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装备预先研究项目建议书
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项 目 编 号:(仿宋三号)
项 目 名 称:(仿宋三号)
起 止 时 间:(仿宋三号)
项目负责人 :(仿宋三号)
建 议 单 位:(仿宋三号)
编 制 日 期:(仿宋三号)
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中国人民解放军总装备部制
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一、军事需求与国内外研究状况
(一)军事需求
三十多年来,卫星遥感技术在军事上取得了突飞猛进的发展,已成为支持作战指挥决策、武器精确打击、数字化战场环境建设的重要手段。世界上许多军事强国都发射了一系列军事卫星,在快速实现战场态势感知上,发挥了高技术战争中其它武器不可替代的作用,使太空成为继陆、海、空之后的第四维战场,被誉为作战效能的“倍增器”。在海湾战争中,多国部队运用了70多颗军用卫星;在科索沃战争中,投入了50多颗军用卫星。在伊拉克战争中,投入了60颗左右的5种主要卫星,如导航、气象、情报侦察、通信和导弹发射跟踪等。可以说,这些卫星为夺取战争的胜利立下了汗马功劳。
目前,我国在卫星遥感技术上取得了很大的进展,相继发射了风云系列气象卫星、海洋环境监视卫星、中巴资源卫星、尖兵系列侦察卫星等,遥感应用体系已经初步形成。然而,面对精度要求越来越高、数据处理量越来越大、处理速度越来越快等更高要求,表现出技术方法不成熟、精度不足、遥感技术突破不多、关键技术还依赖于进口等问题,不仅耗费了大量的外汇资源,有碍于军事遥感技术的广泛应用和军事遥感技术的可持续发展,而且暴露了我国自行设计的卫星参数,给国家安全带来了隐患。从我军所建立的卫星遥感信息地面应用系统上看,总参测绘局、气象水文局、二部、三部、四部等单位已经或正在建立若干不同规模的卫星数据接收和处理系统,但遥感业务运行系统建设的规范化和标准化还不够,各种软件、工具和数据库不能很好地集成,信息和资源的共享程度不高,自主的高精度数据资源缺乏;从技术研究层面上看,没有很好的国产遥感图像处理与应用软件,缺乏网络应用环境下各种软件、工具和数据库的一体化集成研究,缺乏数据平台和数据验证结果,影响遥感技术的研究和应用水平。为使我军在现代化战争中立于不败之地,迫切需要研究建立卫星遥感信息一体化快速综合处理平台。
(二)国外研究背景
随着卫星遥感技术在军事领域的广泛应用,遥感信息量急剧增加。为了加快遥感信息处理速度,国际上各种智能处理研究计划与系统相应问世。以美国为例,仅在国家、联合兵种和各军兵种的126个智能处理与分发系统研究计划中,直接进行图像信息智能处理的就占了56个,它们包括:服务于战场感知的图像理解研究计划(IUBA);图像理解系统的研究与发展研究计划(RADIUS);美国图像与地理信息系统结构研究计划(USIGS);制定任务、处理、利用与分发为一体的研究计划(TPED、TAP);组合利用多种遥感资源的机载视频监视研究计划(AVS)以及国家能力的战术利用研究计划(TENCAP)等。这些发展计划已经取得了进展,有的已付诸实用,直接嵌入战术作战支援系统,大大提高了卫星侦察情报的快速反应能力和信息共享水平。它们的显著特点包括:(1)集接收、处理与分发为一体,直接面向军事应用;(2)涉及多数据源的综合处理,与国家和军队的多种数据资源直接联系;(3)融入了大量的快速智能化处理技术,为军事机关或战场指挥员缩短了提供情报的反应时间。
以美国陆军遥感信息战术开发系统TES为例,该系统主要由TES-MAIN(战术开发系统主体部分)、 TES-FORWARD(战术开发系统前端部分)和 MITT(移动式集成战术终端)等三部分组成。为了满足不同情况下的战术需求,TES被配制成两个便于组装、便于拆卸、便于机动的部分:TES-FORWARD、TES-MAIN。其中,TES-FORWARD更为小型化,配置在战区内,可以和前线指挥所一起机动,直接接受战区数据情报,融合处理后分发给MITT,为指挥官提供即时的国家级和战区级情报的支持;TES-MAIN功能更为完备,可配置在战区内,也可配置在战区外的后方,可以处理直接接受的数据和间接接受的数据,分发给MITT更为详尽和准确的战场态势。移动综合战术终端(MITT)可配置到各级战术作战指挥所,是高度机动化的指控终端,接受TES-MAIN、TES-FORWARD分发来的航天态势数据,它也能直接接受几种航天信息,为指挥官提供决策支持和指挥控制能力。
