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站在世界测绘科技前沿

文章出处:网责任编辑:作者:人气:-发表时间:2015-02-09 08:57:00

联合国副秘书长吴红波(前右一)、国家测绘地理信息局局长库热西(前右二)在出席联合国第三次全球地理信息管理高层论坛时,参观全球地表覆盖遥感制图项目成果展示。

 

 点开http://www.globeland30.org,一幅色彩斑斓的全球地表覆盖图便会呈现眼前,以不同颜色代表的水体、耕地、林地、人造地表等10种地表覆盖类型,可以分类提取信息,并计算出精确面积等数据,告诉你哪个地区水资源最丰富,哪个地方森林覆盖率最高,哪里耕地最多……此外,通过2000和2010两个年份数据对比,你还可以看到10年间沧海桑田的变迁。

这便是我国科技工作者历经4年刻苦攻关,向世界奉献的首套全球30米分辨率地表覆盖遥感制图数据集GlobeLand30。当国际同类产品分辨率最多达到300米时,该产品在时空分辨率及分类精度等方面均达到国际领先水平,走出了一条从跟踪、追随到部分关键核心技术全球领先的科技发展之路,推动中国测绘科技站在世界前沿。

2014年9月22日,在联合国气候峰会即将召开之际,代表中国参会的张高丽副总理向联合国赠送了这套数据集。

2015年1月31日,“首套30米分辨率全球地表覆盖遥感制图数据集成功研制并捐赠联合国”入选2014年中国十大科技进展新闻。

璀璨生辉的成就,使一个低调而崇尚实干的科研团队为更多人瞩目。他们抵御喧嚣、锲而不舍,经过数载奋斗,终于迎来了属于自己的辉煌。

 

世界难题待破解

地表覆盖及其变化被公认为全球环境变化、地理国(世)情监测、可持续发展规划、土地资源管理等不可或缺的重要基础信息。国际社会一直将其列为当前科学研究的前沿领域之一,美国、欧盟和日本曾研制了7套分辨率为300米或1公里的全球地表覆盖数据产品,但这些数据空间细节不够、分类精度不高、不同产品之间一致性较差,远不能满足应用需求。

对于全球地表覆盖遥感制图来说,由于涉及面积约1.5亿平方公里的广袤地表,加上地理景观类型复杂多样,所以无论是遥感影像获取、处理和地表覆盖信息提取,还是样本验证与分类体系,均面临巨大挑战。这使得全球高分辨率地表覆盖遥感制图成为一个世界性难题。

面对这一国际科技前沿和国内外重大应用需求,为了增强中国在全球变化研究领域的话语权,我国于2010年初设立“863”计划重点项目——全球地表覆盖遥感制图及关键技术研究,国家测绘地理信息局牵头,来自教育部、中科院等多个部委18家单位的400多名科研人员和测绘工程技术人员组成了一个跨部门、跨学科、优势互补、强强合作的团队,展开了一场与世界科技前沿接轨的大比拼。

“我们面临三大挑战:一是如何利用多源的遥感影像对全球实现高质量的覆盖;二是如何从纷繁复杂的影像中分类提取出所需的地表覆盖信息;三是如何利用有效的数据质量控制技术降低分类误判率和漏判率。”国际摄影测量与遥感学会主席、国家基础地理信息中心总工、项目首席科学家陈军教授告诉记者,“尽管困难重重,但我们有信心完成这个项目,这不仅是责任使然,更是为了圆我们团队一个梦想——在世界科学研究领域发出更多的‘中国声音’,实现从跟踪模仿向引领发展的跨越。”

 

千锤百炼苦攻关

科学研究没有坦途。该项目研究起点高、难度大,项目组拿出“敢于第一个吃螃蟹”的精神,吸收国外先进理念,创新研发模式,提出了“多源影像最优化处理、参考资料服务化整合、覆盖类型精细化提取、产品质量多元化检核”的总体思路,走出了一条自主创新之路。

项目第三课题组组长、国家基础地理信息中心遥感处处长廖安平告诉记者,为了拿出让全世界信服的产品,项目采用了以产出高质量成果为导向的工程化方法进行攻关,而非纯科研模式。他回忆,当初为了使影像分类处理的性能指标达到最佳,科研人员在室内做了无数次实验,又做了多次户外实验、生产中试,对每一次实验数据都精心分析、不断讨论,碰撞出新的思想火花,在一次次挫折中不断前进。

认准方向,埋头苦干,项目组厚积薄发。从研发几何纠正与配准模型、缺失数据处理和辐射重建方法,用于纠正遥感影像获取和处理过程中产生的误差;到创建像元—对象—知识分类法,降低误判率和漏判率,有效解决同物异谱和异物同谱带来的遥感制图难题;再到研发全球地表覆盖信息服务模型,实现多源信息的服务化整合与集约型应用;直至形成能有效控制影像处理、分类提取、数据集成的成套质量控制体系,众多技术难关被攻克,一个个“第一”在协同创新中诞生。

成功研制出世界首套全球2000和2010两个年份的30米分辨率地表覆盖数据GlobeLand30,将全球地表覆盖产品空间分辨率整体提高了10倍,总体分类精度达83%。数据涵盖全球陆域范围的水体、耕地、林地等10大类地表覆盖信息,不仅能提供直观的地表覆盖空间分布和变化信息,还能获得地表覆盖类型统计数和变化量,从而以定量方式获知人类活动对自然环境的影响。同时,建成了首个业务化运行的全球30米分辨率地表覆盖信息服务平台,向全球用户提供在线浏览、数据下载、分析统计等服务。

