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张继贤:建立自主的SAR测图产业链

辅助光学制图或独当一面的SAR,任重道远。

泰伯网

  (整理/3sNews高级编辑 陈启临)10月22日,由中国测绘地理信息学会主办的2015年学术年会在江西南昌召开。除特邀报告外,会议围绕当今测绘发展现状和趋势,还设立以测绘地理信息装备技术、倾斜摄影测量技术、测绘“一带一路”、地理国情监测等热门话题的分论坛,详具总结我国测绘发展成果,解读和展望测绘技术和市场的未来。

  会上,中国测绘科学研究院院长张继贤作了题为“合成孔径雷达测图技术与应用”的报告,从技术难点、应用现状、技术挑战等角度介绍了我国SAR发展情况。

  以下是经过编辑的张继贤的演讲实录:

  张继贤:我来做一个雷达测图方面的报告。

  首先来谈谈雷达测图的技术难点。

  我来做一个关于雷达测图方面的报告。大家都知道,我们国家在遥感光学制图已经取得了长足进步,但实际上咱们国家还是处在大量的云雾、冰雪、阴雨、雾霾等区域,这些是光学遥感难以获取的。同时我国存在众多区域对信息有快速响应的需求。

  在这样的情况下,大家知道最近这几年,在我们这个领域有一个雷达,英文叫LIDAR,这两个是发展非常快速的。大家知道雷达在白天、黑夜、云雾、冰雪、阴雨等多种天气条件下实现全天时、全天后快速成像的制图,有非常大的优越性。因此大家看国际上从卫星方面,已经经历了先进技术的发展。

  比如说大家都说美国曾经SRTM计划,在11天时间获取地球近80%的陆地表面90米DEM数据。SAR有他的特点:一是穿透云雾、雨雪,具有全天候、全天时的工作能力;二是具有一定的穿透能力;三是不同于光学遥感所提供的信息;四是获取微云信息。

  雷达测图的技术难点包括:

  1.缺乏SAR严密几何成像模型。

  2.缺乏对SAR成像机理的深刻认识。

  3.缺乏量化的处理手段。

  4.缺乏大规模、产业化测图的技术和工艺。

  我今天的报告,就是咱们国家在这个共同研制的结果,大家可以从这十几年开始,给高校、研究院所到生产单位、国际合作,共同来做雷达。为什么做这个东西?雷达在国际上,以前对我们国家是高风险的,所以我们拿不到。

  当然在这个基础上,国家也进行了系列的项目支撑。思路是制定标准规范,建立我国SAR测图产业链。这是我们这几年的思路。

  再来谈谈SAR测图数据获取系统。

  一是机载多波段多激华干涉SAR数据获取系统。这个系统当时讲了填补了咱们国内的空白,现在我们已经可以进行雷达系统的生产。

  大家看这套系统,实际上是多波段的。它又是一个多极化的。然后我们这里面有飞行控制、姿态量测与定位等,我们自己导航,然后形成了这个系统。

  这个系统,我们当时设置的是多波段,能够完成1:5万的要求。这是我们当时的要求。

  在这个系统里面,我刚才讲得实际上解决了哪几个问题?

  一是大偏流角高质量的成像技术。

  二是多传感器时空同步高效集成技术。不同的传感器,对雷达我们要求非常精细、统一的实践下去做。

  三是飞行智能导航控制技术。因为我们做测图,大家看我们研制了这样一个导航,精度提高到2.5倍。我们当时完成了横断山脉测区,这个飞行了18.6万平方公里,不在5个月时间内,完成了11万平方公里,差不多三倍这个区域。这个数据大家看,实际上有389%都是多云雾的天气,能够飞行的都是晚上等云少了。大家看这是影像图,这是当时七波段的影像。雷达有独特的优势,像这个旮旯里面,都有非常好的反映。

  这里面我给大家展示一下,雷达和光学的比较,比如说密集居民地、比如说河流、水域,雷达的效果就比光学好。

  在这个基础上,大家觉得这几年都讲极化干涉,全局化干涉,就是既是一体化,又是极化的。现在我们又做了一个升级,把它由0.5米提高到0.3米了,这个做5千的头,这里面有一系列的创新。比如说在设计方面、定标方面等等。做了以后,大家看这是0.3米的数据,实际上这个数据光学影像,在清晰度上已经非常好了。大家看把它放大,实际上这里面,对不同的类型,对道路里面的识别,是非常的精细的。这个比例,我们就用它来做国情普查的试点,实际上这个效果还是满足要求的。

