空间知识网格体系架构及其实现技术探讨

空间知识网格是以网格GIS的基础设施、空间数据网格、空间信息网格(狭义)为基础,运用基本的网格服务建立的智能、高效、协作的决策支持平台。空间知识网格具有以服务为核心、基于开放的技术标准和协议、智能化的知识挖掘过程和完整的结构体系等特点,主要完成空间知识的管理与分析应用,如空间数据管理与操作、空间分析与计算、地图编制和遥感图像处理等。本文系统论述了空间知识网格的体系结构,并以实例阐述了空间知识网格的实现流程及其关键技术。     

基于动态阈值哈希的大规模遥感影像快速内容检索方法

随着我国遥感对地观测技术的快速发展，接收和存档的遥感影像数据量呈指数级增长，传统的检索方法难以在超大的遥感影像数据量上进行快速内容检索，造成遥感影像检索技术缺乏突破性进展，使得我国遥感影像利用率和利用效率受到限制。本文提出了一种创新的哈希索引方法，该方法根据特征向量的空间分布情况动态生成向量的哈希编码，可对高维的遥感影像特征向量进行低维编码，大大降低了检索计算量，可显著提高大规模遥感影像库内容检索的准确率和效率。在天地图数据集的检索试验表明本文提出方法在准确度和检索效率上均有显著提升，有较大的应用潜力。     

An efficient geosciences workflow on multi-core processors and GPUs: a case study for aerosol optical depth retrieval from MODIS satellite data

Quantitative remote sensing retrieval algorithms help understanding the dynamic aspects of Digital Earth. However, the Big Data and complex models in Digital Earth pose grand challenges for computation infrastructures. In this article, taking the aerosol optical depth (AOD) retrieval as a study case, we exploit parallel computing methods for high efficient geophysical parameter retrieval. We present an efficient geocomputation workflow for the AOD calculation from the Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) satellite data. According to their individual potential for parallelization, several procedures were adapted and implemented for a successful parallel execution on multi-core processors and Graphics Processing Units (GPUs). The benchmarks in this paper validate the high parallel performance of the retrieval workflow with speedups of up to 5.x on a multi-core processor with 8 threads and 43.x on a GPU. To specifically address the time-consuming model retrieval part, hybrid parallel patterns which combine the multi-core processor’s and the GPU’s compute power were implemented with static and dynamic workload distributions and evaluated on two systems with different CPU–GPU configurations. It is shown that only the dynamic hybrid implementation leads to a greatly enhanced overall exploitation of the heterogeneous hardware environment in varying circumstances.     

Parallelizing maximum likelihood classification on computer cluster and graphics processing unit for supervised image classification

ABSTRACT

Supervised image classification has been widely utilized in a variety of remote sensing applications. When large volume of satellite imagery data and aerial photos are increasingly available, high-performance image processing solutions are required to handle large scale of data. This paper introduces how maximum likelihood classification approach is parallelized for implementation on a computer cluster and a graphics processing unit to achieve high performance when processing big imagery data. The solution is scalable and satisfies the need of change detection, object identification, and exploratory analysis on large-scale high-resolution imagery data in remote sensing applications.     

球面等积网格系统生成算法与软件模型研究

利用全球离散网格系统管理海量空间信息是一种受到普遍关注的新途径,具有等积特性的网格系统在大范围遥感影像数据处理方面具有重要的理论意义和应用前景。文中论述的算法在二十面体展开图上建立坐标系描述不同剖分产生的多分辨率网格,利用施奈德多面体投影映射到球面。针对算法特点设计具有网络模拟功能的软件模型。实验结果表明,该软件模型具有较好的扩展性。     

