国家自然科学奖推荐书中国测绘科学研究院.docx
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国家自然科学奖推荐书中国测绘科学研究院
城市不透水面遥感高精度监测关键技术及应用项目介绍
项目名称
城市不透水面遥感高精度监测关键技术及应用
提名意见
提名单位：
中国测绘学会。
不透水面是衡量城市生态环境状况的重要指标，是海绵城市和生态城市建设的重要支撑。
武汉大学等单位完成的“城市不透水面遥感高精度监测关键技术及应用”项目提出了基于深度学习模型并融合了多源遥感影像的图谱特征，成果已经形成了自主知识产权软件，全球首次完成了国家尺度的米级不透水面产品，并广泛服务于中国自然资源监测、海绵城市规划和建设、城市水文和水环境监测中，已经产生了显著的经济效益和社会效益。
项目完成人4次获得国际奖励，被国际同行评价为该领域的引领者，专利成果已在自然资源、海绵城市建设、城市规划、城市设计、城市建设和运营、城市水务、城市生态环境等多领域得到广泛应用，市场前景广阔，经济价值和社会价值巨大，项目成果已获得本领域下述科技奖励：
（1）2018年测绘科技进步一等奖项目：
全国不透水面遥感提取和监测关键技术及应用；
（2）2018年测绘科技进步一等奖项目：
高分辨率城市遥感信息提取方法与应用；
（3）2017年地理信息科技进步奖一等奖项目：
城市典型要素监测分析关键技术与应用示范；
（4）2011年地理信息科技进步奖一等奖项目：
地理信息标准体系研究；
提名该项目为国家科学技术进步奖二等奖。
项目简介
新型城镇化是我国当前的国家战略之一，生态城市、园林城市、绿色城市和海绵城市是城市可持续发展的方向，“城市让生活更美好”也正在变成城市规划建设管理的主要任务。
高精度城市不透水面遥感监测技术创新是落实国家新型城镇化规划重要举措，对智慧城市创新发展和生态文明建设具有重要战略意义。
新型城镇化的规划-设计-建设-运维和监测，客观上需要有米级分辨率不透水面专题成果，才能让模型更精确、规划更精准、监测更精确、决策更精准。
而当前全球范围内仅有30米分辨率的不透水面产品，无法满足城市尺度的规划和管理需求。
本项目在科技部、自然科学基金委、自然资源部、发展和改革委员会等部门的资助下，由武汉大学等7家单位历时十年的科技攻关共同完成。
主要创新包括：
（1）构建了城市多尺度不透水面遥感提取和监测的理论方法体系，支撑了城市不透水面遥感提取与监测方法应用；
（2）创建了天-空-地多传感器遥感影像融合不透水面提取技术体系，实现不透水面的高精度提取；
（3）构建了全国多区域、多时相不透水面样本库，实现了基于深度学习不透水面的精确自动提取；
（4）首创了我国自主可控的面向工程化应用的高分辨率不透水面遥感提取和监测系统，完成了全球首张2米分辨率不透水面一张图专题信息产品。
项目获中国授权发明专利42项；获软件著作权45项；相关核心算法和技术研究成果共发表论文200余篇。
主编专著6部、国家标准2部、行业标准1部、地方标准3项。
项目实现新增销售额超过3.8亿元，利润超过5000万元，新增税收超过7000万元，节支总额超过2000万元。
项目技术已应用在全国338个地级以上城市2000、2005、2010、2015、2016、2017年6期的城市发展监测中，应用于京津冀、长三角、珠三角等5大城市群和18个国家级新区的城镇化监测，并在30多个海绵城市试点建设中得到推广应用。
以孙九林院士为鉴定委员会主任的鉴定专家组认为，该项目成果在技术上整体达到了国际先进水平，在图谱特征融合的提取模型及基于深度学习的不透水面提取方法方面达到了国际领先水平。
项目获测绘科技进步奖一等奖、地理信息科技进步一等奖等共4项，突破的相关关键技术获国际学术会议最佳论文奖4项。
客观评价
1.专家鉴定意见
中国测绘学会在北京组织专家对武汉大学“城市不透水面遥感高精度监测关键技术及应用”科技成果进行了鉴定。
以孙九林院士为鉴定委员会主任的专家认为，该项目成果在技术上整体达到了国际先进水平，在图谱特征融合的提取模型及基于深度学习的不透水面提取方法方面达到了国际领先水平。
2.软件测评意见
具有CNAS测评资质的机构（武汉光庭信息技术股份有限公司测评中心）测评指标：
（1）融合LIDAR的航摄影像提取不透水面的精度提取精度达到95%，比单纯采用光学遥感影像的方法提高了6.74%；
