多云雾测图不再“雾里看花”
——我首个自主知识产权机载SAR测图系统研发纪实

来源: 科技日报  时间:2011-07-21 11:44:10
  本报记者 操秀英 “作为我国对地观测领域和西部测图工程的重大创新研究成果,该系统填补了国内在该领域的空白,整体技术指标达到国际先进水平。”5月13日,在经过细致、全面的质询和认真的讨论后,10多名院士专家给予“机载多波段多极化干涉SAR测图系统”(简称“机载SAR测图系统”)这样的鉴定意见。
  这一刻,项目负责人、中国测绘科学研究院院长张继贤终于可以长长地松口气。5年的研发攻关,他亲历了其中的不易。
  “首购政策”的受益者
  许多人不知道的是,某种意义上,这是次“被逼出来的创新”。
  SAR(合成孔径雷达)测图技术是目前唯一可以在多云多雾这样的测绘困难地区实现全天时、全天候快速成像、测图的遥感手段,具有传统光学遥感技术不可比拟的优势。世界各国都力争通过这项技术抢占测绘科技制高点,发达国家纷纷将机载SAR最新研究成果商用化,先后成功开发了多个多波段的、多极化的、具有干涉能力的或多模式的机载SAR系统。
  “我国约从20年前开始雷达传感器的相关研究和应用,但满足测图需求的整套SAR测图系统却始终未能形成,与此同时,西部测图工程中有大量难以获取合格的光学影像的多云雾和冰雪覆盖的区域像横断山脉地区,加快这一系统的研发成为非常紧迫的事情。” 张继贤告诉记者。
  
