劉先林院士是新中國自己培養(yǎng)出來的富有創(chuàng)新精神的科學家，長期致力于攝影測量與遙感儀器的研究，創(chuàng)造出很多優(yōu)質的國產測繪儀器品牌，徹底扭轉了我國航空測量儀器完全依賴進口的局面，并出口多個國家，為我國航測事業(yè)的發(fā)展做出了杰出貢獻。我們近期采訪了劉先林院士，請他和大家一起分享近十年中國測繪事業(yè)的發(fā)展歷程和未來趨勢。

　　他創(chuàng)造的坐標法解析輻射三角測量方法，為航空測量業(yè)內平面加密開創(chuàng)了新途徑，省去了布設大量的外業(yè)控制點，成為國家航空測量規(guī)范中第一個中國人創(chuàng)立的方法;編制的空中三角測量程序，第一次把計算機技術引入我國測繪生產領域，大大提高了生產效率，減輕了勞動強度。這一程序從1967年至1978年運行了12年，為國家生產了上千幅地圖。他研制出的全數字攝影測量系統(tǒng)JX-3解析測圖儀，擺脫了我國解析測圖儀完全依賴進口的局面，而且還批量出口國際，創(chuàng)經濟效益近千萬元，每年為國家節(jié)省外匯上百萬元。2010年他研制的SWDC-4數字航空攝影儀獲得國家測繪局科技進步一等獎第一名,該相機的研制為國家節(jié)省了大量外匯，并填補了我國在數字航空攝影方面的空白。

　　Q :幾十年來您一直致力于攝影測量和航測儀器的研究，并取得了一系列重大的科研成果，請您談談每一項成果是如何推動中國測繪事業(yè)發(fā)展的?

　　劉先林：長期以來國內航空攝影測量一直是采用基于膠片的航空攝影儀，這種攝影方法成本高，對天氣條件要求苛刻，有的地方一年也沒有幾天理想的天氣，而且不能當場看出航攝效果，在數據處理效率等方面也有欠缺。隨著國家經濟建設速度的加快，我國的地表變化很快，像城市的擴張、道路的新建，幾個月不進行一次航拍，數據就會落后。因此，當前急需快速、實時地提供地表的空間信息，這是我們測繪工作者面臨的重大課題。這個關鍵技術難題解決了，肯定是重大的技術進步，也會引發(fā)整個測繪行業(yè)的一次變革。一些發(fā)達國家已經使用的航空數碼相機可直接、快速地獲取影像并記錄在硬盤上，這是我國測繪生產急需的設備。為此，2003年我承擔了國家“十一五”科技攻關項目——航空數碼相機的研制，并且在2005年底，研制工作取得重大突破。

　　2008年5-6月，我?guī)ь^研制的SWDC-4數碼航測儀飛赴四川汶川震區(qū)，發(fā)回大量清晰圖片，為抗震救災提供了很大的幫助，為黨中央、國務院指揮抗震救災提供了科學依據。2010年，SWDC-4數字航空攝影儀獲得國家測繪局科技進步一等獎第一名。專家一致認定該相機的研制為國家節(jié)省了大量的外匯，并且填補了我國在數字航空攝影方面的空白，達到了國際先進水平。

　　為了滿足用戶的不同需求，2009年底，我?guī)ь^又著手研制了四拼小相機SWDC135。2010年，成功研制了五頭數字航空攝影儀，該攝影儀未來有可能成為我們城市三維建筑最有效的手段，速度快，加上立面、紋理的補充，很可能是最快捷的方式。這些發(fā)明創(chuàng)造對中國測繪事業(yè)的發(fā)展都具有一定的推動作用。

　　Q:我國首臺數碼航空攝影相機是由您研制成功的，達到了國際先進水平，請您談談什么是航空數碼攝影?與國際相比國產數碼航空攝影機有什么特點與優(yōu)勢?

