航空航天遥感影像摄影测量网格处理关键技术与应用.docx

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航空航天遥感影像摄影测量网格处理关键技术与应用

、项目名称：

航空航天遥感影像摄影测量网格处理关键技术与应用

二、推荐单位意见（推荐单位：

中国测绘地理信息学会）

我单位认真审阅了该项目推荐书及附件材料，确认全部材料真实有效，相关栏目均符合国家科学技术奖励的要求。

我单位和该项目完成单位对拟推荐项目进行了公示，无异议。

首次提出数字摄影测量网格的创新思想，突破了高可靠性影像匹配、公众地理信息辅助的多星联合处理及超大范围平面平差、正射影像智能镶嵌及匀光匀色等多项关键技术，建立了完整的航空航天遥感影像智能处理技术体系。

研制出我国首套完全自主知识产权的航空航天遥感影像数字摄影测量网格处理系统，其中摄影测量网格并行处理、高可靠性影像匹配、无人机影像全自动处理、稀疏控制智能空中三角测量、数字影像准实时拼接等核心技术居国际领先水平。

曾获2015年测绘科技进步特等奖，获得国家发明专利23项、软件著作权35项，发表SCI/EI论文120余篇。

项目核心技术是我国测绘遥感领域唯一实现技术出口的自主知识产权成果，许可给国际权威的地理信息研究和应用机构美国ESRI公司进行全球化推广应用，标志着国产研发成果正式全面走向国际市场。

软件系统被国内150多家单位广泛应用于国家重大工程项目及各类地理信息产品生产项目，并在汶川特大地震、雅安地震及余姚水灾等应急响应等方面发挥了巨大作用，取得了显著的经济效益和巨大的社会效益。

推荐该项目为国家科学技术进步奖一等奖。

三、项目简介

航空航天遥感在大范围空间信息快速获取、应对重大自然灾害及国家安全等突发性事件方面具有重要作用，同时对数据处理技术提出了巨大挑战，尤其是应急响应情况下有很高的时效性要求。

传统的摄影测量处理技术采用单人单机交互式生产模式，根本无法满足地球空间信息产业、国家重大工程、突发事件应急响应等对快速处理能力的迫切需求，因此突破航空航天遥感影像自动化准实时处理核心技术具有重要的战略意义和实用价值。

针对我国遥感对地观测数据处理精度和效率无法同时满足需求的问题，从航空航天遥感影像准实时并行处理的基础理论、关键技术、软件系统研制与推广应用等方面开展工作。

首次提出数字摄影测量网格处理的创新思想，突破了高可靠性影像匹配、多源数据联合区域网平差、高性能并行计算及应急遥感制图等一系列核心技术，实现了三个主要技术创新：

1）提出基于广义点摄影测量理论的中低空影像智能处理技术，独创性地采用多特征多测度解决高可靠性匹配和特殊困难条件下区域网平差精度和稳定性问题；同名点的误匹配率降低到传统技术的1/4~1/30。

2）提出基于严格成像模型的多源国产卫星影像协同处理技术，首次采用公众地理信息进行在轨几何检校及逆向定轨定姿，并以高程数据辅助超大范围多源卫星影像平面区域网平差；多星多轨联合逆向定轨定姿精度优于3米，超大范围正射影像接边精度优于1像素。

3）提出航空航天遥感影像的地理信息产品准实时生产技术，突破了正射影像智能镶嵌及匀光匀色等难题，并采用CPU/GPU集群并行处理实现航空航天遥感影像的全自动准实时处理；单台计算机5分钟内可完成200幅无人机影像的全自动数字影像图生产。

获得授权发明专利23项、软件著作权35项，发表SCI论文45篇、EI论文76篇。

项目核心技术被ISPRSJPRSPERS等国际权威期刊文章评价为全新的方法、非常重要、解决难题的方法。

研制出我国首套完全自主知识产权的航空航天影像数字摄影测量网格处理系统DPGrid，以刘先林院士及周成虎院士为主任的成果鉴定委员会认为摄影测量网格并行处理、影像匹配、无人机影像一键式处理、稀疏控制智能空中三角测量及数字影像图准实时拼接等核心技术居国际领先水平；获得2015年测绘科技进步特等奖。