  “国家西部1∶5000地形图空白区测图工程”(简称“西部测图工程”)是“十一五”时期经国务院批准,由国家测绘局组织实施的一项重大测绘专项,目标是利用高新对地观测技术完成我国西部200万平方千米的1∶50000比例尺地形图的测绘,填补这些区域1∶50000比例尺地形图的空白。在这一背景下,西部测图工程安排专项资金,由中国测绘科学研究院牵头,联合国内优势单位研制“机载多波段多极化干涉SAR测图系统”。
  然而,在最初的设计中,“考虑到我们自己技术不够成熟,我们计划采用从国外引进机载SAR数据获取系统,到国内进行改装集成,配合自主研发的测图工作站这样的建设模式。”张继贤回忆。
  兼任西部测图工程项目部主任的他,深知机载SAR测图系统的重要性,加上西部测图任务的紧迫性,部分引进不失为最稳妥的办法。
  “我们当时准备引进巴西的一套系统,双方都互相考察过,细节都谈好了,临到签合同的时候,他们却不肯落笔了。”张继贤回忆,来自一些国家对于高技术产品禁运的压力,巴西在最后时刻拒绝了这次合作。
  这时已经是2007年底,西部测图工程到了攻坚时刻,如果没有机载SAR测图系统,工程进度会受到极大影响。于是,攻克机载SAR测图系统的关键技术成为一场攻坚战。
  国家测绘局就此专门召开党组会议,“局领导号召我们迎难而上,同时宽慰我们,这是一件非常艰难的事,允许科研失败”,张继贤说,尽管如此,他们心里明白,这次攻关只许成功。
  这时,他们还遇到了另一道难题。“按照最初从国外购买系统的设想,我们的经费是以购买装置的名义申请的,而现在却要用来做研发,就必须重新申请。”张继贤说,幸运的是,国家科技部与财政部恰在此时联合出台《自主创新产品政府首购和订购管理办法》,以鼓励重大技术装备的自主研发。财政部及时地批准了他们提出的由购买设备改为自主研发的系统建设方案。“按照这一政策,我们顺利解决了科研经费的问题,这也是首个利用该政策的项目。”
  后来,财政部相关负责人了解了该项目的建设进展时感叹:“没想到‘首购’政策能发挥这么大的作用。”
  多项技术达到国际领先水平
  “有了这套系统,西部测图工程中11万平方公里横断山脉区域才得以顺利完成测图,而且我们的图像质量均达到国际先进水平。”张继贤告诉记者。
  据介绍,这套SAR测图系统由机载多波段多极化干涉SAR数据获取集成系统、航空航天SAR影像测图工作站、机载SAR数据预处理与分发系统等三部分组成。
  其中的机载SAR数据获取集成系统,攻克了高精度运动补偿、多传感器时空同步高效集成、智能导航系统的高效集成等核心技术,以奖状II型飞机作为载机,同时搭载X波段、P波段雷达,具备从万米高空获取0.5—5米不同分辨率的极化与干涉SAR数据的能力,可满足1∶10000—1∶50000比例尺测图的需求。
  “你看这张图,我们能清晰看出电线和草原围栏,这对以后地区的发展规划都能起到很大作用。”张继贤指着电脑上的图片向记者解释。
  航空航天SAR影像测图工作站,是国内唯一能综合利用干涉、立体、极化SAR技术实现SAR影像解译与测图的软件,可支持当前国际国内主流的星载和机载SAR数据,支持大数据量、批量处理,具有功能齐全、性能稳定、快速高效、界面友好、使用方便的特点。
  而在机载SAR数据预处理与分发系统方面,该项目建成了中国测绘科学研究院SAR数据处理中心,陕西、黑龙江、四川测绘局和重庆测绘院等4个SAR数据处理分中心,配备高速处理设备,形成完整的雷达测图数据处理系统体系。
  专家们认为,系统中的干涉测量与立体测量相结合的测图技术、基于距离共面的几何成像模型、多源DEM融合技术等达到了国际领先水平。
  用72岁的摄影测量与遥感专家刘先林院士的话说,机载SAR系统最大的意义在于:“发达国家对我们禁运的产品,现在我们自己搞出来了。”这位见证着我国测绘科技创新历程的老专家早在去年9月份德国的测绘装备技术博览会上,就隆重介绍了这一系统,他的介绍在展会上引起轰动。
  “他们甚至不相信中国能自主研发出如此高水平的机载SAR测图系统。”张继贤自豪地说。
  创新应用天地宽
  在经过无数次调试、试飞、调整后,2010年5月,机载SAR测图系统正式投入西部测图工程横断山脉地区航空摄影,目前已成功获取了109个架次,近11万平方公里的2.5米分辨率的影像。其中30%架次为夜航,90%区域为云雪覆盖的地方。
  这些数据在陕西测绘局、黑龙江测绘局、四川测绘局、重庆测绘院和云南省测绘局等西部测图工程生产实施单位,用于1∶50000地形图制作。利用机载SAR影像数据结合光学影像完成240幅图的SAR影像解译和内业测图工作,同时利用星载SAR影像数据结合光学影像完成239幅图的SAR影像解译和内业测图工作,总覆盖面积近20万平方千米。
  玉树地震发生后,机载SAR测图系统快速响应,利用其全天时、全天候、可高空飞行等优势,避开救援飞机飞行的繁忙时段和空间,选择飞机较少的高空和时间段,历经两个架次12条航线的飞行,获取了灾区约2000平方千米的0.5米、1米分辨率机载X、P波段SAR影像,通过快速几何处理、变化信息提取、精细解译,及时为抗震救灾、灾情评估等提供了支撑保障。
  张继贤告诉记者,该系统的成功研制,实现了SAR测图核心技术的突破,增强了我国对地观测能力;实现快速测图技术,提升了按需和应急测绘和服务的信息化测绘保障水平;提高了SAR测图产业化应用水平,将进一步推动地理信息产业发展。
  “这套系统解决了冰雪云雾覆盖区域的测图难题,弥补了航空航天光学遥感影像难以在多云雾冰雪覆盖地区影像数据获取的缺陷,在困难区域测绘、防灾减灾应急保障、地理国情监测以及国防安全方面将发挥重要作用。”西部测图工程实施领导小组组长、国家测绘局李维森副局长说。
  (本报北京5月15日电)
  

打印推荐给朋友】 【 关闭
【相关链接】
主办:吉林省测绘地理信息学会 网站管理:吉林省测绘局管理信息中心
地址:吉林省吉林省长春市新发路716号 联系电话:0431-82708895 82727917
技术支持:国家测绘地理信息局管理信息中心