敏捷卫星任务调度模型、方法及系统研究

针对敏捷卫星任务调度中的区域目标、直拍直传、立体成像、动态监视等4类复杂任务需求,考虑敏捷卫星较长观测时间窗口等特点,建立了敏捷卫星任务规划的数学模型,提出基于规则的启发式调度算法,设计了敏捷卫星任务规划与调度系统。试验表明,本文提出的方法及系统能够有效解决敏捷卫星调度中的4类复杂任务需求,有效提高敏捷卫星的使用效益。     

时空谱多星协同任务规划算法研究

介绍了多星协同任务规划的重要性以及时空谱多星协同任务规划的优点,基于时间、空间和光谱协同观测约束优化模型,以金矿尾矿库污染、水资源污染和耕地荒漠化问题为例ꎬ分别在新疆伊犁河流域尾矿库区域、塔里木河流域和阿克苏区域随机生成观测任务,根据观测任务选取了多个成像卫星,通过仿真实验研究了基于启发式规则的贪婪算法、遗传算法、爬山算法对模型的求解效率和优化结果.验证了引入适宜度的必要性ꎬ以未观测点、任务适宜度、优先级、任务总价值为比较指标ꎬ综合分析和比较任务的总价值,验证了贪婪算法在本文模型中优于遗传算法和爬山算法.     

考虑星间链路的星地时间同步与上注调度的启发式算法

通过描述全球导航卫星系统基于星间链路的星地时间同步与上注任务过程,分析了基于星间链路的星地时间同步与上注任务约束复杂、星地链路资源紧缺等特点。在此基础上建立了任务调度模型,提出了基于规则的多阶段启发式算法,将出入境卫星与非出入境卫星任务按小时分步调度,设计了总体调度流程,并给出了算法流程中每一步的启发式规则。最后,设计了三个具有代表性的算例并进行测试,结果证明了该方法的有效性。     

CHARTER机制下减灾卫星调度系统设计与实现

针对空间与重大灾害国际宪章(CHARTER)的宗旨和运行机制设计开发了减灾卫星(主要为地球遥感卫星)调度系统。首先介绍了CHARTER机制的意义和工作流程,分析了当前减灾卫星调度所面临的问题,在此基础上给出了系统的总体设计和各子模块的功能,重点阐述了时间窗口计算模块,提出区域目标的动态分解算法。借助基于规则的动态启发式算法生成卫星任务规划方案,提出三项指标对方案进行评价。     

面向星群的遥感影像智能服务关键问题EI北大核心CSCD

全天时、全天候和全球的遥感信息实时智能服务是对地观测系统建设的目标。近几年来,随着我国高分专项和商业卫星的发展,在轨卫星数量急剧增加,对地观测能力得到极大增强,使得传统的单星和星座卫星系统的运控、接收、处理和应用服务模式面临严峻挑战,亟须统筹规划卫星应用各环节资源,充分发挥多星协同优势,构建统一的遥感影像实时智能服务体系和系统。本文针对遥感星群卫星体系特点和对地观测用户需求特征,开展面向星群的遥感影像智能服务关键问题研究。提出了面向任务的全球多尺度语义描述网格,统筹全球动静态的任务语义描述,在此基础上重点分析了面向星群的自主任务管理、精准动态规划和协同智能处理等关键技术问题,形成集任务描述、任务管控、任务规划、在轨处理、终端分发一体化的星群智能服务技术体系。通过充分发挥星群协同的优势,结合在轨处理和人工智能技术来降低各环节时间延迟,提高数据处理精度,从而实现完全自动化和智能化的近实时星群智能服务,为对地观测的全天时、全天候快速高效智能服务奠定基础。     

区域分片下的分布式空间查询处理与并行调度方法

针对区域分片的数据分布特征,在已有的跨边界连接转化及优化规则的基础上,提出了一种先静态任务分配、后动态任务调整的混合并行调度策略。实验表明,该混合策略有效解决了分布式空间并行查询的负载平衡问题,进一步提高了分布式空间查询的效率。     