作为我国测绘遥感领域唯一核心技术出口国外的完全自主知识产权研发成果，已授权许可美国ESRI公司进行全球化推广应用。

国际合作创新开辟了摄影测量到GIS之门，大大降低了用户技术门槛要求，可为ESRI公司全球35万个用户机构的近百万套ArcGIS软件提供遥感影像的智能处理与地理信息服务。

研究成果已在国内推广应用150余套，成功应用于多项国家重大工程项目及突发灾害应急响应。

四、客观性评价

2007年，由刘先林院士、宁津生士、刘经南院士、金振民院士等10位专家对《数字摄影测量网格DPGrid》成果进行鉴定。

鉴定委员会认为，该系统研究思想新颖、研究成果先进，将为数字摄影测量的新一轮跨越式发展、为建立大规模的摄影测量数据处理中心奠定基础。

项目成果在国际上首次提出数字摄影测量网格的创新思想，成功研制了新一代摄影测量系统一一DPGrid，整体上达

到国际先进水平，其中数字摄影测量网格并行处理技术、影像匹配技术和网络无缝测图技术达到国际领先水平。

2014年，由周成虎院士、郭仁忠院士等7位专家对《中低空遥感影像准实时智能处理关键技术与系统》成果进行鉴定。

鉴定委员会认为，项目提出多基线摄影测量的影像匹配理论与方法，成功突破自由飞行模式下区域网稳定构建的局限；在国际上率先实现无需任何先验位置姿态信息的全自动处理技术；研制出我国首套中低空遥感影像准实时智能处理软件系统。

项目成果整体达到国际先进水平，其中无需任何先验信息的全自动测区恢复、稀疏控制智能空中三角测量、数字影像图准实时拼接等核心技术居国际领先水平。

国家863计划项目“遥感影像自动匹配”于2010年通过国家科技部验收，专家组认为在影像匹配基础理论与算法、航空航天遥感影像自动匹配、高精度区域网平差等方面具有创新性。

国家科技支撑计划项目“中低空自由飞行遥感影像智能处理系统”于2013

年通过国家科技部验收，专家组认为课题成果在无需任何初始信息的全自动任意航线恢复、大扰动非常规中低空遥感影像智能匹配与区域网平差、大比例尺正射影像快速拼接与匀光匀色方面具有创新性。

国家科技支撑计划项目“海量航空遥感数据正射产品自动化生产系统”于

2013年通过国家科技部组织的验收，专家组认为课题成果在海量航空遥感影像数据多级并行处理、自动空中三角测量、三线阵影像方位参数精确求解、大比例尺三维地形信息高精度生成等方面具有创新性。

五、推广应用情况和社会效益

1.推广应用情况

项目成果是我国首套完全自主知识产权的航空航天遥感影像智能处理系

统，已经在测绘、国土资源、规划、地矿、军事等相关单位推广应用150余

套；应用单位将项目成果全面应用于高分对地观测、西部测图、国土资源调查、地理国情监测、海岛礁测绘等国家重大工程项目，以及汶川地震、雅安地震、余姚水灾等突发灾害应急响应遥感影像的快速智能处理。

