分享
Scan me 分享到微信

记国家科技进步一等奖获得者唐新明及其团队

在国家测绘地理信息局卫星测绘应用中心有这样一群人,他们就在这个距离上对地球“画”出了精准的坐标,并且创造了平面精度优于3米、高程精度优于2米的业绩。他们完成的国产民用高分辨率立体测图卫星测绘和应用关键技术项目获得国家科技进步一等奖。

  假如有机会从500公里的距离上看地球,你会做些什么?

  在国家测绘地理信息局卫星测绘应用中心有这样一群人,他们就在这个距离上对地球“画”出了精准的坐标,并且创造了平面精度优于3米、高程精度优于2米的业绩。他们依托轨道高度500公里环绕地球飞行的资源三号卫星平台,完成的国产民用高分辨率立体测图卫星测绘和应用关键技术项目获得国家科技进步一等奖。1月10日,卫星测绘应用中心副主任唐新明作为团队代表,在北京人民大会堂举行的2013年度国家科学技术奖励大会上,从党和国家领导人手中领取了光荣的奖励证书。

  记者在采访时,唐新明更多的时候在强调外界对资源三号卫星项目的关怀和支持:“国家测绘地理信息局领导多次亲临一线指导帮助我们,局领导为资源三号卫星的立项和研制反复与相关部门沟通、协调,多次到卫星研制部门视察慰问,反复强调测绘卫星的意义和重要性,为卫星的发射倾注了大量的心血。局党组的坚强领导是我们干好这项工作的重要保证。国防科工局、发改委、国土资源部等单位向资源三号卫星给与了最大力的支持。中国航天科技集团为研制发射资源三号卫星付出了艰辛的劳动。武汉大学、中国测绘科学研究院等许多科研单位和各省测绘地理信息局等单位协助做了大量工作。龚健雅院士直接参与项目的策划和设计,陈俊勇李德仁刘先林宁津生刘经南张祖勋等测绘学科的院士为资源三号的建设付出了大量的努力。没有局党组的坚强领导、没有各部门的鼎力支持,没有院士和专家的振臂高呼和参与,我们是无法取得今天的成绩的。”

  其实,作为团队的领头人,他是资源三号卫星工程应用系统总设计师。在他的努力下,我国卫星测绘和应用关键技术获得了突飞猛进的跨越发展。

  打破卫星影像的瓶颈

  随着我国经济的高速发展,地球空间信息产业已经成为国民经济新的增长点,对高分辨率遥感影像的需求异常迫切:要实现多种分辨率卫星遥感影像对陆地国土的必要覆盖。陆地国土1∶5万基础地理信息覆盖率达到95%以上,年更新率争取达到20%;1∶1万基础地理信息实现必要的覆盖,年更新率争取超过20%;内海水域与领海基础地理信息覆盖率达到80%以上。

  要满足以上规划的要求存在巨大的困难,其中原始影像的贫乏成为巨大的制约因素。因此,建设我国长期稳定连续自主的卫星数据源,发展我国高分辨率立体测图卫星,显得十分必要和紧迫。而卫星测图是当代测绘科技发展的必然趋势,是我国测绘事业以及国家安全保障的迫切需求,也是一个国家对地观测水平的重要标志。但长期以来我国卫星影像的精度不高,基本无法测图,与国外相比存在巨大差距。我国一直依靠航空影像和国外卫星影像进行测图,国产高精度卫星数据获取与处理技术也成为制约我国测绘和地理信息发展的最大瓶颈。

  党中央、国务院对此高度重视,李克强总理在视察中国测绘创新基地时指出,要尽快发展我国的立体测图卫星。国家测绘地理信息局和国家国防科工局将资源三号为代表的测绘卫星系列列入我国航天事业的中长期规划。

  2012年1月9日,资源三号卫星在太原卫星发射中心腾空而起,中国的民用高分辨率立体测图卫星实现了“零的突破”,由此也开启了中国航天测绘发展的新纪元。随后的几天里,记者在卫星测绘应用中心见证了资源三号卫星工程应用系统的总设计师唐新明和同事们绘制第一幅地形图的每一个细节。确认平面与高程精度都优于3米,测绘精度超过了国外同类卫星后,唐新明深感欣慰:“说明我们之前的大量工作没有白费,高精度立体才是这颗卫星的核心和灵魂”。

