新一代智能测绘遥感科学试验卫星珞珈三号01星

光学测绘遥感卫星的性能不断提升,种类日益丰富,已经成为获取全球精准测绘遥感信息的重要支撑。当前光学测绘遥感卫星已具备亚米级的空间分辨能力,但测绘遥感信息服务存在严重的滞后问题,亟须发展智能测绘遥感卫星,向实时智能服务转型升级。本文首先基于光学测绘遥感卫星3种成像体制及其实现方式和应用特点,分析智能测绘遥感卫星的适用体制,进一步面向实时化、智能化和大众化的应用需求,提出通导遥(通信、导航、遥感)一体化智能遥感卫星的设计构想,重点分析智能遥感卫星的服务方式及一体化功能组成;然后,阐述新一代智能测绘遥感科学试验卫星珞珈三号01星的性能与特点;最后,对智能测绘遥感卫星的发展和使命进行总结与展望。珞珈三号01星集遥感与通信功能于一体,探索了从数据获取到应用终端的测绘遥感信息高效智能服务模式,为遥感数据基于天地互联网的在轨处理与实时传输提供了真实的服务验证平台,对我国空间信息网络的建设具有重大意义。     

珞珈一号01星夜光遥感设计与处理

珞珈一号01星是兼具遥感和导航的一星多用低轨维纳科学试验卫星,本文针对珞珈一号01星夜光遥感设计与处理,详细介绍了卫星平台的有效载荷及平台设计;面向科学的试验目标,制订了科学的夜光成像任务计划,实现了全国夜光一张图任务规划;提出了面向珞珈一号01星的在轨几何辐射定标模型;研制了支持WEB端及移动端访问的数据共享服务系统;针对夜光遥感数据在社会经济应用问题,提出了发展指数和未来发展指数的珞珈一号指数模型,并通过相关实验验证了模型的有效性。珞珈一号01星可为社会经济参数估算、重大事件评估、渔业监测、国家安全等领域提供技术支撑。     

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。     

面向任务的高分辨率光学卫星遥感影像智能压缩方法

随着对地观测系统以及空间信息网络的快速发展,中国已经建成星地一体化的对地观测系统。高分辨率遥感影像数据从GB级转向TB级,轻小型智能遥感卫星有限的带宽容量和存储空间都严重限制了遥感信息的智能实时服务,由此提出了一种面向任务的智能压缩方法。首先,基于遥感影像的数据特点以及轻小型智能遥感卫星星地数传的瓶颈,分析了传统在轨压缩算法的局限性,论述了面向任务的高分辨率光学卫星遥感影像智能压缩处理的重要性;其次,提出了基于珞珈三号01星平台面向任务的智能压缩方法,通过星上高质量成像和高精度几何定位获取观测区域;然后,根据不同的任务需求,利用信息提取模型获取感兴趣目标/区域;最后,利用压缩模型对该区域进行自适应码率分配来实现高倍率压缩任务,并生成码流文件回传到地面。针对不同的任务需求,合理分配码率,可通过该方法有效实现遥感影像的高倍率智能压缩。     

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。     

夜光遥感卫星“珞珈一号”01星发射成功

6月2日,“珞珈一号”科学试验卫星01星在酒泉卫星发射中心发射升空。“珞珈一号”01星由武汉大学投入研发、依托地球空间信息技术协同创新中心自主研制的科学试验卫星,是全球首颗专业夜光遥感卫星。其携带的大视场高灵敏夜光遥感相机,具备130m分辨率、260km幅宽的夜光成像能力．将为基于夜光遥感的宏观经济分析等研究提供数据。     

从珞珈系列卫星到东方慧眼星座

为了应对万物互联时代天基信息的实时智能服务需求,建设系统联通、时空融合、服务畅通的通导遥一体化(positioning, navigation, timing, remote sensing, communication, PNTRC)天基信息实时服务系统,支持各类用户在任何地方、任何时间的信息获取、高精度定位授时与多媒体通信服务,武汉大学布局了珞珈系列科学试验卫星,用于验证通导遥一体化天基信息实时服务的关键技术。为了进一步推动PNTRC系统建设,武汉大学联合山东省烟台市政府,提出东方慧眼(Oriental Smart Eye, OSE)智能遥感卫星星座计划,将通过通导遥一体化、卫星星座组网观测、在轨处理和人工智能等关键技术,实现卫星遥感从服务政府、服务行业到服务大众的服务模式创新跨越,开辟商业遥感的蓝海市场。     

