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人工智能对测绘科学发展带来的机遇和挑战

来源:遥感 时间:2022/8/16
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为期4天的地质测量学习班结束了,通过何浩老师的讲解,使我获益良多,特别是现今智能高速发展,大数据普及的时代,使得传统的测绘,地质行业发生了重大的转变。尤其是近年来新冠疫情的肆虐,使得各行业经济大环境衰退,传统地质学,测量学已迫在眉睫需要向智能化,交叉化及多元化的方向发展,通过此次学习使我收获以下几点知识,让我在日后的工作中能够进一步提升的自己的专业能力,以及在新的领域学习新的知识,来精进自己的专业水平和能力。

传统测绘专业的时代已然发生变化,多元化,多学科的交叉是未来的方向

党的十八大报告提出实施创新驱动发展战略以来,测绘地理信息科技取得了长足进步。测绘地理信息科技创新体系不断加快完善,自主创新能力逐渐增强,我国测绘与地理信息学科发展正进入全面构建智慧中国的关键期、测绘产品服务需求的旺盛期、地理信息产业发展的机遇期、加快建设测绘强国的攻坚期。

国家明确测绘与地理信息行业为国家战略性生产型服务业和高新技术产业,在国家“加强基础测绘,监测地理国情,强化公共服务,壮大地信产业,维护国家安全,建设测绘强国”总体战略目标的引领下,中国测绘已由生产型测绘向服务型测绘转变;由事业型测绘向管理型测绘转变;由主要依靠政府推动发展向依靠政府和市场两种力量推动发展转变;由单一地图及地理信息数据服务向网络化综合性的地理信息服务转变。测绘及地理信息工作与政府管理决策、企业生产运营、人民群众生活的联系更加紧密,各方面对测绘与地理信息服务保障的需求更加旺盛,测绘与地理信息的内涵开始转型升级,从传统的测绘技术条件下的数据生产型测绘,转型升级到信息服务型测绘与地理信息;从计划经济时代沿袭的传统测绘体制转型升级到适应社会主义市场经济的测绘与地理信息体制机制。当前测绘与地理信息的科技手段与应用已从传统的测量制图转变为包含3S技术、信息与网络、通信等多种手段的地理空间信息科学。近年来,更与移动互联网、云计算、大数据、物联网、人工智能等高新技术紧密融合。由于将空间数据与其他专业数据进行综合分析,致使测绘学科从单一学科走向多学科的交叉,其应用已扩展到与时空信息有关的众多领域,传统的测绘学演变为包括全球导航卫星系统、航天航空遥感、地理信息系统、网络与通信等多种科技手段的一门新兴学科——地球空间信息科学。

传统测绘的技术更新和转化

传统的测绘技术更多的应用于地图制图与地理信息工程、工程测量与变形监测、摄影测量与航天测绘、重力测量与地球重力场、大地测量与卫星导航定位。这些领域已经取得了长足的发展,从2D向3D的转化已经是不争的事实,以前的地图的都是人拿着基站及手持RGP一点点勘测出来,而今全方位的多功能,全天候的遥测卫星已经能够时时为我们服务。

随着信息时代的到来,地图学出现了数字地图和网络地图的新概念,地图与地图学的内涵得到拓展,衍生了全息位置地图、智慧地图和新媒体地图等新地图概念。导航地图也从单一的导航平台向综合信息服务平台和社交平台转变,使地图应用范围更加广泛。数字地图制图技术目前正朝着以地理空间数据库驱动的制图模式发展,采用先进的数据库驱动制图技术和方法,实现了地理信息数据与制图数据的统一存储、集成管理和同步更新。制图综合的新方法层出不穷,如多尺度可视化策略、线要素化简单算法、谷地弯曲识别及结构化方法等。地理信息系统的进展主要表现在空间数据感知、获取与集成、时空数据组织与管理领域,而且集中在时空模型构建,空间关系查询、索引和处理、空间拓扑构建和拓扑检查等方面。有关地理表达与可视化方面的研究,集中于自动制图与矢量数据可视化、三维建模可视化、经济社会事件可视化等方面。地理信息基础框架建设与服务关键技术获得突破。基础地理信息数据库实现了规模化动态更新,制定和形成了一系列的技术方案与标准规范,研发了相应的生产和管理软件系统,建立了一套适用于规模化动态更新的技术体系,构建了基础地理信息的要素级多时态数据库模型,实现了多尺度、多类型、多现势性版本的国家基础地理信息集成建库和在线服务。