地球资源环境动态监测技术的现状与未来

针对国家全球化战略和迫切需要解决的全球环境和资源问题,本文阐述了国内外地球资源环境动态监测技术主要研究进展,发现存在地球资源环境监测高精度产品缺乏、动态监测能力不完备、遥感信息服务及时性和便携不足等主要问题。在此基础上,提出中国迫切需要发展面向全球和重点区域的持续、动态观测能力,建立全球视野的资源环境动态监测产品和应用系统,突破全球资源环境研究的理论和关键技术,建立全球资源环境遥感监测指标和技术体系,形成全球立体协同观测、资源汇聚优化、信息智能处理、云平台业务应用的自主技术体系,完善支撑任务驱动的数据汇聚、模型调度、产品生成等在线遥感信息服务能力,发布全球、洲际和全国高质量空间要素遥感信息产品、专题应用系统、技术报告等成果。最终为全球资源环境研究提供知识发现的数据和服务,支撑中国在全球资源环境监测评估、重大灾害事件监测预警、应对国家安全与全球变化等领域的服务。     

珞珈三号01星在轨处理技术及验证

遥感卫星在轨处理技术是推动遥感技术实现实时智能服务的核心环节。针对星上资源受限环境引起的系列处理难题及遥感数据实时处理与信息提取需求,本文首先构建了任务驱动的卫星遥感数据在轨处理框架,以任务需求为核心并协同星地资源建立基于感兴趣区域的星上处理技术体系;然后,面向不同任务层级和应用场景,给出了以位置信息为驱动的基础在轨处理模式、以目标/场景内容和变化事件为驱动的智能处理模式;最后,论述了适配星上资源受限环境的在轨处理关键算法,基于珞珈三号01星星上处理应用程序,验证了典型算法的在轨处理效果。在任务驱动和星地协同机制下,实现了在轨高精度定位、多类型影像产品快速生成、静动态目标信息实时提取及静态和动态影像高倍率近实时压缩。在轨处理显著提高了传统地面处理的效率,能够有效支撑后续卫星遥感实时智能服务。     

基于地球剖分的卫星成像调度研究

鉴于云是卫星成像重要约束条件以及目前卫星影像中云信息描述简单、云的空间分布信息不足特点,本文提出基于GeoSOT云区位标识编码模型,对气象卫星影像中云进行标识与编码。利用气象卫星影像云区位标识编码中隐含的空间信息与卫星轨道或拍摄区域范围相结合,可准确计算卫星拍摄区域云覆盖情况,并将云覆盖空间范围信息作为卫星关闭相机的约束条件,避开对有云区域的拍摄,实现对卫星成像调度,达到获得高质量的卫星影像的目的。最后,通过仿真实验表明,基于GeoSOT云区位标识编码可用于卫星成像调度,具有一定应用价值。     

利用破坏重建算法进行物流车辆动态调度

随着中国经济的快速发展,物流配送对车辆调度的实时性与应急情况处理能力提出了更高的要求,使用传统车辆调度算法难以满足突发事件实时处理需求。针对紧急情况如车辆故障或新增任务点等,在传统启发式算法——破坏重建算法的基础上提出了一种动态调度方法:局部搜索方法,实现了物流车辆的动态调度,有效提升了车辆调度中应对紧急情况的实时性与动态性。与多目标混合蚁群优化算法进行实验对比,结果验证了破坏重建算法的优势;利用公开数据和真实数据,与全局方式破坏重建车辆调度方法进行对比实验,结果验证了局部搜索动态调度方法的有效性。     

多卫星区域观测任务的侧摆方案优化方法研究

提出了多颗成像卫星对某一区域目标进行观测的侧摆方案优化方法。该方法主要包括调度预处理与优化两个步骤。在调度预处理阶段，集成STK软件解决了航天观测中时间窗口难以量化计算等问题；在优化阶段，建立数学优化模型，并基于遗传算法实现了模型的求解。     

