這些信息實(shí)時(shí)地送到軍民用戶的智能終端(如手機(jī))上，實(shí)現(xiàn)對(duì)各類任務(wù)和用戶的靈性服務(wù)。

我國(guó)現(xiàn)有的通信、導(dǎo)航、遙感衛(wèi)星系統(tǒng)各成體系。通信衛(wèi)星尚無(wú)自主的業(yè)務(wù)化衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)，對(duì)遙感、導(dǎo)航等天基信息的傳輸保障能力受限；北斗衛(wèi)星具有短報(bào)文通信能力，不具備寬帶數(shù)據(jù)傳輸和實(shí)時(shí)高精度定位能力，而且北斗難以在我國(guó)境外建立地面CORS站：遙感衛(wèi)星方面，需要過(guò)境或通過(guò)中繼衛(wèi)星向地面站下傳數(shù)據(jù)，無(wú)星間鏈路和組網(wǎng)，無(wú)在軌數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)處理和信息智能提取功能，數(shù)據(jù)下傳瓶頸嚴(yán)重制約信息獲取效率；服務(wù)模式方面，主要面向?qū)I(yè)用戶，尚未服務(wù)大眾用戶。我國(guó)現(xiàn)有的通信、導(dǎo)航、遙感衛(wèi)星系統(tǒng)面臨系統(tǒng)孤立、信息分離、服務(wù)滯后的問(wèn)題(見(jiàn)圖4)。

圖4 通導(dǎo)遙一體化的必要性Fig.4 Necessity of unifying communication,navigation and remote sensing

PNTRC(定位、導(dǎo)航、授時(shí)、遙感、通信)系統(tǒng)的基本設(shè)想是“一星多用、多星組網(wǎng)、多網(wǎng)融合、智能服務(wù)”。通過(guò)發(fā)射上百顆具有遙感導(dǎo)航通信多功能的衛(wèi)星，建設(shè)低軌衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)，再將地面網(wǎng)、移動(dòng)網(wǎng)和天基衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)結(jié)合在一起，實(shí)現(xiàn)對(duì)全球表面分米級(jí)空間分辨率的遙感成像、半小時(shí)時(shí)間分辨率的數(shù)據(jù)采樣頻率、米級(jí)精度的室內(nèi)外導(dǎo)航定位服務(wù)和全球無(wú)縫的移動(dòng)通信。在時(shí)空大數(shù)據(jù)、云計(jì)算和天基信息服務(wù)智能終端支持下，通過(guò)天地通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)對(duì)廣大用戶智能手機(jī)的全球無(wú)縫的PNTRC服務(wù)。

PNTRC一體化全球地球空間信息實(shí)時(shí)智能服務(wù)有極大的難度，它需要解決至少以下7個(gè)關(guān)鍵技術(shù)：星基導(dǎo)航增強(qiáng)技術(shù)、天地一體化網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、多源成像數(shù)據(jù)在軌處理技術(shù)、天基信息智能終端服務(wù)技術(shù)、天基資源調(diào)度與網(wǎng)絡(luò)安全、全球空天地一體化的非線性地球參考框架構(gòu)建技術(shù)以及基于載荷的衛(wèi)星平臺(tái)設(shè)計(jì)與研制等。

該系統(tǒng)的主要特色有：一星多用、多星組網(wǎng)、多網(wǎng)融合。通過(guò)通信、遙感、導(dǎo)航等載荷與平臺(tái)高效集成，實(shí)現(xiàn)面向任務(wù)的空天資源按需配置和靈性服務(wù)；軍民深度融合。系統(tǒng)平時(shí)服務(wù)經(jīng)濟(jì)建設(shè)和民生服務(wù)，戰(zhàn)時(shí)服務(wù)于軍方“打贏”需求；網(wǎng)絡(luò)多源異構(gòu)，節(jié)點(diǎn)動(dòng)態(tài)變化。由于時(shí)空跨度大，信息維度高，信息網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，對(duì)網(wǎng)絡(luò)可拓展性更高，且具有高動(dòng)態(tài)性；覆蓋范圍大，應(yīng)用前景廣闊。拓展到全球和空間，應(yīng)用涵蓋空間觀測(cè)、信息傳輸、處理及應(yīng)用，是孕育戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的重要載體。

為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)，我們提出了對(duì)地觀測(cè)腦的概念[10]，它是實(shí)現(xiàn)PNTRC服務(wù)的關(guān)鍵一步。所謂對(duì)地觀測(cè)腦是一種模擬腦感知、認(rèn)知過(guò)程的智能化對(duì)地觀測(cè)系統(tǒng)，通過(guò)結(jié)合地球空間信息科學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、數(shù)據(jù)科學(xué)及腦科學(xué)與認(rèn)知科學(xué)等領(lǐng)域知識(shí)，在天基空間信息網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下集成測(cè)量、定標(biāo)、目標(biāo)感知與認(rèn)知、服務(wù)用戶為一體的一種實(shí)時(shí)智能對(duì)地觀測(cè)系統(tǒng)。