项目核心技术也是我国测绘遥感领域唯一出口国外的完全自主知识产权软件研发成果，已授权

许可给美国ESRI公司进行全球化推广应用

应用单位名称

应用技术

应用的起

止时间

应用单位联系

人/电话

具体应用情况

美国ESRI公司

卫星/航空/低空影像处理

2014-至今

PengGao/

+19097932853

与武汉大学签订技术许可协议获得使用授权，并集成到ArcGIS进行全球推广应用

山西省遥感中心

航空/低空影

像处理

2010-至今

杨爱民/

地理国情普查、基础测绘、数字城市、遥感监测等领域

浙江省第二测绘院

航空/低空/应急影像处理

2009-至今

楼燕敏/7

国土资源调查、基础地理信息

生产及突发灾害应急响应

青海省地矿测绘院

航空/低空影像处理

2012-至今

史增祖/3

高海拔地区低空无人机影像

处理，DEM/DOM/DLGU作

广东省国土资源测

绘院

航空/卫星影

像处理

2008-至今

丁华祥/020-

地理国情普查、基础地理信息产品生产、正射影像制作

武汉中测晟图遥感

技术有限公司

航空/低空影像处理

2009-至今

李西林/

航空/低空遥感影像产品技术

服务及增值产品服务

武汉适普软件有限

公司

航空/低空影像处理

2012至今

程若奇/

航空、低空无人机影像快速处理软件销售与技术服务

北京地航科技有限

公司

航空/低空影像处理

2014-至今

岳雄/010-

航空、低空无人机影像快速处理软件销售与技术服务

中国资源卫星应用

中心

国产卫星影

像业务处理

2012-2015

王洪海/

ZY3/ZY02C卫星数据地面业务

化处理，已业务化运行四年

国家测绘地理信息局卫星测绘应用中心

资源三号卫

星影像处理

2013-2015

王霞/

完成数百万平方公里资源三

号卫星数据DO叶品生产

苏州中科天启遥感

科技有限公司

多源国产卫

星影像处理

2013-至今

黄方红/8

完成多期全国2m分辨率遥感影像产品及咼分一号16m影像生产，大范围遥感监测应用

中国国土资源航空

物探遥感中心

低空/应急影

像处理

2008-2011

王建超/

低空影像快速处理及汶川地震等突发灾害应急响应

中测新图（北京）遥感技术有限公司

海岛礁航空

影像处理

2010-2011

薛艳丽/

服务于海岛礁测绘关键技术，处理精度与稳定性优于国内外软件系统

在国际上首次提出数字摄影测量网格的创新思想，全面发展了航空航天遥感影像的摄影测量处理理论与方法，研制出我国第一套完全自主知识产权的航空航天遥感影像摄影测量网格处理系统；核心技术成功出口到国际著名的地理信息研究和应用机构美国ESRI公司进行全球化推广应用，标志着国产研发成果全面走向国际市场，有力推动了我国摄影测量与遥感学科发展和行业科技进步，巩固了我国在该领域的国际一流地位。

为我国重大突发灾害遥感影像信息快速获取处理及应急救灾辅助决策提供了可靠的保障手段。

2008年汶川大地震抗震救灾期间，协助中国国土资源航空物探遥感中心处理了数千幅航空影像，获取了满足救灾需要的数字影像地图，为指导抗震救灾、防范次生地质灾害及开展灾后重建工作做出了非常重要的贡献。