一种面向区域目标的敏捷成像卫星单轨调度方法

针对传统卫星调度方法难以满足应急观测强时效性的问题,提出一种针对敏捷成像卫星的调度方法。首先动态计算敏捷卫星观测摆角、幅宽和持续时间,再以平行条带分割区域目标,获得最小姿态调整时间;在此基础上,设计等步长搜索算法求解对区域目标的最佳观测点。构建了包含4颗敏捷成像卫星的STK仿真场景,仿真结果说明该方法在提高观测目标覆盖率的同时减少了获取影像的时间。     

多源遥感数据协同滑坡应急监测应用研究

在分析总结多源遥感数据在滑坡应急监测方面的应用研究现状与趋势的基础上,提出了一个基于高分辨率光学卫星遥感数据、卫星雷达数据和无人机遥感数据的多源遥感数据协同滑坡应急监测方法,构建了数据获取、快速处理和应急监测信息提取的技术流程;并通过恩施屯堡乡滑坡应急监测的实际案例,验证了多源遥感数据协同作业在滑坡应急监测中的应用,具...     

大气环境卫星温室气体和气溶胶协同观测综述

人类排放的温室气体和气溶胶是造成全球气候变暖和大气环境恶化的主要因素,也是大气环境卫星遥感的核心探测目标。与传统的单一探测目标卫星相比,实现同平台的大气温室气体和气溶胶协同监测,对于提高温室气体卫星反演精度、改善“自上而下”碳源汇估算、提升温室气体和气溶胶的人为/自然源区分能力具有重要意义,也是各国航天机构积极发展的空间探测手段。本文对欧、日、中、美等具备温室气体和气溶胶协同监测能力的卫星进行系统的介绍,包括卫星平台、传感器、处理算法和质控验证。按照卫星监测任务和传感器用途,将其分为大气综合探测卫星和温室气体监测卫星两大类,并从碳中和行动和大气环境综合治理等需求出发,提出温室气体和气溶胶协同观测星座（GACOC）的概念及其发展方向,包括主被动卫星组网观测、温室气体和气溶胶高精度联合反演算法、人为排放源识别和定量监测等应用。     

灾害事件和灾害过程驱动下Charter数据获取机制研究

通过回顾"空间与重大灾害"国际宪章(Charter)的发展历程、启动方式、运行机制及数据政策等情况,深入分析了Charter启动情况和中国应用案例。在此基础上,总结了目前Charter机制存在的主要问题,包括多灾并发及重灾频发时,Charter机制中存在启动条件缺乏、专题数据服务范围有限、统一调度系统尚未建立以及智能空间数据库管理系统需要优化等问题,因此造成了遥感数据的获取时效低、类型单一和自动化程度不高等问题。据此,提出了一种灾害事件和灾害过程驱动下的针对特定目标、解除时间窗口约束的动态自动化数据获取优化方案。结果表明:该方案能统筹用户需求、加强卫星调度,保障了多源数据获取的时效性和准确性,避免了数据冗余。     

顾及多径环境差异和粗差的GNSS-MR土壤湿度反演

针对基于单系统单卫星GNSS-MR（GNSS Multipath Reflectometry）土壤湿度反演的可靠性不高、实际可操作性不强和最小二乘估计不具鲁棒性的缺点,为获取更优的延迟相位估值,并改善GNSS-MR土壤湿度反演的可靠性和实际可操作性,同时简化繁杂的选星过程,提出了一种基于抗差估计的多系统多卫星组合GNSS-MR土壤湿度反演算法。该算法首先顾及多径环境的差异性、多径误差的周期特性等进行信噪比SNR（Signal to Noise Ratio）观测值的筛选,然后采用基于IGGIII（Weight Function III Developed by Institute of Geodesy and Geophysics）权函数的抗差估计解求延迟相位,进而获得表征土壤湿度变化趋势的延迟相位组合。实验结果表明,相较于未采用抗差估计的多系统多卫星组合（方案1）和单卫星组合（方案3）,得益于抗差估计良好的鲁棒性,基于抗差估计的多系统多卫星组合（方案2）和单卫星组合（方案4）获得了较高的建模精度,所得延迟相位与实测土壤湿度间的相关系数分别为0.97和0.95、土壤湿度拟合残差的均方根误差分别为0.010和0.012;同时,方案2和方案4还取得了较高的土壤湿度预报精度,土壤湿度预测值与土壤湿度实测值间的相关系数分别为0.92和0.91、土壤湿度预报残差的均方根误差分别为0.016和0.023;此外,相比于方案4,方案2在采用抗差估计解求延迟相位的基础上,采用多系统多卫星组合进一步提升了延迟相位的估值精度,从而不仅避免了复杂的选星过程,而且还获得了更好的建模效果和更高的土壤湿度预报精度。     

