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张祖勋:从VirtuoZo谈摄影测量时代的变迁

测绘遥感信息工程国家重点实验室2017-12-06 10:35:05

摘要: 张祖勋结合自身六十余年的求学与科研经历,为大家详细介绍了VirtuoZo背后的一系列故事。

  2017年11月24日,张祖勋院士做客Geoscience Cafe第179期学术交流活动。从带领他走进摄影测量专业大门的反光镜,尊敬的老师恩师王之卓先生,到VirtuoZo软件研发过程及其在全世界的应用与评价,张祖勋结合自身六十余年的求学与科研经历,为大家详细介绍了VirtuoZo背后的一系列故事,也从VirtuoZo的发展谈到了摄影测量不同时代的开始与结束的发展历程。最后,张祖勋还简单介绍了近年大热的人工智能对摄影测量发展的推动作用。

  师从名师,储备知识

  1955年,张祖勋考入同济大学。从反光镜出发,开始了为期五年的摄影测量专业学习。上世纪五十年代,摄影测量还处于模拟摄影测量时代,国内没有用于摄影测量的先进仪器,测量人员工作量大、效率低。张祖勋回忆大学的第一次实习是利用一个简单的45°夹角的反光镜和钢尺完成了测量任务。之后师从我国摄影测量与遥感学科的奠基人王之卓先生,随着对计算机程序的了解与深入学习,也源于王先生分配给他的关于相对定向编程的任务,他开始了与计算机编程的不解之缘,至今仍然保持着编程的习惯。

  张祖勋还向大家讲述了在瑞士WILD学习半年的经历。当时,国家测绘局从瑞士进口了大量的B8S仪器,以此换来了他和另一位老师出国学习的机会。在瑞士学习期间,张祖勋珍惜每个机会,仔细研究了当时除T4外所有的经纬仪和水准仪。正是这种不断学习的精神,使得他一次又一次地提出新的理论,促进摄影测量的跨越式发展。

  VirtuoZo诞生的背景

  1978年,当王之卓先生提出“全数字化自动测图系统”的构想时,国内外反对声络绎不绝。由于当时技术发展的限制,多数人认为“胶片是影像最好的信息载体”,影像“数字化”理论显得非常另类,不可实现。而张祖勋觉得王先生的想法很有挑战性,不管最终能否用于生产也值得一试,值得为之一搏。

  张祖勋提到,王之卓先生的全数字化自动测图研究的构想建立在前人研究基础上的,也并非完全原创,但只要在原有基础上有一点突破,就是创新。

  对于VirtuoZo课题项目成立的背景,张祖勋讲到,在理论基础方面,摄影测量全数字化在国内没有任何参考资料,国际上也寥寥无几,必须从零开始;在资金方面,国家拨款120万元,这在当时是一笔不菲的费用,但对于“全数字化”而言,这笔资金少之又少。他们花费其中大部分钱从英国购置了影像扫描仪SCANDIG 3与NOVA 3/12计算机。相对于一张影像上百兆的数据量与如今具有几个G内存的计算机而言,这套设备相当简陋。

  VirtuoZo的研制过程

  对于VirtuoZo的研究过程,张祖勋称之为既艰苦(痛苦)而又好玩的研究过程。

  1979年,张祖勋领导的课题组开始了项目试验。当时,数据输入靠早已淘汰了的穿孔纸带,逐点人工读数、记录、穿孔,工作繁琐,速度极慢。到1985年初,历经整整6年,课题组终于编制出“全数字化自动测图系统软件包”,研究成果达上世纪80年代国际先进水平,引起整个测绘界震动。然而,张祖勋并没有就此满足,果断提出:“我们的研究成果从严格意义上来说还只是停留在理论阶段,必须做出能够应用的实际产品。”1986年,张祖勋又领导课题组开始研究“全数字化自动测图系统中间成果的应用”。1992年6月,经过扩充与完善,一个具有实用性的研究成果——全数字化自动测图系统软件诞生了。演示软件期间,两位国外教授看中其价值,为之后与澳大利亚的合作奠定了基础。1992-1994年,张祖勋团队实现了这套全数字化自动测图系统软件的商品化。

  这项由王之卓倡导、由张祖勋历时14年主持完成的全数字化自动测图科研成果,于1993年获得国家自然科学二等奖。

  VirtuoZo商品化的谈判过程

  1994年,张祖勋决定借助国外资金与技术,快速实现科技成果商品化。他与澳大利亚合作,在澳大利亚黄金海岸首次推出具有我国自主知识产权VirtuoZo的SGI工作站版。

