泛在感知与航天测绘_杨元喜.pdf

第5 2卷 第1期测 绘 学 报V o l.5 2,N o.1 2 0 2 3年1月A c t aG e o d a e t i c ae tC a r t o g r a p h i c aS i n i c aJ a n u a r y,2 0 2 3引文格式:杨元喜,王建荣.泛在感知与航天测绘J.测绘学报,2 0 2 3,5 2(1):1-7.D O I:1 0.1 1 9 4 7/j.AG C S.2 0 2 3.2 0 2 2 0 4 0 5.YANGY u a n x i,WANGJ i a n r o n g.U b i q u i t o u sp e r c e p t i o na n ds p a c em a p p i n gJ.A c t aG e o d a e t i c ae tC a r t o g r a p h i c aS i n i c a,2 0 2 3,5 2(1):1-7.D O I:1 0.1 1 9 4 7/j.AG C S.2 0 2 3.2 0 2 2 0 4 0 5.泛在感知与航天测绘杨元喜1,2,王建荣1,21.地理信息工程国家重点实验室,陕西 西安7 1 0 0 5 4;2.西安测绘研究所,陕西 西安7 1 0 0 5 4U b i q u i t o u sp e r c e p t i o na n ds p a c em a p p i n gY A N GY u a n x i1,2,WA N GJ i a n r o n g1,2U b i q u i t o u sp e r c e p t i o na n ds p a c em a p p i n gY A N GY u a n x i1,2,WA N GJ i a n r o n g1,21.S t a t eK e yL a b o r a t o r yo fG e o-I n f o r m a t i o nE n g i n e e r i n g,X i a n7 1 0 0 5 4,C h i n a;2.X i a nR e s e a r c hI n s t i t u t eo fS u r v e y i n ga n dM a p p i n g,X i a n7 1 0 0 5 4,C h i n aA b s t r a c tA b s t r a c t:U b i q u i t o u ss e n s i n g i s t h e f o u n d a t i o no f s m a r te a r t ha n ds m a r tc i t yc o n s t r u c t i o n.T h eu b i q u i t o u ss e n s i n g i sd i v i d e d i n t oa c t i v es e n s i n ga n dp a s s i v es e n s i n g i n t h i sp a p e r,a n d t h ec h a r a c t e r i s t i c so f t h e t w ok i n d so f s e n s i n g i n f o r m a t i o na r ea n a l y z e d.T h ef o r m e rh a ss p a c e-t i m ed a t u mi n f o r m a t i o nw h i c h i su s u a l l yr e g u l a r,a c c u r a t ea n d r e l i a b l e,w h i l e t h e l a t t e r u s u a l l yd o e s n o t h a v e t h e s u p p o r t o f t i m ea n ds p a c ed a t u m,a n dt h ed a t ai ss c a t t e r e d,d i s o r d e r l ya n di n a c c u r a t e.T h ei m p o r t a n c eo fs p a t i o-t e m p o r a ld a t u m o fu b i q u i t o u ss e n s i n g i sd i s c u s s e d i no r d e r t od i s c o v e r t h ev a l u a b l ek n o w l e d g e,a n dt h er e l a t i o n s h i p sa m o n gt h eu b i q u i t o u ss e n s i n ga n dt h es a t e l l i t ep h o t o g r a m m e t r ya sw e l la sg e o g r a p h i c i n f o r m a t i o na r ea n a l y z e d,a n dt h e k e y t e c h n o l o g i e s o ft h ei n t e g r a t i o n o ft h e u b i q u i t o u s s e n s i n g i n f o r m a t i o n a n d s a t e l l i t ep h o t o g r a m m e t r ya sw e l la s t h eg e o g r a p h i c i n f o r m a t i o na r es o r t e do u t.K e y w o r d sK e y w o r d s:u b i q u i t o u s s e