浙江省第二测绘院在2013年余姚水灾应急测绘保障中，现场制作了余姚市救灾应急影像图，为市政府部署、指挥救灾提供了科学依据，为挽救人民生命财产安全做出了重要贡献。

项目成果在国防军事建设、卫星地面系统、国家重大工程项目中发挥了重要作用，对于国防军事安全以及社会经济发展等都具有重要意义。

六、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

发明专利

无需POS辅

助的低空遥感影像快速自动拼接方

中国

ZL2.3

2016.0

9.05

武汉大

学

张永军，秦守鹏，段延松，张祖勋

有效

法

发明

一种数子咼

中国

ZL2.1

2016.0

武汉大

张永军，

有效

专利

程模型辅助

6.27

学

万一，

的卫星影像

黄心蕙，

区域网平差

凌霄

方法

发明

一种航空遥

中国

ZL2.8

2012.0

武汉大

孙明伟，

有效

专利

感影像的最

7.11

学

张祖勋，

小二乘区域

张剑清

网匀色方法

发明

多源多轨长

中国

ZL2.5

2014.1

武汉大

张永军，

有效

专利

条带卫星遥

2.17

学

熊金鑫，

感影像联合

段延松

并行匹配方

法

发明

遥感卫星线

中国

ZL2.6

2015.0

武汉大

张永军，

有效

专利

阵传感器多

4.29

学

郑茂腾，

轨联合在轨

熊金鑫，

几何检校方

王博，

法

黄旭

发明

一种遥感卫

中国

ZL2.3

2013.0

武汉大

张永军，

有效

专利

星多星联合

7.24

学

郑茂腾，

逆向定轨定

张祖勋，

姿方法

熊金鑫，

黄旭

发明

一种与影像

中国

ZL2.4

2013.1

武汉大

张祖勋，

有效

专利

同步变化的

2.18

学

胡翔云，

投影数字高

朱俊锋，

程模型制作

孙明伟

方法

发明

基于标准色

中国

ZL2.9

2016.0

武汉大

张永军，

有效

专利

彩库的大范

4.27

学

余磊，

围遥感影像

孙明伟

自动化匀光

匀色方法

发明

移动多任务

中国

ZL2.6

2013.0

武汉大

曹辉，

有效

专利

并行处理系

2.13

学

徐轩，

统

段延松，

张剑清

发明专利

机载航空影像实时摄影测量处理系统

中国

ZL2.2

2014.0

8.13

武汉大

学

郑顺义，桂力，王晓南，马电，罗迪，张剑哲，徐轩

有效

七、主要完成人情况及技术贡献

1.张永军，武汉大学，教授，曾获测绘科技进步特等奖（2015）。

项目总负责人和组织实施者，负责项目总体规划执行、核心技术研究、软件推广应用及成果总结，对科技创新点1、2、3做出了突出贡献：

1）深入研究影像匹配的基础理论与算法，并突破多类观测值联合区域网平差以及弱几何条件下的区域网

平差技术，实现了中低空遥感影像一键式处理；2）基于全球公开地理信息和多

条带数据联合区域网平差技术进行卫星传感器的在轨几何检校，并以高程数据辅助进行超大范围稀疏控制平面区域网平差，实现了国产卫星数据的高精度产品全自动处理；3）提出并实现了基于标准色彩库的大范围遥感影像自动化匀光匀色方法，解决了航空与遥感影像镶嵌的颜色处理问题。

2.张祖勋，武汉大学，教授，中国工程院院士，曾获国家科技进步二等奖

（1999年），测绘科技进步特等奖（2015）。

项目理论指导与总体设计，对总体思路、技术路线及组织实施提供了全面指导，对科技创新点1、2、3做出了突出贡献：

1）创新性地提出数字摄影测量网格（DPGrid）的全新思想，保持了我国摄影测量技术的国际先进水平；2）提出了广义点摄影测量理论的影像匹配理论，为处理大比例尺及非规则摄影数据打下了坚实基础；3）创造性提出了投

影数字高程模型（OESM理论及其制作方法，为基于正射影像的测图以及正射影像智能镶嵌技术提供了理论基础。

3.孙明伟，武汉大学，讲师，曾获测绘科技进步特等奖（2015）。

项目核心技术研究人员，对科技创新点3做出了重要贡献：

1）提出了辐射空中三角测量匀色的思想，参与提出了基于标准色彩库匀色的方法，解决了大区域影像镶嵌的颜色处理问题；2）参与提出了OESMS论并实现了基于该理论的正射影像测图技术，提出并实现了利用OESMS论进行城区大比例尺正射影像的智能镶嵌，为全自动生产高质量的正射影像产品提供了系统化的解决方案。