法国也积极开展了卫星遥感信息在战术应用方面的研究,在科索沃战争中进行了实战检验,卫星遥感图像传回本国判读中心处理后及时发送到北约有关战斗单元。据统计,法国提供的情报占北约情报的三分之一。
为了对卫星遥感数据资源进行合理的综合应用,提高军事目标判读的分辨率、实时性和可靠性,为军事决策人员提供准确、实时、可靠的目标信息和态势估计,海量卫星遥感信息的存储管理至关重要。
图像数据库的研究兴起于20世纪70年代末到80年代初期,主要来源于图像解释、分析和模式识别领域。在国外,最著名的Internet影像数据库是微软的Microsoft TerraServer。1998年6月,美国微软公司借助它的网络化的商用数据库管理软件SQL Server、Windows NT Server软件和综合研发能力,聚集了美国地质调查局、美国航空影像局和俄罗斯空间署,在Internet上建立了面向全球城市地区的地理信息网站——TerraServer。它们的最初目的是综合利用几方面的技术、资料和硬件设备的优势,把美国和俄罗斯数十年由高精度卫星拍摄的卫星照片在Internet上展示给全世界,供感兴趣的人查询和使用。这些照片的最高精度可以达到每个像素1m2至1.56m2,而数据库的信息容量达到了5TB,并且每月都在增加,仅在美国,这些卫星照片就已经覆盖了30%的国土。开发者组织建立了一个金字塔型的图形查询机制,将处理后的卫星照片进行了无缝拼接。通过Internet,访问者可以在其中自由地漫游和缩放查询。微软还将自己的电子百科全书的虚拟地球与卫星照片有机地结合,组建了数据库。访问者通过地名也可以搜寻到目标。Terra Server以10GB的内存运行在具有8个440MHz处理器的Digital Alpha8400系统上。
微软建立TerraServer的主要目的是展示其数据库管理软件SQL Server的海量管理能力和IIS(Internet Information Server)的海量信息发布能力。Image Catalog(图像库管理)是ERDAS公司的IMAGINE系列软件之一。图像库及图像信息管理系统,包括与矢量地图结合的图像库索引查询、管理和存取。
Image Catalog是基于文件型的简单的图像数据管理系统。主要用于显示影像文件的相关信息和简单的显示浏览功能。美国的ESRI公司,在推出SDE的同时也附带了基于商用数据库的栅格影像管理模块,它的内部采用了金字塔数据结构,目前只支持从底层数据抽取建立图像金字塔,不支持多数据源的管理。美国的LizardTech公司和澳大利亚的ER-MAPPER公司,分别以其在海量数据压缩上的优势—小波有损压缩技术分别研制了基于文件的影像数据库系统。
遥感处理算法技术现状。
(三)国内研究现状
近年来,我国卫星应用技术取得了丰硕的成果,相继成功发射了气象卫星、侦察卫星、资源卫星、定位导航卫星和通讯卫星,高空间分辨率卫星、高光谱卫星、雷达卫星和新一代定位导航卫星也在计划之中。然而,我国在卫星遥感信息处理、信息提取和应用等方面的研究尚未形成独立自主的理论和技术体系。
目前,国内市场的遥感图像处理系统基本上被ERDAS、ER_Mapper、PCI、ENVI等软件所垄断。这些商业化软件不仅广泛应用于我国农业、森林、土地、资源勘察、水利、海洋、测绘等部门,而且我军有关部门(如总参二部、总参三部、军事测绘、空军情报部门、海军航保部门、工程兵、二炮等部门)一直在使用进口的遥感图像处理软件,这种局面不仅面临软件不断升级而需要投入大量资金的问题,而且这些软件都无法无缝地融入到我军各类指挥自动化处理系统中,限制了技术的进一步开发,也使得我军在遥感信息处理方面受制于他国。
国内尚无商品化大型遥感信息处理平台软件,一些已有的系统,都是面向专业领域开发的,如武汉大学的遥感图像处理系统GeoImager、中地公司的“多源遥感图像处理系统”,中国测绘研究院的PHOTO MAP系列产品,武汉适普公司的CyberLand,北京东方泰坦公司的TitanImage等,但与国外商业遥感图像处理软件相比软件的稳定性、成熟度、专业化以及大规模应用能力上还存在着一定的差距,不能完全满足我军军事遥感信息处理应用的需求。
武汉大学在吉奥之星软件家族中有一个影像数据库管理系统商用软件,它从1996年正式推出实用的商品化软件,它的第一个版本是基于文件系统,解决了海量数据的无缝拼接问题、跨带问题和数据压缩问题。目前已正式推出了基于关系数据库的影像数据库管理系统,并已在广东省、山西省、海南省建立了几百个GB量级的大型影像数据库。
中地公司的“多源遥感图像处理系统”
中国测绘研究院的PHOTO MAP系列产品
武汉适普公司的CyberLand
北京东方泰坦公司的TitanImage
(四)本单位研究基础由文办!
