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    赵翔团队圆满完成全国地理国情普查监测数据分析计算任务

    2016-11-17 16:30:00   来源:中国网
      地理国情是地形地貌、交通网络、城镇布局等多种自然和人文要素在宏观层面的综合表达,反映国家自然资源、经济社会和人文要素在地理空间上的时空特征与基本规律,是基本国情重要组成部分。地理国情在制定和实施国家发展战略和规划、优化国土空间开发格局、推进自然生态系统和环境保护,合理配置各种自然资源,服务国家防灾减灾和应急保障服务等方面发挥着基础保障作用。

      在国家测绘地理信息局的统一组织和指导下,历时三年,我国完成了规模宏大、任务艰巨的地理国情普查任务,首次全面准确地摸清了我国地理国情家底。该次普查采用覆盖全国优于1米分辨率遥感影像,收集多行业专题数据,形成了由10个一级类、58个二级类和135个三级类共2.6亿个图斑构成的全覆盖、无缝隙、高精度的海量地理国情数据。

      如何充分挖掘海量地理国情普查数据在国土空间规划、生态环境保护等方面的应用价值,是地理国情普查成果应用中所面临的最大挑战。针对地理国情普查海量成果数据分析的技术难题,受地理国情普查办公室委托,武汉大学赵翔科研团队围绕地理国情要素的高精度、高性能量算等技术难题展开了科研攻关工作。在技术研发负责人赵翔博士的带领下,武汉大学技术团队历时2年,经过多次严苛的测试,成功开发了“地理国情普查统计分析系统”。该软件通过了国家测绘地理信息局、国家测绘地理信息局大地测量数据处理中心、国家测绘产品质量检验测试中心的联合验证和地理国情普查领导小组办公室组织的测评。对此国家测绘局有关部门给出了高度评价:“软件测试和验证结果表明,软件完全能满足全国地理国情普查监测数据分析的计算效率和精度要求”。

      基于软件在计算精度和效率等方面的出色表现,该系统最终被地理国情普查领导小组办公室采用,并在全国地理国情普查和监测部门得到了推广和应用。在赵翔等技术人员的支持下,软件应用在全国第一次地理国情普查统计分析工作中,首次完成了对全国耕地、园地、林地、草地和荒漠裸露地等地理国情要素的表面面积、椭球面积、表面长度和椭球长度等统计指标的高精度、高性能计算,有力的支持了我国地理国情数据分析任务的高质量、高精度和按时完成。获得了地理国情普查办公室和自然资源部有关领导的高度评价。

      “地理国情普查统计分析系统”的技术研发负责人赵翔说:“地理国情普查和监测能够为国土空间规划、应急减灾和生态环境等工作提供非常重要的基础数据。所以国家对地理国情普查成果数据的分析也非常重重视。而要把全国960万陆地国土范围内的不同类型的地理国情要素的三维表面面积和长度快速、精确的计算出来,并不是一件容易的事情。以往的自然调查和监测中,我们对国情要素面积的统计往往是基于理想的地球椭球体模型来计算某个要素在椭球面上的投影面积,而这个面积并不是这个要素的真实的面积。由于地球表面地形地貌非常复杂,在一些地形起伏比较大的山区,我们日常使用的椭球面积跟某个地理国情要素的三维真实面积的差别可能达到20%。基础数据的不准确,可能为我们后续的决策带来了非常大的偏差。比如,我们要精确的统计一座山的林地的面积,就必须首先要获得这座山的高精度的数字高程模型(DEM),在计算机中把山体每处的海拔高度计算出来,这样我们就能够基于这个数字高程模型通过构建三角网逼近的方式,获取山体上林地的真实面积。在以往的资源调查和监测中,一方面由于高精度DEM数据的缺失,一方面由于计算能力的问题(传统方法完成这么大规模的计算可能要耗时几年),我们没有办法来获得准确的三维真实表面面积。所以,这次地理国情要素的分析计算,我们基于国家测绘部门提供的全国10米分辨率的高精度DEM数据,基于一个小型的高性能计算集群,仅花了5天时间就完成了对全国2.7亿个地理国情要素多边形的表面面积的高精度、高性能计算,这在我们国家来说是第一次。”

      “这是一项非常艰巨的任务,当接到领导安排的这个任务的时候,我的压力很大,为了能够高精度、高效率的完成计算任务,我们做了很多努力和尝试。时至今日,我依然记得2016年的那个元旦节,为了通过国家测绘部门严苛的算法精度和性能测试,我带着我的几个师弟在北京的宾馆,没日没夜的敲代码,进行算法的性能和精度的优化。好在我们最终还是交出了一份令人满意的答卷。”赵翔回忆道:“任务虽然很艰巨,但回想起来也非常有成就感。”经过反复测试和验证,由赵翔设计开发的地理国情要素表面面积计算算法在精度方面达到了在全国960万平方公里陆地国土范围内相对误差不超过百万分之一,绝对误差不超过1公顷,完全满足了地理国情分析计算和成果决策支持的精度要求。

     

    高精度、高性能地理国情要素三维表面面积计算方法原理

    赵翔研发的地理国情统计分析系统

      基于地理国情分析计算方面所做出的突出贡献,赵翔和他的团队获得了2016年度的国家测绘科技进步一等奖。据赵翔介绍,武汉大学持续为全国地理国情年度监测成果数据分析提供技术保障。此外,由他开发设计的软件系统也在浙江、湖北等多个地方的地理国情数据分析计算工程中得到了应用,有力的支持了地方发展决策。(李水娣 康观养)

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