行星测绘遥感：为你绘制皓月的画像不敢公布的秘密是什么？

今日中秋，皓月当空，引人遐想。

举头望明月，低头思故乡，海上生明月，天涯共此时……月亮，是诗，是远方，更是人类科学探测孜孜以求的目标。

探月成为深空探测（对地球以外天体开展的空间探测活动）的第一站。

千百年来，人类为了触摸到这个抬头可见的天然卫星，做出了无数的探索。

上世纪下半叶和本世纪以来，月球探测成为世界航天大国的战略性科技任务，已取得了瞩目的成绩。

而成绩的取得离不开行星测绘遥感的支撑与服务。

行星测绘遥感的应用在哪里？行星测绘遥感能够对月球和行星表面进行定位和地形制图，获取精确的几何信息。

利用轨道器（人造卫星）、着陆器、巡视器等平台获取的可见光影像和激光测距等数据，通过行星摄影测量技术获得目标物或目标区域的空间位置，进行三维地形制图，获得对月球和行星表面位置、几何形状、地形特征的认识。

是什么？行星测绘遥感能够对月球和行星进行矿物成分反演和地物类型识别，获取准确的矿物和语义信息。

利用轨道器、着陆器、巡视器等平台获取的可见光影像、多光谱、高光谱、微波等数据进行矿物类别识别、矿物丰度定量反演、地物类型识别、专题制图等，获得对月球和行星表面物理性质和地质构造特征的认识。

如何去？主要有两层含义，一是为了支撑将探测器或宇航员安全有效地送到目标天体的着陆地点，需要解决着陆区选址和形貌、通讯、光照分析等问题；二是巡视器着陆后，如何快速地进行环境感知、定位、避障和导航，从而不断到达新的探测地点。

这些都需要行星测绘遥感技术来支撑实现。

为什么？行星测绘遥感能够支撑对探测的区域或目标的综合分析，揭示其形成和演化过程，形成科学认识和科学发现。

这需要利用多源遥感数据和前述几何和物理性质探测结果，结合地质分析、数值模拟等方法，开展多学科综合分析。

为此，需要行星测绘遥感、行星地质学、比较行星学等学科的交叉融合。

可以说，行星测绘遥感技术是深空探测的核心关键技术，支撑和服务于深空探测工程任务和行星科学研究的方方面面。

空天信息创新研究院遥感科学国家重点实验室行星遥感团队长期从事行星测绘遥感前沿技术与应用研究，研发了高分辨率遥感制图、地形三维重建、视觉导航定位等关键技术，业务化应用于嫦娥三号、嫦娥四号、嫦娥五号月球探测任务和天问一号火星探测任务，为工程做出了重要贡献。

同时，该团队还研发了月球和火星三维形貌分析、多光谱矿物反演、目标识别、撞击坑统计分析与定年等多项前沿技术，支撑团队在月球和火星科学研究中取得系列成果和多项重要科学发现。

例如，在嫦娥四号着陆区地形演化、矿物成分与来源、月壤成熟度和太空风化效应等方面取得多项原创性成果；根据嫦娥五号月球样品的同位素年龄和着陆区撞击坑统计结果，建立了新的更精确的年代函数模型，为月球和行星科学研究提供了更精确的时间标尺；在祝融号着陆区，揭示了横向风成脊的形貌特征、形成年代和演化过程，并分析了所指示的古风场特征，等等。

上述成果在《自然·天文学》等国际行星科学领域权威期刊发表，在国内外产生重要影响，也彰显了行星测绘遥感技术在行星科学研究中的支撑作用。

行星测绘遥感的独特挑战行星测绘遥感与地球测绘遥感的基本原理是一样的，但由于月球与地外行星环境复杂、缺少几何和辐射定标设施、缺少全球导航卫星系统、与地球通讯延时或受限、载荷重量和种类受限等多种因素，行星测绘遥感一般比地球测绘遥感有更多的挑战和更大的难度。

