淺談人工智能對攝影測量與遙感技術發展的影響

張一飛

（中煤航測遙感集團有限公司，陜西 西安 710199）

2018 年10 月31 日，習近平總書記在中共中央政治局集體學習時強調，“人工智能是新一輪科技革命和產業變革的重要驅動力量，加快發展新一代人工智能是事關我國能否抓住新一輪科技革命和產業變革機遇的戰略問題”。隨著現代科學技術的不斷發展以及社會的不斷進步，人工智能（AI）從算法到應用，新突破層出不窮，對多個行業領域產生了深遠影響，也推動了多個領域的智能化發展，例如智能機器人、智能家用電器、智能汽車、智能物流篩選等[1]。測繪是人類感知地球、地形地物、開發地理信息資源的基礎技術，是國家推動 “數字化” 城市向“智能化” 城市發展的基礎性、戰略性行業，在物聯網、大數據、云計算、AI 等新一代信息技術的影響和驅動下，信息化測繪時代逐步到來[2-3]。其中，攝影測量與遙感技術是構建信息化測繪體系最為關鍵的測繪技術，是獲取地理信息資源的重要測繪手段，也是受AI 影響最大、關系最為密切的測繪領域[4]。在AI 的驅動下，攝影測量與遙感技術無論是在理論研究，還是在技術手段應用上都獲得了更大發展機遇，同樣面臨相應發展挑戰。

1 人工智能及其發展歷程

AI 是通過計算機程序呈現人類智慧的技術，是工業革命創新的產物，人類通過AI 實現了對機械設備注入推理、知識、感知、使用工具和操控等人類智慧，最具代表性的AI 產物是 “智能機器人”[1]。人工智能是研究使計算機仿真和模擬人的某些思維過程和智能行為 （如學習、推理、思考、規劃等）的學科。在2017 年 《國務院關于印發新一代人工智能發展規劃的通知》 （國發〔2017〕35 號）中明確提出，“人工智能的迅速發展將深刻改變人類社會生活、改變世界”，“是引領未來的戰略性技術”，“成為經濟發展的新引擎”。AI 的發展歷程可以分為4 個時期： 一是AI 芯片與底層平臺認知智能、AI 虛擬助理的探索期； 二是工業機器人和計算機視覺出現的市場啟動期； 三是計算機視覺向語言計算、語言識別認知的高速發展期； 四是未來發展的AI 的應用成熟期。AI 的發展伴隨著人類對計算機科學、心理學、哲學、語言學、數學等多個領域學科的認識發展，依靠著大數據、云平臺、仿真模擬等科學技術的進步，是人類社會發展的結晶，也是改變人類生存環境、工作環境、競爭環境的必然產物[2]。AI 被認為是20 世紀70 年代世界三大尖端技術之一，也被認為是21 世紀三大尖端技術之一。

2 人工智能對測繪行業的影響

AI 對經濟發展與社會建設的影響日益突出，對各行各業帶來了巨大的沖擊和挑戰，同時也為行業的發展提供了新一輪的機遇。隨著現代科學技術的發展，測繪行業也迎來了重大變革，智能化、信息化的測繪時代即將代替數字化測繪，成為測繪的新標桿。對測繪行業的發展進行深入剖析可以看出，測繪行業的發展是測繪科學和應用領域科學的共同創新和進步，需要在當代科學技術背景下，依靠先進的測繪方法和技術以及新技術、新工藝、新的生產管理模式，共同完成測繪地球、生產與服務的所有任務。測繪行業的發展與多個應用行業一樣，都是將社會發展的應用需求作為行業發展的驅動力，例如智能城市對高精度實時定位技術的需求，現代化工程建設與人類活動等對測繪地理信息基礎數據的海量需求。大數據、云計算、AI 等信息化技術在測繪技術領域的應用，促進了測繪科學技術的發展，提升了地理信息開發、數據處理、服務應用的能力，改變了測繪技術的實施和應用方法[2]。

以DPGrid，VirtuoZo 等為代表的全數字攝影測量系統實現了航空影像的匹配、數據模型提取、正攝影像獲取、影像疊加、影像鑲嵌等工作的自動化進行，攝影測量與遙感影像的智能化解析和判譯；“全站型自動測量機器人” 實現了目標的自動追蹤、自動角度測量和距離測量、自動監測和數據的實時性傳輸。這些都極大地提高了測繪技術的智能化和信息化水平，AI 代替了人工作業，消除了人工作業的外界因素干擾，提高了測繪作業效率和數據獲取精度[3-5]。以自主高精度導航系統、多種分辨率的攝影測量和遙感裝備、三維激光掃描系統、地理信息數據智能化獲取的測量裝置等，實現了航空航天、地上地下、水上水下等多層面測繪的遠程控制，地理信息的智能化測量和獲取，智能化地理信息篩選，海量數據的快速分析處理，智能化的生成、處理、應用等綜合性圖紙服務，建立了擁有海量多源時空地理信息數據的地理信息數據庫[2，6-7]。而隨著AI 在測繪行業的不斷深入應用，其對測繪科學的未來發展可以起到顛覆性的影響。

