国家自然科学奖推荐书 北京理工大学科学研究院.docx
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国家自然科学奖推荐书北京理工大学科学研究院
2018年度国家科学技术进步奖提名公示内容
项目名称
遥感大数据智能处理与挖掘理论方法及重大应用
提名意见
提名该项目为国家科学技术进步奖一等奖。
项目简介
遥感大数据蕴含着丰富的空间信息和地学知识，如何对其进行有效挖掘和利用，不仅是地球空间信息科学领域的国际难题，也是支撑我国全球战略和重大工程应用的核心技术。
项目组通过22年的潜心研究，创立了遥感大数据与人工智能集成的理论和技术体系，实现了从遥感大数据中自动、快速、可靠地“找目标”、“找变化”和“找规律”，取得了三个里程碑式的重大创新，具体如下：
（1）首创空间数据挖掘的概念与理论体系，发现了空间数据挖掘的场、原子和各向异性的现象，提出了数据场、云模型、挖掘视角的方法，解决了空间数据挖掘的数据相互作用、定性定量互换、求同存异挖掘的难题，填补了数据模型和认知模型之间、数据和语义之间、空间数据和应用需求之间的鸿沟，揭示了“遥感数据-空间信息-地学知识”的时空一体化挖掘机理，出版的国际首部空间数据挖掘专著（中英文），是空间数据挖掘的里程碑式力作。
（2）首创国产卫星遥感影像全球无地面控制的几何处理方法体系，发明了探元指向角的几何定标模型、稳态重成像传感器校正模型，提出了“光束-影像-区域”自动影像匹配构网、粗差自动探测及稳健平差方法，将国产卫星遥感影像的全球无地面控制定位精度从300米提高到5米以内，实现了全球1:
5万无地面控制测图，彻底摆脱了遥感制图依赖控制点而境外地区“买不到、不敢用”的困境，成为国产卫星遥感影像全球高精度制图技术发展的里程碑。
（3）首创对地观测脑的概念模型，提出了遥感大数据在线（轨）实时全自动“目标感知-变化检测-变化识别-精确定位”的方法体系，构建了顾及空间尺度和上下文的目标特征表达模型，发明了基于“时-空-谱”一体化处理的全自动三维变化检测方法，提出了基于深度级联网络的集成学习方法，实现了37类目标和场景的自动识别，典型目标识别准确率提高到93%以上，全自动三维变化检测精度优于98%，是遥感大数据自动解译技术发展的里程碑。
《空间数据挖掘理论与应用》（英文版）被国际著名出版集团SpringerNature的“聚焦中国科研”选为2016年业内最具影响力的著作之首。
研究成果取得重大应用：
（1）用于我国国家级卫星应用中心30余颗国产遥感卫星PB级影像业务化处理，首次实现亚米级遥感影像核心处理软件出口；
（2）用于火箭军0429等国防重大工程，推动了我国全球地理信息资源建设专项工程实施，得到了国家领导人的首肯；（3）首次在国家地理信息公共服务平台“天地图”上实现了遥感大数据秒级智能检索业务化应用；（4）首次利用夜光遥感大数据揭示了国际社会关注的叙利亚等若干热点区域的社会经济变化规律，结果被联合国安理会的报告引用，美国《纽约时报》、CNN等600多家媒体和网站进行了报道，产生了广泛的国际影响。
项目成果获授权发明专利24件、软件著作权16项，出版专著3部，发表论文200篇，其中SCI论文70篇，总引用14000余次。
成果获2016年湖北省技术发明一等奖、2016年测绘科技进步特等奖和2017年测绘科技进步一等奖。
客观评价
1、项目总体评价：
在遥感大数据智能处理与挖掘方面取得了三个里程碑的重大创新，达到国际领先水平。
（1）空间数据挖掘理论的里程碑
本项目核心专著《SpatialDataMiningtheoryandapplication》被《科学通报》赞为“空间数据挖掘的里程碑式力作”。
美国国家科学院院士、艺术与科学院院士MichaelF.Goodchild教授在该书序言中指出：
“studyspatialdataminingbycombiningtheprinciplesofdataminingandgeographicinformationscience.…theyhaveanalyzedthebrightnessofnighttimelightimages.（通过有机结合数据挖掘和地理信息科学的原理，研究空间数据挖掘）”。
美国工程院院士LotfiA.Zadeh教授在序言中指出：
