浅谈人工智能对摄影测量与遥感技术发展的影响

张一飞

（中煤航测遥感集团有限公司，陕西 西安 710199）

2018 年10 月31 日，习近平总书记在中共中央政治局集体学习时强调，“人工智能是新一轮科技革命和产业变革的重要驱动力量，加快发展新一代人工智能是事关我国能否抓住新一轮科技革命和产业变革机遇的战略问题”。随着现代科学技术的不断发展以及社会的不断进步，人工智能（AI）从算法到应用，新突破层出不穷，对多个行业领域产生了深远影响，也推动了多个领域的智能化发展，例如智能机器人、智能家用电器、智能汽车、智能物流筛选等[1]。测绘是人类感知地球、地形地物、开发地理信息资源的基础技术，是国家推动 “数字化” 城市向“智能化” 城市发展的基础性、战略性行业，在物联网、大数据、云计算、AI 等新一代信息技术的影响和驱动下，信息化测绘时代逐步到来[2-3]。其中，摄影测量与遥感技术是构建信息化测绘体系最为关键的测绘技术，是获取地理信息资源的重要测绘手段，也是受AI 影响最大、关系最为密切的测绘领域[4]。在AI 的驱动下，摄影测量与遥感技术无论是在理论研究，还是在技术手段应用上都获得了更大发展机遇，同样面临相应发展挑战。

1 人工智能及其发展历程

AI 是通过计算机程序呈现人类智慧的技术，是工业革命创新的产物，人类通过AI 实现了对机械设备注入推理、知识、感知、使用工具和操控等人类智慧，最具代表性的AI 产物是 “智能机器人”[1]。人工智能是研究使计算机仿真和模拟人的某些思维过程和智能行为 （如学习、推理、思考、规划等）的学科。在2017 年 《国务院关于印发新一代人工智能发展规划的通知》 （国发〔2017〕35 号）中明确提出，“人工智能的迅速发展将深刻改变人类社会生活、改变世界”，“是引领未来的战略性技术”，“成为经济发展的新引擎”。AI 的发展历程可以分为4 个时期： 一是AI 芯片与底层平台认知智能、AI 虚拟助理的探索期； 二是工业机器人和计算机视觉出现的市场启动期； 三是计算机视觉向语言计算、语言识别认知的高速发展期； 四是未来发展的AI 的应用成熟期。AI 的发展伴随着人类对计算机科学、心理学、哲学、语言学、数学等多个领域学科的认识发展，依靠着大数据、云平台、仿真模拟等科学技术的进步，是人类社会发展的结晶，也是改变人类生存环境、工作环境、竞争环境的必然产物[2]。AI 被认为是20 世纪70 年代世界三大尖端技术之一，也被认为是21 世纪三大尖端技术之一。

2 人工智能对测绘行业的影响

AI 对经济发展与社会建设的影响日益突出，对各行各业带来了巨大的冲击和挑战，同时也为行业的发展提供了新一轮的机遇。随着现代科学技术的发展，测绘行业也迎来了重大变革，智能化、信息化的测绘时代即将代替数字化测绘，成为测绘的新标杆。对测绘行业的发展进行深入剖析可以看出，测绘行业的发展是测绘科学和应用领域科学的共同创新和进步，需要在当代科学技术背景下，依靠先进的测绘方法和技术以及新技术、新工艺、新的生产管理模式，共同完成测绘地球、生产与服务的所有任务。测绘行业的发展与多个应用行业一样，都是将社会发展的应用需求作为行业发展的驱动力，例如智能城市对高精度实时定位技术的需求，现代化工程建设与人类活动等对测绘地理信息基础数据的海量需求。大数据、云计算、AI 等信息化技术在测绘技术领域的应用，促进了测绘科学技术的发展，提升了地理信息开发、数据处理、服务应用的能力，改变了测绘技术的实施和应用方法[2]。

以DPGrid，VirtuoZo 等为代表的全数字摄影测量系统实现了航空影像的匹配、数据模型提取、正摄影像获取、影像叠加、影像镶嵌等工作的自动化进行，摄影测量与遥感影像的智能化解析和判译；“全站型自动测量机器人” 实现了目标的自动追踪、自动角度测量和距离测量、自动监测和数据的实时性传输。这些都极大地提高了测绘技术的智能化和信息化水平，AI 代替了人工作业，消除了人工作业的外界因素干扰，提高了测绘作业效率和数据获取精度[3-5]。以自主高精度导航系统、多种分辨率的摄影测量和遥感装备、三维激光扫描系统、地理信息数据智能化获取的测量装置等，实现了航空航天、地上地下、水上水下等多层面测绘的远程控制，地理信息的智能化测量和获取，智能化地理信息筛选，海量数据的快速分析处理，智能化的生成、处理、应用等综合性图纸服务，建立了拥有海量多源时空地理信息数据的地理信息数据库[2，6-7]。而随着AI 在测绘行业的不断深入应用，其对测绘科学的未来发展可以起到颠覆性的影响。

