9月28日消息，中国工程院刘先林院士近日做客腾讯科技《院士访谈》栏目，就数字航空测量技术研究与发展和网友交流。
主持人郭桐兴：各位观众大家下午好！欢迎大家来到《院士访谈》。今天我们非常荣幸地请到了中国工程院院士、中国测量科学研究院名誉院长、我国著名摄影测量与遥感学专家刘先林院士。刘老师你好！
刘先林：你好！
主持人郭桐兴：今天我们想请刘老师就数字航空测量技术谈一谈您对这个技术的一些理解和认识。首先我想给大家介绍一下，刘老师是发明研制成功我国首台数码航空摄影相机，为国家节省了大量的外汇，并且填补了我国在数字航空摄影方面的空白。达到了国际先进水平。首先我们想请您给我们介绍一下什么是航空数码摄影？什么是航空测量技术？什么是数字航空测量技术，它们有什么用途？以及航空测量技术发展的历史。
刘先林：首先纠正一下您刚才所说的中国首台航空数码相机，SWDC（音）。它的意义不仅仅在这里，而且过去很多进口的外国相机是很昂贵的，我们的比较便宜。而且进来的几款相机不适合中国的情况。首先比如说进口有两款相机，做下来高清技术达不到。等效焦距非常长将近300毫米，我们胶片时代用的相机最常用的是105毫米，我们没有人用300毫米的。
主持人郭桐兴：这之间有什么区别吗？
刘先林：焦距长了以后有很多的问题，第一飞行高度要非常高。
主持人郭桐兴：也就是说必须高空摄影才行。
刘先林：这就带来了问题，第一我们经常上面有云，上不了那么高，另外大气污染造成了影象质量的下降。
主持人郭桐兴：不太适合中国的国情。
刘先林：另外测量的精度很低，基本上可以说不能用。有一个数据叫做所谓的基高比，这正常的情况下要0.6以上，比如说卫星拍摄的时候基高比是0.8、0.9。可是进口的几款相机基高比只有0.26、0.27。基高比小了之后高层精度就不行了。我们在制图的时候要确定的点的高度、精确度达不到。这样就低了两三倍，理论上已经是确信无疑的了。所以这么小的基高比不适合中国的情况。但如果不做高层只做平面图还可以。但要想测量等高线就做不到。
另外还有一些进口的相机很特别，不是画幅式的、不是面状的而是带状的推扫式的。
中国工程院刘先林院士
主持人郭桐兴：您介绍一下这有什么区别？
刘先林：面式是一次曝光。比如说现在最高档的民用的是佳能5D，一次报告2200万。我们平时手上拿的一般是1000万像素左右的。当然我们做的数码相机一次曝光就要1.6亿，非常地精细而且很精确，才能把地表搞得清楚。
另外一款是所谓的推扫不是一次曝光一个面而是一次曝光一个线。当然这个原理是很巧妙的，但这个思想是在卫星上用的。基本上千篇一律的都是推扫，但航空用推扫的就不多。
主持人郭桐兴：在卫星上应该是属于航天的范畴了。
刘先林：对。航天卫星因为姿态比较稳定，没有什么干扰。但航空的情况下对飞机的要求、对稳定平台的要求都相当高。特别是必须要结合所谓的pos（音）来作业，P是定位、O是定位、S是系统，没有这个就不能作业。另外数据拿下来之后，作业的过程软件是非常特别的。
主持人郭桐兴：怎么特别呢？
刘先林：我们的资料拿下来之后首先要做一个空中三角测量，要把空中的照片都联系起来构成网，好像是网状的、我们看到的用金属建筑做的屋顶一样，构成网使他们互相之间联系起来变化一个整体跟地面的参照物来定位。这叫空中三角测量。这款相机的空中三角测量很特别，一般是有5-10种软件都处理不了这个数据，只有这个工厂的才能处理这个数据，这样就很麻烦不仅要买相机而且要买设备，这也带来了麻烦。在这种情况下我们就研制了自己的数码相机。