（2）使用多角度视频卫星数据比单角度图像卫星数据对地物分类得到的分类结果精度提高率，自动提取精度达到88.951%，比单纯基于一个视角的视频图像自动提取精度提高了6.691%；
（3）基于DeepLearning算法的建筑物密集区不透水面的提取精度，自动总体分类精度达到89.02%，高于随机森林和SVM等经典方法；
（4）基于DeepLearning算法的非建筑物密集区不透水面的提取精度，自动总体分类精度达到95.55%，高于随机森林和SVM等经典方法。
3.同行评价
（1）2018年10月17日，国际摄影测量与遥感学会前主席，土耳其伊斯坦布尔大学Orhan教授，在2018年高级遥感国际会议特邀报告中，评价该图谱特征融合模型能有效提取高精度城市下垫面信息，是预防城市内涝灾害研究的有效模型。
（2）2018年9月9日，中科院夏军院士在2018年海绵城市国际论坛特邀报告中评价:
该成果是解决城市水安全预警与城市水问题监测的有效方法。
（3）2017年，美国地质调查局USGS的首席科学家GeorgeXian评价：
ProfessorZhenfengShao'steamextractimpervioussurfacewithmeteraccuracyatthenationalrangeinChina,whichisaninitialinnovativeresearch,andcanbetheleaderinthisfield（邵振峰教授团队提取国家尺度米级分辨率不透水面产品的研究是该方向的国际引领者）。
（4）在2017年5月30日是首个“全国科技工作者日”，李德仁院士接受长江日报专访时评价：
武大教授邵振峰团队，开展基于卫星遥感的全国城市不透水面研究，住房建设部已把不透水城市的调查和海绵城市的建设作为未来5年的重点目标，事关城市居民生活质量。
（5）IEEETIP副主编意大利Naples大学的Poggi教授认为空间-结构特征指数（PIS）是高分辨率遥感的两个“著名案例（NotableExamples）之一。
（6）美国纽约州立大学布法罗分校城市规划与区域发展系LiYin教授评价：
提取城市复杂环境的高精度不透水面在当前仍是一个挑战，我在研究纽约州布法罗市的社区步行便捷度等规划时用到了该团队的不透水面专题产品，比之前使用美国30m分辨率的不透水面产品更精确。
该团队的这一研究方向在全球方位内是引领方向性研究，在未来海绵城市和智慧城市规划中，将产生更深远的社会影响和经济价值。
应用情况
（1）总体应用情况：
项目组完成的科研成果形成了一整套完整的高分辨率遥感监测城市不透水面的理论、方法和技术，研制了具有自主知识产权的软件系统。
在我国城市规划规划、城市设计、城市建设、自然资源监测、水利、环保等多个部门的实际工作中得到了成功应用，并在县级以上城市监测、海绵城市建设等重大工程中得到实际应用，成果已辐射至美国、英国、澳大利亚、孟加拉、斯里兰卡等境外国家。
（2）典型案例
1）城市规划和设计部门应用情况：
与中国城市规划设计研究院及建设综合勘察研究设计院有限公司等多家单位合作，成功将不透水面提取成果应用于海绵城市试点申报、城市排水防涝、海绵城市规划等现状分析中，成为排水防涝、海绵城市等规划设计中下垫面分析的重要资料，为海绵城市科学研究与规划工作提供了强有力的保障。
中国城市规划设计研究院评价：
通过将武汉大学提取的不透水面成果用于海绵城市建设、城市排水防涝、海绵城市规划的现状分析中，有效识别了城市不同区域面临的问题，同时将不透水成果用于城市发展趋势分析、城市热岛分析及建设成效的评估等业务中，取得了很好的经济效益和社会效益。
2）中国土地勘测规划院：
你单位构建的影像特征库为大规模准确快速提取变化图斑提供可靠依据。
研发的人工不透水面提取方法使土地利用变更调查遥感监测自动化程度大大提高，作业人员数量减少了近30%，同时单人作业强度减少了25%以上，生产效率提高了近1.5倍，监测信息准确率达到90%以上。
3）水利部门应用情况：
项目组利用遥感影像机器学习算法，构建了长江中下游湖泊群40年退化类型数据库，解决了传统湖泊监测只注重面积变化，忽略了退化类型的问题。
该成果得到长江水资源保护局的高度评价：
“对长江中下游的湖泊、水文和湿地生态环境管理和决策具有重要参考价值，且已在典型湿地的常规监测中得到有效应用”。
研究组的多时序迁移学习技术，已在鄱阳湖水文局、鄱阳湖湿地与流域研究教育部重点实验室、珠江水利科学研究院等单位得到应用，用于洞庭、鄱阳、赤水、福建滨海湿地、珠江等典型区域（或流域）的区域城镇化监测、区域水生态空间监测，并建立了湿地生态系统健康评价指标体系。