3 人工智能对摄影测量与遥感技术的深远影响

摄影测量是通过飞行器搭载的摄影机对区域像片进行获取，经过解析空中三角测量 （也称为空三加密）、几何定向等对像片进行处理，从而获取被摄物体的形状、大小、位置、特性及其相互关系的一门测量学科[4]。遥感技术是通过卫星等搭载的各类传感器对远距离目标的红外线、可见光等电磁波进行感知，从而实现对目标的探测和识别的技术。从宏观的角度来说，摄影测量也是一种遥感技术，而遥感可以看成是摄影测量发展的产物之一。在1988 年国际摄影测量与遥感学会 （International Society for Photogrammetry and Remote Sensing，ISPRS）会议上，参会学者对摄影测量与遥感进行了重新定义，即对非接触传感器系统获得的影像及其数字表达进行记录、量测和解译，从而获得自然物体和环境的可靠信息的一门工艺、科学和技术。摄影测量与遥感获取地理信息数据的关键在于影像与地面的绝对定向、影像信息的识别和提取，而随着科学技术的创新发展以及人类活动和社会发展对地理信息数据需求的日益增多和多元化，摄影测量与遥感技术的发展趋势必然向更为智能、高效、多样化的方向发展[4]。AI 本身的优势以及其对测绘科技发展的巨大影响，对摄影测量与遥感技术的发展和创新改革具有深远影响，而从摄影测量与遥感技术的理论及应用来讲，AI 和摄影测量与遥感技术之间存在密切的联系。摄影测量与遥感技术和AI 中的计算机视觉与模式识别等技术无论是在理论方法，还是在技术手段上都有诸多相似之处，两者都是利用摄影机和电脑代替人眼对目标进行识别、跟踪和分析的技术，只不过前者是利用影像进行感知，后者是利用人类思维模拟进行感知[8]。AI 对摄影测量与遥感技术发展的影响和驱动，可根据摄影测量与遥感技术的发展趋势重点进行如下分类。

1）AI 对定向信息获取的影响。为了吻合影像与实际地物信息，将影像所表现的地理信息数据显示在一定的参考坐标框架中，需要在野外布设相应的像控点，通过室内计算机影像解译，对影像进行校正和框架确定，这项工作是直接影响摄影测量与遥感技术地理信息数据获取结果精度的重要因素。利用AI 技术研发的测量机器人、雷达技术、高分辨率传感器设备、卫星导航系统等为像控点的布设提供了多类型的测量方法，最具代表性的是视觉同步定位与建图 （Simultaneous Localization And Mapping，SLAM）技术在摄影测量与遥感技术中的应用探讨，它改变了传统摄影测量方法，提供了一种实时定位、实时地图构建的摄影测量方法，即在未知环境中从一个未知位置开始移动，通过计算机模拟和深度学习理论对自身未知进行估计，参照地图进行自身定位，同时自动构建新的地图模式，实现摄影测量与遥感技术的自主定位和导航[6-8]。

2）AI 对信息提取和分析效率的影响。基于摄影测量与遥感技术获取的影像，包含了海量地理信息数据，如何在海量数据中提取有效的信息数据以满足用户需求，是信息提取和分析面临的最大难题。大数据、云计算、AI 等科学技术为海量地理信息数据的提取、分析和管理提供了一个优越平台。AI 具备的人类某些意识、思维和行为过程等，在大数据和云计算支撑下，通过一定的数学方式和学习方式，可以显著提高地理信息数据的计算、识别、提取、判断、解译、分析等方面的能力和效率，并且能够有效避免人为因素产生的误差。此外，还可以通过深度学习从多种渠道获取有效的文本、图纸信息、图表等多元化的地理信息数据，将其与摄影测量与遥感技术获取的地理信息数据进行融合，进而极大地丰富地理信息数据源。充分利用AI 和大数据等技术，与经济、社会、人文等多种数据相结合，构建多源化、多数据类型、动态的地理信息数据库，并且实现地理信息数据库信息的自动提取、自动解译、自动数学模型构建等多方位、多层次的地理信息数据处理平台，为我国社会发展和国防建设等多个领域提供智能化的地理信息服务。

4 结束语

随着测绘科技的不断发展，摄影测量与遥感技术将成为地理信息数据快速获取的最主要方式。大数据、云计算、AI 等新一代信息技术的发展将对摄影测量与遥感技术的发展产生革命性影响，为海量地理信息数据的获取、处理、分析、管理、应用等提供更为智能化、信息化、高效的测绘手段。随着各种难题的逐步攻克，例如利用AI 实现遥感影像中地理信息数据的全自动、高精度、高效的目标识别和数据融合，实现全智能化空中三角测量等摄影测量，AI 距离完全代替人工的目标将会越来越近。