应该说数码相机研究成功之后还是很有效的，短短的一年半的时间，07年下半年开始研制成功，08年开始销售，到09年已经出厂了十好几台了。还是比较受欢迎的，主要是适合了中国的特点。航高比较低，影像不错。进口的几款相机全部是融合彩色。融合彩色的意思是高分辨的黑白片子，实际上这个相机是黑白的，然后还有一个低分辨的彩色相机。把低分辨的彩色通过相关匹配融合到黑白影像里面去。这个影像质量在城区还是可以的，但是到了植被、有森林、有水的地方，由于相关匹配不是绝对的百分之百可靠，会有误差，这个误差带到了黑白影像着色的过程中。这个上颜色就上得不准，导致了彩色就不准。
主持人郭桐兴：为什么上不准呢？
刘先林：因为彩色的影像和黑白影像匹配不到一起去，结果把这个红色上到这个相源上结果上到了那个上面去。这导致了有的时候彩色失真，特别是在植被地方。我们这个不是融合彩色，而是贝尔彩色（音）。就是在表面有一篇震裂滤光片，最后把它进行还原得到每一个相源的RGP的值，特别是在植被地方比融合彩色要好。
主持人郭桐兴：反映的颜色更真实、可靠、自然？
刘先林：对。比如说树、草都还是比较好的。特别是精度高，这可以说是得到了公认。过去比如说进口的相机每四根接线甚至每一个照片都要布很多点，现在不需要。Y点（音）减少了很多，主要的原因是跟随着一个测量型的GPS接收机，这样就可以精确到5公分左右的每一个曝光瞬间的空间位置。
主持人郭桐兴：这是一个什么概念呢？
刘先林：就是每一个曝光点都可以通过GPS进行测算，可以精确到5公分左右。这样就等于在空中布设了很多的控制点了，而不是靠大量的地面点，所以外控制量比进口相机减少了很多。所以从这些方面来说很受环境，我们现在已经生产到第15套了。另外进口相机做国家中小比例尺是很困难的，一般是做大比例尺。主要是做平面，叫它做测图是做不了的，它要说能做也是吹牛的，经不起检验。有的地方说我们能做，但我们把检测点告诉你，但这个检测点的高不告诉你，你再来检查就达不到。他自己说达得到实际上是虚假的，并不实事求是。因为这个相机质量已经有了，这是假的。现在甚至于成为了一种潜规则。真是拿国家标准，质检站就出质检报告，但我们的没有问题，我们的高层精度非常好。我先补充一下。
主持人郭桐兴：是我们自己生产的相机。
刘先林：不仅仅是便宜而且取代了进口，而且很多方面要超过进口相机。成像质量主要是从数学精度方面比较高。植被地区的成像质量比它们好。但因为它的焦距很长，所以城区的质量是很好的，我们的焦距短，成像就是会受影响。高层精度所带来的好处是短焦距带来的，但带来的坏处是影像质量下降。如果我们焦距也加强到120毫米，影象质量在边缘部分一样是非常好的。这款相机研制成功之后基本上没有再听说有进口的了。
主持人郭桐兴：基本上我们是完全自主创新。
刘先林：我们的相机不停地出，这一年出去了15套，有的是租、有的是买，形势很不错。而且这个相机还没有完结，还在不断地成熟和完善。
回答刚才您这个问题，什么叫航空摄影测量，准确地说是这样的。一定要包括照相。航空摄影测量是二战的时候由德国人先搞起来的。过去我们测绘的目的就是把地图测出来，把精确坐标测出来。
主持人郭桐兴：就是反映地物地貌？
刘先林：对，高层用平面图反映出来。要求每棵树、每一个井盖都要出来。过去是地面测量，不是空中的而是人在地面跑，这样很累用平板仪，背着一个望远镜、尺子照一个滑竿，以这个为坐标这样就有立竿的点了。一幅图测起来是很麻烦、很慢的。航空摄影测量就不一样了，从这上面飞过去得到一些胶片。这些胶片很大，不是我们过去用的135、120，比那个大出很多很多倍了。135大概是24毫米，120也不过是40、50毫米见方，我们是240毫米。
主持人郭桐兴：等于比120大出五倍。
刘先林：面积要大出25倍。
主持人郭桐兴：可见这个相机之大。