国防科技大学计算机学院长期从事系统软件和通用软件的研制工作,掌握了包括操作系统、中间件、网络计算、高可信软件、信息安全等方面的核心技术,取得了以面向对象的分布计算软件平台StarBus、银河巨型机应用支撑技术和辅助软件可靠性工程环境等为代表的多项科研成果。
(四)本单位研究基础
国防科大与本申请课题有关的科研实验室有三个:即自动目标识别国防科技重点实验室、信息工程实验室、信号处理实验室,在雷达目标识别、军事遥感信息处理、基于遥感图像的目标识别方面、地理信息系统与数据库技术等方面开展系统的研究工作。
1.针对实际军事应用需求开展了长期的、系统的雷达信号、基于图像信息(可见光、多光谱、SAR)的目标识别理论与技术研究,取得了多项国内领先的科研成果。
十多年来一直在研究雷达、遥感图像的自动目标识别技术,提出了基本的理论方法,为军内主要单位提供了一系列的应用软件系统,有的已经获得实际应用。目前可以智能识别卫星与航空遥感的光学与SAR图像中的20类以上目标,正确识别率达到90 %。曾受到总装领导与国家科技部领导的高度评价。在目标智能识别方面曾获得过国防科工委科技二等奖一次(1995年)和全军科技一等奖一次(2000年)。利用我军现有武器平台,研究开发的“雷达目标自动识别系统”对飞机、舰船、地面车辆目标的识别达到了实用阶段,此项目于1999年获国家科技进步二等奖。
近年来的技术积累主要表现在以下几个方面:
(1)军事目标自动识别与变化检测技术
在“十五”863-708计划中,研究基于“尖三”和SAR数据的军事目标识别技术,在实际生产线测试了20多类目标,正确识别率为86%。研究典型军事区域的监视技术和基于结构方法的变化检测技术。
(2)
(3)多源图像信息融合技术
在“十五”国防预研项目中,开展了融合增强、基于特征层目标识别和基于决策层目标识别方法的研究,由此建立的示范系统已在军队多个单位试用。
(4)地物目标智能提取技术
在863计划和自然科学基金项目的资助下,完成城市地物目标的半自动测量,在满足测绘精度下,生产效率比原有方式提高3-4倍。
(5)多源遥感图像自动配准技术
完成了巡航导弹中红外和可见光图像之间的自动配准。受自然科学基金和博士后基金的资助,开展了多源遥感信息自动配准技术研究,取得了不少成果。
2. 在分布式计算平台方面,深入研究了底层关键技术:深入研究了XML技术,并在“军队数字图书馆”等项目中成功应用,进行了空间信息交换标准定义、基于语义的海量空间数据传输、空间元数据制定与发布、高效准确的空间信息检索等研究工作,在数据传输和存取接口设计上有先进而独到的想法;对基于分布式计算平台的组件技术进行了深入研究,开发了许多基于分布式计算平台的组件,例如基于Oracle空间数据库存取的符合Open GIS规范的DCOM组件,Web GIS组件等,对于采用分布式计算平台进行符合标准的组件设计技术,已经进行了很多的实验验证。
在空间数据库方面,深入研究了其底层关键技术:深入研究空间索引技术、空间查询技术和空间分析技术,其中基于路径的快速网络分析技术在IEEE等期刊发表,在国内外有着重要的影响;深入研究空间数据库组织和接口技术,确保数据的快速存取。
东方泰坦科技公司:
北京东方泰坦科技有限公司位于北京市中关村科技园中心区的海泰大厦,是专业从事3S(GIS、RS、GPS)软件开发与应用的高新技术企业。公司于2001年2月购买了国际著名的加拿大阿波罗科技集团TITAN GIS 软件源程序和版权,在此基础上开发研制了具有完全自主知识产权TITAN空间信息处理软件,并经国家版权局登记注册。TITAN空间信息处理软件成功地应用在国防军事、城市规划、土地利用、资源调查、资源规划、环境监测、交通监控等广泛的应用领域。
TITAN空间信息处理软件于2005通过了北京市软件产品质量检测检验中心的产品鉴定测试,通过了科技部的鉴定,并获得年北京市科技进步二等奖。其中的Titan遥感图像处理软件在2003年、2004年连续两年的科技部遥感软件测评中获得表彰,在2004年的测评中更是夺得第一名。Titan空间信息处理软件被中国软件行业协会评为“2004年中国软件行业协会优秀软件推荐产品”,并在众多的应用项目和中得到广泛应用,
TITAN空间信息处理软件体系结构先进,在3S一体化、功能完整性、面向应用的组件式开发等方面甚至超过国外同类产品,是一个集地理信息处理、遥感图像处理、卫星定位、空间数据三维可视化、海量空间数据管理、面向网络的空间信息服务功能为一体的,具有全部自主知识产权的大型空间信息系统应用开发平台。 该软件拥有先进的架构方式和软件算法,在许多方面保持着与国外同类先进软件同步的水平,而在开发自主性、推广和部署的成本等方面具有明显优势。
TITAN空间信息处理软件目前在国内已经发展了3000多个用户,产品和技术获得科技部“863计划”、北京市科委、中关村园区等各级政府的支持。在军事国防领域,北京东方泰坦科技公司承制或参加了大量的国防应用项目,如:
1) 与空军第六研究所合作开发航空光学大倾斜图像快速自动镶嵌系统
2)与空军第六研究所合作开发侦察车改造图像处理系统
3)空军第六研究所合作开发图像分系统
4)与海军无线电所合作开发航空综合影像判读系统
5)与海军无线电所合作开发205项目图像处理系统
6)与海军无线电所合作开发205项目底图制作系统
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