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近二十年來，作為“3S”技術的代表之一，遙感技術取得了長足的進步。目前我國已發射了數十顆光學、雷達（SAR）、高光譜等多模態遙感衛星，已形成各種高、中、低軌道相結合，大、中、小衛星相協同，高、中、低解析度相彌補的全球對地觀測體系，能夠準確快速地獲取多種成像模態、多種空間、時間和光譜解析度的對地觀測資料。

但是，相對於遙感資料的獲取速度，其快速智慧處理和服務能力仍嚴重滯後，海量資料堆積與有限資訊孤島並存的矛盾仍然十分突出。在實時化、智慧化、知識化為特點的智慧化測繪新時代，如何實現衛星影像空間感知和空間認知的智慧化，以更高的效率和更智慧的手段，獲得更精準的處理結果，成為急需解決的問題。

在中國測繪學會2021學術年會現場，由武漢大學遙感資訊工程學院牽頭完成的“多模態衛星影像一體化攝影測量遙感智慧處理技術及應用”專案（以下簡稱“該專案”）榮獲2021年測繪科學技術獎特等獎。該專案作為同類型中的佼佼者，從數百個申報專案中脫穎而出，為遙感資料的智慧處理和廣域服務提供了一個可行的思路。

為此，記者聯絡了該專案的主要完成人之一，武漢大學遙感資訊工程學院院長張永軍教授。他圍繞獲獎專案和遙感資料智慧化處理等方面暢談了自己的見解與思考。

遙感技術的未來是智慧化

一門學科、一項技術的發展一般都會經歷“搭建、能用和好用”這幾個階段，就衛星遙感領域而言，從資源系列、高分系列到天繪系列，我國已經建立起相對完備的衛星遙感體系，天上的“搭建”工作基本完成。近二十年來，衛星遙感資料已經在基礎測繪、自然資源普查乃至交通、水利、農業、林業等多行業、多領域得到廣泛應用，已經可以稱得上“用起來”了，但是否方便好用卻需要打個問號。

“目前，我國的遙感衛星類別多樣，一方面提高了對地觀測的精度，另一方面，多模態衛星遙感資料之間彼此割裂也為實際應用造成了諸多難題。此外，衛星遙感資料的識別解譯和後期處理應用的自動化水平較低，也在一定程度上限制了衛星遙感技術的進一步普及化應用。”張永軍認為，深入研究多模態遙感衛星影像一體化智慧處理技術體系及實用化軟體系統，有助於充分發揮每顆衛星、每個譜段、每個有效像元的作用，進而實現超大範圍多模態遙感衛星影像準實時智慧處理與資訊服務，具有重要戰略意義和實用價值。

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李德仁院士在接受採訪時曾表示，智慧化是自動化和實時化的基礎。毫無疑問，遙感技術實現從“能用”到“好用”的跨越，必然是朝著自動化和實時化邁進，因此，遙感技術的發展方向必然是智慧化。

張永軍介紹，面向我國地球空間資訊產業、國家重大工程、國防軍事建設等領域的重大需求，專案組在國家自然科學基金重點專案、重點研發計劃等二十餘個專案支援下，對多模態衛星影像一體化攝影測量遙感智慧處理的基礎理論、關鍵技術、產品研製等方面進行了持續研究長達十餘年。

“多模態衛星影像一體化攝影測量遙感智慧處理技術及應用”專案榮獲2021年測繪科學技術獎特等獎

該專案核心技術申請發明專利32項，其中17項已經授權；獲得軟體著作權23項；在國內外公開發表三大檢索論文67篇，其中ESI高被引論文7篇。專案組還在國際上首次提出全新的攝影測量遙感科學概念，攝影測量遙感主要由攝影測量和遙感兩個學科的交叉融合而形成，致力於研究解決同步探測被攝目標的幾何位置、物理屬性、語義資訊及時序變化關係的理論方法及技術問題。

該專案創新性地提出語義資訊輔助幾何處理和多源資料融合語義資訊提取的全新思路，構建了多模態衛星影像幾何語義一體化智慧處理技術體系，突破了多項核心關鍵技術，研發了自主產權的軟體系統並取得廣泛應用。

基於人工智慧的融合創新

“要解決衛星遙感資料實時智慧化處理和資訊服務，必須注重多學科技術的交叉融合。”張永軍告訴記者，該專案深度融合了人工智慧技術，基於人工智慧的深度學習和智慧提取等能力，取得了以下幾方面的創新突破：

01 首次提出基於人工智慧技術的多模態衛星影像語義分割與幾何處理融合新理論。建立了跨域穩健語義分割技術，透過自適應增量最佳化提升深度分割網路模型的遷移性和普適性，保證了多型別地物語義分割的時效性、容錯性、穩定性和區域一致性。