刘先林：大约有200、300斤。这个相机也很贵，镜片都这么大，背到空中。而且不仅有相机还有一系列的装置，有稳定的平台，相机上也有胶卷，这个胶卷也不是普通的，240毫米，长达好几百米，一大卷。放上去有压片玻璃，底下一曝光，再运动240毫米。因为有精度要求，要求镜头很精确，奇变差（音）要非常少，要精细到微米左右。所以这个镜头非常难制造，要做到这么小的镜头不是那么容易的，而且色差、相差都要调整。除此以外，胶片的平面又非常地平，如果鼓包了就做不出图来了。要平一方面要压，同时要抽气，因为里面有很多的孔，把这个胶片牢牢地吸在有很多吸气孔和吸气道的板上，然后再曝光。如果说哪一个吸气孔堵住了，这样就出现鼓包，这样看影像看不出任何的毛病，但最后制不了图。拿这个胶片用航测的仪器，把空中照相的模型建立起来了。在室内得到了模型，可以把跑尺、拿竿的那个人节省下了。到哪里哪里就有坐标了。
主持人郭桐兴：您说的是类似于沙盘。
刘先林：对。但做沙盘非常地困难，是做电子的。这跟地面是一样的，有一种是光学的沙盘，实际上不是没有沙也没有盘，但是是光学，就可以看到地表的情况，同时还有一个走动的测量标志。另外还有是电子的，通过照相把沙盘恢复起来，这个过程早期都是光学的。但是现在都变成了电子的了。
主持人郭桐兴：这有什么区别呢？
刘先林：早期光学是模拟的，以前是要看透明的胶片不是相纸的，因为相纸的精度低达不到要求，拿到野外对照可以用一下。真正用测量的话是用透明正片，用涤纶片晒印出来的片子，这个变形比较小。把胶片放在仪器上，两个眼睛一看就可以看到实体的模型，经过一系列的感应把实体的模型改正到没有误差。坐标到哪里就可以制图，把所有的东西都画出来。这个过程称之为模拟仪器时代。这是测量的模拟量，是胶片上真正的长度。后来因为光学仪器很昂贵不便于推广，那个年代真正从事航空摄影的单位全国没有几家。后来就不使用这个的，而使用了数字技术。
主持人郭桐兴：这是什么样的呢？给我们介绍一下。
刘先林：没有胶片了，也没有测架、也没有光学系统，这个照片是数字、是文件。一般这个文件大小是300兆、黑白的是90兆。从刚才说的胶片那里，把胶片拿下来之后放在一个高精度的影像扫描仪上，我们外面也有买，而我们这台仪器进口要50多万美元，而国产的也要40多万人民币。有一个很精确的光路在上面运动，把胶片变成了数字的文件。这时候就把文件输入到计算机里面，而不是过去的胶片，这就是数字了。看立体、看电子沙盘也是在屏幕上看，把左影像和右影像都打在屏幕上，你的左眼不戴眼镜这个屏幕上是糊的。因为左右眼是重合在一起，如果带上眼镜就可以看到了。这叫偏置光立体眼镜。打到屏幕上也是左影像用左旋的片子，右影像用右旋的片子，再在上面漫游，这是到了数字摄影测量的时代了。
数字摄影测量也可以用过去的模拟相机，中间要数字化一次。胶片全数字摄影测量工作站读了光学的，首先应该是数字化，要经过一个扫描仪处理，处理好了以后就可以来做了，进到摄影工作站里面就可以把地表的这些图制出来。这个图我们平时生活中接触到的主要是两种：一种是很小的图。比如说中国全图，分省图或者是世界全图，这个比例是非常小的，1：100万、1：1000万。另外一种图是交通图、城市图，一般是1：2000、1：4000这样的。我们为这两种提供了基础数据。但平时的生活中接触不到我们生产的，我们一般是1：1万、1：2000、1：500。这些图是很精确的，1：500的地图的道路都精确到十公分这样的水平。
主持人郭桐兴：这可见精度之高了。
刘先林：但这种图的面积很小，一般只有500毫米×500毫米左右。相当于地面200米×500米左右。我们一般是1：50000，全国是上万幅的图。基本上是25公里×25公里。50000图上的精确度平面也是在10米、20米这样的水平，高层精度也是在5米左右。这个图我们生活中遇到得不多，迄今为止还要经过审批、经过保密检查到专门的机构去购买，电子文档、纸制的要多少钱都要知道。打仗的时候需要1：50000，城市地理系统一般是1：50000到1：2000。线条一般有绿色、棕色、黑色等等。黑色是房屋，棕色的是地貌、等高线，水是用绿色或者是蓝色。