  而且大家看对这一类的识别,相对于园林的识别,实际上我们这个结构,没有像雷达表现得这么突出。所以这样的话,我们在这种情况下,就从国外提出了一万到五千的测评。现在湖南省想把这个做好。

  雷达飞行基础比较高,所以我们还想做无人机的,可以进行快速的获取和应急。我们现在想做一个微小型的无人机的SAR,我们把这个传感器研制出来,然后获得一个无人机的系统,在这里引发无人机的系统。这个系统,大家看我们把它放在时空机以内,这个飞行的时间要在三个小时以上,大概我们想分辨率达到0.2米。0.2米大家看这里面有很多的难点。这个系统,我们今年年底会出来,现在大家看模拟这个信息,这个信息其实我们是想用它来做2千个测图,然后来做快速的应急,往下来配套。这是我跟大家讲得这一块。

  接着讲讲SAR数据处理与测图站。

  有了数据获取以后,大家看我们下一步面临的危机,就是测图的手段。所以我们大家国内的,这样也是联系国家,研制了这个SAR测图工作站。这个是国际领先的,可以测图,然后对机载的支持。这个系统也有很多的成果,系统的就不讲了,可以产生1:5000、1:50000的。

  我感觉讲了面临一系列的危机,这里面有很多的突破口:

  创新一:提出了全新的SAR影像距离——共面几何模型。我们就把雷达的姿态和影像坐标直接关联起来,这个关联起来,就可以进行整个类似于光学一样的,对雷达影像进行评测,不同的影象进行处理。然后可以获得很高的进步。

  创新二:提出了多项地形负责区域测图。

  1.复杂地区区域高精度DEM提取技术。在阴影和遮挡的区域怎么办?比如说里面用外部来精华,可以获得很好的数据。还有不同的升轨和降轨,来互补,互补以后合成一个影像。这样就解决了刚才讲的问题。

  2.多方向、多极化SAR正涉影像图制作技术。当然我们不希望它全是阴影的,这样的,大家看我们刚才讲,有一个手段,就是把不同方向获取的影像提出了调研。这两个影像合在一起,产生了一个非常好的影像。大家看通过这个影像,这个缺失的地方,在样本上是完整的。在这个互补下,就有一个手段,能够自动把缺失的区域找到,然后在这两个影像去找,通过融合的影像,就获得这个影像。

  3.多测试模型互补SAR立体测图与解译技术。提出三种SAR立体模型构建方法。

  4.高精度SAR影像陆表参数反演技术。这个系统的话,是我们实际上经过测评比较,在国际上可以单独做这样一个系统的。所以他现在是领先。当然这个系统,也是形成了相应的程序。

  然后谈谈SAR测图与应急响应应用。

  在咱们国际实际上的突破,比如说我们已经形成了一种企业家的运行机制,纳入到整个航摄系统,并且也形成了响应的流程。比如说目前这里面1:10000到1:50000,规范已经由国家发布。然后这个应用,我想比如说大家看,比如说这个在西部,我刚才讲我们做了11万平方米公里,就是把咱们一直做下来的,现在生产单位也联合实验室来做。比如说我们也选择了不同的地形条件和地形类别来进行测图,这个测图还是不错的。这个跟雷达比,左边是雷达的信息,像这个大家看,这个就是非常好。

  最后,讲一下面向对象的SAR影像技术。

  我们在这个基础上,科技部十二五就支持了三千万,然后就是说,我们光学也很成熟,我们希望做一个雷达的系统,取代国外的的技术。就是突破雷达的核心技术,构建一个能够促进国内外航天航空遥感的处理系统。这个系统我们联合十家来做,现在马上等待验收,系统已经出来了,现在有五个成果:

  一是面向对象的高可信SAR处理解译系统。

  二是面向地物设计模型与知识库。

  三是面向专业应用系统。

  四是星-机-地一体化遥感综合实验数据库。同步获取卫星、机载、光学地面测量数据,建了这么一个数据库。这个数据库是想为所有雷达来开展这方面的。

  基于SAR影像的深度数据挖掘技术、面向多源SAR数据的快速精准处理技术;面向SAR数据的云处理服务平台。

  谢谢大家!

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