应急测绘无人机资源多目标优化调度方法

应急测绘中的无人机调度存在时空环境约束复杂、调度方案多样的特点,现有调度主要以人为经验判断为主,方案粗放不可靠,难以综合考虑应急过程中复杂多变的因素,结果的精准性与可靠性较低。为实现灾后应急测绘的快速响应,提出了一种无人机资源的快速调度方法,综合考虑应急测绘任务需求、优先级、时间窗、作业区域地理环境和无人机测绘资源能力等约束条件,构建了以任务成果收益效率最大化、任务完成率最大化以及调度风险最小化等为多优化目标的应急测绘无人机资源调度模型,并运用蚁群算法实现对模型的求解。实验结果验证了调度方法的有效性。     

面向测绘应用的遥感小卫星发展趋势分析

针对当前遥感小卫星在我国民用测绘领域尚未进入业务服务阶段,其研制周期短、投资成本低、部署方式灵活、数据获取现势性强等优势未得到充分发挥的问题,该文阐述了国内外遥感小卫星应用发展现状,在此基础上分析了面向测绘应用的遥感小卫星发展趋势。在全球小卫星遥感产业发展势头迅猛的大背景下,面向立体测图应用的高分辨率遥感小卫星将具备更高的系统综合精度指标,通过多星组网和多网协同,实现对全球范围高分辨率遥感影像的及时获取、重点区域的高频次重访和动态地理环境监测,有利于提升卫星测绘产品服务的质量和效益,促进卫星应用的商业化、国际化发展和一系列关键技术的突破。本文的研究为我国测绘遥感卫星的后续发展提供了思路和借鉴。     

陆地卫星遥感监测体系及应用前景

我国陆地卫星的快速发展和人工智能等高新技术的广泛应用为重构卫星遥感监测体系奠定了重要基础。针对我国自然资源保护、国土空间规划实施监督、生态修复及全球变化研究等对土地利用、土地覆盖及其相关地表参数指标动态变化信息的需求,基于当前我国陆地卫星观测能力,设计了全球宏观尺度监测及我国陆域范围季度监测、重点区域月度监测及应急事件即时响应的卫星遥感监测体系框架;针对自然资源卫星遥感监测需求,充分运用大数据、人工智能、云计算等高新技术,本文提出了基于工作流的监测生产线智能流转与可插拔模块调度控制、遥感影像样本知识库构建、复杂场景自然资源变化自动提取、自然资源特定目标自动提取和自然资源变化图斑全生命周期管理等技术解决方案,构建了遥感监测业务化应用技术流程,实现了我国陆域范围自然资源全要素季度监测、重点区域高频次精准监测、特定目标即时监测能力,并在自然资源执法督察和地表水变化等监测中得到应用。     

空间分析中模糊权值栅格中间层研究的构建

栅格中间层是以数据驱动的空间分析的关键环节,栅格中间层支持的空间分析具有依据可靠、速度高效、步骤简便、过程可视、结果精确等优点。为解决模糊性因素影响下的空间分析,本文提出了一种基于栅格单元的模糊评判方法,通过对覆盖研究区域的所有栅格单元进行基于各种地理空间影响因素的模糊综合评判,得到了以栅格单元取值描述研究区域内每个离散点适合分析任务优劣程度的面向应用的模糊权值栅格层,生成描述分析任务适合程度的模糊连续表面,最大限度地保证了分析结果的准确性。