02 首創性提出透過語義分割結果，全自動進行多源地理資訊控制點粗差剔除，實現超大範圍多模態影像精準幾何處理；提出輻射不變特徵變換等演算法，進行可見光、SAR、高光譜、LiDAR強度圖等多模態影像高可靠性匹配；單臺機器2.5分鐘可完成8000景衛星影像的並行區域網平差，大幅提高了自動化處理精度和效率。

03 突破了基於深度學習的多視遙感影像三維地形及大範圍合成影像智慧生成技術。將有理函式模型嵌入深度學習網路，實現大範圍地形表面的快速自動重建，採用物方半全域性最佳化提升困難區域的密集匹配精度，並在語義分割結果的輔助下進行大範圍遙感影像無縫鑲嵌合成。

04 創新性提出基於深度學習的建築物、道路、農作物等典型地物目標語義資訊智慧提取技術；基於多尺度語義分割網路融合經驗知識實現建築物向量邊緣精確提取；結合語義分割和多起點中心線追蹤最佳化提取道路網拓撲向量；基於3D卷積和注意力機制實現多類農作物精細分類及其時空特徵智慧提取。

05 構建了全新的多模態衛星遙感影像幾何語義一體化智慧處理技術體系，研製出我國首套自主產權的多模態衛星影像一體化攝影測量遙感智慧處理軟體系統MIPS，其資料處理效果和效率均有明顯優勢，顯著提升了融合處理的精準度和智慧化水平。

智慧遙感，成果落地

“該專案從論證、立項，到技術攻關前後歷經十餘年，不僅在技術上實現了創先突破，更實現了成果轉化應用，產生了一定的社會和經濟效益。”張永軍告訴記者，該專案研發了我國首套自主產權的多模態衛星影像一體化攝影測量遙感智慧處理系統MIPS，該系統具備快速語義分割、語義輔助精準幾何處理、三維地形提取與多影像時序合成、地物語義資訊智慧提取等特色功能。

2020年12月，該系統透過由劉先林院士、王橋院士等七位專家組成的評價委員會鑑定，認為多模態影像高可靠性匹配、幾何語義一體化智慧處理、典型地物自動提取等核心技術均達到國際領先水平，具有廣闊的發展前景和潛在經濟社會效益，對推動行業科技進步和地理空間資訊產業結構最佳化升級具有重要作用。

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張永軍介紹，基於最新的衛星影像攝影測量處理、多源影像融合、語義資訊提取等相關理論與方法，結合先進的計算機技術、深度學習技術及自主研發的CPU/GPU兩級加速並行處理機制，該軟體系統的處理效果和效率均明顯優於國內外同類軟體。

例如，單機情況下，該軟體僅需19小時即可完成1551景2米解析度國產衛星影像的全自動處理，包括雲區檢測、影像融合、影像匹配、區域網平差、正射影像糾正等處理流程。語義分割結果約束的立體衛星影像區域網平差自動化程度和精度均顯著提升，例如在1∶1萬基礎測繪產品DEM/DOM的輔助下，高分七號立體衛星影像的全自動處理高程精度從2.6米大幅提升至0.8米以內，鑲嵌接邊精度優於1畫素。

目前，該軟體系統已經成功應用於全球地理資訊資源建設、一帶一路倡議、實景三維中國、自然資源監測、地理國情普查等國家重大工程專案，廣東、北京、重慶、貴州、浙江、河南、湖北等地的遙感影像高精度智慧處理、專題資訊智慧提取、地質災害隱患識別等行業應用專案和國防軍事建設保障專案，並在今年中部地區特大暴雨等自然災害應急響應保障方面發揮了重要作用，相關單位累計取得或保障了經濟效益超過2.3億元。

該專案助力鄭州暴雨應急監測

近年來，測繪地理資訊行業正在打破行業壁壘，促進跨界融合，構築起空間智慧驅動萬物互聯的新格局，推動地理資訊產業成為轉變經濟發展方式新的亮點。

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李德仁院士認為，遙感技術正在由對地觀測進入對人、對社會觀測的新階段，隨著技術的不斷進步，將有更多的技術手段應用到這一領域。如今，移動網際網路與人工智慧技術的快速升級，驅動著眾多垂直行業的智慧化程序。

海不辭水，故成其大。當我們談論高水平測繪地理資訊科技自立自強這一時代命題時，必須將目光和腳步向著更廣域的多學科和多行業。毋容置疑，在衛星遙感技術乃至測繪地理資訊智慧化的程序中，以人工智慧為代表的新興技術手段必將扮演著重要角色。

初審：張豔玲

複審：宋啟凡

終審：金 君

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