3 人工智能對攝影測量與遙感技術的深遠影響

攝影測量是通過飛行器搭載的攝影機對區域像片進行獲取，經過解析空中三角測量 （也稱為空三加密）、幾何定向等對像片進行處理，從而獲取被攝物體的形狀、大小、位置、特性及其相互關系的一門測量學科[4]。遙感技術是通過衛星等搭載的各類傳感器對遠距離目標的紅外線、可見光等電磁波進行感知，從而實現對目標的探測和識別的技術。從宏觀的角度來說，攝影測量也是一種遙感技術，而遙感可以看成是攝影測量發展的產物之一。在1988 年國際攝影測量與遙感學會 （International Society for Photogrammetry and Remote Sensing，ISPRS）會議上，參會學者對攝影測量與遙感進行了重新定義，即對非接觸傳感器系統獲得的影像及其數字表達進行記錄、量測和解譯，從而獲得自然物體和環境的可靠信息的一門工藝、科學和技術。攝影測量與遙感獲取地理信息數據的關鍵在于影像與地面的絕對定向、影像信息的識別和提取，而隨著科學技術的創新發展以及人類活動和社會發展對地理信息數據需求的日益增多和多元化，攝影測量與遙感技術的發展趨勢必然向更為智能、高效、多樣化的方向發展[4]。AI 本身的優勢以及其對測繪科技發展的巨大影響，對攝影測量與遙感技術的發展和創新改革具有深遠影響，而從攝影測量與遙感技術的理論及應用來講，AI 和攝影測量與遙感技術之間存在密切的聯系。攝影測量與遙感技術和AI 中的計算機視覺與模式識別等技術無論是在理論方法，還是在技術手段上都有諸多相似之處，兩者都是利用攝影機和電腦代替人眼對目標進行識別、跟蹤和分析的技術，只不過前者是利用影像進行感知，后者是利用人類思維模擬進行感知[8]。AI 對攝影測量與遙感技術發展的影響和驅動，可根據攝影測量與遙感技術的發展趨勢重點進行如下分類。

1）AI 對定向信息獲取的影響。為了吻合影像與實際地物信息，將影像所表現的地理信息數據顯示在一定的參考坐標框架中，需要在野外布設相應的像控點，通過室內計算機影像解譯，對影像進行校正和框架確定，這項工作是直接影響攝影測量與遙感技術地理信息數據獲取結果精度的重要因素。利用AI 技術研發的測量機器人、雷達技術、高分辨率傳感器設備、衛星導航系統等為像控點的布設提供了多類型的測量方法，最具代表性的是視覺同步定位與建圖 （Simultaneous Localization And Mapping，SLAM）技術在攝影測量與遙感技術中的應用探討，它改變了傳統攝影測量方法，提供了一種實時定位、實時地圖構建的攝影測量方法，即在未知環境中從一個未知位置開始移動，通過計算機模擬和深度學習理論對自身未知進行估計，參照地圖進行自身定位，同時自動構建新的地圖模式，實現攝影測量與遙感技術的自主定位和導航[6-8]。

2）AI 對信息提取和分析效率的影響?；跀z影測量與遙感技術獲取的影像，包含了海量地理信息數據，如何在海量數據中提取有效的信息數據以滿足用戶需求，是信息提取和分析面臨的最大難題。大數據、云計算、AI 等科學技術為海量地理信息數據的提取、分析和管理提供了一個優越平臺。AI 具備的人類某些意識、思維和行為過程等，在大數據和云計算支撐下，通過一定的數學方式和學習方式，可以顯著提高地理信息數據的計算、識別、提取、判斷、解譯、分析等方面的能力和效率，并且能夠有效避免人為因素產生的誤差。此外，還可以通過深度學習從多種渠道獲取有效的文本、圖紙信息、圖表等多元化的地理信息數據，將其與攝影測量與遙感技術獲取的地理信息數據進行融合，進而極大地豐富地理信息數據源。充分利用AI 和大數據等技術，與經濟、社會、人文等多種數據相結合，構建多源化、多數據類型、動態的地理信息數據庫，并且實現地理信息數據庫信息的自動提取、自動解譯、自動數學模型構建等多方位、多層次的地理信息數據處理平臺，為我國社會發展和國防建設等多個領域提供智能化的地理信息服務。

4 結束語

隨著測繪科技的不斷發展，攝影測量與遙感技術將成為地理信息數據快速獲取的最主要方式。大數據、云計算、AI 等新一代信息技術的發展將對攝影測量與遙感技術的發展產生革命性影響，為海量地理信息數據的獲取、處理、分析、管理、應用等提供更為智能化、信息化、高效的測繪手段。隨著各種難題的逐步攻克，例如利用AI 實現遙感影像中地理信息數據的全自動、高精度、高效的目標識別和數據融合，實現全智能化空中三角測量等攝影測量，AI 距離完全代替人工的目標將會越來越近。