发展到后来，由于航空摄影地表的彩照都有了，这个彩照不拿去给老百姓用很可惜。而彩照是地表的中心投影，是透视变换，一片和一片之间是连不上的。因此我们拿回来之后要做所谓的空中三角测量，把地表的高层要清楚，叫做地面数字模型，都搞清楚就可以生产出来正摄影像图。正摄是垂直投影，既可以看到地面详细的情况，又可以在上面进行测量。这是所谓的“影像图”。这个生产过程就是所谓的航空摄影测量。这个图生产好以后，各个部门都会有。几乎找不到哪一个部门不使用我们所做的图。
主持人郭桐兴：我想跟您请教的是，我们的航空摄影测量的用途有哪些？
刘先林：航空摄影测量就是使用这几种图，一种是地面的影像的，比如说牛羊、汽车、道路、斑马线。第二种是线化图，光把马路牙子、树突出出来。还有地表高层模型，要把地形表现出来。我们主要生产这几种数据，这几种数据是现代地理空间信息数据向用户提供服务的话，主要是使用一种所谓地理信息系统的方式来提供，叫GIS。
主持人郭桐兴：什么是GIS呢？
刘先林：这是由我们前端测绘人所测到的所有的数据。这些数据都是几何数据，比如说高度、尺寸、长度、面积。在几何数据的基础上还要加上人文的信息。比如说，这是什么公交站，这个是盈科大厦。
主持人郭桐兴：附加一个说明。
刘先林：这个桥是三吨的、五吨的车不要过等等，有一些人文的社会信息，甚至于社会经济的统计数据都会进到系统里面去。除此以外，对几何数据要进行改造。几何数据不仅仅是一般意义上的图形，图形数据在GIS里面就没有办法进行分析，所以要对它进行加工，谁和谁相邻，谁和谁相交，有了这个信息以后才可以进行分析。地理信息系统就是使用这些一些基础数据对用户进行服务，用户要想干什么事情就提供分析。比如说我要从这里修一个路到哪里去，中间这个路有多宽，加上人行横道有多么宽，这个过程会拆掉多少栋建筑物，拆迁费是多少可以算出来，提供给领导和决策者。
比如说现在要修一个超市，在哪里修比较合适？这里已经有三四个超市了，人口多少？人口信息也在里面。所以说地理信息是无所不在。除非你不科学地决策，只要你科学决策就必须要用到这种空间信息。首先要调查，因为人类活动都是发生在地球表面的，你要增加一些人类活动，要修坝、修路、修桥、修超市，首先要搞清楚现状是什么，在这个基础上怎么修要进行规划，科学的决策使得我的工作量最小、损失最小、拆迁量最小，而且将来修好了医院、超市之后，我的买卖兴隆与否都要进行分析。
这就是地理信息系统所需要提供的服务，这在当代非常地火爆。以至于像过去学测量的只有一所武汉测绘学院，现在有测量专业的学校有130多所。说明国家发展很快，地表变化很快老得测。
主持人郭桐兴：非常重视，而且社会实践中需要这样的人才。
刘先林：地理信息专业更不得了了，全国500多所学校都有这个专业，而且这个专业的毕业生不愁分配。
主持人郭桐兴：非常地热销。
刘先林：我们前端做航空摄影的工作量很大，应接不暇。因为我国的建设速度太快，变化太快，一变了老的照片就过时了，原来这里是房子现在是路了，这样就误导了，所以就老得拍照。
主持人郭桐兴：所以从事您这个行业的工作人员非常繁忙。
刘先林：干不完的活。过去是胶片相机需要数字化，这就麻烦了。而且胶片不好保存，我们现在搞数码相机，直接拍下来就是数码不需要任何处理。直接进计算机里面就可以用了，这就带来了很大的方便。
当然，我们民用相机现在基本上见不到人用胶片相机了，但因为我们的幅面大，所以胶片相机没有完全地淘汰。
主持人郭桐兴：还保留一定的市场。
刘先林：往下走很危险，比如说柯达、保定的胶片厂不生产。
主持人郭桐兴：那怎么办呢？