　　劉先林：數碼航空攝影即不用膠片的航空攝影?？梢杂脗鞲衅鳌CD、紅外等。與國際相比，我國的數碼航空攝影有三個特點與優(yōu)勢，一是可以更換焦距。國際上的所有的數碼航空攝影都達不到這樣的效果。比如在山區(qū)、平坦地區(qū)、城市等不同海拔區(qū)域飛行時的焦距是不一樣的。二是四頭和五頭的更換，這也是國際上沒有的。四頭用于測圖，五頭用于傾斜攝影和三維城市建模。目前建模的速度很慢，需要到實地拍攝紋理，傾斜攝影是從空中拍攝紋理，比如房屋的四個面都能夠拍大片，因此建模速度很快。若不想建模，我們也可以改成測圖用，這是世界上獨一無二的。三是高程精度比較高，能夠到達國際的領先水平。

　　Q:您目前研究的車載三維數據采集系統(tǒng)進展如何?它的原理和主要功能是什么?它的成功將會怎樣影響人們的生活?

　　劉先林：車載三維數據采集系統(tǒng)正在進行研制，可以說是困難重重，因為傳感器非常多，并且我們希望盡量使用國產設備。目前測繪用的傳感器基本全部用上了，如IMU、數碼相機、激光、里程計、GPS。除了GPS用的是美國的外，其余的都是國產，我們還將用到“北斗”。因為傳感器相當多，難度也比較大，各種傳感器之間的關系綜合檢校，目前正在北京測繪院試用，剛一試用就出現(xiàn)了問題，非常麻煩，比如喜馬拉雅山最后一小段無法達到。

　　它主要的功能是做精密工程測量。在北京市二環(huán)、三環(huán)、四環(huán)改造時，需要把路面高程測到2公分的高度，如果用普通儀器就很困難，車流不可能停止，測量人員的生命安全沒有保障，勞動強度也很大。而用車載三維數據采集系統(tǒng)來進行路面測量，就可以達到很高的精度。同時我們又把這個系統(tǒng)向前推進了一步，這個設備單機檢校很復雜，例如：相機單機要檢校，激光單機要檢校，陀螺單機要檢校，把它們放在一起又要進行檢校，非常非常復雜。盡管如此，我們還是非常有信心把它做出來，這對于人們今后的生活還是有很大幫助的。

　　一般人觀察世界都是以一米七的高度在看，并不是從空中來看的，因此空中那一套東西與人們的生活是有些結合不上的。人們現(xiàn)在可以在網上看到一個很普通的街景圖，這個圖是非常容易做的，就是把相機放在車上，然后拍攝，用GPS與二維的GIS聯(lián)動就行了，因此街景圖出來之前就受到了大家熱烈的追捧，比如：google街景地圖，立得的數字城市等都用到這個。這說明這些東西是與人們的親身感受一致的，從街上看到的東西與圖中的相同、真實、詳細。有時建模建得十分漂亮，很像效果圖，可是不真實。街景圖就很真實，所以很受歡迎。隨著網絡速度提高，通過三維瀏覽器，會出現(xiàn)包括一些移動終端，都有可能向這方面發(fā)展，這些都需要用到三位數據。

　　Q:上個世紀80年代至今，中國測繪已經成功走向國際，您覺得近十年中國測繪由弱變強的原因是什么?

　　劉先林：過去十年主要成功的是全數字攝影測量工作站。從航測來講，國內有兩大品牌，一個是我們的JX—4G;一個是張祖勛院士的VirtuoZo，在國內占領了一個半的市場，這個設備可以用任何資料來生產任何圖，不管是地面、空中、月球、衛(wèi)星還是紅外的資料，都可以用。我國的數碼相機是2007年研制成功的，當時雖然已經有大量進口的數碼相機，但是我們步伐相當快，二三年時間就研制出來了。我們對航測生產比較了解，目前國內的飽有量應該是20套以上，雖然進口相機已經占據了很大的市場，但是我們還是有很大的生存空間。

　　最近國家基本圖要測高程，在飛行中校比例尺，40公分的航高是4,000米，再加上地面的高程，高程要求很高，目前國際上的這幾款相機都達不到要求。而我們的相機在這方面是超越國際上的，很容易達到測圖的高程精度。