流域遥感方法与实践

未来流域一体化管理模式下,要求数据、信息和知识在管理者、科学家、工程技术人员和所有利益相关方之间自由流通。其中,流域尺度数据获取、信息提炼和知识抽象是基础。卫星遥感技术因其大范围、综合性、动态性对地观测能力,为实现这一管理方式的改变提供了新的技术手段。过去的应用中,受相对稀缺的卫星影像数据和复杂应用方法的限制,出现了常规应用相对较少,应急使用较多;行业管理部门应用较少,专业研究机构使用较多;简单实用的方法较少,需要做复杂处理和调试的方法居多;数据瓶颈依然存在等问题,严重限制了遥感技术在流域管理中的深化应用。2007年中国科学院知识创新工程重大项目“海河流域治理工程生态环境效应遥感监测与评估”课题的立项,为服务于流域综合管理的遥感应用方法研究提供了实验基础。项目执行过程中,随着遥感技术在流域下垫面监测、水循环要素反演及生态环境效应评估等方面的研究日益深入,流域遥感方法论及应用范畴逐渐清晰,使得从整个课题的角度对取得的成果进行归纳总结成为可能。本文在分析流域管理发展趋势和流域遥感应用现状的基础上,介绍了项目的立项背景及在流域遥感蒸散发估算方法、水资源监测方法与农业水管理应用和生态环境变化监测与分析等方面的取得的研究成果,指出了未来流域遥感发展的趋势和任务。     

构造地理要素趋势面的尺度转换普适性方法探讨

当前的遥感科学面临着遥感数据获取能力与数据应用能力之间突出的供需矛盾。尺度问题作为遥感科学中的关键问题,既限制了遥感作为一门科学向系统性、普适性的发展,又限制了遥感应用能力的发展。本文对定量遥感中的尺度问题进行了梳理,包括:遥感与传统站点观测之间的不一致、不同尺度遥感产品之间的不一致、机理模型的尺度适用问题,以及遥感产品与用户需求时空尺度间的不一致。对遥感中的尺度转换方法展开了讨论,总结了尺度转换的关键问题在于原数据信息量不足时引入额外信息和保留关键信息两方面。提出了构造地理要素趋势面的基本构想,搭建了一个具有普适性的尺度转换方法框架。核心内容是充分利用地表环境要素时间、空间上的信息作为先验知识,通过关联遥感观测新信息和先验趋势面生成指定时空尺度的地表要素产品。     

分布式遥感空间在线分析的多维分析模型及其旱情应用

近年来,SOLAP技术已逐渐应用于遥感多维分析研究领域,但其计算性能仍面临大规模数据的挑战。本文借鉴数据密集型计算模式Map-Reduce在OLAP领域的相关应用研究,提出一种基于该模式扩展的遥感数据SOLAP立方体模型。在数据分级分块基础上,对现有模型在分布式环境下进行了适应性改进,并在Map-Reduce支持下,通过引入多维地图代数将该模型中的SOLAP计算转化为基于栅格块粒度的并行地图代数操作。以遥感旱情应用为例阐述了模型的构建与应用过程,并实现了原型。实验结果证明了该模型在大规模数据处理情况下具有较好加速性能与可扩展性。     

Research on SAR data integrated processing methodology oriented on earth environment factor inversions

ABSTRACT

As an important advanced technique in the field of Earth observations, Synthetic Aperture Radar (SAR) plays a key role in the study of global environmental change, resources exploration, disaster mitigation, urban environments, and even lunar exploration. However, studies on imaging, image processing, and Earth factor inversions have often been conducted independently for a long time, which significantly limits the application effectiveness of SAR remote sensing due to the lack of an overall integrated design scheme and integrated information processing. Focusing on this SAR application issue, this paper proposes and describes a new SAR data processing methodology – SAR data integrated processing (DIP) oriented on Earth environment factor inversions. The simple definition, typical integrated modes and overall implementation ideas are introduced. Finally, focusing on building information extraction (man-made targets) and sea ice classification (natural targets) applications, three SAR DIP methods and experiments are conducted. Improved results are obtained under the guidance of the SAR DIP framework. Therefore, the SAR DIP theoretical framework and methodology represent a new SAR science application mode that has the capability to improve the SAR remote sensing quantitative application level and promote the development of new theories and methodologies.     