GlobeLand30赠送给联合国后,已向国际社会免费提供使用。这是中国首次生产并向全球用户分发此类数据产品,弥补了我国在该领域的空白,改写了中国只是他人产品使用者的历史,为全球变化、地球系统模式研究和可持续发展规划、国家治理等提供了重要的基础数据支撑。

“能够取得这样的成果,除了自主创新之外,主要还得益于有一个跨部门、跨学科的强大研究团队和产学研有机结合的协同创新机制。”回忆起4年多来的攻关历程,陈军教授感慨万千,“如果没有整个团队的齐心协力和无私奉献,是不可能完成这一巨型项目的。”

在项目总体设计、关键技术研究、产品验证、典型应用示范、精度评价等环节,来自国家测绘地理信息局、北京师范大学、清华大学、中科院遥感所等部门和单位的业界知名专家及科研人员密切合作、相互支持,较好地完成了项目总体设计和关键技术研究,制定了先进可行的总体技术路线,对重大技术难题进行协同攻关;四川、陕西、黑龙江测绘地理信息局积极参与,圆满完成生产中试和规模化产品研制;中科院地理所、中国农业科学院、中国林业科学院等单位协助完成全球范围精度评价。在项目团队之外,国内遥感与测绘地理信息界许多院士、专家也给予了无私帮助,提出各种宝贵意见、建议和大量参考资料,在项目实施的各个环节诊脉、把关,发挥了重要作用。

应用领域多元化

一石激起千层浪。中国送上的这份厚礼,受到全世界的强烈关注和热议。

联合国秘书长潘基文称赞,这一慷慨捐赠非常及时,这一详尽的数据集将帮助我们更好地理解、监测和管理全球地表和土地使用方面的变化。

联合国副秘书长吴红波认为,这是中国为全球可持续发展作出的杰出贡献,为中国科技人员争了光。这项成果将为联合国制定和实施2015后可持续发展规划提供过硬的地理数据支撑。

国际对地观测组织总干事瑞恩说,这是广大用户和决策者所需的重要基础数据和知识,促进了全球地学与地球观测数据共享。

中国科学院院士、科技部原部长徐冠华是全球地表覆盖遥感制图项目的倡导者和建议人。在接受记者电话采访时,他说,这是中国科技工作者为解决资源短缺、环境污染、气候变化等全球性问题提供的重要决策支撑。项目展现出的全球视野为科技界树立了典范。

在2014年度中国十大科技进展新闻评选中,7位院士的推荐词这样写道:这不仅是全球对地观测和地理空间数据共享领域的一个里程碑成就,而且开创了用高科技公共产品支撑联合国全球治理和可持续发展的先河,已经并将继续产生很大影响。

如潮好评使整个团队激动、兴奋,所有的艰辛和付出都是值得的。但他们没有沾沾自喜,而是清醒地认识到这仅仅是万里长征迈出的第一步,当务之急是全面共享、深入应用,最大限度地发挥这套数据集的巨大价值。在有关方面的大力支持下,GlobeLand30数据应用取得喜人成果。

自2014年9月23日正式开通网站以来,已有来自中国、美国、加拿大、意大利等近80个国家和地区的1200多名用户下载数据,总图幅数达5.1万余幅。用户中既有联合国粮农组织、环境署、发展署等联合国机构,美国国家航空航天局、欧盟委员会等政府机构,也有德国地学研究中心、巴西国家空间研究院等研究机构,还有哈佛大学、耶鲁大学等高校,相关数据被用于气候变化研究、土地利用与变化研究、实验教学、地表覆盖变化及分类研究、城市扩张与城乡发展规划研究、生态环境及生物多样性研究等众多领域,展现出广阔的应用前景。

自去年9月至今,联合国环境署世界保护监测中心等国际机构和国内多家单位纷纷前来考察数据成果、洽谈合作。忙碌中的收获令项目组科研人员喜上眉梢。

联合国环境署世界保护监测中心与国家基础地理信息中心合作,利用数据开展全球21万个保护区生物多样性保护评价。

科技部遥感中心利用数据实施全球生态健康遥感监测,对全球陆表水域和城乡建设用地的空间分布、时空变化、用地效率、用地转化等进行翔实的解读和分析,分别于2013年5月、2014年6月发布《全球陆表水体遥感监测报告》和《全球城乡建设用地遥感监测报告》,在业界产生极大反响。

中国工程院在新疆水资源研究中,利用两期库尔勒地区地表覆盖数据,对塔里木河下游自然环境变化进行分析。

中国环境科学研究院运用数据开展中国生物多样性保护研究。

…………

“下一步,我们将从深度挖掘分析、数据精化更新、动态信息服务三方面着手,努力实现从有到优、从数据到知识、从成果到服务的升级,通过汇聚包括国产高分卫星影像在内的国内外多方资源和力量,进一步扩大应用范围,为国家发展和国际社会提供更好的服务。同时倡导发起由中国主导或主要参与的大型国际科学计划,让中国从‘跟跑者’变为‘领跑者’。”

陈军教授这番话,表达出中国科技工作者深沉的家国情怀。新长征刚刚开始,在自主创新的征途上,他们将继续执著追求、一往无前!

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