8.1.8 3S集成与多媒体通信
全球卫星导航定位系统(GNSS)、遥感(RS)、地理信息系统(GIS)(简称3S)集成技术是地理空间信息战略性新型产业的核心支撑，3S集成技术将时空数据获取与实时处理变为可能，使地理空间信息技术在智能导航、工程建设、环境监测、减灾防灾中发挥了越来越重要的作用。近十年来，时空数据获取的手段与方法已逐步从过去的专业化的获取方式向机动、灵活与公众参与的集成化方式转变，导致了多源时空数据的时间粒度、空间尺度、时空基准等方面存在巨大的差异与冲突，面对时空数据获取滞后、智能化处理水平亟待提高与我国地理空间信息新兴产业大规模飞速发展的矛盾，急需拓展3S与通信技术集成的理论、方法与行业应用。过去十年，测绘学科围绕广义移动测量理论与方法，在多传感器集成与精密定位定姿、实时传输与时空数据处理、多传感器高效融合与自适应表达等关键科学问题与技术上得到了长足的发展，取得了如下进展。
1.高精度定位定姿测量技术
高精度位置与姿态测量技术是高速动态条件下低空对地观测系统获取高精度时空数据的瓶颈，具有广泛的运用价值，但由于POS所需的惯导属于敏感器件，长期以来受制于国外的技术封锁，严重制约了我国低空高分辨率对地观测技术的发展。过去十年，通过攻克IMU与GNSS精密时空同步与杆臂补偿的难题，突破了北斗GNSS/IMU整周模糊度紧组合解算关键技术，解决了松散/紧密/深耦合的高动态捷联组合测量技术难题，研制了正八点安装方法，实现了POS轻小型优化设计与工程化，打破了发达国家的技术封锁；在无差分GPS条件下，将现有3～5m单点定位精度提高到分米级；实现了定位精度达0.05m、航向精度达0.005°、姿态精度达0.002°，并建立了我国高精度位置与测姿系统的室内外标校场，研制具有自主知识产权的轻小型高精度的水上水下、陆地型和航空型的系列定位与测姿装备。自主研制的高精度位置与姿态系统(POS)与国际上最先进的POS LV610系统精度相当，重量减轻1/3，摆脱了我国对轻小型高精度POS进口产品的依赖，广泛运用于我国低空对地观测系统。
2.低空地面协同实时数据获取
低空无人机和地面轻小型应急装备在灾害监测与应急响应中的重要性日益体现，但是减灾应急中，复杂的地形条件、多平台、多视角的观测条件，对高分辨率对地观测提出了新的挑战。此外，目前适宜轻小型低空无人机的无线通信与传输设备体积较大、载荷较重、缺乏组网能力、没有形成数据链、通信数率较低，无法满足低空、地面无线高速传输需求。为了突破我国复杂地形条件下低空、地面协同高速通信的技术难题，近十年来突破了轻小型高速无线通信设备研制的难题，研究了传输虚拟化和传输动态优化及保证机制，提出了无线条件海量数据的传输优化算法和任务载荷条件下具有差错复原能力的视频压缩与编码技术，研制了无人机环境宽带无线通信链路任务载荷硬件装备，形成了一套适合于低空无人机的轻小型海量数据无线传输装备原型系统。在国内首次实现了基于轻小型低空无人机的激光点云、高分辨率影像、定位测姿数据的高精度采集与无线传输，飞行任务的规划与自主导航，为远景规划的空、天、地一体化宽带通信服务网络系统的研究提供了关键技术支撑。
针对高分辨率对地观测数据的高精度联合处理方法，通过提出了基于地理底图的自动匹配、联合POS信息的并行空三处理、低重叠度影像快速镶嵌等方法，设计了传输与计算一体化、多(众)核CPU/GPU并行、多粒度高效存储、多任务优化调度等方法，利用软硬一体技术实现了遥感影像的并行处理，大幅提高了海量高分辨率影像和点云数据处理的速度。基于上述理论方法，研制了无人机数据快速获取、高速通信与实时处理系统，集成导航、通信与遥感数据实现了实时回传影像10秒内生成正射影像产品，25秒检测出典型目标，1分钟内实现数据处理与分发服务，成功解决高速飞行状态下无人机影像数据姿态不稳、信息缺失、重叠度低、实时处理困难等难题，为低空多平台联合观测奠定了技术基础。