农业遥感研究应用进展与展望

得益于中国自主遥感卫星、无人机遥感和物联网等技术的发展,中国农业遥感研究与应用在过去20年取得了显著进步,中国农业遥感信息获取呈现出天地网一体化的趋势;农业定量遥感在关键参数遥感反演技术方法与应用方面取得进展;作物面积、长势、产量、灾害遥感监测的理论与技术方法取得突破,农业遥感技术应用领域不断拓展。本文从农业遥感信息获取、农业定量遥感、农业灾害遥感、作物遥感识别与制图、作物长势遥感监测与产量预测、农业土地资源遥感等方面对中国农业遥感科研与应用进行了总结综述。     

面向应用的海量高光谱影像处理与分析系统集成与实践

论述了基于VC 6.0平台开发的高光谱遥感影像处理与分析系统H IPAS V1.0TM系统关键技术与总体架构,详细讨论了面向海量高光谱影像数据框架设计和针对行业应用的系统集成思路。给出了基于航空平台的高光谱图像处理与分析系统的处理流程和业务模式。解决了海量遥感影像的处理、分析以及地表参量反演等关键问题,并针对具体行业应用(如水环境监测,植被生长监测,岩石矿物填图)提供基础支撑平台。并给出了H IPAS V1.0TM系统典型的应用实例。     

河北省卫星遥感海洋应用平台建设研究

随着卫星遥感技术在海洋监测中的作用日益凸显,为了加快地方海洋监测能力建设,构建省级卫星遥感海洋应用平台十分必要。介绍了河北省卫星遥感海洋应用平台的总体设计思路、总体架构、系统建设和应用情况。该平台将国家遥感数据分发单位、地方业务化监测单位、现场观测单位有机联合在一起,形成了自卫星遥感数据与现场观测数据的收集、数据处理、产品生产、数据管理、成果发布至精度评价的全业务闭环流程,实现了海洋环境常规监测业务系统后台全自动化运行,极大程度地提升了河北省海洋遥感监测能力和服务能力,为地方海洋遥感监测平台的建设提供参考。     

支持多源遥感数据格式的抽象库DFAL

针对当前遥感数据缺乏统一文件格式标准,多源遥感产品的生产使用涉及多种文件格式的现状,在研究多种遥感数据格式及对应库GDAL、HDF4、HDF5的基础上,参考国家气象局的NOAA AVHRR 1B格式标准,利用工厂模式,设计和实现了一个具有统一操作接口的多源遥感数据格式抽象库DFAL,在更高的抽象层次解决了GDAL和HDF4、HDF5库不能一致使用的问题。使用DFAL库进行不同文件格式的读写,专家无需了解这些文件格式的差别,以便从繁杂的遥感数据格式中解放出来,将更多精力投入到遥感科学研究的层面上。在DFAL库的基础上实现了两类常用遥感数据格式Geo TIFF和HDF5之间的转换工具,方便工程应用。DFAL库及转换工具在国家高技术研究发展计划《星机地综合定量遥感系统与应用示范》的多尺度按需定量遥感产品生产系统中进行了应用测试,取得了很好的实际效果,证明了DFAL库稳定性和可用性,并大大减少了多源数据协同使用时多种文件格式读写的工作量。     

土地利用基础图件更新技术体系研究与软件系统构建

全面、现势的土地利用基础图件是一个国家摸清其土地资源家底,进行土地资源合理利用、规划和科学管理的基础和前提条件。本文从数据源、处理手段与采用的技术方法对土地利用基础图件更新的技术体系进行了研究,基于图件更新技术流程的三个主要环节对图件更新方法进行了系统分析和分类总结,继而提出了一套集RS/GIS/GPS技术于一体的图件更新技术方法与流程;同时依托具有自主知识产权的遥感数据处理平台CASM Im-ageInfo,将整个作业流程一体化,构建了适合我国具体国情的实用和可操作性强的土地利用基础图件更新软件系统,实现了土地利用基础图件的快速更新。     

