從事地理信息理論和幾何遙感基礎研究，上世紀九十年代提出了面向對象地理信息系統模型與方法，成為當前主流技術，本世紀初系統地提出了空間信息共享與互操作理論與方法，研發出多源空間信息共享服務平臺GeoSurf和網絡三維信息共享集成平臺GeoGlobe，成為我國軍民各類地理信息公共服務平臺如天地圖的基礎軟件。在攝影測量與遙感方面，他提出了遙感廣義幾何成像模型與精確處理方法，主持研發了我國遙感衛星地面處理系統，并大幅提高了國產遙感衛星影像自主定位精度。主持設計論證了我國第一顆民用立體測圖衛星--資源三號，并主持研發了遙感數據地面處理系統，使該衛星達到國際先進水平，獲國家科技進步獎一等獎，并進一步推動了全球地理信息資源項目立項。

先后承擔了國家和省部級科研項目40多項。獲國家科技進步創新團隊獎1項（排名第三）、國家科技進步獎一等獎1項（排名第三）、國家科技進步二等獎4項（2項排名第一、1項排名第二、1項排名第四）、省部級特等獎3項，一等獎7項、國際攝影測量與遙感學會（ISPRS）Dolezal成就獎1項。出版專著和教材13部，發表論文500多篇，論著他引共20000多次。指導碩士研究生120多名，博士研究生70多名，其中合作指導的兩名博士研究生獲“全國優秀博士學位論文”。