“notonlyapproachedspatialdataminingasaninterdisciplinarysubjectbutpursueditsrealworldapplicabilityaswell.（不仅注重空间数据挖掘的学科交叉性，而且追求成果的实用性）”。
该专著被国际著名出版集团SpringerNature的“聚焦中国科研”选为2016年业内最具影响力的著作之首，累积下载量达到13285次。
（2）全球高精度自主遥感制图技术发展的里程碑
2015年12月27日，以刘先林院士、杨元喜院士、张祖勋院士等专家组成的鉴定委员会认为：
“完成了国际上规模最大的卫星影像无控制区域网平差工程，显著提升了自主光学卫星影像的处理效率与精度，理论与方法有重要创新，成果达到国际先进水平，在时变系统误差补偿模型方面具有国际领先水平”。
（3）影像目标自动解译技术发展的里程碑
首次在国家地理信息公共服务平台“天地图”上实现了遥感大数据智能检索的业务化应用，实现了37类目标和场景的自动识别和目标精定位，典型目标的识别准确率提高到93%以上，免除90%以上的人工解译工作，是影像目标自动解译技术发展的里程碑。
2、国际学术评价
本项目核心成果被作为国际著名期刊《InternationalJournalofRemoteSensing》封面论文进行重点报道，并获得TaylorFrancis出版集团的热点推荐。
项目第一完成人李德仁院士应邀在2016年第23届国际摄影测量与遥感大会（本领域最高级别国际会议，每四年举办一次）作题为“BigDatainPhotogrammetryandRemoteSensing”的特邀大会主题报告，重点报告本项目在海量光学遥感影像高精度高性能处理方面的研究进展与成果。
本项目第一完成人李德仁及团队对遥感大数据智能处理与挖掘理论方法的贡献，推动了国际地球空间信息学的发展，武汉大学因此被国际地球空间信息科学大会授予WorldLeadership（全球领袖奖），目前仅有美国伯克利大学、德国汉诺威大学以及中国武汉大学获此殊荣。
3、重要科技奖励
（1）2016年，高分辨率光学遥感卫星影像高精度快速处理关键技术及应用，湖北省技术发明一等奖。
（2）2016年，超大规模光学卫星影像无控制高精度区域网平差关键技术与应用，中国测绘科技进步特等奖。
（3）2017年，自然灾害遥感动态监测与评估关键技术研究及应用，中国测绘科技进步一等奖。
推广应用情况
项目成果已经成功应用于国家全球战略、国防安全、航天工程、防灾减灾、重大测绘工程等领域，广泛应用于国家军民卫星应用中心、国家及地方减灾中心、各军种部队等遥感应用和科研单位。
（1）服务全球战略：
成功应用于我国1:
5万全球无地面控制遥感制图工程。
（2）保障国防安全：
成功应用于火箭军“0429工程”、战略支援部队和国防安全遥感应急保障。
（3）建设航天工程：
成功应用于我国30余颗国产卫星PB级遥感影像处理并首次实现国产亚米级遥感影像处理核心软件出口。
（4）支撑防灾减灾：
成功用于多次国家重特大自然灾害的遥感应急保障。
（5）保障重大测绘工程：
在国家地理信息公共服务平台“天地图”上实现了遥感大数据智能检索的业务化应用。
应用单位名称
应用技术
应用的起止时间
经济效益（万）
国家基础地理信息中心
国产卫星遥感大数据智能处理技术
2013.12至今
--
中国人民解放军61646部队
国产卫星遥感大数据智能处理技术
2010年1月至今
--
民政部国家减灾中心
国产卫星遥感大数据智能处理技术
2013.01至今
--
中国资源卫星应用中心
国产卫星遥感大数据智能处理技术
2012.01至今
--
中国人民解放军火箭军装备研究院
国产卫星遥感大数据智能处理技术
2013.01至今
--
中国电子科技集团公司第27研究所
国产卫星遥感大数据智能处理技术
2014年1月至今
--
中国科学院电子学研究所
国产卫星遥感大数据智能处理技术
2012.01至今
--
北京吉威时代软件股份有限公司
国产卫星遥感大数据智能处理技术
2013.01至今
--
立得空间信息技术股份有限公司
国产卫星遥感大数据智能处理技术
2013.01至今
--
武大吉奥信息技术有限公司
国产卫星遥感大数据智能处理技术
2013.01至今
--
北京理工雷科电子信息技术有限公司
国产卫星遥感大数据智能处理技术
2012.01至今
--
主要知识产权证明目录（10件）