圖5所示的對(duì)地觀測(cè)腦實(shí)質(zhì)上是通過(guò)天上衛(wèi)星觀測(cè)星座與通信、導(dǎo)航星群，空中飛艇與飛機(jī)等獲取地球表面空間數(shù)據(jù)信息，利用在軌影像處理技術(shù)、星地協(xié)同數(shù)據(jù)計(jì)算分析技術(shù)等對(duì)獲取的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行處理分析，獲取其中的有用的信息和知識(shí)，實(shí)時(shí)傳送給不同用戶，服務(wù)于用戶決策，從而實(shí)現(xiàn)天空地一體化協(xié)同的實(shí)時(shí)對(duì)地觀測(cè)與服務(wù)。圖6是武漢大學(xué)針對(duì)海洋時(shí)敏目標(biāo)提出對(duì)地觀測(cè)腦的一個(gè)初步應(yīng)用實(shí)例。

圖5 對(duì)地觀測(cè)腦概念圖Fig.5 Earth observation brain

用戶向?qū)Φ赜^測(cè)腦發(fā)出對(duì)海上運(yùn)動(dòng)目標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)定位請(qǐng)求，對(duì)地觀測(cè)腦通過(guò)視覺(jué)功能光學(xué)遙感衛(wèi)星進(jìn)行在軌成像，通過(guò)星上處理平臺(tái)對(duì)獲取的影像實(shí)現(xiàn)在軌輻射校正、目標(biāo)檢測(cè)、幾何定位處理，提取影像中的有效信息。對(duì)提取的有效信息通過(guò)對(duì)地觀測(cè)腦的聽(tīng)覺(jué)即中繼通信衛(wèi)星，無(wú)延遲下傳至客戶端地面處理中心，地面處理中心根據(jù)用戶需求將有效信息快速推送給用戶，用戶根據(jù)推送信息做出決策判斷。整個(gè)過(guò)程實(shí)現(xiàn)了用戶對(duì)海洋目標(biāo)快速準(zhǔn)確的檢測(cè)定位，進(jìn)而輔助用戶作出決策判斷。

圖6 海洋時(shí)敏目標(biāo)智能檢測(cè)、定位與實(shí)時(shí)傳輸系統(tǒng)Fig.6 Real-time ocean target detecting,locating and transferring system

4 結(jié)論與展望

60年的回顧，測(cè)繪學(xué)突飛猛進(jìn)，成就輝煌。面向未來(lái)的展望，測(cè)繪學(xué)發(fā)展空間巨大，形勢(shì)喜人。可以看到，現(xiàn)在和未來(lái)的測(cè)繪學(xué)已經(jīng)融入了更多學(xué)科的交叉，這些學(xué)科包括信息科學(xué)、通信科學(xué)、地球科學(xué)、服務(wù)科學(xué)、人工智能科學(xué)和腦認(rèn)知科學(xué)。從當(dāng)前國(guó)家需求和國(guó)際高科技與產(chǎn)業(yè)發(fā)展形勢(shì)看，發(fā)展我國(guó)新一代PNTRC系統(tǒng)，建立地球空間信息智能服務(wù)交叉科學(xué)已提到議事日程。抓住機(jī)遇，群力攻關(guān)，開(kāi)拓國(guó)內(nèi)外互聯(lián)網(wǎng)+天基信息服務(wù)的新產(chǎn)業(yè)和新市場(chǎng)是我們努力的方向。如今，測(cè)繪學(xué)面臨著從未有過(guò)的大好形勢(shì)，在回顧60年輝煌成就的今天，我們歡呼測(cè)繪科學(xué)已從當(dāng)初的幾何科學(xué)，發(fā)展成為多學(xué)科交叉的信息科學(xué)和服務(wù)科學(xué)。我們將充滿信心迎接地球空間信息智能化服務(wù)的新時(shí)代。

[1] 李德仁. 論RS, GPS與GIS集成的定義、理論與關(guān)鍵技術(shù)[J]. 遙感學(xué)報(bào), 1997, 1(1): 64-68.

LI Deren. On Definition, Theory and Key Technics of the Integration of GPS, RS and GIS[J]. Journal of Remote Sensing, 1997, 1(1): 64-68.

[2] 李德仁. 地球空間信息學(xué)的使命[J]. 科技導(dǎo)報(bào), 2011, 29(29): 3.

LI Deren. The Mission of Geomatics[J]. Science & Technology Review, 2011, 29(29): 3.

[3] 李德仁. 論“Geomatics”的中譯名[J]. 測(cè)繪學(xué)報(bào), 1998, 27(2): 15-17. DOI: 10.3321/j.issn:1001-1595.1998.02.001.

LI Deren. Chinese Translation of the Term “Geomatics”[J]. Acta Geodaetica et Cartographica Sinica, 1998, 27(2): 15-17. DOI: 10.3321/j.issn:1001-1595.1998.02.001.

[4] 李德仁. 多學(xué)科交叉中的大測(cè)繪科學(xué)[J]. 測(cè)繪學(xué)報(bào), 2007, 36(4): 363-365. DOI: 10.3321/j.issn:1001-1595.2007.04.001.

