2021-01-01海洋地理信息“一张图”构建关键技术与应用.pdf

海洋地理信息“一张图”构建关键技术与应用 面向国家海洋战略对“全覆盖、高精度、多要素”海洋 地理信息产品的迫切需求，针对陆海标准规范无法有效衔接、 海洋测深数据处理复杂且融合难度大、海洋地理信息共享服 务弱等问题，以“标准规范+关键技术+数据平台”为主线， 聚焦全海域多尺度海洋地理信息要素，研制系列标准，围绕 高精度海洋地理数据处理环节中的关键技术开展攻关，以海 洋基础地理栅格、矢量数据等为背景，集成海洋业务管理形 成的各类空间数据，研制多尺度、多要素海洋地理信息产品， 研发综合数据库及应用服务平台，构建海洋地理信息“一张 图”，创新服务模式，在全球尺度实现海洋地理信息全覆盖， 在重点海域实现精细化支撑。项目主要创新点和成果： （1）首次编制了从中国近海到远海，覆盖海岸带、岛礁、 海底等不同尺度的海洋地理信息采集、处理、更新、管理、 表达的系列标准与规范 13 项，实现了陆海标准的衔接。 集成激光扫描仪、多波束测深仪、组合导航系统 (GNSS/INS)等多传感器的协同采集，提出水上水下地形勘测、 要素整合、海陆基准统一技术方案和要求；从数据内容、处 理方法、质量评估、成果编制等方面提出了海洋调查海底地 形地貌和遥感资料编制整方法和要求；以陆融海、陆海协调 为原则，扩充海洋基础地理要素类别及更新方法；创立了全 海域多学科海洋要素分类编码体系和制图表达形式，编制系 列标准 13 项，为海洋地理信息生产和应用提供标准化依据。 （2）突破了多波束声呐声学指标检测、测深点云位置精 确计算与褶皱假象消除等关键技术，攻克了海底地形数据的 获取与精细化处理难题，提升了数据生产的精细化水平与自 动化程度。 项目发明了一种多波束声呐主要几何和声学指标的检 测装置及检测方法，获得美国专利，填补了此领域国内外空 白；攻克了基于形态学区域增长算法和 SVLOF 算法的多手 段联合去噪方法，准确率达到 95%以上；突破船载激光点云 为边界约束的低掠射声波束几何改正方法，改正前后两者同 名点误差降低 75%；提出基于遗传算法的褶皱误差自动化改 正方法，将尺度误差、时间延迟、杆臂误差、运动传感器轴 向偏差等诸多误差源参数化，以测区水深方差最小为准则构 建最佳适应函数，使改正前后水深误差从 1%降为 0.3%；提 出了基于瞬时海面模型和光线追踪的机载 LiDAR 测深海气 界面折射改正方法和海底地形坡度影响改正方法，将机载 LiDAR 测深精度从分米级提升至厘米级。 （3）研发了顾及地形特征和数据分布的多源海底地形数 据融合与地形单元自动识别等关键技术，有效解决了多尺度 海底地形数据精准内插与地形特征精确提取的难题。 攻克了顾及地形特征和数据分布的多源海底地形数据融 合技术，优化张力样条、贝叶斯等算法构建统一粗分海底地 形模型，并利用残差恢复实测高精细节信息，实现不同数据 来源不同精度海底地形资料的融合，与传统融合方法比，融 合误差百分比由5.06%降到1.62%左右；研发基于自适应地理 分类单元的海底地形自动识别方法，基于二维离散小波变换 自适应阈值算法、模式识别地形要素分类和映射，自动识别 空间尺度和地形单元，与传统识别方法相比，分类精度提升 12.9%。 （4）研制多尺度海洋地理信息产品，研发综合数据库及 应用服务平台，构建海洋地理信息“一张图”，实现服务和 应用新模式。 针对我国现有海洋地理信息产品覆盖范围有限、精度不 一、更新时效慢的现状，基于多年来自主收集、国际共享、 其他渠道获取的海洋地理信息数据，结合我国自主调查的海 洋水深、遥感数据，研制了1:5万-1:1000万系列比例尺海洋基 础地理地图产品、5m-1000m多分辨率的全球第一代海底地形 融合模型、0.2m-30m多时相的海洋遥感融合产品并定期进行 更新，集成海岸线、潮间带、红树林、沿海开发利用、海洋 保护区等专题信息，研发了海洋地理信息综合数据库和应用 服务平台，构建海洋地理信息“一张图”，全面服务于重大专 项和社会大众。 经过十余年的努力，项目极大地提高了海洋地理信息数 据采集、处理、管理、表达和服务技术水平，全面扩充了我 国海洋地理信息数据及产品的范围、种类、尺度和时效。建 成从中国近海至我国管辖海域，从太平洋和印度洋至全球范 围内大中小比例尺海洋地理信息数据库，全球中小比例尺、 重点区域中大比例尺的海洋矢量、遥感、地形基础地理产品， 基于长时序多源海岛海岸带遥感资料制作的潮间带、红树林、 海域使用等海洋专题信息产品，形成全流程海洋地理信息“一 张图”应用服务系统，已广泛服务于重大海洋专项、海洋管理 和科研、地理信息公共服务等各领域，先后为国家13项重大 海洋专项、军地65家科研单位、沿海11个省海洋行政主管部 门，提供服务1023批次，数据量达110TB。部分成果在“天地 图”及“国家海洋科学数据共享服务平台”在线服务；项目形成 的113个海底地理实体名称经国务院发布，其中14个获国际 海底地名分委会收录并向全球提供服务；十余年开展技术交 流和培训14次，培训人员1624人，有效推进项目成果的进一 步应用和转化，社会经济效益显著。 通过本项目整编、处理和研制的数据及产品为有关单位带 来间接经济效益约 10.49 亿元。其中通过本项目生产的海底 地形产品及全部移交给军方，节省重复采集费用 9.46 亿元， 项目研制的各类海洋地理信息产品，为服务对象节省编图费 用 1.03 亿元。（依照《测绘生产成本费用定额》） 项目编制海洋行业标准及技术规范 13 项（行标 7 项，技 术规范 6 项），授权发明专利 11 项（美国专利 1 项）、软件 著作权登记 12 项，在国内外期刊发表高水平论文 51 篇（其 中“三类高质量论文”26 篇），出版专著和图集 6 部。成果 得到同行专家高度认可，经专家鉴定认为，项目在海洋地理 信息“一张图”建设方面取得系列创新成果，整体达到国际 先进水平，其中多波束声呐主要声学指标检测技术处于国际 领先水平。