　　進口相機看圖片時非常漂亮，如果用作制圖，高程精度就很難達到要求。比如做國家基本圖1：10,000測圖，像地勢比較復雜的地區(qū)，如三峽、貴州，因為難以達到標準，過去這些進口相機都不敢去投標，而我們就可以。目前研制的ADS8.0的長焦效果很好，與之前的相機原理完全不同，不用地面控制點就可達到500到10,000，但它對飛行精度要求比較高，JX-4G和VirtuoZo都與它在測圖方面連接上了，目前銷售量很好。但是要普遍占領中國市場還是比較困難，因為它的處理設備不是很普及，不是任何一款軟件都可以處理它的。

　　目前，我們也在研究無控制和少控制的國產相機，3,500萬平方公里的1比10,000的圖，只要四個控制點，就可以到達一個GSD的高程精度。目前有美國五頭的傾向攝影，但美國不賣，只是用于提供服務。比如有些企業(yè)的設備、任務基本都是國外的，到美國去買設備，但是美國不賣，最后只好找到我們，因此我們自主研發(fā)的傾斜攝影就用上了。

　　我們的航測裝備發(fā)展還不錯，但是要引起發(fā)達國家的注意還是比較困難。第三世界會引進我們的設備，但是技術人員又不愿意去第三世界。從地面儀器來看，MapGIS、NewMap等都很不錯?？偟膩碚f，國內的GIS 品牌發(fā)展很快，以后不用老選ArcGIS了。

　　Q：請您談一談地理信息產業(yè)的發(fā)展對其他行業(yè)的影響?我國的地理信息產業(yè)仍處于起步階段，請您談談存在的問題?

　　劉先林：地理信息的應用把整個測繪行業(yè)都帶動起來了，過去說任何一個產業(yè)都離不開地理信息，現(xiàn)在是任何一個人都離不開地理信息。比如公安部利用地理信息平臺進行辦案，地理信息要把空間的信息和人文的信息結合起來，有一個很關鍵的東西就是地址，警務信息化的推動離不開地理信息產業(yè)。

　　當前不管是地理信息還是測繪行業(yè)，都有一個大問題就是統(tǒng)籌困難。這個行業(yè)最大的問題就是重復，重復測繪、重復建庫、重復建立CORS站、重復建立大地水準面、重復航飛以及重復建立地理信息數據庫等，所以當前最核心的問題就是要統(tǒng)籌，要建立統(tǒng)一的公共服務平臺。軍隊內部要統(tǒng)籌，地方內部要統(tǒng)籌，誰來統(tǒng)籌?測繪局現(xiàn)在不屬于一個綜合的部門，所以要來統(tǒng)籌也比較困難。測繪是最需要統(tǒng)籌的，這在今后是個大發(fā)展，企業(yè)市場化會大發(fā)展，在這個過程中如果沒有統(tǒng)一的標準，統(tǒng)一的數據目錄管理，發(fā)展起來就會很困難。

　　Q:請您談談遙感技術發(fā)展對測繪的影響?國內遙感技術在應用過程中遇到了哪些問題?

　　劉先林：中國的遙感衛(wèi)星發(fā)射了不少，但是用于測繪的基本沒有，天慧才是剛開始，今后測繪衛(wèi)星會有比較大的發(fā)展。遙感技術對測繪的影響還是非常大的，測圖的過程中還是需要遙感技術大力支持的，但是遙感衛(wèi)星對土地監(jiān)測的過程中要實現(xiàn)少控制、無控制點測圖還需要很大的努力，需要遙感技術的不斷發(fā)展。

　　應該說過去十年我們所用的大部分遙感數據都是國外的資料，目前國內的遙感技術處于剛剛起步階段，還有很大的發(fā)展空間。遙感界的人士一定要抓住機遇，加快這遙感技術的研發(fā)和應用。隨著遙感技術的發(fā)展，也會促進測繪不斷地向前發(fā)展。

　　Q:2011年上半年“資源三號”遙感測繪衛(wèi)星即將發(fā)射，這將給中國測繪帶來什么樣的發(fā)展機遇?未來中國測繪產業(yè)有怎樣的發(fā)展趨勢?

