摘要：21世紀(jì)以來，隨著云計算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、機器學(xué)習(xí)等信息技術(shù)領(lǐng)域的飛速發(fā)展，人類已進入人工智能新時代。攝影測量學(xué)科也順應(yīng)新一輪科技革命的浪潮，快速發(fā)展為全新的廣義攝影測量學(xué)，其載體平臺、儀器設(shè)備、數(shù)據(jù)處理理論技術(shù)及應(yīng)用領(lǐng)域都已發(fā)生顯著變化，天空地一體化的多傳感器多層次綜合立體觀測技術(shù)得到極大發(fā)展，全面進入綜合智能攝影測量時代。本文提出廣義攝影測量學(xué)的科學(xué)概念，并詳細論述其學(xué)科內(nèi)涵、發(fā)展特點、研究方向與應(yīng)用領(lǐng)域。在全新的廣義攝影測量框架下，數(shù)據(jù)獲取呈現(xiàn)多視角成像、多模態(tài)協(xié)同、多時相融合、多尺度聯(lián)動等特點，數(shù)據(jù)處理則呈現(xiàn)多特征耦合、多控制約束、多架構(gòu)處理、多學(xué)科交叉等趨勢。天空地一體化廣義攝影測量學(xué)的全面發(fā)展和智能服務(wù)，尚需在天空地多視角/多模態(tài)影像處理、智能信息提取與監(jiān)測、點云與影像聯(lián)合建模、無人系統(tǒng)自主導(dǎo)航、智能制造系統(tǒng)視覺檢測等方面取得更大突破，形成從天空地多源遙感數(shù)據(jù)實時/準(zhǔn)實時智能幾何處理到信息提取服務(wù)的完整理論和技術(shù)體系，迎接智能化測繪新時代的到來。

　　關(guān)鍵詞：廣義攝影測量學(xué);天空地一體化綜合觀測;多傳感器集成;多源遙感數(shù)據(jù);智能攝影測量

　　1廣義攝影測量學(xué)的發(fā)展背景

　　攝影測量學(xué)是通過影像研究信息的獲取、處理、提取和成果表達的一門信息科學(xué)，通常利用攝影或遙感的手段獲取被測物體的影像，研究和確定被攝物體的形狀、大小、位置、性質(zhì)和相互關(guān)系，起始于19世紀(jì)中葉攝影機的發(fā)明和立體視覺的發(fā)現(xiàn)[1]。傳統(tǒng)的攝影測量學(xué)科，按照影像獲取平臺載體類別，可分為航天(衛(wèi)星)攝影測量、航空攝影測量、近景攝影測量等。

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　　近20年來，隨著相關(guān)理論技術(shù)的進步及應(yīng)用領(lǐng)域的泛化，其中的界限已不再像過去一樣明顯，例如航天攝影測量的地面分辨率已達到分米級，完全滿足1∶5000比例尺成圖的需求[2]，而這是傳統(tǒng)航空攝影測量的服務(wù)范疇;隨著無人飛行器技術(shù)的快速發(fā)展和消費級數(shù)碼相機的進步，脫胎于航空攝影測量的低空攝影測量蓬勃發(fā)展，分辨率躍升到厘米級甚至毫米級[3-4];而近景攝影測量則由于傳感器和平臺的進步以及應(yīng)用范圍的擴大，拓展為地面攝影測量、貼近攝影測量、工程攝影測量、工業(yè)攝影測量、醫(yī)學(xué)攝影測量等等[5-7]。在攝影測量數(shù)據(jù)獲取儀器方面，則由傳統(tǒng)的光學(xué)攝影機發(fā)展為多鏡頭傾斜相機、全景相機、視頻相機、線陣推掃式相機、多光譜和高光譜相機、激光雷達、微波雷達等多模態(tài)傳感器，并在定位定姿系統(tǒng)的輔助下，采用多種傳感器實現(xiàn)多尺度多角度綜合遙感數(shù)據(jù)獲取[8-13]。

　　針對不同的應(yīng)用需求，這些觀測設(shè)備能夠源源不斷地提供不同空間分辨率、時間分辨率和波譜分辨率的遙感圖像。可以說，對興趣區(qū)域或目標(biāo)的天空地一體化的多傳感器多層次綜合立體觀測技術(shù)已得到極大發(fā)展。在數(shù)據(jù)處理理論和方法方面，由經(jīng)典的點攝影測量(共線方程)和線攝影測量(共面方程)模型，發(fā)展為點線混合攝影測量[14]和廣義點攝影測量[15-16]，為采用多種同名特征和攝影測量網(wǎng)格技術(shù)(DPGrid)進行航空航天遙感影像的快速空中三角測量處理奠定了基礎(chǔ)[17-18]。

　　隨著大數(shù)據(jù)時代的到來，多源地理空間信息的不斷累積尤其是公眾地理信息的開放獲取，云控制攝影測量的概念應(yīng)運而生[19]，以帶有地理空間信息的數(shù)據(jù)作為幾何控制替代傳統(tǒng)的外業(yè)控制點，通過自動匹配(或配準(zhǔn))獲取大量密集控制信息，實現(xiàn)影像參數(shù)全自動解算，進一步加速了攝影測量數(shù)據(jù)處理的全自動化和智能化步伐[20-22]。近年來，隨著云計算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等信息技術(shù)領(lǐng)域的飛速發(fā)展，人類已進入人工智能新時代，美國已于2018年成立人工智能專門委員會。