工程测量方面,空间定位技术、激光技术、无线通信技术和计算机技术等新技术的发展与应用,极大地促进了工程测量技术的进步,使工程测量面貌发生深刻变化,涌现了三维激光扫描仪、智能全站仪、全站扫描仪、磁悬浮陀螺仪、地质雷达、无人机、InSAR等先进技术和装备。同时针对体量大、结构复杂、空间变化不规则和精度要求高等工程技术难题,在理论、方法和应用上取得了重大进展。GNSS已成为布设工程控制网的主要技术方法,将GNSS和全站仪相结合,快速建立工程控制网,形成了根据工程特点灵活建网的技术体系。在高程控制方面,提出了精密三角高程测量系统、GNSS和大地水准面精化模型代替高精度水准测量的理论与方法,解决大范围、长距离和跨海精密高程传递问题。以计算机技术、网络技术、电子测量技术、传感器技术、通信技术相互集成的变形监测系统发展迅速,基本取代了传统的变形监测方法,并使变形监测进入自动化、智能化和信息化时代。在几何学、物理学、计算机仿真学等多学科、多领域的融合、渗透下,正向一体化、自动化、数字化、智能化方向发展。矿山测量以空间信息学和系统工程理论为基础,综合运用测绘遥感、地球物理、物联网等手段,观测并感知矿山全生命周期、矿区全方位对象的几何、物性及其空间关系变化,处理并解决矿产资源保护、矿山开发优化、生产环境安全、开采沉陷控制、矿区生态修复等科学与技术难题。当前矿山测量正冲破传统认识,朝着由简单到复杂、由单一向多元化、由手工半手工作业向数字化、自动化、智慧化方向迅速迈进。

近年来,摄影测量与遥感专业技术进展主要体现在高分辨率遥感技术、高光谱遥感技术、合成孔径雷达技术以及激光雷达技术等方面。集激光、GPS和IMU于一体的对地观测系统,能部分穿透植被的遮挡,直接获取真实地表的高精度三维信息,可实现大范围、沿岸岛礁、不可进入地区、植被下层等地面与非地面数据的快速获取。

现代大地测量学与地球科学、空间科学和信息科学等多学科交叉,不断拓展了大地测量的学科内涵与外延。随着卫星导航定位技术的迅猛发展,尤其是我国北斗导航系统的广泛应用,极大地推动了大地测量与导航领域的快速发展。

空天地海一体化测绘体系是由陆地测量车、海上测量船、中低空遥感测绘平台、航天测绘卫星以及地下测量机器人等共同构成的一体化、信息化测量技术。目前,这一体系已经有重要突破,航天测绘、航空测绘与地面测绘相结合,构成了中国的对地观测体系,实现了全球范围的地理空间信息获取,通过整合测量机器人等5个方面的技术,形成空间、空中、地面、海洋、地下五位一体的测绘技术。

测绘与地理信息社会应用与服务的多元化

测绘与地理信息社会的服务不在局限于上述的传统的地质测量行业,还体现在地理国情普查与监测、不动产测绘、智慧城市的时空信息基础设施建设、全球环境变化与自然灾害预测预警、智能终端服务及物联网的技术框架等。

我国陆地国土范围内的地表自然和人文地理要素数据采集工作已经全面完成,这些要素包括耕地、园地、林地草地、房屋建筑、道路、构筑物、荒漠与裸露地表、水域地理单元及地形等12个大类、58个二级类、个三级类的数据。随后,全国地理国情普查将正式进入第二阶段,进行普查信息的整理、汇总、统计分析,并最终形成普查报告,发布普查结果。在开展第一次全国地理国情普查工作的同时,按照“边普查、边监测、边应用”的要求,同步开展了地理国情监测关键技术的研究和应用试点工作。

随着国家《不动产统一登记暂行条例》的出台以及现代测绘技术、新型测绘仪器和测绘手段的不断发展,包含在不动产范畴内的地籍测量和房产测绘从理论到实践都发生了较大的变化。当前,3S技术在土地信息获取、处理、评价、可视化、建模及信息系统建设等方面的应用日趋广泛。房产测绘方面,房屋面积量测已由手持测距仪全面替代钢(皮)尺,并开发了集“几何面积计算、分摊模型建立、属性数据入库”于一体的专业软件,制定了“绘图、计算、生成报告”一站式解决方案。