（3）应用前景
按照国家新型城镇化战略部署，中国要持续开展自然资源监测和海绵城市建设，本项目形成的技术体系将为国内外海绵城市的建设奠定坚实的基础。
主要知识产权和标准规范等目录（10件）
知识产权
（标准）
类别
知识产权（标准）
具体名称
国家
（地区）
授权号（标准编号）
授权（标准实施）日期
证书编号（标准批准发布部门）
权利人（标准起草单位）
发明人（标准起草人）
发明专利
（标准）有效状态
发明专利
一种基于多源遥感数据的城市不透水层率息提取方法
中国
ZL201410096966.X
2017年02月22日
2388282
武汉大学
邵振峰，刘冲
有效
专著
多尺度不透水面信息遥感提取方法及应用
中国
ISBN:
9787564343088
2015年11月1日
ISBN:
9787564343088
中国科学院遥感与数字地球研究所
程熙，吴炜，沈占锋
有效
软件著作权
多源遥感影像不透水面提取系统v1.0
中国
2016SR139799
2016年3月20日
1318416
武汉大学
有效
发明专利
一种高光谱图像半监督分类方法及装置
中国
ZL201310085370.5
2016年03月30日
2000436
武汉大学
邵振峰、张磊
有效
发明专利
顾及影像对象时空变化的遥感影像变化检测方法及系统
中国
ZL201610203424.7
2018年7月26日
3010964
武汉大学
邵振峰、田英洁、沈小乐
有效·
发明专利
基于低空遥感影像的多视密集点云生成方法及系统
中国
ZL201610199944.5
2018年6月19日
2968162
武汉大学
邵振峰，杨楠，李德仁，李丛敏
有效
专著
高分辨率遥感信息处理
中国
ISBN：
9787030474285
2018年4月
ISBN：
9787030474285
武汉大学
黄昕
有效
计算机软件著作权
城市不透水面遥感监测系统
中国
2018SR995063
2018
3324158
武汉大学
有效
计算机软件著作权
高分辨率遥感影像典型目标提取软件TargetMapper
中国
2017SR127865
2017
1713140
中国测绘科学研究院
有效
计算机软件著作权
分布式异构空间数据无缝集成管理平台
中国
2010SR004374
2009
0192647
中国地质大学（武汉）；武汉中地数码有限公司
有效
主要完成人情况表
姓名
邵振峰
性别
男
排名
1
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
项目负责人，指导并参与了项目创新点一、二、三、四的核心内容研发工作，投入工作量占本人工作总量的80％，对本项目技术创新贡献包括：
（1）发明了一种基于多源遥感数据的城市不透水层率息提取方法等共14项授权发明专利，发表SCI文章30余篇；
（2）构建了图谱特征逐层融合的多分类器集成不透水面提取模型，获国际学术会议最佳论文奖；
（3）作为具体技术负责人，研发了不透水面监测系统，首创完成全国2米不透水面一张图专题产品；
（4）编写国家标准1部，行业标准1部，推动了城市不透水面遥感高精度监测产品的标准化和产业化。
主要完成人情况表
姓名
黄昕
性别
男
排名
2
行政职务
系副主任
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
作为项目主要参与人员，参与不透水面提取关键技术研究，投入工作量占本人工作总量的80%。
对本项目技术创造性贡献包括：
（1）提出了地物空间-结构指数以及新的水体信息指数，构建了图谱融合的不透水面遥感提取模型；
（2）提出了基于多视角影像的角度差分特征，实现城市复杂场景不透水面高精度提取，有效解决了高分辨率遥感影像不透水面提取存在的遮挡问题；
（3）出版专著《高分辨率遥感信息处理》，提出了影像场景提取、目标提取与变化分析、城市变化检测等系列模型和方法。
主要完成人情况表
姓名
宁晓刚
性别
男
排名
3
行政职务
副所长
技术职称
研究员
国籍
中国
工作单位
中国测绘科学研究院
完成单位
中国测绘科学研究院
对本项目技术创造性贡献
参与项目总体技术、组织实施和成果的应用推广，投入工作量占本人工作总量的80%。
对本项目技术创造性贡献包括：
