站在世界測繪科技前沿

聯(lián)合國副秘書長吳紅波（前右一）、國家測繪地理信息局局長庫熱西（前右二）在出席聯(lián)合國第三次全球地理信息管理高層論壇時，參觀全球地表覆蓋遙感制圖項目成果展示。

 點開http://www.globeland30.org，一幅色彩斑斕的全球地表覆蓋圖便會呈現(xiàn)眼前，以不同顏色代表的水體、耕地、林地、人造地表等10種地表覆蓋類型，可以分類提取信息，并計算出精確面積等數(shù)據(jù)，告訴你哪個地區(qū)水資源豐富，哪個地方森林覆蓋率高，哪里耕地多……此外，通過2000和2010兩個年份數(shù)據(jù)對比，你還可以看到10年間滄海桑田的變遷。

這便是我國科技工作者歷經(jīng)4年刻苦攻關(guān)，向世界奉獻的首套全球30米分辨率地表覆蓋遙感制圖數(shù)據(jù)集GlobeLand30。當同類產(chǎn)品分辨率多達到300米時，該產(chǎn)品在時空分辨率及分類精度等方面均達到水平，走出了一條從跟蹤、追隨到部分關(guān)鍵核心技術(shù)全球的科技發(fā)展之路，推動中國測繪科技站在世界前沿。

2014年9月22日，在聯(lián)合國氣候峰會即將召開之際，代表中國參會的張高麗副總理向聯(lián)合國贈送了這套數(shù)據(jù)集。

2015年1月31日，“首套30米分辨率全球地表覆蓋遙感制圖數(shù)據(jù)集成功研制并捐贈聯(lián)合國”入選2014年中國十大科技進展新聞。

璀璨生輝的成就，使一個低調(diào)而崇尚實干的科研團隊為更多人矚目。他們抵御喧囂、鍥而不舍，經(jīng)過數(shù)載奮斗，終于迎來了屬于自己的輝煌。

世界難題待破解

地表覆蓋及其變化被公認為全球環(huán)境變化、地理國（世）情監(jiān)測、可持續(xù)發(fā)展規(guī)劃、土地資源管理等不可或缺的重要基礎(chǔ)信息。社會一直將其列為當前科學(xué)研究的前沿領(lǐng)域之一，美國、歐盟和日本曾研制了7套分辨率為300米或1公里的全球地表覆蓋數(shù)據(jù)產(chǎn)品，但這些數(shù)據(jù)空間細節(jié)不夠、分類精度不高、不同產(chǎn)品之間一致性較差，遠不能滿足應(yīng)用需求。

對于全球地表覆蓋遙感制圖來說，由于涉及面積約1.5億平方公里的廣袤地表，加上地理景觀類型復(fù)雜多樣，所以無論是遙感影像獲取、處理和地表覆蓋信息提取，還是樣本驗證與分類體系，均面臨巨大挑戰(zhàn)。這使得全球高分辨率地表覆蓋遙感制圖成為一個世界性難題。

面對這一科技前沿和國內(nèi)外重大應(yīng)用需求，為了增強中國在全球變化研究領(lǐng)域的話語權(quán)，我國于2010年初設(shè)立“863”計劃重點項目——全球地表覆蓋遙感制圖及關(guān)鍵技術(shù)研究，國家測繪地理信息局牽頭，來自教育部、中科院等多個部委18家單位的400多名科研人員和測繪工程技術(shù)人員組成了一個跨部門、跨學(xué)科、優(yōu)勢互補、強強合作的團隊，展開了一場與世界科技前沿接軌的大比拼。

“我們面臨三大挑戰(zhàn)：一是如何利用多源的遙感影像對全球?qū)崿F(xiàn)高質(zhì)量的覆蓋；二是如何從紛繁復(fù)雜的影像中分類提取出所需的地表覆蓋信息；三是如何利用有效的數(shù)據(jù)質(zhì)量控制技術(shù)降低分類誤判率和漏判率。”攝影測量與遙感學(xué)會主席、國家基礎(chǔ)地理信息中心總工、項目首席科學(xué)家陳軍教授告訴記者，“盡管困難重重，但我們有信心完成這個項目，這不僅是責任使然，更是為了圓我們團隊一個夢想——在世界科學(xué)研究領(lǐng)域發(fā)出更多的‘中國聲音’，實現(xiàn)從跟蹤模仿向發(fā)展的跨越。”

千錘百煉苦攻關(guān)

科學(xué)研究沒有坦途。該項目研究起點高、難度大，項目組拿出“敢于個吃螃蟹”的精神，吸收國外理念，創(chuàng)新研發(fā)模式，提出了“多源影像化處理、參考資料服務(wù)化整合、覆蓋類型精細化提取、產(chǎn)品質(zhì)量多元化檢核”的總體思路，走出了一條自主創(chuàng)新之路。

