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“完美地图”的秘密

2002-12-27 14:53 作者:蔡伟 2002年第5期
据美国国防制图局(DMA)网站报道,到2003年,美国军方计划用数字地图取代纸质地图。用美国国防部国家图像和制图局(NIMA)局长詹姆斯•C•金中将的话说:“如果五角大楼想要反应敏捷,就必须进行数字化。”

依偎在圣.加辛托山的美国城市帕尔姆.斯普林斯的三维数字图像

据美国国防制图局(DMA)网站报道,到2003年,美国军方计划用数字地图取代纸质地图。用美国国防部国家图像和制图局(NIMA)局长詹姆斯•C•金中将的话说:“如果五角大楼想要反应敏捷,就必须进行数字化。”

为实现这一目的,2000年2月,美国“奋进”号航天飞机在太空飞行11天,采用两台干涉雷达对地面探测234个小时。这次被称为“航天飞机雷达地形测量任务”(SRTM)计划的目的是对收集到的全部数据信息进行分析处理,制成高精度的全球三维地图。SRTM计划的负责人、NASA喷气动力实验室的科学家汤姆·法尔表示:“这些地图将比我们的所有其他地图好100倍。”

军事用途是促成SRTM计划的首要因素。有专家指出,美国此次对阿富汗的军事打击正好成为检验SRTM计划成果的绝好机会。据未经证实的报道显示,美军通过SRTM计划获得的方位数据,在阿富汗托拉·博拉和扎瓦·基里山区的许多山洞洞口投下装有信号发射装置的罐头。这种罐头拉开拉环可以被加热,同时自动发出无线电信号,这些信号被卫星接收后其方位数据将传送到美军指挥机构。美国希望通过这种技术抓获处于围困和饥饿状态的塔利班和“基地”组织残余分子。

据《今日航天》网站的报道,参与上述计划的科学家之一科布里克表示,他们正在逐一处理各大洲的地形数据。目前美国已使用航天飞机对地球表面94%的地区进行了地质测量,其中包括人类居住地区97%的面积和中国国土面积的100%。预计在今年秋季,从北纬60度到南纬56度之间80%的地图将全部绘制完成。而在此之前的2001年8月,SRTM计划完成的部分三维数字地图已开始部分对外发行。

SRTM计划制成的三维数字地图从技术上来说,其水平分辨率将达到30米,相对精度为10米(某个点相对于其它临近点)。“与现有的全球1公里分辨率数据库比较,完全可以说SRTM所提供的30米数据比过去好30倍。”一位美国技术专家在接受采访时这样表示。SRTM计划的另一个突破点在于,这是美国,也是世界绘图史上首次采用统一坐标体系测制的世界三维数字地图。

对“标准”不统一这一问题,测绘学院一位教授这样解释:“无论谁在测绘三维数字地图时都需要预设一个地球椭球体。由于各国采用的往往并非是同一个椭球体,其地心坐标也不一致,因此获得的地表数据也并不相同。类似于各国由于度量衡不一致,对同一物体的尺寸大小得出的数据却并不相同。如此一来,双方在使用对方的数据时往往会产生极大的不方便。”

在以往的历史里,从来没有一个国家真正完成过全球的三维数字地图的制作。在美国国内目前存在着两大测绘部门:隶属于美国政府的美国地质测量局和隶属于美国国防部的国家图像和制图局。前者负责测绘美国国内的地图,后者负责测绘美国国外的地图。然而即便同为美国的测绘机构,二者在制图时采用的标准也不一样。此次美国的SRMT计划首次统一了测绘标准,不但意味着美国真正地掌握了全球大部分地区的真实地形状况,而且再次在业界建立了标准。

SRTM计划最吸引人的也许是它采用的技术。中国某测绘专家指出,SRTM计划的数据主要是通过安装在“奋进”号航天飞机上的2台干涉雷达获取的。他指出,“奋进”号上装有一个长60米的机械臂,一台干涉雷达安装在机械臂顶端,另一台安装在航天飞机腹部,通过对两台干涉雷达同时工作获得图像的相差的比较,就能够获得地表任何一点图像的高度。其原理类似于人的双眼能够判断目标的距离一样。专家强调指出,安装在航天飞机上的这个机械臂是SRTM计划的关键设备之一。由于其制造安装以及工作的难度相当大,据说美国方面为此延误了两年时间。美国某技术专家在接受采访时表示:“在‘最坏’的轴向上,天线杆末端位置如果偏差3毫米,它所引起的高程误差将达9米。”

NASA发布的信息显示,SRTM计划共采集了超过1万亿字节、约8000GB的地球地形地貌数据信息,相当于1.6亿页文本的数据量,制成光盘需要2万多张。专家指出,这仅仅只是原始数据,一旦处理完成,其信息量将会增加好几倍。NIMA负责SRTM计划的项目管理者托马斯·海宁说,将有160多个美国军事和情报系统使用这些数字化地形图。不过美方同时表示,SRTM计划制成的三维地图同样可以引用于地震研究、防洪、城市规划和航空安全系统等众多民用计划中。
一个问题是,SRTM计划完成后,是否意味着世界在美国面前再无秘密可言?记者为此专门采访军方某专家,他表示,对一个国家而言,秘密不仅仅在于看到的东西。虽然美国的侦察卫星能够看到地面停放汽车的车牌号,但SRTM计划主要是建立了一个全球地貌数据模型,其重点在于测量而非侦察。

从情报获取角度而言,其获取来源主要在于卫星探测技术。国外许多国家对于卫星图片采取非常开放的管制态度。“相对而言,我国目前对于卫星图片的管制就严格得多。”国家测绘局的韩权卫先生表示。
“侦察卫星获得的图像和SRTM计划获得的三维数字地图的区别主要在于,前者只需获得地面的图像,重在发现目标,强调精度和定位,高度则主要通过已经获得的地面测量结果。而SRTM计划获得的数据主要是‘像对’,也就是通过两张从不同位置同时拍摄的地面图片的对比,获得目标点的高度差,无数个目标点形成地球表面三维模型。”军方专家表示,前者具有更高的精确度,而后者在前期数据获取和后期数据处理方面,难度和耗费都要大得多。

SRTM计划制成的三维数字地图基本上在几年之内不用重新测量。局部地区如果发生大的地壳运动导致地表变化,只需采用飞机航拍更新这部分数据。但侦察卫星获得的图像具有时效性的特点,今天获得的数据,一个星期后可能根本没有价值。专家们普遍表示,美国完成的全球三维地图虽然获得了我国全部的地表地貌数据资料,但无需惊呼“狼来了”。

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