刘先林：那就不用数码了，所以我们数码相机上得很快，它所得到的文件比胶片相机扫描了之后的文件还要大，这就意味着可以达到1.6亿甚至2亿相源的文件。光一张照片就是800兆，系统不够强大的话根本就处理不了。所以数码相机还是有很好的发展前景的。
主持人郭桐兴：下面想请您介绍一下我们国家航空摄影测量技术的现状。比如说数字航空摄影领域，我国在国际上处于什么样的位置？
刘先林：这个领域我们在国际上还算是相当地先进。因为国土太大，幅员辽阔。这么大的国土如果全靠进口设备钱是不得了的。我们全幅的设备在全国将近4000、5000套，如果全部进口，现在一套设备的价也在15、16万人民币，如果乘以4000套那是什么概念。所以我们这方面发展得非常好，有需求就有市场。所以很多的新产品在国际上不能说绝对领先，但是是处于先进行列里，而且在先进行列里靠前的，所以国外的学者还是很钦佩的，而且我们的设备是出口到国外。但我们主要是对国际市场操作手段不够熟悉。再者，国内市场已经足够大了。
主持人郭桐兴：光内需这块就够做了。
刘先林：即使是这样，也有不少出口。
主持人郭桐兴：出口到什么地方？
刘先林：我们的全数字出口到日本、巴基斯坦、芬兰、澳大利亚这些国家都有。
主持人郭桐兴：都是一些比较先进的发达国家。
刘先林：都是，最近非洲也有一点，非洲出口就有困难了，培训的找不到人只好在北京培训。国际市场做得是很欠缺的，但基本上国内市场这个领域没有进口的东西。全数字摄影测量工作站，进口的比例我估计在5%以下、3%左右。
主持人郭桐兴：95%以上都是中国的，这应该值得我们国人自豪啊
刘先林：很自豪。我们搞全数字搞得早，我们出现并不比他们晚。日本人一看这个东西好有时候也盲目引进。我们做的一个东西刚做出来他们就引进来不少。但数码相机我们出现得相对比较晚，以至于它已经进来了20套的情况下我们才问世，这时候我们的量比较少。但是从发展来看，这个相机不能坏，一坏就不好弄了。但我们这个随时可以维修、更新。所以数码相机我们没有占到一半以上，估计再过两三年我估计会。
而且我们还要进一步发展，数码相机也肯定会超过进口的量。所以国内的形势也非常好，过去我们从业人员也就3、5万人，现在已经发展到几十万人。过去产值也没有几个亿，现在已经很多了。这个领域的发展有两个原因，第一是建设速度快。第二是地表变化太快。第三，这个社会进入了信息化阶段。不是说信息革命吗。至少是信息化一下子。各个行业在信息化的过程中首先要有一个基础数据，这个基础数据就是我们地理空间信息提供给他们用的。
主持人郭桐兴：等于给你所从事的行业提供了绝佳的发展机会。
刘先林：对。我这么老了，停不下来老得干，学生也是如此。这个行业在这个年代发展是绝佳的。国外是不一样的，基础设施都建设得差不多了。
主持人郭桐兴：不像我们发展空间这么大。
刘先林：而且我们有很多图没有，要测量这样就需要高空测量。
主持人郭桐兴：人家该做的工作基本上做得差不多了，不像我们需要做的事情太多。
刘先林：这指的是发达国家，不发达国家还有很大的市场。但我们主要是没有足够的市场营销人员。
主持人郭桐兴：还有待于研究、发展下面的工作。刘老师您对数字航空摄影测量技术的未来有什么看法？
刘先林：我们虽然把价格从1600万降到了380万左右，当然品种不一样了。
主持人郭桐兴：原来都是从哪儿进口？
刘先林：都是从美国、德国、奥地利这几个国家。现在我们是380万，但这个价格还是有点高。
主持人郭桐兴：等于在原来的基础上降低了不少啊？
刘先林：不同的品牌降低的比例不一样。目前因为国内发展形势有几个趋势，第一是国家可能会把空域放开，为了发展私人飞机这个行业。所以1000米的领空甚至于1200米以下都可以飞。
主持人郭桐兴：指的是高度，1200米之内的空间可以对私人航空开放。