知识产权类别
知识产权具体名称
国家
（地区）
授权号
授权日期
证书编号
权利人
发明人
发明专利有效状态
发明专利
一种基于数据场的自动聚类方法
中国
ZL2011104487.2
2012.05.02
940141
武汉大学
王树良、陈亚森
有效
发明专利
一种基于探元指向角光学推扫卫星在轨分步几何定标方法
中国
ZL201210433928.X
2015.04.29
1650155
武汉大学
王密、杨博、李德仁、龚健雅
有效
发明专利
基于凸面模型的遥感影像对象级变化检测方法
中国
ZL200910063299.4
2012.06.05
1028439
武汉大学
孙开敏、眭海刚、刘俊怡、马国锐
有效
发明专利
基于数据场划分网格的自动聚类方法
中国
ZL201110114544.7
2013.01.09
116179
武汉大学
王树良、陈亚森
有效
发明专利
一种基于阴影区域内外检查线匹配的阴影消除方法
中国
ZL201210342195.9
2015.01.14
1566038
武汉大学
孙开敏、眭海刚、李文卓、张宏雅、刘俊怡、马国锐
有效
发明专利
一种基于广义数据场和Ncut算法的图像分割方法
中国
ZL201210265614.3
2015.08.04
1787526
武汉大学
王树良、李英、尹进飞、陈其良、李伟
有效
发明专利
基于CPU和GPU协同处理的遥感影像正射校正方法
中国
ZL201210544790.0
2016.01.2
1837442
武汉大学
王密、方留杨、李德仁、龚健雅
有效
发明专利
基于负载分配的遥感影像CPU/GPU协同处理方法
中国
ZL201310693147
2016.03.30
2046235
武汉大学
王密、方留杨、李德仁
有效
发明专利
三维GIS辅助下的高分遥感影像建筑物倒损检测方法
中国
ZL201410018436.3
2016.06.08
2108599
武汉大学
眭海刚，李欣，范一大，孙开敏，刘俊怡，涂继辉
有效
发明专利
基于极坐标傅里叶变换的旋转不变性图像特征提取方法
中国
ZL201310725894.6
2016.7.13
2145593
武汉大学
肖志峰、刘清、唐阁夫
有效
主要完成人情况表
姓名
李德仁
性别
男
排名
1
行政职务
武汉大学学术委员会主任
技术职称
教授
国籍
中国
工作单位
武汉大学
完成单位
武汉大学
对本项目技术创造性贡献
作为项目负责人，在创新点1中，首创空间数据挖掘的概念和理论体系，并将数据挖掘理论进行实际应用；在创新点2中，发展了遥感大数据无控制处理的粗差探测理论；在创新点3中，提出了对地观测脑的概念模型。
主要完成人情况表
姓名
王密
性别
男
排名
2
行政职务
研究室主任
技术职称
教授
国籍
中国
工作单位
武汉大学
完成单位
武汉大学
对本项目技术创造性贡献
对于创新点2，首创国产卫星遥感影像全球无地面控制的几何处理方法体系，发明了国产卫星运动平台成像高、低频时变系统误差的建模与处理方法，研制了卫星遥感大数据无控制高精度处理系统，成功应用于我国30余颗国产卫星PB级遥感影像处理，为我国利用自主卫星开展全球1:
5万无控制测图重大工程实施提供了重要支撑。
主要完成人情况表
姓名
眭海刚
性别
男
排名
3
行政职务
无
技术职称
教授
国籍
中国
工作单位
武汉大学
完成单位
武汉大学
对本项目技术创造性贡献
对于创新点3,提出了基于机器学习的灾损目标二维损毁变化信息提取方法，创新了基于局部对称性和基尼系数的多视影像灾损目标三维损毁变化信息提取方法。
对于创新应用3，牵头研制了我国减灾中心首套业务化运行自然灾害遥感动态检测与评估系统和第一代国家安全遥感应急现役装备，保障了近5年来的国防安全和国家重特大自然灾害的遥感应急工作。
主要完成人情况表
姓名
王树良
性别
男
排名
4
行政职务
副院长
技术职称
教授
国籍
中国
工作单位
北京理工大学
完成单位
武汉大学
对本项目技术创造性贡献
对于创新点1，创建了空间数据挖掘的形式化理论体系，揭示了从数据到信息再到知识的挖掘机理，提出了数据场、挖掘视角，填补了数据相互作用、挖掘各向异性的认知计算空白。
Goodchild院士认为“数据场的意义可比为物理学中的场”，《科学通报》誉为“空间数据挖掘的里程碑”，列SpringerNature计算机科学特色著作的第一位。