3.时空数据自适应表达(https://www.daowen.com)
实现3S技术智能化、实用化、公众化的服务，其技术瓶颈在于缺少高效的方法对海量时空数据进行低成本快速获取与智能化融合分析，从而难以实现从数据到信息的快速转换。多源、多视角观测数据精配准是填补“数据空洞”和提升空间数据属性丰富度的关键，一直面临两大难题:(1)不同成像观测数据的准确初始对准；(2)多源观测数据精配准模型的可靠性优化求解。针对时空数据配准的问题，近十年来发展出基于弹性力学理论的空间曲线相似性度量方法，突破了统一时空基准下的多源、多维、多视角空间数据的高精度稳健配准的难题，完成了多视角空间数据尺度和旋转不变性的高精度配准与融合，实现了多视角数据的优势互补，在上述理论与方法的基础上，解决了无地面控制条件下实现激光点云与影像的配准误差在1个像素内，DEM点位中误差在5cm以内，满足小范围1∶500大比例尺测图精度要求。
针对空间数据视角多变、遮挡严重、数据不完整等问题带来的几何要素提取精细度不足与可靠性弱等严重问题，在多源、多视角数据融合的基础上提出了真三维几何要素层次化提取方法，有效克服低空机载、地面车载与固定平台激光点云数据过分割/分割不足的缺陷，高效可靠地提取真三维几何要素，真三维几何要素提取的准确率、正确率方面达95%，效率提高30%，实现了真三维几何要素精度从米级到厘米级的跨越，在高精度导航电子地图生成、大比例尺数字线划图测绘等领域得到应用。
4.3S集成装备研制与应用
除了理论方法上的突破，近十年来在3S集成装备与应用平台方面，通过研制一系列软、硬件集成的组合定位与测量系统，为铁道、公路测量等行业提供了有效测量方案，促进了测绘与行业应用的融合以及空间信息服务技术的应用和发展。
通过研制国际先进、具有自主知识产权的移动道路测量产品LD2000，并应用于我国国防、测绘、铁路等领域，为打破国外多年技术封锁，实现国防的敏感信息采集发挥了关键作用，集成在铁路机车上的移动测量应用更为世界首创。该系统生产的数据产品是代表当今最新地图科技的高分辨率三维影像地图产品，将彻底改变传统地图概念，推动了地理数据采集与更新技术的发展，实现了按需测量的地理信息服务。
面对我国在路面养护方面急需提高管理的效率和优化养护方式的问题，提出了滚动载荷作用下的路面变形速度激光测量方法，实现了道路弯沉实时、非接触、动态高速测量。研制了适合我国国情，具有完全自主知识产权的我国首台、国际上第二台高速激光无损动态弯沉测量装备，将弯沉测量速度由传统的1～5 km/h提升至15～90 km/h，测量精度达到0.01 mm，填补国内空白，实现了道路弯沉测量技术从静态到动态、从人工到自动的跨越。
以城市空间信息快速获取和信息化应用为研究对象，围绕智慧城市的信息获取、处理、分析、制图和建模等基本立足点，自主研制了国内首款基于激光扫描和全景成像的多源、多模式城市空间信息一体化快速获取系统。建立了车载系统的高精度标定场，并研发具有自主知识产权的车载系统标定软件。研制了具有自主知识产权的面向城市测绘应用的车载激光点云综合处理软件，并首次将车载激光扫描与全景成像城市测量系统应用于城市测绘领域，实现了集三维点云和全景影像于一体的测绘新服务模式，在城市部件采集、城市三维建模、竣工测量等领域进行了大量的生产实践，全面促进了测绘技术变革。