拿行星探测车（巡视器）的自动驾驶与地球上汽车的自动驾驶来对比举例，两者在环境感知与导航定位中的导航基础设施及数据支持、传感器配置、计算机性能等多方面有明显的不同。

汽车自动驾驶的环境 即路网有高精度道路地图的支持和高精度导航卫星系统的定位支持，环境感知普遍使用大量的传感器包括激光雷达、毫米波雷达、超声波雷达、相机等，车载计算机的性能很高。

而行星探测车的行驶探测过程中，并没有现成的道路和高精度道路地图，更没有卫星导航定位设施，受限于重量和功耗，目前所使用的环境感知传感器主要为相机，探测车的计算机性能较低。

所有这些差异使得行星探测车环境感知与导航定位相机有其独特的挑战。

深空探测的新需求新挑战深空探测已成为世界科技竞争的制高点。

纵览人类航空航天和深空探测事业的发展历程，不难发现，每一次航空航天和深空探测技术的跃进都带动一系列与人们生产生活息息相关的新技术的发展，最终造福人类。

回到测绘遥感技术，深空探测需要测绘遥感技术的支撑和服务，同时它也对测绘遥感技术提出了新的需求和挑战，而这些新需求和新挑战，也将助推行星测绘遥感技术不断精进升级。

现阶段深空探测对于测绘遥感技术提出的新需求大体可体现在两大方面，一是感知手段的丰富化和智能化；二是数据处理技术的自动化和实时化。

在感知手段方面，一方面，既需要提高轨道器遥感传感器的几何和光谱分辨率和定轨定姿的精度，也需要研制适合搭载在轨道器、着陆器和巡视器上的更多类型的传感器，通过丰富感知手段提高感知能力；另一方面，需要加快感知技术的升级，加强人工智能技术与行星测绘遥感的融合，提高感知的智能化水平。

在数据处理方面，因为深空探测受通信距离和通信带宽的限制，下传到地面控制中心的数据常存在较大延迟，而目前探测器上在线处理的能力又十分有限，所以急需发展自动化和实时化的数据处理技术。

以巡视器感知、避障和导航定位为例，目前主要还是采用数据下传至地面控制中心处理再上传规划指令的遥操作方式进行，尽管技术成熟可靠，但效率较低，很大程度上限制了其行驶和探测能力。

未来，在多种传感器和更强计算平台的支持下，发展巡视器自动化、实时化处理能力，结合智能化感知手段，将实现巡视器大范围、长距离自主探测，更好地满足高效率科学探测的需求。

同时，目前持续增长的海量深空探测轨道器遥感影像数据,已经远远超出了传统的人机交互的处理能力,大量的数据获取存档后而无法及时处理分析，一定程度上限制了利用探测数据进行科学研究的产出，因此也亟需发展自动化、快速海量数据处理的方法技术。

面向这些新需求，行星遥感团队正在研发新的行星测绘遥感前沿技术，包括月球大数据自动处理与全球制图技术、月球和火星地物深度学习自动识别技术、深空探测巡视器智能感知和超长距离导航定位技术等，以期应用到未来任务中；同时还研制了数字月球和数字火星原型系统集成多源数据和测绘遥感工具，更好地支撑行星科学研究和着陆区选址论证等工作。

当前，行星遥感团队积极参与嫦娥六号、嫦娥七号、月球科研站探月任务和载人登月等任务的科学目标论证和着陆区选址等工作，为工程任务实施提供技术和信息产品支撑。

其中，在嫦娥六号着陆器上，将搭载空天信息创新研究院为责任单位的国际载荷-意大利激光角反射器，中、意团队合作将实现人类首次在月球背面布设激光角反射器绝对控制点，为月面高精度定位和月球卫星定轨导航提供支撑。

语引导语引导语导语引导语引导语以上内容由遥感科学国家重点实验室邸凯昌提供，部分内容摘编自《中国测绘》2023年第7期。