主要完成人情况表
姓名
李熙
性别
男
排名
5
行政职务
无
技术职称
副教授
国籍
中国
工作单位
武汉大学
完成单位
武汉大学
对本项目技术创造性贡献
对于创新点1，提出了一套遥感影像数据挖掘的方法并应用于高价值知识的挖掘，包括遥感影像的时间序列变化指数、时空一体化分析方法、自动化的相对辐射定标方法等；通过时空关联分析等手段，挖掘了遥感数据和社会经济变化规律的内在联系；将遥感数据处理与挖掘方法应用于全球及中外不同国家，揭示了不同类型国家人类活动和社会经济变化规律和时空变化模式，特别揭示了叙利亚、伊拉克等热点国家的人道主义危机的时空变化模式。
主要完成人情况表
姓名
肖志峰
性别
男
排名
6
行政职务
无
技术职称
副研究员
国籍
中国
工作单位
武汉大学
完成单位
武汉大学
对本项目技术创造性贡献
对于创新点3，提出了基于稀疏紧致型深度卷积神经网络的遥感图像焦点内容表达方法，在此基础上从目标内部、目标外部及目标本身等多个层次建立从局部到全局的上下文关系，为遥感图像的内容表达奠定了基础。
研制了全球首套遥感大数据智能检索系统，采用端到端的深度哈希索引学习方法，实现了涵盖全国300个城市的37类目标和场景的秒级语义检索。
主要完成人情况表
姓名
孙开敏
性别
男
排名
7
行政职务
无
技术职称
副教授
国籍
中国
工作单位
武汉大学
完成单位
武汉大学
对本项目技术创造性贡献
对于创新点3，提出了时序遥感大数据间的时-空-谱相对一致性配准的概念和方法，对事件聚焦区域的时序遥感大数据的空间基准、辐射特性进行无地面控制的综合处理，解决了遥感大数据时空信息发现与智能提取中时空数据规范化问题；提出了时空变化信息和焦点事件在轨实时智能提取方法，以机器学习与人工智能理论为基础，提出遥感大数据时空多特征表达与智能融合方法，辅以多尺度分析理论和面向对象影像分析方法，实现了多粒度并行加速下的遥感大数据时空变化信息和焦点事件在轨实时智能提取。
主要完成人情况表
姓名
杨博
性别
男
排名
8
行政职务
无
技术职称
助理研究员
国籍
中国
工作单位
武汉大学
完成单位
武汉大学
对本项目技术创造性贡献
对于创新点2，发明了基于探元指向角的光学卫星相机定标模型与方法、基于虚拟控制点的光学卫星影像区域网平差模型及方法，研制了我国首套光学卫星遥感影像无地面控制遥感制图数据处理系统，将国产卫星影像全球无地面控制定位精度从300米提高到5米以内，实现了全球1:
5万无地面控制测图。
主要完成人情况表
姓名
朱映
性别
女
排名
9
行政职务
无
技术职称
助理研究员
国籍
中国
工作单位
武汉大学
完成单位
武汉大学
对本项目技术创造性贡献
对于创新点2，针对高分辨率光学卫星遥感影像平台震颤问题，提出了基于多光谱影像的平台震颤检测与建模方法和虚拟稳态重成像的传感器校正方法，解决了国产卫星震颤引起的内部非线性几何畸变处理的技术难题。
主要完成人情况表
姓名
刘俊怡
性别
女
排名
10
行政职务
无
技术职称
副研究员
国籍
中国
工作单位
武汉大学
完成单位
武汉大学
对本项目技术创造性贡献
对于创新点3，提出了基于局部对称性和基尼系数的多视影像三维损毁变化信息提取方法，实现了三维精细变化检测技术重大转变。
对于创新应用3，参与研制了我国减灾中心首套业务化运行自然灾害遥感动态检测与评估系统。
主要完成人情况表
姓名
金淑英
性别
女
排名
11
行政职务
无
技术职称
副教授
国籍
中国
工作单位
武汉大学
完成单位
武汉大学
对本项目技术创造性贡献
对于创新点2，提出了通用传感器校正方法，系统解决了国产光学卫星光学拼接、视场拼接、多相机拼接、全色多光谱五谱合一多种复杂成像体制的CCD精确视场拼接、波段精确配准处理的技术难题，同时参与研制了卫星遥感大数据无控制高精度处理系统，成功应用于我国30余颗国产卫星PB级遥感影像处理。
主要完成人情况表
姓名
徐川
性别
女
排名
12
行政职务
无
技术职称
副研究员
国籍
中国
工作单位
武汉大学
完成单位
武汉大学
对本项目技术创造性贡献
对于创新点3，发明了遥感影像多特征多测度的精确时空配准方法，异源影像配准精度达到子像素级，优于国际主流方法。
对于创新应用3，参与研制了我国减灾中心首套业务化运行自然灾害遥感动态检测与评估系统。
主要完成人情况表
姓名
袁汉宁
性别
女
排名
13