　　劉先林：過去因為沒有測繪衛(wèi)星，我們只能用外國的衛(wèi)星，希望2011年我們的資源三號測繪衛(wèi)星能夠實現(xiàn)衛(wèi)星測圖的國產化。這有很大的發(fā)展空間，它新載的重力測量、三線真立體測量、激光測量、SAR等。資源三號測繪衛(wèi)星發(fā)射成功后，其所擁有的資料能和天慧的資料相互補充，為國內一些測繪單位提供很好的發(fā)展機會，并且資源三號衛(wèi)星所收集的資料將來很有可能出口。

　　未來的遙感測繪，比例尺將會越來越大，從1：50,000到1：10,000，遙感制圖從5米、4米、1米分辨率一直到0.6米分辨率，定位精度越來越高，但是其中存在一些高動態(tài)GPS接收機的技術難關。國產星相儀的研制成功，將會為產業(yè)帶來更大的發(fā)展機遇。我相信今后十年將會是遙感測繪大發(fā)展的時期。

　　Q :幾十年來您一直致力于攝影測量和航測儀器的研究，并取得了一系列重大的科研成果，請您談談每一項成果是如何推動中國測繪事業(yè)發(fā)展的?

　　劉先林：長期以來國內航空攝影測量一直是采用基于膠片的航空攝影儀，這種攝影方法成本高，對天氣條件要求苛刻，有的地方一年也沒有幾天理想的天氣，而且不能當場看出航攝效果，在數據處理效率等方面也有欠缺。隨著國家經濟建設速度的加快，我國的地表變化很快，像城市的擴張、道路的新建，幾個月不進行一次航拍，數據就會落后。因此，當前急需快速、實時地提供地表的空間信息，這是我們測繪工作者面臨的重大課題。這個關鍵技術難題解決了，肯定是重大的技術進步，也會引發(fā)整個測繪行業(yè)的一次變革。一些發(fā)達國家已經使用的航空數碼相機可直接、快速地獲取影像并記錄在硬盤上，這是我國測繪生產急需的設備。為此，2003年我承擔了國家“十一五”科技攻關項目——航空數碼相機的研制，并且在2005年底，研制工作取得重大突破。

　　2008年5-6月，我?guī)ь^研制的SWDC-4數碼航測儀飛赴四川汶川震區(qū)，發(fā)回大量清晰圖片，為抗震救災提供了很大的幫助，為黨中央、國務院指揮抗震救災提供了科學依據。2010年，SWDC-4數字航空攝影儀獲得國家測繪局科技進步一等獎第一名。專家一致認定該相機的研制為國家節(jié)省了大量的外匯，并且填補了我國在數字航空攝影方面的空白，達到了國際先進水平。

　　為了滿足用戶的不同需求，2009年底，我?guī)ь^又著手研制了四拼小相機SWDC135。2010年，成功研制了五頭數字航空攝影儀，該攝影儀未來有可能成為我們城市三維建筑最有效的手段，速度快，加上立面、紋理的補充，很可能是最快捷的方式。這些發(fā)明創(chuàng)造對中國測繪事業(yè)的發(fā)展都具有一定的推動作用。

　　Q:我國首臺數碼航空攝影相機是由您研制成功的，達到了國際先進水平，請您談談什么是航空數碼攝影?與國際相比國產數碼航空攝影機有什么特點與優(yōu)勢?

　　劉先林：數碼航空攝影即不用膠片的航空攝影?？梢杂脗鞲衅?、CCD、紅外等。與國際相比，我國的數碼航空攝影有三個特點與優(yōu)勢，一是可以更換焦距。國際上的所有的數碼航空攝影都達不到這樣的效果。比如在山區(qū)、平坦地區(qū)、城市等不同海拔區(qū)域飛行時的焦距是不一樣的。二是四頭和五頭的更換，這也是國際上沒有的。四頭用于測圖，五頭用于傾斜攝影和三維城市建模。目前建模的速度很慢，需要到實地拍攝紋理，傾斜攝影是從空中拍攝紋理，比如房屋的四個面都能夠拍大片，因此建模速度很快。若不想建模，我們也可以改成測圖用，這是世界上獨一無二的。三是高程精度比較高，能夠到達國際的領先水平。

　　Q:您目前研究的車載三維數據采集系統(tǒng)進展如何?它的原理和主要功能是什么?它的成功將會怎樣影響人們的生活?