  在此之前,我国高分辨率立体卫星影像完全被国外垄断,1:5万卫星测绘数据源基本依赖国外卫星。资源三号成功应用不久,国外同类卫星数据的价格就大幅下降,从每平方公里40元降至6元左右。初步估算,这一项目已经为国家节省了大量外汇。更重要的是,这一技术跨越对维护国家安全具有重大意义。

  卫星测绘梦想成真

  面对计算机上卫星实时轨道图和一幅测制好的日喀则地区的地形图,唐新明向记者介绍说:“卫星测绘,简单说就是对卫星拍摄的遥感影像进行检校、几何和辐射处理,使卫星这个千里眼‘看’到的与实际地理情况尽可能地吻合。”这个卫星测绘系统,就像是处于地面的“大脑”,对天上的“眼睛”看到的情景进行加工分析,哪里是山脉、河流、植被,在哪个位置,形态如何,通过精细处理得到更精确的地球面貌。

  “整个系统涉及数千项技术参数,任何一个参数的变化都会导致误差。”唐新明解释。由于卫星在发射过程中会受到运载火箭巨大的震动冲击,进入轨道后又处于太空环境,温度、压力会发生很大变化,这些因素都引起卫星的有效载荷和技术参数发生变化。比如卫星的指向偏了0.1度,地面精度就会影响800多米。“也就是说,天上发生这么一点微小的偏差,中南海在地图上的位置就要到西单了。”唐新明说。还有卫星上的陀螺的漂移、相机CCD拼接等等微小的变化都会导致图像与实际情况相差甚远。

  “但是这些因素导致的误差都混合在一起,你并不知道每个因素对最终产生的总误差影响。”因此,唐新明带领着团队对相关难点技术展开了攻关研究。从2003年开始,集中对卫星姿态、轨道、相机系统等卫星关键指标进行仿真,建立了资源三号卫星影像的成像模型,同时在地面建立了高精度的卫星几何检校场,对模型的准确性进行验证,在数千次的实验基础上,确保了接收到第一轨资源三号卫星数据后,即采用这个模型生产出了满足精度要求的影像产品。

  在这个项目攻关过程中,团队完成了近百个设计方案和论证试验,终于达到了令人激动的测绘精度指标:无地面控制点条件下的测绘平面精度提高90倍,即从原来的900米提高到10米,高程精度优于5米,可直接满足1:5万丘陵、山地和高山地的精度要求;稀少地面控制点条件下的测绘平面精度优于3米,高程精度优于2米,全面超过了1:5万立体测图卫星设计指标,可用于1:2.5万测图,甚至1:1万部分地理信息的更新,总体上优于国外同类卫星的水平。

  开启国产卫星测绘成果应用先河

  唐新明表示,目前资源三号应用系统基本实现规模化、业务化生产,能实现当天接收数据、当天完成处理,业务化生产水平也已完全与国际接轨。他说:“我们在国内首次建立了覆盖全国的高精度控制点影像库,影像数据接收以后,可以直接进行控制点比对融合。以前一天处理一两幅图,现在每天处理10多幅以上,把正射遥感影像生产效率提高5倍以上的说法还是比较保守的。”

  经过两年时间的发展,现在系统已为测绘、国土、地矿、水利等众多行业提供了5000万平方公里的影像,为全国1:5万基础地理信息数据库更新工程、国家地理信息公共服务平台、全国首次地理国情普查、海岛礁测绘等国家重大项目提供了1500万平方公里的影像。除日常应用之外,在四川芦山地震、云南火灾、黄岩岛事件等突发事件中,资源三号卫星应用系统也为应急救灾、边境维稳提供数据支撑。

  资源三号作为我国民用首颗高分辨率立体测图卫星,除在测绘行业发挥巨大作用外,在国土监测、矿产资源调查、农林水利、科研教学等领域的应用也产生了很大效益,实现了“一星多用”,与其他类对地观测卫星一起为我国国民经济发展做出了巨大贡献。比如,资源三号发射成功以来,已连续两年中标全国土地利用变更调查项目共计约340万平方公里的数据采集工作,被广泛应用于开展土地变更调查、遥感监测、数据核查、卫片执法等工作。还为武汉大学、中科院遥感所等多家科研单位免费提供了大量实验数据,为相关科研人员开展深入研究提供了数据保障。

  “目前我们还是以满足国家需求的公益型应用为主,但是商业性的需求也越来越大。四维图新等导航企业,利用资源三号卫星影像开展了导航电子地图更新、外业采集路线设计等业务应用,已经逐步走入大众的日常生活。”唐新明介绍,如今资源三号卫星的成果更是走出国门,已向美国、澳大利亚等30多个国家、地区提供了450万平方公里的影像数据。