4.万幼川，武汉大学，教授，曾获国家科技进步二等奖（2009），测绘科技

进步特等奖（2015）。

对项目总体设计与成果推广应用做出了重要贡献，对科技创新点2、3做出了重要贡献：

1）作为项目“海量航空遥感数据正射产品自动化生产系统”负责人，组织实施并完成了遥感影像产品生产软件系统研制；2）参

与完成了重要成果“数字摄影测量网格DPGrid”与“中低空遥感影像准实时智

能处理关键技术与系统”的研制工作。

5.柯涛，武汉大学，副教授，曾获测绘科技进步特等奖（2015）。

对科技创新点1、3做出了贡献：

1）参与实现了非常规摄影数据的稳健匹配技术并成功应用于汶川地震应急响应，产生了重大的社会效益；2）参与完成了重要成果“数字摄影测量网格DPGrid”与“中低空遥感影像准实时智能处理关键技术与系统”的研制工作，具体负责项目协调工作。

6.段延松，武汉大学，实验师，曾获测绘科技进步特等奖（2015）。

对科技创新点1、2、3做出了贡献：

1）设计了移动多任务并行处理系统，从硬件上保障了海量航空航天影像的处理效率；2）参与实现了低空遥感影像快速自动拼接技术与遥感影像联合并行匹配技术，为保障航空航天影像的全自动高精度定向提供了重要技术支撑。

7.张勇，武汉大学，副教授，曾获测绘科技进步特等奖（2015）。

对科技创新点1、2、3做出了贡献：

1）参与完成了重要成果“数字摄影测量网格DPGrid”与“中低空遥感影像准实时智能处理关键技术与系统”的研制工作；2）参与了国产资源三号卫星影像产品生产软件系统研制任务。

8.曹辉，武汉大学，副研究员，曾获国家科技进步二等奖（1999年），测绘科技进步特等奖（2015）。

对科技创新点3做出了贡献：

设计了移动多任务并行处理系统，为满足航空摄影灾害应急数据的现场处理需求提供了硬件保障。

9.胡翔云，武汉大学，教授，曾获测绘科技进步特等奖（2015）。

对科技创新点3做出了贡献：

参与提出了正射影像高程同步变化模型（OESM理论并应用该理论实现了基于正射影像的测图技术，以及城区大比例尺正射影像镶嵌线的智能选择方法。

10.王博，苏州中科天启遥感科技有限公司，部门经理，曾获测绘科技进步特等奖（2015）。

对科技创新点2做出了贡献：

1）参与实现了遥感卫星线阵传感器多轨联合在轨几何检校方法；2）参与实现了国产多源多轨长条带光学遥感影像的联合匹配方法；3）制定了国产光学遥感卫星高级产品生产作业流程并参与了国产卫星数据的高精度产品全自动处理软件开发工作。

11.郑顺义，武汉大学，教授。

对科技创新点3做出了贡献：

提出并实现了机载航空影像实时摄影测量处理系统，首次将航空摄影数据的色彩质量评定、几何质量评定以及全景图拼接处理过程通过数据处理板进行机载实时处理。

12.胡晓东，苏州中科天启遥感科技有限公司，项目经理，曾获测绘科技进步特等奖（2015）。

对科技创新点2做出了贡献：

参与开发了一系列国产卫星遥感影像处理软件，在天启公司组织建设了基于数据中心的遥感信息产品生产线，为项目成果质量验证与技术应用做出了贡献。

13.季铮，武汉大学，副教授，曾获测绘科技进步特等奖（2015）。

对科技

创新点1做出了贡献：

参与实现了弱几何条件下的区域网平差技术，为航空摄影技术应用于海岛礁测量提供了技术支撑。

14.雷一鸣，苏州中科天启遥感科技有限公司，项目经理，曾获测绘科技进

步特等奖（2015）。

对科技创新点2做出了贡献：

1）参与了国产卫星数据的高精度产品全自动处理软件开发工作，设计了软件系统的影像几何配准、影像融合和影像镶嵌等步骤的处理流程，有效提升软件效率；2）使用原型软件系统处理了大量卫星影像数据，并提供相应的测试报告，为提高软件系统稳定性做出