刘先林：正在酝酿。这样我们的航飞就简单了，过去我们最头疼、最困难的问题是申请空域。要飞上去必须要打报告、批准。
主持人郭桐兴：还得经过相关部门的同意，这有限制。
刘先林：将来空域放开了以后对我们航飞的发展提供了绝佳的条件，那又将会是高速发展。现在数据采集还是一个卖方市场，有时候想拍飞机没有、拍不了。现在有所谓的无人机发展非常快，这个飞机不大，只有1.5米宽，跟航模一样。
主持人郭桐兴：人在地面操作、遥控。
刘先林：基本上不用遥控，因为有地面驾驶仪、我们飞行的是像农民耕地一样。飞完了以后就可以回来，把伞打开可以降下来。这个领域在国内简直是火爆到不得了了。特别是这次汶川地震去了不只几架。但有一个问题，最近相幅比较小、精度比较低，现在看这个架式我们要搞所谓的大幅面的无人机。将来再进一步发展大幅面的无人机，大概是15公斤左右的无人机就可以达到过去的水平。幅面和精度都可以达到国家的要求，而且带GPS，总共就13、14公斤，这是很现实的，很快会面世，将会对国家的基本图测绘还是城市测绘或者是国土调查，或者是最违章建筑的监测有极大的推动。
过去都是幅面小、精度低，现在我们想克服这个问题，把大相机的技术用到这上面来。把5公斤的扩大到15公斤左右，现在无人机的技术也很成熟，不像过去老摔，这套技术用上以后又会有很大的发展。
主持人郭桐兴：我听说您现在跟首师大联合在研制三维城市快速数据采集系统是吗？
刘先林：这个系统很难搞，因为当代的给用户提供地图、纸图，后来提供纸的影像图，他就感觉到很好、很直观。现在要提供三维场景的虚拟现实系统，把地表的情况建模以后，在大屏幕上跟到实地的感觉非常一样。而且可以测量，可以在任何角度、任何高度进行观察地表的情况。但过去传统的建模方式有两个问题，一个是速度太慢，再一个是不真实，特别是哪些树一看就是假的，不能反映实地情况，现在我们试图解决这个问题，非常难搞。
要用所有的传感器，稳定平台要用，定位定制系统要用，而且是高精度的，所谓的pos要用到，又要用到激光，高速旋转的360度激光获得云图。同时建模要有文理，把数据融合在一起高速、快速地获得地表的数据，这变成了模型的三维数据不光是向下看，而是全方位地看，都要采下来。不仅要有几何尺寸还要有真实的纹理，这样他会信你。否则一看是假的人家不会喜欢的。但难度相当大，已经搞了相当长的时间了，也许今年年底或者是明年年初会有结果。
主持人郭桐兴：您跟山东科技大学也有合作吗？
刘先林：有的，河南理工大学也有的。
主持人郭桐兴：新型车载导航仪？
刘先林：航空遥感，还有河南理工大学对我们WDC相机的生产起了很大的作用。山科大这次来了十几个学生，我们一起搞了全部是国产的轻小型的航空遥感。它所用到的所有的设备都是国产的，我们跟北航等单位合作做平台、POS、激光、照相机、组合导航等等。明年年底就要拿出样机出来。
主持人郭桐兴：初见成效。最后请刘老师用简短的几句话概括总结一下有关您对数字航空摄影技术的展望？
刘先林：数字航空摄影过去可以说已经发展了5、6年的历史了，应该说刚开始还没有终结。我们现在所发明的专利技术被很多人认可，国外有很多类似的产品出现了，但我们没有在国外申请专利，国内也有类似的产品出现，但我们在国内申请了专利，外市场拼接的方式很有效。发展态势来说是方兴未艾，未来是更加小型化、无人化、更加便宜，而且精度更高，更加可以满足社会对地表信息采集的需求。
主持人郭桐兴：最后我们预祝我们国产的航空摄影相机能够尽快地占领国际市场。给中国人扬眉吐气、争光。同时也感谢刘老师就数字航空摄影技术这样一个话题做了这么精彩的讲话。我们也感谢大家收看我们的《院士访谈》，谢谢。我们下一期再见！
刘先林：再见！
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