項目第三課題組組長、國家基礎(chǔ)地理信息中心遙感處處長廖安平告訴記者，為了拿出讓全世界信服的產(chǎn)品，項目采用了以產(chǎn)出高質(zhì)量成果為導(dǎo)向的工程化方法進行攻關(guān)，而非科研模式。他回憶，當初為了使影像分類處理的性能指標達到佳，科研人員在室內(nèi)做了無數(shù)次實驗，又做了多次戶外實驗、生產(chǎn)中試，對每一次實驗數(shù)據(jù)都精心分析、不斷討論，碰撞出新的思想火花，在一次次挫折中不斷前進。

認準方向，埋頭苦干，項目組厚積薄發(fā)。從研發(fā)幾何糾正與配準模型、缺失數(shù)據(jù)處理和輻射重建方法，用于糾正遙感影像獲取和處理過程中產(chǎn)生的誤差；到創(chuàng)建像元—對象—知識分類法，降低誤判率和漏判率，有效解決同物異譜和異物同譜帶來的遙感制圖難題；再到研發(fā)全球地表覆蓋信息服務(wù)模型，實現(xiàn)多源信息的服務(wù)化整合與集約型應(yīng)用；直到形成能有效控制影像處理、分類提取、數(shù)據(jù)集成的成套質(zhì)量控制體系，眾多技術(shù)難關(guān)被攻克，一個個“”在協(xié)同創(chuàng)新中誕生。

成功研制出世界首套全球2000和2010兩個年份的30米分辨率地表覆蓋數(shù)據(jù)GlobeLand30，將全球地表覆蓋產(chǎn)品空間分辨率整體提高了10倍，總體分類精度達83％。數(shù)據(jù)涵蓋全球陸域范圍的水體、耕地、林地等10大類地表覆蓋信息，不僅能提供直觀的地表覆蓋空間分布和變化信息，還能獲得地表覆蓋類型統(tǒng)計數(shù)和變化量，從而以定量方式獲知人類活動對自然環(huán)境的影響。同時，建成了業(yè)務(wù)化運行的全球30米分辨率地表覆蓋信息服務(wù)平臺，向全球用戶提供在線瀏覽、數(shù)據(jù)下載、分析統(tǒng)計等服務(wù)。

GlobeLand30贈送給聯(lián)合國后，已向社會免費提供使用。這是中國生產(chǎn)并向全球用戶分發(fā)此類數(shù)據(jù)產(chǎn)品，彌補了我國在該領(lǐng)域的空白，改寫了中國只是他人產(chǎn)品使用者的歷史，為全球變化、地球系統(tǒng)模式研究和可持續(xù)發(fā)展規(guī)劃、國家治理等提供了重要的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐。

“能夠取得這樣的成果，除了自主創(chuàng)新之外，主要還得益于有一個跨部門、跨學(xué)科的強大研究團隊和產(chǎn)學(xué)研有機結(jié)合的協(xié)同創(chuàng)新機制。”回憶起4年多來的攻關(guān)歷程，陳軍教授感慨萬千，“如果沒有整個團隊的齊心協(xié)力和無私奉獻，是不可能完成這一巨型項目的。”

在項目總體設(shè)計、關(guān)鍵技術(shù)研究、產(chǎn)品驗證、典型應(yīng)用示范、精度評價等環(huán)節(jié)，來自國家測繪地理信息局、北京師范大學(xué)、清華大學(xué)、中科院遙感所等部門和單位的業(yè)界及科研人員密切合作、相互支持，較好地完成了項目總體設(shè)計和關(guān)鍵技術(shù)研究，制定了可行的總體技術(shù)路線，對重大技術(shù)難題進行協(xié)同攻關(guān)；四川、陜西、黑龍江測繪地理信息局積極參與，圓滿完成生產(chǎn)中試和規(guī)模化產(chǎn)品研制；中科院地理所、中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院、中國林業(yè)科學(xué)院等單位協(xié)助完成全球范圍精度評價。在項目團隊之外，國內(nèi)遙感與測繪地理信息界許多院士、也給予了無私幫助，提出各種寶貴意見、建議和大量參考資料，在項目實施的各個環(huán)節(jié)診脈、把關(guān)，發(fā)揮了重要作用。

應(yīng)用領(lǐng)域多元化

一石激起千層浪。中國送上的這份厚禮，受到全世界的強烈關(guān)注和熱議。

聯(lián)合國秘書長潘基文稱贊，這一慷慨捐贈非常及時，這一詳盡的數(shù)據(jù)集將幫助我們更好地理解、監(jiān)測和管理全球地表和土地使用方面的變化。