智慧城市建设中,也要首先建设与数字城市类似的地理空间框架,它须具有时空特点,是真正的时空信息框架。其核心内容包括时空信息数据库和时空信息云平台。基础地理信息数据库上升为时空信息数据库,地理信息公共平台上升为时空信息云平台。具体表现为“空间基准”提升为“时空基准”;“二维地理信息+三维可视化表达”提升为“统一时空基准的四维地理信息”;“静态数据+周期性更新”提升为“实时获取+动态更新”;“有限服务”提升为“泛在服务”;“事后分析+辅助决策”提升为“实时分析+实时决策”。因为它是智慧城市中的一种公共服务平台,其功能和互联网、物联网等信息基础设施一样,应该称之为时空信息基础设施。

以GPS为代表的“GNSS空间大地测量技术”,可以对各种规模尺度的构造运动和地壳形变进行高精度、高密度、高效率和全天候的实时观测,为地震相关领域的地球动力学研究和构造运动学解析提供了革命性的技术手段。在应急测绘与防灾减灾方面,突破了测绘基准建立和空间信息快速获取的关键技术,通过集成似大地水准面精化、精密单点定位、新一代数字摄影测量等技术,建立了应急测绘集成技术体系和测绘信息应急服务系统,为抗震救灾和灾区快速重建提供了可靠的快速测绘技术服务与保障。

无人驾驶技术是一个涉及人工智能、传感技术、地图技术以及计算机等诸多前沿科技的综合技术。因此要发展无人驾驶技术,首当其冲的就是道路的测量及传感标定的拟建。标定传感器是自动驾驶感知系统中的必要环节,是后续传感器融合的必要步骤和先决条件。物联网的串联也离不开测绘的底层地图,现今疫情的封锁下,如何快速、安全、准确的将物资调配到需要的地方去是我们一直探索的方向。底层的技术支持就是测绘技术,只有更好的更新硬件及软件的配置,才能进一步搭建完成这个庞大的技术网格,可以预见不远的未来,无人驾驶及足不出户的物资配送不是梦想。

大数据时代的地理信息系统升级及发展方向

现今,正在进行的俄乌战争,使得我们不得不审视,大数据时代地理信息的发展的迫切性。如果没有先进的技术支持,在大国竞争中永远没有主动权,可以设想如果俄罗斯没有格洛纳斯(GLONASS)导航系统,那些导弹,无人机将毫无用处。何浩老师所讲到的战后的叙利亚重建以及我国开展一带一路以来,中亚周边经济发展从卫星图片的灯光数据所发掘出来的两个例子让我印象深刻。大数据时代,我们所获取的数据可以说是全方位的,不在是以前点对点的,单一的数据。全方位三位一体的数据现在可在第一时间获取,而数据背后的结合,深度学习是未来我们努力的方向。

近年来,人工智能的发展锐不可当,人机交互学习是未来发展的方向。因此借助这些高性能的计算机技术,将所获取的海量数据及时加工处理,将会获得不可估量的成果。面对数据海量,信息缺失,知识难觅的局面,大数据的智能处理和人工智能的辅助,是对这一困局的破局,当然,高精尖的计算机技术,更精密的获取数据的仪器发展亦是必不可少的方向。

新时代下测绘工程师的未来

通过这几天的学习让我不感慨,未来某一领域专精单独一项技术的时代已然过去,多学科融合,多技术交叉的全面型技术人才才是适应智能时代潮流的技术人才。不能只专注于已然掌握的某一技术领域,要不断摄取新领域的技术和新知识,才能跟得上时代的脚步。未来,机器人终会取代人工完成单一而重复性的工作,而机器终端的智能学习发展进步的让人毛骨悚然,阿尔法狗战胜柯洁的那一幕历历在目,因此机器在不远的将来亦能胜任复杂的工作,并且比我们干的更快更好。那我们的优势在哪里,我想我们具有创造性,这是机器人无法具备的(或许未来人工智能亦有创造性),不拘泥已获得的技能,不断向前学习进步,不断创造新的想法和技术,是我们新时代工程技术人员思考的方向。

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