　　劉先林：車載三維數據采集系統(tǒng)正在進行研制，可以說是困難重重，因為傳感器非常多，并且我們希望盡量使用國產設備。目前測繪用的傳感器基本全部用上了，如IMU、數碼相機、激光、里程計、GPS。除了GPS用的是美國的外，其余的都是國產，我們還將用到“北斗”。因為傳感器相當多，難度也比較大，各種傳感器之間的關系綜合檢校，目前正在北京測繪院試用，剛一試用就出現(xiàn)了問題，非常麻煩，比如喜馬拉雅山最后一小段無法達到。

　　它主要的功能是做精密工程測量。在北京市二環(huán)、三環(huán)、四環(huán)改造時，需要把路面高程測到2公分的高度，如果用普通儀器就很困難，車流不可能停止，測量人員的生命安全沒有保障，勞動強度也很大。而用車載三維數據采集系統(tǒng)來進行路面測量，就可以達到很高的精度。同時我們又把這個系統(tǒng)向前推進了一步，這個設備單機檢校很復雜，例如：相機單機要檢校，激光單機要檢校，陀螺單機要檢校，把它們放在一起又要進行檢校，非常非常復雜。盡管如此，我們還是非常有信心把它做出來，這對于人們今后的生活還是有很大幫助的。

　　一般人觀察世界都是以一米七的高度在看，并不是從空中來看的，因此空中那一套東西與人們的生活是有些結合不上的。人們現(xiàn)在可以在網上看到一個很普通的街景圖，這個圖是非常容易做的，就是把相機放在車上，然后拍攝，用GPS與二維的GIS聯(lián)動就行了，因此街景圖出來之前就受到了大家熱烈的追捧，比如：google街景地圖，立得的數字城市等都用到這個。這說明這些東西是與人們的親身感受一致的，從街上看到的東西與圖中的相同、真實、詳細。有時建模建得十分漂亮，很像效果圖，可是不真實。街景圖就很真實，所以很受歡迎。隨著網絡速度提高，通過三維瀏覽器，會出現(xiàn)包括一些移動終端，都有可能向這方面發(fā)展，這些都需要用到三位數據。

　　Q:上個世紀80年代至今，中國測繪已經成功走向國際，您覺得近十年中國測繪由弱變強的原因是什么?

　　劉先林：過去十年主要成功的是全數字攝影測量工作站。從航測來講，國內有兩大品牌，一個是我們的JX—4G;一個是張祖勛院士的VirtuoZo，在國內占領了一個半的市場，這個設備可以用任何資料來生產任何圖，不管是地面、空中、月球、衛(wèi)星還是紅外的資料，都可以用。我國的數碼相機是2007年研制成功的，當時雖然已經有大量進口的數碼相機，但是我們步伐相當快，二三年時間就研制出來了。我們對航測生產比較了解，目前國內的飽有量應該是20套以上，雖然進口相機已經占據了很大的市場，但是我們還是有很大的生存空間。

　　最近國家基本圖要測高程，在飛行中校比例尺，40公分的航高是4,000米，再加上地面的高程，高程要求很高，目前國際上的這幾款相機都達不到要求。而我們的相機在這方面是超越國際上的，很容易達到測圖的高程精度。

　　進口相機看圖片時非常漂亮，如果用作制圖，高程精度就很難達到要求。比如做國家基本圖1：10,000測圖，像地勢比較復雜的地區(qū)，如三峽、貴州，因為難以達到標準，過去這些進口相機都不敢去投標，而我們就可以。目前研制的ADS8.0的長焦效果很好，與之前的相機原理完全不同，不用地面控制點就可達到500到10,000，但它對飛行精度要求比較高，JX-4G和VirtuoZo都與它在測圖方面連接上了，目前銷售量很好。但是要普遍占領中國市場還是比較困難，因為它的處理設備不是很普及，不是任何一款軟件都可以處理它的。

　　目前，我們也在研究無控制和少控制的國產相機，3,500萬平方公里的1比10,000的圖，只要四個控制點，就可以到達一個GSD的高程精度。目前有美國五頭的傾向攝影，但美國不賣，只是用于提供服務。比如有些企業(yè)的設備、任務基本都是國外的，到美國去買設備，但是美國不賣，最后只好找到我們，因此我們自主研發(fā)的傾斜攝影就用上了。