　　21世紀(jì)以來，數(shù)字?jǐn)z影測量自身的理論和技術(shù)已取得長足進步，并正在積極擁抱大數(shù)據(jù)和人工智能浪潮的到來[23]。攝影測量的發(fā)展階段也從模擬攝影測量、解析攝影測量和數(shù)字?jǐn)z影測量[24，1]，發(fā)展到智能攝影測量的新階段。例如基于人工智能機制的地形地物識別與信息提取、語義專題圖制作、變化信息自動監(jiān)測等應(yīng)用是數(shù)字?jǐn)z影測量時代多年來可望而不可即的目標(biāo)，這些成功范例預(yù)示著一個全新的時代———智能攝影測量時代的到來[25]。攝影測量應(yīng)用領(lǐng)域也由影像制圖和地形圖測繪發(fā)展到影像理解與分類[26]、遙感信息提取與目標(biāo)識別[23]、變化監(jiān)測[27]、室內(nèi)外三維建模[28-29]、無人系統(tǒng)智能駕駛[30-31]、深空探測[32-33]、精密工業(yè)測量[6，34]、突發(fā)災(zāi)害應(yīng)急響應(yīng)等眾多領(lǐng)域[35-36]。

　　美國攝影測量學(xué)家、俄亥俄州立大學(xué)ToniSchenk教授在他的著作《數(shù)字?jǐn)z影測量》中提到，“攝影測量和貓都有一個共同的也是最重要的特點———都有多條命，攝影測量的終結(jié)已經(jīng)被預(yù)測過多次，但是仍然非常具有活力，數(shù)字?jǐn)z影測量更具有使當(dāng)前的許多問題得到更有效解決的潛力，許多新的問題也可以得到解決”[37]。

　　筆者認(rèn)為，正如傳統(tǒng)測繪學(xué)發(fā)展為地球空間信息學(xué)[38-39]，傳統(tǒng)測繪手段發(fā)展為泛在測繪[40]，傳統(tǒng)地理信息系統(tǒng)發(fā)展為空間信息智能服務(wù)科學(xué)[41]，攝影測量學(xué)科也順應(yīng)新一輪科技革命的浪潮，快速發(fā)展為全新的廣義攝影測量學(xué)，或稱為遙感影像信息學(xué)，進入天空地一體化綜合智能攝影測量時代。

　　2廣義攝影測量學(xué)的內(nèi)涵與特點

　　廣義攝影測量學(xué)，或稱為遙感影像信息學(xué)，是利用天空地一體化的多傳感器綜合觀測技術(shù)，獲取多視角、多模態(tài)、多時相、多尺度遙感影像數(shù)據(jù)，并結(jié)合數(shù)字?jǐn)z影測量及計算機視覺等多學(xué)科前沿技術(shù)，在多源控制資料的輔助下自動化智能化地研究和確定被攝物體的形狀、位置、大小、性質(zhì)及其時序變化關(guān)系的一門多學(xué)科交叉科學(xué)和技術(shù)。當(dāng)前世界科技發(fā)展已進入大數(shù)據(jù)及人工智能新時代，地球空間信息領(lǐng)域也面臨新的發(fā)展機遇與挑戰(zhàn)，數(shù)據(jù)全球化、處理實時化、服務(wù)智能化是國際前沿和熱點。

　　在全新的廣義攝影測量框架下，天空地多源遙感數(shù)據(jù)的獲取手段及數(shù)據(jù)處理的理論方法，具有與傳統(tǒng)攝影測量顯著不同的全新模式和發(fā)展趨勢，筆者認(rèn)為總體呈現(xiàn)“八多”態(tài)勢，且演化趨勢十分迅捷。例如天空地多源遙感數(shù)據(jù)獲取方面，呈現(xiàn)多視角成像、多模態(tài)協(xié)同、多時相融合、多尺度聯(lián)動等態(tài)勢，觀測手段越來越靈活，數(shù)據(jù)獲取成本大幅下降，更多用戶可以使用不同來源、不同視角、不同分辨率、不同時相、甚至不同模態(tài)的影像聯(lián)合完成觀測任務(wù)。天空地多源遙感數(shù)據(jù)處理方面，則呈現(xiàn)多特征耦合、多控制約束、多架構(gòu)處理、多學(xué)科交叉等趨勢，可以充分發(fā)揮多源多重覆蓋觀測數(shù)據(jù)的互補性和冗余性優(yōu)勢，并交叉融合多個學(xué)科的最新研究成果，構(gòu)建實時/準(zhǔn)實時智能處理技術(shù)體系，為天空地多源遙感數(shù)據(jù)的各領(lǐng)域應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