n s i n g;s p a t i o-t e m p o r a l d a t u m;s a t e l l i t e p h o t o g r a m m e t r y;d a t a f u s i o n;k n o w l e d g em i n i n gF o u n d a t i o ns u p p o r tF o u n d a t i o ns u p p o r t:T h eN a t i o n a lN a t u r a lS c i e n c eF o u n d a t i o no fC h i n a(N o.4 1 9 3 1 0 7 6);T h eN a t i o n a lN a t u r a l S c i e n c eF o u n d a t i o n f o rY o u n gS c h o l a r so fC h i n a(N o.4 1 9 0 4 0 4 2)摘 要:泛在感知是智慧地球、智慧城市建设的基础。本文将泛在感知分为主动感知和被动感知,并分析了两类感知信息的特点,前者具有时空基准,并具有规则性、精确性和可靠性,后者通常不具备时间和空间基准支持,且数据零散、杂乱、不精确;论述了泛在感知时空基准的重要性,进而讨论了泛在感知与航天测绘的关系,并梳理了泛在感知与航天测绘融合的关键技术。关键词:泛在感知;时空基准;航天测绘;数据融合;知识挖掘中图分类号:P 2 2 8 文献标识码:A 文章编号:1 0 0 1-1 5 9 5(2 0 2 3)0 1-0 0 0 1-0 7基金项目:国家自然科学基金(4 1 9 3 1 0 7 6);国家自然科学基金青年基金(4 1 9 0 4 0 4 2)智慧地球、智慧城市、智慧生活等都需要实时的、泛在的感知信息的支持。泛在感知有两层意思,一是 泛 在 的 观 测 信 息,二 是 泛 在 的 网 络 信息1-2。而泛在网络和泛在计算必须基于实实在在的感知信息。进一步,泛在网络信息本身也是重要的信息源,泛在网络也支撑泛在感知信息的统计、挖掘、计算和应用。泛在信息包括无所不在的感知网络所衍生出的泛在信息获取、信息互联、信息识别、信息处理及信息应用等。泛在信息的前提是泛在感知。泛在感知是信息化、数字化和智能化社会建设的基础。没有泛在感知信息支撑的信息化,只能是固化的基础信息;没有泛在感知信息支撑的地球,不可能称之为智慧地球;没有泛在感知支撑的城市,不可能称之为智慧城市。泛在感知也是大数据的重要信息源。大数据首先要有海量数据的支持,而且大数据所依据的数据往往不是规则数据,大数据依赖的正是这些泛在网络数据和泛在感知数据。大数据所具备的4 V特 性,即 数 据 量 大(v o l u m e)、变 化 速 度 快J a n u a r y2 0 2 3V o l.5 2N o.1A G C Sh t t p:x b.c h i n a s m p.c o m(v e l o c i t y)、数据样式多(v a r i e t y)和数据价值密度低(v a l u e),其特性与泛在感知和泛在传感网络数据的基本特征一致3-4。显然,泛在感知数据支撑大数据技术,即大数据将无所不在的感知数据进行存储、分类、计算、分析,并进行规律挖掘和提炼,为决策提供数据支持。在大数据框架下,遥感大数据处理与分析得到业界关注4-5。其实,遥感数据本身也是泛在感知数据的重要组成部分。在智能社会建设和泛在网络信息框架下,泛在感知网在灾害监测、太空探测、海洋探测及赛博空间探测等方面都发挥重要作用,于是诞生了泛在测绘(u b i q u i t o u sm a p p i n g)的概念。泛在测绘是指用户可以在任何地方、任何时间进行测量与制图,用以解决和理解空间问题6。泛在测绘的显著特点是任何用户、任何时间、任何地点都可以生成地图、理解地图和使用地图。这类地图与通常的二维地图不同,泛在感知生成的地图通常为实景三维地图7。显然,泛在测绘不仅包含各类测量传感技术,还必须包含信息技术和感知信息的快速网络传输技术。从泛在测绘的定义不难理解,泛在测绘包含了真实世界、真实图景、实际用户和信息技术。有学者讨论了智能社会与泛在测绘的关系8,进而探讨了环境感知与智能定位、导航和定时的关系9。其实,泛在感知比泛在测绘范围更广,前者包括虚拟空间的感知信息。从泛在感知到泛在测绘,都需要精确的空间位置和空间背景。航天测绘不仅可以提供高精度的空间位置,而且大区域测绘具有极强的背景几何信息和物理信息,可以将单一、甚至零散的点状泛在感知信息与航天测绘信息较好地融合在一起,充分发挥泛在感知的整体价值。本文侧重描述泛在感知与时空基准、航天测绘的关系,进一步梳理出未来测绘感知与智能服务可能的发展方向。1 泛在感知的分类泛在感知的核心是无处不在的感知和无时不在的感知。前者是感知的范围,即空间域,决定了感知的空间分辨率和精度;后者是感知的时刻,即时间域,决定了感知的时间分辨率和精度。泛在感知可以是物理感知、化学感知、生物感知等1 0。泛在感知信息可以分为主动感知信息和被动感知信息,其分类标准与传统遥感主、被动感知略有不同。在航空、航天摄影测量领域,光学摄影都属于被动感知,微波或激光遥感属于主动感知。但是从信息被利用层面,定义主动感知信息为:通过布设规则有序的传感器实施的各类感知信息;被动感知信息定义为:无意暴露在各类传感器感知范围内的各类活动信息,尤其是非主观暴露的信息被泛化应用的感知信息。1.1 主动感知信息主动感知信息包括空、天、地不同观测类的感知信息,其 中,天 基 信 息 探 测 包 括 天 绘 系 列 卫星1 1-1 4、资源系列卫星1 5、高分系列卫星1 6-1 8,以及气象监测卫星1 9、海洋监测卫星2 0、环境监测卫星2 1等;空基信息探测包括对地观测和对海观测,如航空摄影测量2 2、航空重力测量2 3,以及各类无人机监测等观测的信息;地基信息探测和监测包括陆地