  敢为人先拓荒路

  谈起资源三号卫星,参与项目鉴定的专家认为,项目打破了国外对我国的技术封锁和数据垄断,实现了国产遥感卫星从“有”到“好用”、从难以测图到高精度立体测图,从示范应用到业务化运行的根本性转变,突破了航天摄影测量的一整套核心技术,形成了我国光学卫星测绘技术体系,使我国一举成为国际上少数几个掌握成套卫星测绘技术的国家。

  筚路蓝缕,勇于挑战。作为国家测绘地理信息局卫星测绘应用中心副主任,资源三号卫星工程应用系统总设计师,唐新明主持编写了国家测绘卫星十一五、十二五发展规划草案,负责提出了我国民用测绘卫星的研制总要求,完成了高精度测绘卫星的总体论证和自主设计。主持开展了测绘卫星影像模拟与仿真技术研究,解决了卫星总体技术指标的误差分解问题,从根本上保障了卫星总体技术指标的精度控制。他提出了满足我国测绘卫星需求的高精度几何检校方案,负责研制了资源三号测绘卫星在轨几何标定算法,突破了我国光学卫星一体化几何检校的技术难题,全面实现了资源三号卫星内外方位元素的高精度在轨检校和验证,结束了国产卫星难以测图的历史。

  负责起草了我国测绘卫星发展规划。全面分析了测绘对卫星的需求,阐述了测绘卫星的整体发展战略,提出了发展我国高分辨率光学测绘卫星、干涉雷达卫星、激光测高卫星和重力卫星等测图系列卫星的宏伟蓝图。该规划已经被国家测绘地理信息局和国防科工局采纳。资源三号顺利立项并成功发射,民用测绘卫星实现了零的突破,而资源三号后续星、高分七号等一批测绘卫星也已成功立项,测绘卫星家族正逐步走向繁荣壮大。

  根据资源三号卫星影像全色、立体、多光谱等数据特点,唐新明制定了资源三号卫星测绘产品生产工艺流程,主持研发了附带严密成像几何模型和RPC模型的传感器校正产品、系统几何纠正产品、精纠正产品以及核线产品等不同等级、不同精度的测绘产品,负责制定了22项生产技术规程和产品规范,实现了业务化生产运行。

  他特别向记者介绍了针对资源三号卫星下传的轨道、姿态、星敏以及陀螺数据,实施卫星事后定姿、事后定轨技术方法。经过多次实验验证,他提出的卫星一体化联合精密定轨方法和轨道系统误差标定方法,实现了资源三号卫星轨道事后精密确定,三维定轨精度达到3至4厘米。这项技术为高速、高效、高精度处理影像数据提供了良好条件。这项技术也引起了其他类卫星设计方的兴趣,将被推广应用,最终提高我国卫星的整体几何定位精度。

  自2004年获荷兰Twente大学地理信息科学和计算机应用博士学位后,唐新明参与测绘卫星研发应用工作已经10年之久。他在国内外重要学术刊物及国际会议上发表论文120余篇, 其中被SCI、EI收录的论文40余篇。出版中文专著2部,英文专著1部,合著4部。取得国家发明专利5项,申请国家发明专利15项,软件著作权登记32项。他在这个领域的成绩也得到了业界的一致认可:获得2013年国家科技进步一等奖,并曾获国家科技进步二等奖3次;国家测绘科技进步特等奖1次、一等奖2次、二等奖1次;国土资源科学技术二等奖1次。

  采访最后记者获悉,我国计划在资源三号之后用10年至15年时间建立测绘遥感卫星体系。目前3颗资源三号后续测绘卫星已纳入国家相关规划,2014年力争发射资源三号02星,实现两颗资源三号测绘卫星组网运行。我国的“测绘卫星”家族将越来越兴旺,卫星测绘事业也将发展得越来越快,也必将为社会经济的可持续发展和“中国梦”的最终实现做出更大的贡献。“未来我们将具备每天获取全球任一点高分辨率影像数据的能力!”唐新明对这套测绘卫星应用系统的期待更强烈。(吴宝成)

参与评论

【登录后才能评论哦!点击

  • {{item.username}}

    {{item.content}}

    {{item.created_at}}
    {{item.support}}
    回复{{item.replynum}}
    {{child.username}} 回复 {{child.to_username}}:{{child.content}}

更多精选文章推荐

泰伯APP
感受不一样的阅读体验
立即打开