智能遥感卫星与遥感影像实时服务

传统的卫星遥感系统数据获取、处理和应用模式无法满足卫星遥感影像大众化和实时化的应用需求,亟须发展智能遥感卫星系统,以解决遥感影像在轨处理和智能服务问题。本文首先阐述了智能遥感卫星的发展;然后对智能遥感卫星在轨处理架构、服务模式和在轨处理所涉及的关键算法进行了详细介绍;最后结合珞珈三号01星的设计和研制,探讨了珞珈三号01星的服务场景和服务模式,并对5G、6G和人工智能时代下的智能遥感卫星的未来发展进行了展望。     

一种面向空间信息网络的星地协同计算迁移方法

面向空间平台构建星地一体化的空间信息网络近年来成为信息网络建设的热点。传统的信息网络建设趋于流量驱动，以满足节点间的通信需求为主。空间信息网络的建设更着重于以应用业务中的任务为向导，牵引从通信资源到计算、存储资源的优化重组与协同服务。如何在应用任务与有限网络资源间形成联动机制，有效解决星上遥感数据存储、处理与传输能力受限的问题，是实现空间信息网络高效数据处理的关键技术问题。针对遥感数据星地协同处理的机制，在任务驱动的空间信息网络体系架构基础上，提出一种面向空间信息网络的星地协同计算迁移方法，建立了计算迁移的优化模型，提出了计算迁移的实现技术，通过案例仿真结果与分析，验证了该方法的可行性。     

湖泊营养状态遥感评价及其表征参数反演算法研究进展

湖泊富营养化由于其可导致藻类水华暴发,引发生态系统灾变和饮用水风险,是中国乃至全球湖泊面临的主要生态环境问题.湖泊营养状态精准、实时、大范围的同步监测是准确掌握湖泊水环境变化特征,开展富营养化成因分析、评价评估、治理修复和管理考核的重要基石.相比地面调查的传统手段,遥感具有快速、大范围、周期性等优点,已经广泛应用于叶绿...     

断裂活动及孕震过程遥感热异常分析的研究进展

断裂活动及孕震过程遥感热异常分析是对地观测及遥感应用的重要主题。本文从遥感数据应用、异常分析方法、异常认知理解3个方面系统回顾了近30年来该主题的研究概况与主要进展。具体包括:(1)关于遥感数据应用的红外亮温、微波亮温与长波辐射、对地观测同化数据及多源数据综合的4个方面;(2)关于地震遥感异常分析的目视解译定性分析、图像处理定量分析以及多参数时空关联分析的3个发展阶段;(3)关于地震遥感异常认知理解的地球放气、应力致热、地壳岩石电池转换、氡衰变潜热释放与多圈层耦合效应等理论学说。展望未来,提出了面向典型断裂活动区的遥感监测分析与异常识别、基于地球系统地震响应的遥感异常理解分析、空天地立体观测数据的时空关联分析等3个方面的攻关重点。     

基于多角度遥感物理模型的叶面积指数反演

与传统遥感观测相比,多角度对地观测通过对林木多个方向的观察,可得到丰富的森林三维空结构信息,为定量遥感提供新的途径。本文根据不同遥感数据选择合适的模型并建立相应的查找表。TM/ETM+数据采用混合像元分解模型,CHRIS数据考虑不同森林场景选择不同的遥感物理模型,在选择合适的模型基础上,根据模型的不同敏感参数和试验区选择的特点设计查找表参数,并由模型正演建立查找表,再根据插值的方法由遥感图像的反射率值反演LAI。两种数据反演得到的LAI与MODIS 15A2 LAI产品比较分析。结果表明多角度遥感反演准确率有一定的提高,具有一定的理论研究和实际应用价值。     

浅谈基于ERDAS IMAGINE软件的几何精纠正方法

随着遥感技术日新月异的发展,遥感技术在各个领域的应用越来越广泛。目前市场上遥感软件的种类很多,比较具有代表性的软件为美国ERDAS公司开发的遥感图像处理系统。遥感图像的几何精纠正是遥感图像分类、专题制图的基础,也是遥感应用研究的基础。该文基于ERDAS IMAGINE软件浅谈遥感影像的几何精纠正方法。