（1）提出了分布式不透水面高精度提取方法。
针对不透水面包含的房屋建筑、道路、广场等场景，建立了不同场景下不透水面子类的多源多角度自动提取方法，实现了不透水面的分布式-综合高精度提取，提升了不透水面高精度智能提取的精度和效率；
（2）该技术应用在全国338个地级以上城市2000、2005、2010、2015、2016、2017年6期建成区变化监测，京津冀、长三角、珠三角等5大城市群监测，18个国家级新区的城镇化监测。
主要完成人情况表
姓名
杨伯钢
性别
男
排名
4
行政职务
常务副院长
技术职称
教授级高级工程师
国籍
中国
工作单位
北京市测绘设计研究院
完成单位
北京市测绘设计研究院
对本项目技术创造性贡献
作为项目主要参与人员，参与城市不透水面遥感监测关键技术研究，为本项目投入的工作量占本人工作总量的60%。
对科技创新中的创新点二、三、四两项内容做出了贡献：
（1）突破了多源多角度数据融合的信息提取方法，提高了不透水面提取精度，并在北京推广应用；
（2）负责研发了不透水面时间序列监测系统，在城市下垫面逆序更新方法、特征分析与空间比对分析方面有创新；
（3）编写地方标准3项。
主要完成人情况表
姓名
吴亮
性别
男
排名
5
行政职务
无
技术职称
教授
国籍
中国
工作单位
中国地质大学（武汉）
完成单位
中国地质大学（武汉）
对本项目技术创造性贡献
作为项目主要参与人员，参与不透水面提取关键技术研究，投入项目的工作量约占本人总工作量的80%。
对创新点四做出了贡献，对本项目具体的技术创造性贡献包括：
（1）建立了大数据环境下高分辨率遥感数据主动处理、信息按需生产到产品推送更新的多级协同计算体系，负责研制了分布式异构空间数据无缝集成管理平台和基于高分辨率遥感影像的城市环境变化监测软件；
（2）依托国家地理信息系统工程技术研究中心产业化基地，将项目研究成果应用于城市地质调查、城市地下管线普查、综合管廊等海绵城市和生态城市领域。
主要完成人情况表
姓名
沈占锋
性别
男
排名
6
行政职务
无
技术职称
研究员
国籍
中国
工作单位
中国科学院遥感与数字地球研究所
完成单位
中国科学院遥感与数字地球研究所
对本项目技术创造性贡献
作为项目主要参与人员，参与不透水面提取关键技术研究，投入工作量占本人工作量得80%。
对科技创新中的创新点一、二、三项内容做出了贡献，对本项目具体技术创造性贡献：
（1）发明了一种全自动的区域不透水面遥感信息精确提取方法；
（2）发明了面向遥感影像分类的样本自动选取方法；
（3）提出了多尺度不透水面图谱耦合模型，出版学术专著《多尺度不透水面信息遥感提取方法及应用》；
（4）主持863和自然科学基金项目，在土地资源调查等重大工程中得到成功应用。
主要完成人情况表
姓名
王浩
性别
男
排名
7
行政职务
无
技术职称
助理研究员
国籍
中国
工作单位
中国测绘科学研究院
完成单位
中国测绘科学研究院
对本项目技术创造性贡献
参与项目关键技术研发和成果的应用推广，投入项目的工作量约占本人总工作量的60%。
对科技创新中的创新点二、四两项内容做出了贡献，对本项目技术创造性贡献包括：
（1）以不透水面数据为基础，提出了高分辨率遥感影像城区边界提取规则，制定了基于高分辨率影像和地理信息资料辅助的城区半自动化提取方法，制定了集多个城镇化表征指标、多尺度（全国、区域、城市、辖区、圈层、方位）、多层面的城市空间扩展分析、城市人居环境评价和城市群健康评价方法，为不透水面服务于城镇化时空扩展分析提供了标准化的流程和方法；
（2）该技术应用在全国338个地级以上城市2000、2005、2010、2015、2016、2017年6期建成区变化监测，京津冀、长三角、珠三角等5大城市群监测，18个国家级新区的城镇化监测。
主要完成人情况表
姓名
王淼
性别
男
排名
8
行政职务
技术干部
技术职称
高级工程师
国籍
中国
工作单位
北京市测绘设计研究院
完成单位
北京市测绘设计研究院
对本项目技术创造性贡献
作为项目主要参与人员，参与城市不透水面遥感监测关键技术研究，为本项目投入的工作量占本人工作总量的70%。
对科技创新中的创新点第二、四项内容做出了贡献：
（1）参与多源多角度高分辨率卫星影像不透水地表提取方法研究，尤其是对北京中心城区复杂场景不透水面的自动提取方法有创新；
（2）重点参与高分辨率不透水面遥感提取和监测系统研发工作，负责项目需求分析、算法研究、模型实现等工作；