　　我們的航測裝備發(fā)展還不錯，但是要引起發(fā)達國家的注意還是比較困難。第三世界會引進我們的設備，但是技術人員又不愿意去第三世界。從地面儀器來看，MapGIS、NewMap等都很不錯?？偟膩碚f，國內的GIS 品牌發(fā)展很快，以后不用老選ArcGIS了。

　　Q：請您談一談地理信息產業(yè)的發(fā)展對其他行業(yè)的影響?我國的地理信息產業(yè)仍處于起步階段，請您談談存在的問題?

　　劉先林：地理信息的應用把整個測繪行業(yè)都帶動起來了，過去說任何一個產業(yè)都離不開地理信息，現(xiàn)在是任何一個人都離不開地理信息。比如公安部利用地理信息平臺進行辦案，地理信息要把空間的信息和人文的信息結合起來，有一個很關鍵的東西就是地址，警務信息化的推動離不開地理信息產業(yè)。

　　當前不管是地理信息還是測繪行業(yè)，都有一個大問題就是統(tǒng)籌困難。這個行業(yè)最大的問題就是重復，重復測繪、重復建庫、重復建立CORS站、重復建立大地水準面、重復航飛以及重復建立地理信息數據庫等，所以當前最核心的問題就是要統(tǒng)籌，要建立統(tǒng)一的公共服務平臺。軍隊內部要統(tǒng)籌，地方內部要統(tǒng)籌，誰來統(tǒng)籌?測繪局現(xiàn)在不屬于一個綜合的部門，所以要來統(tǒng)籌也比較困難。測繪是最需要統(tǒng)籌的，這在今后是個大發(fā)展，企業(yè)市場化會大發(fā)展，在這個過程中如果沒有統(tǒng)一的標準，統(tǒng)一的數據目錄管理，發(fā)展起來就會很困難。

　　Q:請您談談遙感技術發(fā)展對測繪的影響?國內遙感技術在應用過程中遇到了哪些問題?

　　劉先林：中國的遙感衛(wèi)星發(fā)射了不少，但是用于測繪的基本沒有，天慧才是剛開始，今后測繪衛(wèi)星會有比較大的發(fā)展。遙感技術對測繪的影響還是非常大的，測圖的過程中還是需要遙感技術大力支持的，但是遙感衛(wèi)星對土地監(jiān)測的過程中要實現(xiàn)少控制、無控制點測圖還需要很大的努力，需要遙感技術的不斷發(fā)展。

　　應該說過去十年我們所用的大部分遙感數據都是國外的資料，目前國內的遙感技術處于剛剛起步階段，還有很大的發(fā)展空間。遙感界的人士一定要抓住機遇，加快這遙感技術的研發(fā)和應用。隨著遙感技術的發(fā)展，也會促進測繪不斷地向前發(fā)展。

　　Q:2011年上半年“資源三號”遙感測繪衛(wèi)星即將發(fā)射，這將給中國測繪帶來什么樣的發(fā)展機遇?未來中國測繪產業(yè)有怎樣的發(fā)展趨勢?

　　劉先林：過去因為沒有測繪衛(wèi)星，我們只能用外國的衛(wèi)星，希望2011年我們的資源三號測繪衛(wèi)星能夠實現(xiàn)衛(wèi)星測圖的國產化。這有很大的發(fā)展空間，它新載的重力測量、三線真立體測量、激光測量、SAR等。資源三號測繪衛(wèi)星發(fā)射成功后，其所擁有的資料能和天慧的資料相互補充，為國內一些測繪單位提供很好的發(fā)展機會，并且資源三號衛(wèi)星所收集的資料將來很有可能出口。

　　未來的遙感測繪，比例尺將會越來越大，從1：50,000到1：10,000，遙感制圖從5米、4米、1米分辨率一直到0.6米分辨率，定位精度越來越高，但是其中存在一些高動態(tài)GPS接收機的技術難關。國產星相儀的研制成功，將會為產業(yè)帶來更大的發(fā)展機遇。我相信今后十年將會是遙感測繪大發(fā)展的時期。（王慧娟）