  张祖勋把当时的谈判过程称为有趣且艰难。谈判伊始,澳方要求1992年开始合作后知识产权属双方共同所有,张祖勋称如果同意澳方的要求,我们就没有今天的VirtuoZo。他据理力争一个多星期,对方同意在长达22页的合同上注明:武汉测绘科技大学拥有版权!谈判过程中的另一个问题就是销售问题。在软件的销售范围上,澳方坚持拥有全球独家销售权,但张祖勋坚持,在中国市场上澳方不能独家代理。张祖勋说,中国人要从外国进口中国开发的产品,这是他不想看到的,因此保留了该软件在亚洲地区(中东除外)的销售权。

  全数字化自动测图系统软件原名为SoDAMS(数字化自动测图系统软件),后更为WuDAMS,最后张祖勋接受一位外国朋友的建议,确定为:VirtuoZo,在英文中有“艺术家”、“虚拟摄影测量”等多种意思。

  VirtuoZo的推广和应用

  VirtuoZo在国内外的水利、铁(公)路、城市、电力、世界文化遗产保护等领域得到广泛应用。早在1997年,VirtuoZo就开始应用于三峡工程,进行三峡坝区每年一次地形图的快速更新,制作高清晰大视野的全景影像图;敦煌研究院将其应用于敦煌壁画的保护;苏黎世高等工业大学利用VirtuoZo对被毁前的阿富汗巴米扬大佛图像进行半自动量测,成功实现了三维重建;德国、比利时用于处理CORONA卫星影像;英国用于处理ASTER立体卫星影像;韩国应用于数码城市……

  VirtuoZo也因此在国际上获得了很高的声誉。1996年国际摄影测量与遥感学会的维也纳大会上,美国Leica公司产品总监Walker先生、英国GLASGOW大学Petrie教授所作的特约报告中称,“VirtuoZo是一个羽翼丰满、具有很多创新特点并正在参与全球竞争的产品。”2000年国际摄影测量与遥感学会的阿姆斯特丹大会上,瑞士苏黎世联邦技术大学称,他们将国际上主要的三个摄影测量系统(Match-T、LHS DPW770、VirtuoZo)用于冰川的研究并进行了比较,发现VirtuoZo完成任务是最好的,也适用于起伏的地形;计算时间是最短的,比其它两个系统快一个数量级;三个系统中,在精度、速度、价格和易使用方面VirtuoZo都是最好的。2001年,在GIM杂志上VirtuoZo(Supersoft)被列为数字摄影测量的第一类产品。2002年,国际摄影测量与遥感学会原主席、东京大学教授村井俊治在日本《测量》杂志撰文《中国的IT行业登陆日本》称:“最先商品化的软件是张祖勋教授开发的利用数字影像匹配进行数字摄影测量的软件,名称叫VirtuoZo,这个软件就是一个数字摄影测量的优秀产品。我想我们已经到了该向中国学习的时候了。”

  VirtuoZo的成功意味着摄影测量由“贵族”宝座走向了“平民化”,人人都能用摄影测量,也意味着摄影测量时代已经由模拟(解析)摄影测量转变为数字摄影测量,而数字摄影测量时代的完成也意味着信息与智能化时代的开始。

  VirtuoZo的后续发展

  VirtuoZo之后,张祖勋并未就此止步,提出了更加先进成熟的数字摄影测量系统——数字摄影测量网格(DPGrid)。DPGrid实现了从单机到网格(grid)的发展,充分利用当前先进的数字影像匹配、高性能并行计算、海量存储与网络通讯等技术,实现航空航天遥感数据的自动快速处理和空间信息的快速获取,其性能远远高于当前的数字摄影测量工作站。而DPGrid与esri的强强联合、优势互补,实现了我国数字摄影测量技术整体水平的进步。张祖勋也表示,从VirtuoZo到DPGrid的发展并不是摄影测量发展的竞争者,摄影测量真正的竞争者是计算机视觉。

  张祖勋也从人工智能的角度说明了现阶段摄影测量较为欠缺的方面:GPU的深度学习、GPU的并行处理能力不够,这大大限制了摄影测量技术的进步。而人工智能的发展极大地推动信息与智能化摄影测量时代的发展,其中人工智能对传统摄影测量改变最为明显的是不再存在传统的摄影测量航线。

  最后,张祖勋表达了对年轻人的寄语:“把论文写在祖国的大地上!愿各位年轻人将信息化智能化摄影测量更上一层楼!”

张祖勋:从VirtuoZo谈摄影测量时代的变迁

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[责任编辑:李盈]
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