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“九五”期间资源科学技术重大进展

来源:中国环境资源网  作者:中国自然资源学会  更新时间:2005-11-21 10:31:59   

  为了更有效地使用线状采样法完成全国范围的样条采样,研究者们又创造性地设计制作了 GVG 农情采样系统。

  GVG 农情采样系统是 GPS、Video 和 GIS 的集成,用于快速野外采样。将大量的野外测量工作转成内业工作,节省费用和时间,提高效率和精度。GVG 获得的信息可同时用于面积提取的成数分析、长势监测的地面检验、数据叶面积指数计算的地面样方,以及作为遥感图像分类的实况数据等。GVG 属于视屏摄影(videography)范畴,属国内首创。GVG 农情采样系统通过 GPS 实时跟踪导航与实地拍摄农情,选取有价值的图像资料并与 GDS 采样点相匹配定位,保存于计算机内。根据整条采样线的影像估计作物种植成数。GVG 农情采样应用软件由“运动采样系统”、“图像采取系统”、“图像定位系统”、“农情采样系统”4 个模块组成,运动采样系统模块独立于其它模块。

  线状采样框架和 GVG 农情采样系统引起美国和欧盟的极大兴趣。在世界上,采用 GVG 系统线状采样为核心的技术方法同以美国为首的点采样和以法国为首的欧盟样方采样,有着不同的思路,更适合我国乃至第三世界发展中国家的国情,具有重要的实用价值。

  我国遥感估产在“八五”期间只能以重点产粮区为主,覆盖范围小;“九五”期间,使用该成果后,估产面向全国,覆盖整个产粮区,且形成了具有中国特色的高效的农情速报与农作物估产技术体系,关键技术处于世界领先水平,实现了全国范围的农作物长势检测和遥感估产的运行服务。根据我国主要作物的物候历以及用户对估产的时间要求,主要农作物估产分成八类:早稻、中稻、晚稻、冬小麦、春小麦、春玉米、夏玉米和大豆。在 1∶100000 耕地数据的支持下,利用 GVG 图像和 TM/雷达图像得到每个区划单元内的种植成数,估算作物种植面积。

  GVG 是视屏摄影技术与地理信息系统、全球定位系统等高新技术的集成应用,具有较高的创新价值。其野外采样系统“执行野外信息采集、定位与处理的系统与方法”,已申请国家发明专利。

2.3 虚拟现实技术的成功实践,为深入开展资源环境科研、教学、管理和宏观决策等工作提供了高新技术工具

  “九五”初期,在“农业信息技术规划研究”中,分析信息技术在农业领域的应用,通过在计算机上模拟作物生长过程与环境间的相互作用,达到在自然条件下人为干预、趋利弊害的目的,使其形成优良品质的果实,这就是“虚拟农业”。这一设想经反复讨论并得到确认。尔后又进一步提出建设“资源环境虚拟科研环境”、“地球科学虚拟研究环境”的构想。1998 年末以“基于高速网络的资源环境虚拟科研环境生成系统研究”和“高性能计算机支持下的地球科学虚拟科研环境生成系统”为题立项,就其中的关键技术开展了成功的试验研究。这是“九五”期间在国内开始的第一个虚拟现实技术在资源环境领域中的应用研究。

  资源环境虚拟科研环境可以这样描述其概念和设想:从资源环境研究人员研究过程中的认知规律出发,运用虚拟现实的思想和技术,创建和谐的人机交互界面,同时结合多种检索工具、科学数据库、模型工具、数据仓库等各种信息技术,建立虚拟场景,提供一个可以实现科学研究全过程或大部分活动的多维信息空间(信息环境),特别要将野外真实场景、背景信息移植到计算机中来,使人具有身临其境的感觉。并且可以与虚拟场景进行交流,对虚拟环境适时操作以获取不同视角的场景和相关信息,使研究人员尽可能地发挥自己的想象力,利用虚拟科研环境中收集的各种模型、方法以及理论知识开展创造性的研究工作。

  这种概念和设想与“数字地球”基本思想十分接近。目前,国际、国内正在对“数字地球”开展广泛的研究。实现这一设想需要综合运用遥感、地理信息系统、全球定位系统、数据库技术、模型技术、电脑图形技术、电脑仿真技术、传感技术、热成像技术、显示技术等多学科研究成果。目前国际上正在开展积极的研究。

  虚拟科研环境生成系统中有许多重要关键技术,“九五”末期开展的试验主要在三方面取得了实质性进展:

  (1) 资源环境虚拟科研环境总体框架从资源环境研究人员研究过程中的认知规律出发,根据虚拟科研环境的构想,结合虚拟现实技术的特点,通过反复研究与实践提出了总体框架和信息流程。这是成功实现资源环境虚拟科研环境生成系统的第一步重要工作。

  (2) 三维场景构建经过对目标区 1∶50000 地形数字化,对彩色红外航测照片假彩色合成影像处理,生成栅格格式的数字高程模型,根据已知坐标,将矢量化属性用三维物体表示,连同虚拟对象模板、纹理数据库,三者合成并建立三维地形模型。为了有更好的视觉效果,一般都会对三维地形模型贴上相应的纹理贴图,或者装入三维模型来增强视觉感染力。

  为了检验三维场景构建效果,以西藏达孜地区为研究对象,进行虚拟并圆满实现三维场景构建。完成后的达孜地区三维地形模型总量超过 40MB,在配有 MHz 奔腾处理器、带 32MB 显存 GeForce 芯片的显卡,256MB 内存以及高速硬盘的兼容机上,使用 ActiveTerrain 的 ActiveFlight 浏览器或者 TerriaVista 的 Audition 浏览器均能够达到 28 帧/s 左右的浏览速度,漫游效果令人满意。

  (3) 数据库挂接对于整个系统来说,所构建的虚拟场景是虚拟科研环境的舞台,对于科研人员而言,更重要的是能够从该虚拟场景中获取数据,辅助研究工作。为此,建立了一批 Oracle 数据库,将背景数据同虚拟场景进行挂接,漫游者可以很方便地同场景交互,获取数据。在系统中,提供了多种标准接口,可以导入多种数据格式,可以是 Access 的数据库数据,可以是文本的数据,也可以是 Oracle 数据库的数据。导入的数据库可以是在本地机器上运行的,也可以是在网络上分布的。本实验将数据统一地存放在曙光高性能计算机上,通过高速网络,远程挂接数据。提供多种获取数据的方法手段,可以通过查询数据表来获取数据,也可以通过选中地物,用鼠标点击取得数据。

  “基于高速网络的资源环境虚拟科研环境生成系统研究”于 2000 年 10 月通过国家自然科学基金委员会组织的验收,“高性能计算机支持下的地球科学虚拟科研环境生成系统研究”于 2000 年 11 月通过“863“专家组的验收。目前主要集中在地表资源环境层面上,是虚拟现实技术在资源环境研究的信息环境建设中的成功实践,其核心技术能够为深入开展科研、教学、管理和宏观决策等工作提供高新技术工具。

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