　　2.1天空地多源遙感數(shù)據(jù)智能獲取

　　2.1.1由單視角向多視角成像發(fā)展

　　傳統(tǒng)航空攝影測量的主要成像方式為下視成像，即相機主光軸垂直對地，相鄰影像間具有一定重疊，從而構(gòu)成立體影像和區(qū)域網(wǎng)。1957年，蘇聯(lián)制造的第一顆人造衛(wèi)星成功發(fā)射到外太空，攝影測量由航空攝影測量邁向了航天攝影測量新階段，為多視角全球遙感提供了新的途徑[1]。各類高分辨率星載相機在對地觀測成像時，由于衛(wèi)星軌道高、相機成像視場角小，相鄰軌道的下視影像間無法構(gòu)成有效的立體觀測，因此采用同軌/異軌側(cè)擺機動成像模式，并進一步發(fā)展為同軌雙線陣和三線陣立體成像，如SPOT-5、ALOS、天繪一號、資源三號、高分七號等，大幅提升了立體觀測效率[20，42-43]。

　　為了進一步提升航空影像獲取效率，滿足智慧城市等應(yīng)用對于建筑物側(cè)面高清紋理的需求，國內(nèi)外攝影測量儀器廠商研發(fā)了機載多面陣拼接大視場相機、多鏡頭傾斜攝影測量相機和全景相機等，并在進一步集成化和小型化后，可搭載于低空無人機和地面移動平臺[12-13，44]。在觀測機制方面，也由傳統(tǒng)的單平臺獲取演進為天空地協(xié)同、多平臺組網(wǎng)，甚至基于互聯(lián)網(wǎng)的眾包方式獲取數(shù)據(jù)，從而構(gòu)建多成像視角的天空地多平臺綜合立體觀測模式[38，45]。

　　3廣義攝影測量學(xué)的若干研究方向

　　相對于非常強大的天空地多源遙感數(shù)據(jù)獲取能力，當(dāng)前的攝影測量數(shù)據(jù)處理理論和方法還存在種種制約，遙感信息產(chǎn)品的快速生產(chǎn)和服務(wù)能力顯著滯后，海量數(shù)據(jù)堆積與有限信息孤島并存的矛盾仍然突出。在大數(shù)據(jù)及人工智能新時代，實景三維中國、信息提取監(jiān)測、智慧城市建模、自主駕駛、智能制造等應(yīng)用領(lǐng)域必將取得飛速發(fā)展，廣義攝影測量學(xué)的發(fā)展尚需交叉融合多個學(xué)科的最新研究成果，在天空地一體化多源數(shù)據(jù)智能處理的理論技術(shù)和應(yīng)用領(lǐng)域取得更大突破，例如天空地多視角/多模態(tài)影像幾何處理、多時相影像智能信息提取與動態(tài)監(jiān)測、激光點云與多視角影像聯(lián)合精細建模、多傳感器集成的無人系統(tǒng)自主導(dǎo)航、智能制造系統(tǒng)視覺檢測等等，以便充分發(fā)揮每個平臺、每個傳感器、每個譜段、每個有效像元的作用，形成從天空地多源遙感數(shù)據(jù)幾何處理到信息提取和智能決策服務(wù)的完整理論和技術(shù)體系。

　　4總結(jié)與展望

　　隨著天空地多源遙感數(shù)據(jù)獲取和攝影測量處理理論方法的進步，以及云計算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等新一輪科技革命浪潮的到來，攝影測量也與計算機視覺、人工智能等多個相關(guān)學(xué)科交叉融合，發(fā)展成為廣義攝影測量學(xué)，進入天空地一體化綜合智能攝影測量新階段。在廣義攝影測量學(xué)框架下，天空地多源遙感數(shù)據(jù)的獲取手段及數(shù)據(jù)處理的理論方法都具有全新的模式和發(fā)展趨勢，例如天空地多源遙感數(shù)據(jù)獲取方面呈現(xiàn)多視角成像、多模態(tài)協(xié)同、多時相融合、多尺度聯(lián)動等態(tài)勢;而多源遙感數(shù)據(jù)處理方面則呈現(xiàn)多特征耦合、多控制約束、多架構(gòu)處理、多學(xué)科交叉等趨勢。

　　在大數(shù)據(jù)及人工智能新時代，天空地一體化廣義攝影測量學(xué)的全面發(fā)展和智能服務(wù)，尚需盡快開展多學(xué)科交叉的創(chuàng)新型高端人才培養(yǎng)，并融合多個學(xué)科的最新研究成果，在天空地多視角/多模態(tài)影像幾何處理、多時相影像智能信息提取與動態(tài)監(jiān)測、激光點云與多視角影像聯(lián)合精細建模、多傳感器集成的無人系統(tǒng)自主導(dǎo)航、智能制造系統(tǒng)視覺檢測等領(lǐng)域的理論和技術(shù)方面取得更大突破，形成從天空地多源遙感數(shù)據(jù)實時/準(zhǔn)實時智能幾何處理到信息提取服務(wù)的完整理論和技術(shù)體系，為智能化測繪時代天空地多源遙感數(shù)據(jù)的各領(lǐng)域應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

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　　作者：張永軍，張祖勛，龔健雅