LI Deren. On Geomatics in Multi-Discipline Integration[J]. Acta Geodaetica et Cartographica Sinica, 2007, 36(4): 363-365. DOI: 10.3321/j.issn:1001-1595.2007.04.001.

[5] 李德仁. 地球空間信息學(xué)的機(jī)遇[J]. 武漢大學(xué)學(xué)報(bào)(信息科學(xué)版), 2004, 29(9): 753-756.

LI Deren. Opportunities for Geomatics[J]. Geomatics and Information Science of Wuhan University, 2004, 29(9): 753-756.

[6] 牛汝辰, 鄧國(guó)臣. 展望智慧地球時(shí)代的測(cè)繪地理信息學(xué)——李德仁院士專訪[J]. 測(cè)繪科學(xué), 2014, 39(1): 3-8.

NIU Ruchen, DENG Guochen. Interview of Academician LI Deren: Towards Geomatics in Smart Earth Era[J]. Science of Surveying and Mapping, 2014, 39(1): 3-8.

[7] 李德仁. 展望大數(shù)據(jù)時(shí)代的地球空間信息學(xué)[J]. 測(cè)繪學(xué)報(bào), 2016, 45(4): 379-384. DOI: 10.11947/j.AGCS.2016.20160057.

LI Deren. Towards Geo-spatial Information Science in Big Data Era[J]. Acta Geodaetica et Cartographica Sinica, 2016, 45(4): 379-384. DOI: 10.11947/j.AGCS.2016.20160057.

[8] 李德仁. 論“互聯(lián)網(wǎng)+”天基信息服務(wù)[J]. 遙感學(xué)報(bào), 2016, 20(5): 708-715.

LI Deren. The “Internet Plus” Space-based Information Services[J]. Journal of Remote Sensing, 2016, 20(5): 708-715.

[9] 李德仁, 沈欣, 龔健雅, 等. 論我國(guó)空間信息網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建[J]. 武漢大學(xué)學(xué)報(bào)(信息科學(xué)版), 2015, 40(6): 711-715, 766.

LI Deren, SHEN Xin, GONG Jianya, et al. On Construction of China’s Space Information Network[J]. Geomatics and Information Science of Wuhan University, 2015, 40(6): 711-715, 766.

[10] 李德仁, 王密, 沈欣, 等. 從對(duì)地觀測(cè)衛(wèi)星到對(duì)地觀測(cè)腦[J]. 武漢大學(xué)學(xué)報(bào)(信息科學(xué)版), 2017, 42(2): 143-149.

LI Deren, WANG Mi, SHEN Xin, et al. From Earth Observation Satellite to Earth Observation Brain[J]. Geomatics and Information Science of Wuhan University, 2017, 42(2): 143-149.

(責(zé)任編輯：張燕燕)

From Geomatics to Geospatial Intelligent Service Science

LI Deren1,2

1. State Key Laboratory of Information Engineering in Surveying,Mapping and Remote Sensing,Wuhan University, Wuhan 430079,China; 2. Collaborative Innovation Center of Geospatial Technology,Wuhan 430079,China

The paper reviews the 60 years of development from traditional surveying and mapping to today’s geospatial intelligent service science.The three important stages of surveying and mapping, namely analogue,analytical and digital stage are summarized.The author introduces the integration of GNSS,RS and GIS(3S),which forms the rise of geospatial informatics(Geomatics).The development of geo-spatial information science in digital earth era is analyzed,and the latest progress of geo-spatial information science towards real-time intelligent service in smart earth era is discussed.This paper focuses on the three development levels of “Internet plus” spatial information intelligent service.In the era of big data,the traditional geomatics will surely take advantage of the integration of communication,navigation,remote sensing,artificial intelligence,virtual reality and brain cognition science,and become geospatial intelligent service science,thereby making contributions to national economy,defense and people’s livelihood.

surveying and mapping;geomatics；internet plus；earth observation brain；geospatial intelligent service science

李德仁.從測(cè)繪學(xué)到地球空間信息智能服務(wù)科學(xué)[J].測(cè)繪學(xué)報(bào)，2017,46(10)：1207-1212.

10.11947/j.AGCS.2017.20170263.

LI Deren.From Geomatics to Geospatial Intelligent Service Science[J]. Acta Geodaetica et Cartographica Sinica,2017,46(10):1207-1212. DOI:10.11947/j.AGCS.2017.20170263.

P20

A

1001-1595(2017)10-1207-06

2017-05-17

修回日期： 2017-07-11

李德仁(1939—)，男，博士，教授，博士生導(dǎo)師，中國(guó)科學(xué)院院士、中國(guó)工程院院士，研究方向?yàn)榈厍蚩臻g信息學(xué)理論與方法。

Author： LI Deren(1939—),male,PhD,professor,PhD supervisor,academician of Chinese Academy of Sciences and Chinese Academy of Engineering, majors in theory and methodology of geomatics.

E-mail： drli@whu.edu.cn