（3）参与编写地方标准3项。
主要完成人情况表
姓名
朱秀丽
性别
女
排名
9
行政职务
无
技术职称
高级工程师
国籍
中国
工作单位
国家基础地理信息中心
完成单位
国家基础地理信息中心
对本项目技术创造性贡献
作为项目主要参与人员，为本项目投入的工作量占本人工作总量的60%。
对创新点四有重要贡献，对本项目具体创造性贡献包括：
（1）参与提取了我国首个米级分辨率不透水面产品相关工作；
（2）提出了不透水面成果质量检查方法；
（3）负责标准化研究，负责地理信息标准体系研究。
主要完成人情况表
姓名
万波
性别
男
排名
10
行政职务
无
技术职称
副教授
国籍
中国
工作单位
中国地质大学（武汉）
完成单位
武汉中地数码科技有限公司
对本项目技术创造性贡献
作为项目主要参与人员，投入项目的工作量约占本人总工作量的60%。
对创新点四做出了贡献，对本项目具体技术创造性贡献包括：
（1）参与高分辨率不透水面遥感提取和监测系统研发及集成测试工作，辅助完成全国第一张2米分辨率不透水面专题图，构建了全球首个米级分辨率国家尺度的不透水面专题产品；
（2）依托武汉中地数码科技有限公司开展应用推广工作，将项目研究成果应用于城市地质调查、城市地下管线普查、综合管廊等海绵城市和生态城市领域。
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：
作为本研究的主体单位，带领本项目参与单位，共同完成了本项目的成果，主要贡献包括：
（1）承担核心技术攻关，发明了一种基于多源遥感数据的城市不透水层率息提取方法等14项授权发明专利；
（2）主持多项相关项目，突破技术瓶颈，发表50多篇SCI文章和100多篇EI检索文章；
（3）构建了图谱特征逐层融合的多分类器集成不透水面提取模型；
（4）实现了基于深度学习的不透水面提取新方法，研发了多源遥感影像不透水面提取软件，负责完成中国2米不透水面一张图，在国家海绵城市规划和监测、土地资源调查和评估等重大工程中得到应用，产生了显著的社会经济效益。
（5）编写国家标准1部，行业标准1部。
主要完成单位及创新推广贡献
单位名称
中国测绘科学研究院
排名
2
法定代表人
程鹏飞
单位性质
科研院所
对本项目科技创新和推广应用情况的贡献：
参与项目总体技术、组织实施和成果的应用推广，主要贡献包括：
（1）提出了分布式提取的不透水面高精度提取方法。
针对不透水面包含的房屋建筑、道路、广场等复杂场景，建立了不同场景下不透水面子类的多源多角度自动提取方法，实现了不透水面的分布式-综合高精度提取，提升了不透水面高精度智能提取的精度和效率；
（2）以不透水面数据为基础，提出了高分辨率遥感影像城区边界提取标准，制定了基于高分辨率影像和地理信息资料辅助的城区半自动化提取方法及操作规范，制定了集多个城镇化表征指标、多尺度（全国、区域、城市、辖区、圈层、方位）、多层面的城市空间扩展分析、城市人居环境评价和城市群健康评价方法，为不透水面服务于城镇化时空扩展分析提供了标准化的流程和方法；
（3）项目关键技术应用在全国338个地级以上城市2000、2005、2010、2015、2016、2017年6期，京津冀、长三角、珠三角等5大城市群，18个国家级新区的城镇化监测，成果广泛应用于城市发展建设和规划实施评估。
在全国累积2436个县（市、区）的国土建设用地监测中得到应用。
主要完成单位及创新推广贡献
单位名称
北京市测绘设计研究院
排名
3
法定代表人
温宗勇
单位性质
科研院所
对本项目科技创新和推广应用情况的贡献：
作为本研究的协作单位，主要贡献包括：
（1）主要参与关键技术研究和总体方案设计；
（2）重点参与了城市不透水面分类体系、多源多角度不透水面高精度提取方法、降雨径流模型、城市下垫面逆序更新方法、特征分析与空间比对分析等创新理论与方法研究，项目成果实用性强，适用性广，并在首都核心区内涝分析、2022年北京冬奥会场馆规划监测、北京城市副中心建设等进行推广应用，取得了巨大的社会经济效益，授权或受理了一系列发明专利、实用新型专利、软件著作权等；
（3）推动了成果的产业化和标准化工作，编写地方标准3部。
主要完成单位及创新推广贡献
单位名称
中国地质大学（武汉）
排名
4
法定代表人
王焰新
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：
作为本研究的协作单位
升级会员 