聯(lián)合國副秘書長吳紅波認為，這是中國為全球可持續(xù)發(fā)展作出的杰出貢獻，為中國科技人員爭了光。這項成果將為聯(lián)合國制定和實施2015后可持續(xù)發(fā)展規(guī)劃提供過硬的地理數(shù)據(jù)支撐。

對地觀測組織總干事瑞恩說，這是廣大用戶和決策者所需的重要基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和知識，了全球地學(xué)與地球觀測數(shù)據(jù)共享。

中國科學(xué)院院士、科技部原部長徐冠華是全球地表覆蓋遙感制圖項目的倡導(dǎo)者和建議人。在接受記者電話采訪時，他說，這是中國科技工作者為解決資源短缺、環(huán)境污染、氣候變化等全球性問題提供的重要決策支撐。項目展現(xiàn)出的全球視野為科技界樹立了典范。

在2014年度中國十大科技進展新聞評選中，7位院士的推薦詞這樣寫道：這不僅是全球?qū)Φ赜^測和地理空間數(shù)據(jù)共享領(lǐng)域的一個里程碑成就，而且開創(chuàng)了用高科技公共產(chǎn)品支撐聯(lián)合國全球治理和可持續(xù)發(fā)展的先河，已經(jīng)并將繼續(xù)產(chǎn)生很大影響。

如潮好評使整個團隊激動、興奮，所有的艱辛和付出都是值得的。但他們沒有沾沾自喜，而是清醒地認識到這僅僅是萬里長征邁出的步，當務(wù)之急是全部共享、深入應(yīng)用，大限度地發(fā)揮這套數(shù)據(jù)集的巨大價值。在有關(guān)方面的大力支持下，GlobeLand30數(shù)據(jù)應(yīng)用取得喜人成果。

自2014年9月23日正式開通網(wǎng)站以來，已有來自中國、美國、加拿大、意大利等近80個國家和地區(qū)的1200多名用戶下載數(shù)據(jù)，總圖幅數(shù)達5.1萬余幅。用戶中既有聯(lián)合國糧農(nóng)組織、環(huán)境署、發(fā)展署等聯(lián)合國機構(gòu)，美國國家航空航天局、歐盟委員會等政府機構(gòu)，也有德國地學(xué)研究中心、巴西國家空間研究院等研究機構(gòu)，還有哈佛大學(xué)、耶魯大學(xué)等高校，相關(guān)數(shù)據(jù)被用于氣候變化研究、土地利用與變化研究、實驗教學(xué)、地表覆蓋變化及分類研究、城市擴張與城鄉(xiāng)發(fā)展規(guī)劃研究、生態(tài)環(huán)境及生物多樣性研究等眾多領(lǐng)域，展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。

自去年9月到今，聯(lián)合國環(huán)境署世界保護監(jiān)測中心等機構(gòu)和國內(nèi)多家單位紛紛前來考察數(shù)據(jù)成果、洽談合作。忙碌中的收獲令項目組科研人員喜上眉梢。

聯(lián)合國環(huán)境署世界保護監(jiān)測中心與國家基礎(chǔ)地理信息中心合作，利用數(shù)據(jù)開展全球21萬個保護區(qū)生物多樣性保護評價。

科技部遙感中心利用數(shù)據(jù)實施全球生態(tài)健康遙感監(jiān)測，對全球陸表水域和城鄉(xiāng)建設(shè)用地的空間分布、時空變化、用地效率、用地轉(zhuǎn)化等進行翔實的解讀和分析，分別于2013年5月、2014年6月發(fā)布《全球陸表水體遙感監(jiān)測報告》和《全球城鄉(xiāng)建設(shè)用地遙感監(jiān)測報告》，在業(yè)界產(chǎn)生極大反響。

中國工程院在新疆水資源研究中，利用兩期庫爾勒地區(qū)地表覆蓋數(shù)據(jù)，對塔里木河下游自然環(huán)境變化進行分析。

中國環(huán)境科學(xué)研究院運用數(shù)據(jù)開展中國生物多樣性保護研究。

…………

“下一步，我們將從深度挖掘分析、數(shù)據(jù)精化更新、動態(tài)信息服務(wù)三方面著手，努力實現(xiàn)從有到優(yōu)、從數(shù)據(jù)到知識、從成果到服務(wù)的升級，通過匯聚包括國產(chǎn)高分衛(wèi)星影像在內(nèi)的國內(nèi)外多方資源和力量，進一步擴大應(yīng)用范圍，為國家發(fā)展和社會提供更好的服務(wù)。同時倡導(dǎo)發(fā)起由中國主導(dǎo)或主要參與的大型科學(xué)計劃，讓中國從‘跟跑者’變?yōu)?lsquo;’。”

陳軍教授這番話，表達出中國科技工作者深沉的家國情懷。新長征剛剛開始，在自主創(chuàng)新的征途上，他們將繼續(xù)執(zhí)著追求、一往無前！