8.1.4 航空航天摄影测量
随着卫星影像分辨率的不断提高和倾斜影像等新型传感器的出现，国产卫星影像几何处理精度的不足日益突出、摄影测量三维建模自动化的需求不断增加，国内外差距有不断扩大的趋势。面对硬件能力的提高和处理能力不足的矛盾，张祖勋院士、李德仁院士及他们的研究团队，从基础设施建设，到传感器定标、自动化测图、空中三角测量平差、模型重建和应急应用方面展开了研究，在各方向上均取得了显著进展。
1.航天摄影测量
过去的十年，我国对地观测领域取得了突飞猛进的发展，一大批国产资源、测绘卫星相继进入太空，在气象、海洋、环境、资源、测绘、地球科学研究等领域发挥着重要作用。国产卫星在实现“从无到有”的飞跃后，又提出了“从有到好”的技术需求，测绘学科当仁不让地积极面向国家重大需求，发挥积极作用。过去十年，李德仁院士及其研究团队通过主持或参与论证“资源三号”卫星和“遥感”系列卫星的设计论证，将测绘学科从卫星产业的最末端应用，提升至卫星制造的最前端，完成了测绘遥感在卫星研制、发射、数据处理与应用的全过程参与。历时八年，在河南嵩山建成了我国首个遥感卫星在轨定标固定式靶标场，为高分辨率航空航天遥感影像的辐射与光谱定标提供了基础设施。通过严密成像模型建立、高精度内外定标、虚拟重成像、大规模影像空三等一系列核心技术的攻关，研制了“资源三号”、“资源一号”02C、“高分一号”、“高分二号”以及“遥感”系列等多种型号国产卫星影像数据处理算法业务系统，形成了系统的测绘遥感卫星数据高精度处理理论，开创了国产光学遥感卫星几何定标的新局面。成果应用于我国资源三号测绘卫星后，可使单景影像无地面控制精度提高到10米，经过无地面控制大区域空三精度优于5米，全面优于法国SPOT5、日本ALOS和印度P5等卫星，居国际同类卫星首位。
高精度光学卫星影像处理理论和方法的研究，突破了测绘卫星总体精度设计的难题，实现了测绘卫星总体技术指标设计的定量化，系统地解决了国产光学卫星定位精度低、配准融合变化检测难、无法用于立体测绘的问题，使我国的立体测绘技术从国内走向国际，实现全球高精度的立体测图，具备全球高精度数字高程模型、数字正射影像和矢量产品生产能力，显著提升了国产卫星数据产品的几何质量，对国产光学卫星数据处理产生了巨大影响。测绘学科在航天摄影测量领域的突破，使我国光学遥感卫星应用从过去显示卫星制造与发射能力到能够满足国内外测图、土地调查、变化监测、国家灾害应急和国防安全等重大应用，卫星影像的国产化从五年前的10%提高到目前的70%以上，为我国光学卫星遥感从“有”到“好”走向商业化、规模化应用作出了重要贡献。
2.低空与应急摄影测量
近十年来，低空无人机遥感平台及摄影测量数据处理技术获得了极大发展。面对我国在灾害快速监测与预警日趋迫切的需求，利用天空地多传感器，在应急响应的非常规条件下，快速获取数据，并提取摄影测量地形和地物三维信息，成为低空摄影测量领域新的发展方向。灾害应急非常规摄影、多视点摄影和复杂地形地物条件下影像的自动可靠匹配是世界性难题。过去十年，通过发展无人机影像高精度自动空中三角测量理论，攻克稳定特征提取与匹配技术、多机多核加速技术，解决了大倾角影像连接点匹配难题和海量影像并行化处理难题，为困难地区和应急测绘提供了全新的解决方案。张祖勋院士带领其研究团队研制的具有自主知识产权的新一代数字摄影测量网格DPGrid，可实现大规模航空航天影像的自动化快速处理，成功应用于汶川地震救灾、西部测图、基础地理数据更新等国家重大工程。特别是在汶川地震应急测绘中，解决了常规手段难以完成的不规则三维航迹和明显姿态角变化条件下的大规模影像快速自动处理难题，使原来上百人需要一天时间才能处理完的数据缩短到一个系统10个小时内自动完成，在第一时间为应急救灾提供了重要的测绘情报。
3.倾斜摄影测量
经过多年努力，我国在测绘遥感硬件技术和4D产品生产系统研发等方面与国外的差距不断缩小，有些方面已处于世界领先水平；但随着倾斜摄影等新型传感器的出现和普及，我国在全自动化三维建模研究方面与国外的差距越来越大。为了实现技术上的超越，过去十年，测绘学科开展了以倾斜影像为核心的多传感器数据处理和建模的研究，利用影像预纠正技术、多角度匹配点云融合技术，解决了倾斜相机多角度影像空三连接点匹配难和密集匹配噪声大的问题，生成的模型精度和细节优于国外软件Smart3D Capture的结果。通过分块处理及缝合技术解决了海量匹配点云的三维构网问题，通过GPU加速技术实现了顾及遮挡的三维表面纹理快速映射，为发展我国自主知识产权的倾斜影像三维重建系统、实现大范围城市三维建模与应用奠定了坚实的基础。
针对三维建模单体化难题，自主研发了一套半自动交互式三维模型矢量化建模方法和系统，具有高效率、高精度的特点。通过集成倾斜摄影测量实景三维建模与测图系统，构建多视角三维模型和矢量采集环境，形成严格成像关系下的精密采集，弥补了单一数据源的视角、分辨率、遮挡等局限，集成化的建模环境大幅提升作业精度和效能。通过三维单体化建模方法可有效去除几何变形和纹理拉花，测图系统不用佩戴立体眼镜，自动检索多角度影像，可在任意表面实现推入、拉出等布尔运算进行结构物的快速操作，并达到测图级精度成果。空地结合的三维建模能有效弥补航空影像对于底商、地面等信息的缺失，实现多种传感器无缝集成。该系统在全国50多个倾斜摄影三维重建项目中得到广泛应用。
4.近景摄影测量
数字文化遗产是近景摄影测量与人文社科研究交叉融合的创新性突破。过去十年，为了满足香港志莲净苑监理监测和敦煌莫高窟大规模数字文化遗产等需要，构建了空地多传感器数据集成的三维精细建模方法。利用主动与被动获取的激光扫描数据和光学影像数据，集成多源影像数据高精度定位、三维信息提取与高性能处理等成果，形成了一套光学影像与LiDAR技术应用于文化遗产数字化的理论与方法。在激光雷达数据处理与应用领域，通过基于随机三角形的机载点云数据与航空影像自动配准技术，有效解决了纹理贫乏区域点云影像自动配准的关键问题，成功应用于国家大型文物数字化保护工程。为了更好的记录、保存与保护文化遗产与遗迹，攻克了激光扫描仪近场强度异常改正、LiDAR点云球面投影构网、薄板样条柔性纹理映射等技术，实现了敦煌莫高窟、广西晋王陵等文化遗产的高精度三维数字化存档，解决了敦煌2.6亿游客中心项目内容建设核心等难题，并推动了我国不可移动文物数字化标准的建设。