行政职务
无
技术职称
副教授
国籍
中国
工作单位
北京理工大学
完成单位
武汉大学
对本项目技术创造性贡献
发现了空间数据挖掘的原子现象，提出用云模型的方法解决空间数据挖掘的定性定量互换难题，填补了数据和语义之间的鸿沟，揭示了“遥感数据-空间信息-地学知识”的时空一体化挖掘机理，在知名国际数据挖掘期刊应邀发表空间数据挖掘的软件与应用的综述论文，产生重要影响。
主要完成人情况表
姓名
常学立
性别
男
排名
14
行政职务
无
技术职称
助理研究员
国籍
中国
工作单位
武汉大学
完成单位
武汉大学
对本项目技术创造性贡献
对于创新点2，参与研制了卫星遥感大数据无控制高精度处理系统，成功应用于我国30余颗国产卫星PB级遥感影像处理。
主要完成人情况表
姓名
程宇峰
性别
男
排名
15
行政职务
无
技术职称
无
国籍
中国
工作单位
武汉大学
完成单位
武汉大学
对本项目技术创造性贡献
对于创新点2，提出了多场联合定标方法，通过多场时序化定标消除了高分辨率光学卫星遥感影像低频时序化误差，同时参与了卫星遥感大数据无控制高精度处理系统研制工作。
主要完成单位及创新推广贡献
单位名称
武汉大学
排名
1
法定代表人
窦贤康
单位性质
高等院校
对本项目科技创新和推广应用情况的贡献：
武汉大学作为本项目的第一完成单位，全面负责了本项目的组织实施和关键技术攻关以及成果应用和产业化推广方面的工作，主要技术创新和应用情况的贡献为：
1）首创空间数据挖掘的概念与理论体系，将数据挖掘理论应用于地学和社会经济知识发现，首次利用遥感大数据揭示了国际社会关注的若干热点区域的社会经济变化规律。
2）首创国产卫星遥感影像全球无地面控制的几何处理方法体系，突破了国产卫星无地面控制高精度遥感制图的关键技术，研制了国产遥感卫星数据处理系统；
3）提出对地观测脑的概念模型，攻克了从传统像素级变化到面向知识的时空信息变化发现和事件聚焦的关键技术，提出了基于深度级联网络的集成学习方法，实现了37类目标和场景的自动识别和目标精定位。
完成人合作关系说明
本项目第一完成人李德仁是武汉大学教授，中国科学院、中国工程院两院院士，是武汉大学测绘遥感信息工程国家重点实验室创始人之一，自上世纪90年代起就建立了遥感对地观测研究团队。
本项目完成人王密、眭海刚是武汉大学测绘遥感信息工程国家重点实验室教授，王树良是北京理工大学软件学院教授，肖志峰、孙开敏、李熙、金淑英、刘俊怡是武汉大学测绘遥感信息工程国家重点室副教授（副研究员），杨博、常学立是武汉大学地球空间信息技术协同创新中心讲师（助理研究员），徐川是武汉大学地球空间信息技术协同创新中心副研究员，袁汉宁是北京理工大学软件学院副教授，朱映是武汉大学测绘遥感信息工程国家重点室助理研究员，程宇峰是武汉大学测绘遥感信息工程国家重点室博士生，以上完成人均是第一完成人李德仁遥感对地观测研究团队成员。
完成人李德仁、王密、杨博、金淑英、朱映、常学立、程宇峰在高分辨率光学卫星遥感影像高精度处理方面的研究成果共同获得2016年“测绘科技进步特等奖”；完成人李德仁与王密共同发表论文《从对地观测卫星到对地观测脑》；完成人王密、杨博、金淑英共同出版专著《高分辨率光学卫星遥感影像高精度处理与应用》。
完成人李德仁、眭海刚、孙开敏、徐川、刘俊怡完成遥感影像变化检测方面的研究，完成人李德仁与眭海刚共同发表《DetectingDamagedBuildingRegionsBasedonSemanticSceneChangefromMulti-TemporalHigh-ResolutionRemoteSensingImages》等论文；完成人李德仁与孙开敏共同发表《ANewApproachtoPerformingBundleAdjustmentforTimeSeriesUAVImages3DBuildingChangeDetection》等论文；完成人眭海刚、孙开敏共同申请《一种基于阴影区域内外检查线匹配的阴影消除方法》等发明专利。
完成人眭海刚、徐川、刘俊怡共同出版专著《基于特征的光学与SAR遥感图像配准》。
完成人李德仁、王树良、袁汉宁共同完成空间数据挖掘方面的研究，共同发表论文《Softwareandapplicationsofspatialda
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