15.鲁妍林，武汉大学，曾获测绘科技进步特等奖（2015）。

对科技创新点1、3做出了贡献，参与完成项目“中低空遥感影像准实时智能处理关键技术与系统”：

1）进行影像处理软件操作界面及人机交互易用性设计，提出多项非常实用的软件改进完善措施；2）进行软件系统测试与规模化生产作业，参与各种工程应用及突发灾害数据处理，对软件推广应用提供了有力支持。

八、主要完成单位及创新推广贡献

（一）武汉大学

武汉大学是航空航天遥感影像摄影测量网格处理关键技术与应用的主持完成单位，负责项目的组织实施、总体关键技术攻关及项目成果的广泛应用，并为项目组在航空航天遥感领域的深入研究提供了办公环境、人财物力等方面的长期大力支持。

近年来承担了国家863计划、国家科技支撑计划、国家自然科学基金等国家级项目10余项，国防、部委和地方重点科研项目20余项，围绕航空航天遥感数据智能化集群并行处理开展了十余年的系统性研究工作。

通过长期的深入研究，在遥感影像自动匹配的基础理论和算法方面取得了全新的突

破和认识，首创性地提出数字摄影测量网格的思想，发展了数字摄影测量的智能处理方法，攻克了航空航天影像准实时智能化处理关键技术，研制了具有完全自主知识产权的摄影测量网格处理系列软件系统，多项关键技术居国际领先水平。

相关研究成果已经成功出口国外著名机构，并在众多工程实践中创造了明显的经济效益和极大的社会效益，为航空航天遥感航空影像快速处理、突发事件应急响应辅助决策等提供了坚实的理论和技术支撑，为推动我国对地观测数据智能处理领域的科技进步起到了非常重要的作用。

对创新点1、2、3有重要贡献。

（二）苏州中科天启遥感技术有限公司

苏州中科天启遥感科技有限公司是航空航天遥感影像摄影测量网格处理关键技术与应用的主要参与单位，主要开展了国产光学遥感卫星高级产品生产软件系统的设计建设与大规模数据生产。

通过借鉴国际著名卫星数据处理软件系统的思想，设计了影像几何配准、影像融合和镶嵌等步骤的全新处理流程，有效提升了数据处理效率。

建立了遥感大数据高效管理与高性能计算环境，对遥感影像生产成果进行数据编目管理与可视化，形成了生产、管理、服务的一体化数据运营体系。

软件系统总体处理效率与国际著名的卫星影像并行化处理软件系统PCIGXL相当，其中云区/水域智能识别、高程模型辅助的超大范围平面区域网平差及畸变模型自适应检校等核心技术全面优于GXL系统。

组织建设了

基于数据中心的遥感信息产品生产线，实现了水体/道路/地块级土地利用、农业作物面积等产品生产，从应用角度验证了处理结果的有效性和精确性。

软件系统已经业务化稳定运行四年，已完成2米分辨率全国覆盖的多期遥感正射影像生产，数据量约800TB已完成2013年6月以来全国覆盖的16米分辨率所有正射影像生产，数据量约500TB;并成功应用于林业调查、农作物长势监测、突发灾害应急遥感监测等领域。

对创新点2、3有重要贡献。

九、完成人合作关系说明

本项目共15位完成人，共两家完成单位，主要通过科研项目合作、论文合著、共同知识产权（包括发明专利与软件著作权）等方式合作，合作时间从2006年至2016年。

武汉大学是牵头单位，张永军、张祖勋、孙明伟、万幼川、柯涛、段延松、张勇、曹辉、胡翔云、郑顺义、季铮、鲁妍林12位完成人负责项目总体设计、理论研究、关键技术研发、软件系统开发、系统应用推广等工作；苏州中科天启遥感科技有限公司为项目第二完成单位，王博、胡晓东、雷一明3位完成人承担部分遥感图像处理算法研究、卫星遥感影像产品生产软件开发、