卫星遥感影像信息缺失检测

随着国产卫星在轨服役时间变长,卫星传感器部件老化导致成像系统拍摄的遥感影像上存在信息缺失,需要在影像生产前对其进行剔除或处理。本文提出了自动化遥感影像信息缺失检测方法,针对国产卫星遥感影像中的横向条带、纵向条带、局部像元信息缺失和图像波段异常4种情况进行检测。实验结果表明,该方法检测精度较高,作为生产预处理的一个环节,可以过滤大量无法满足应用需求的影像,提高影像生产效率。     

高分七号卫星正式投入使用

正用。高分七号卫星的投入使用有效提高了我国高分辨率遥感立体观测能力,将有效服务于我国1∶1万立体测图生产及更大比例尺基础地理信息产品的更新,服务于自然资源三维立体调查监测。高分七号卫星于2015年批复立项,是我国首颗亚米级分辨率光学立体测图卫星,是国家高分辨率对地观测系统重大专项的重要组成部分。2019年11月3日,高分七号在太原成功发射。2019年11月～2020年7月,各用户部门、卫星测控和研制单位密切配合,全面测试了卫星系统、测控系统、地面系统、应用系统。在轨测试结果表明,卫星工作稳定,星地系统工作正常、匹配良好,实现了1∶1万比例尺立体测图工程目标;与国外高水平遥感卫星相比,高分七号影像的定位精度相当,激光测高精度优异,三维立体数据获取效率更高,应用更广。高分七号卫星的投入使用,将有效改善我国高分辨率卫星影像不足的局面。同时,高分七号将与在轨运行的资源三号01、02星及今年7月发射的资源三号03星组网,实现4颗卫星组网运行,全球立体数据获取能力和水平将大幅提升。高分七号每天可获取25万平方公里的立体影像数据。     

高级在轨系统在高分辨率遥感卫星中的应用

高级在轨系统AOS是空间数据系统咨询委员会CCSDS制定的关于星-星和星-地的数据管理系统。结合AOS系统协议和高分辨率遥感卫星在轨获取的各类载荷数据实际特点,设计了一种适应于高分辨率遥感卫星的空间数据处理系统。该系统把多种载荷产生的不同数据速率、不同字节大小、不同级别传输要求、不同延时要求的数据进行封装,形成统一的虚拟信道数据单元VCDU格式;并把各条虚拟信道上VCDU复接成连续的数据流经星地物理信道传输。仿真试验证明,该系统方案有效地解决了高分辨率遥感卫星多种载荷数据的组织、管理和传输问题,为后续的测绘和遥感处理奠定了可靠的数据基础。     

新一代人工智能驱动的陆地观测卫星遥感应用技术综述

随着各国航天事业的高速发展以及政府对卫星遥感技术的大力支持,各类军民商用卫星系统层出不穷,建立了较为完善的卫星遥感数据获取体系,为推动经济社会高质量发展提供了新动能。与此同时,人工智能技术的迅猛发展极大程度的提升了数据分析的智能化、精准化水平,为遥感大数据分析与应用带来了新的发展机遇。在互联网时代的背景下,结合新一代人工智能、大数据、物联网、5G等先进技术,推动遥感应用朝着智能化、大众化、产业化方向发展是大势所趋。本文依据当前陆地观测卫星智能遥感技术的发展现状与实际需求,论述了人工智能驱动的遥感技术在资源调查、环境监测、灾害监测等领域中的应用研究现状,探讨了现阶段制约人工智能技术在遥感领域应用成效的关键问题,最后结合遥感大数据处理中存在的问题和挑战,对陆地观测卫星遥感应用技术的发展趋势进行了展望,建立基于人工智能的卫星遥感应用体系已成为卫星遥感技术发展的必然趋势。     

地表异常遥感探测与即时诊断方法研究框架

由自然和人为因素引起的各类地表异常具有突发性、多样性、随机性和复杂性,导致传统的卫星遥感探测时效严重滞后于地表异常预警和应急处置的实际需要,地表异常实时化、智能化遥感探测已成为我国新时代社会与经济高质量发展的重大战略需求,也是当前遥感科学发展面临的重大技术挑战。本文在分析地表异常遥感即时探测面临的技术挑战及其研究的必要性基础上,围绕解决地表异常遥感探测“看不到、看不清、看不快”技术瓶颈背后的科学问题,从卫星、载荷、应用三位一体的新视角,提出以“通导遥”一体化、星上在轨处理、星地互馈机器学习等为代表的地表异常遥感即时探测机理与方法研究思路,构建包括地表异常遥感响应特征与语义表征、地表异常超大动态范围自适应即时遥感探测、地表异常遥感在轨即时诊断、地表异常遥感预警知识即时生成与表达等在内的地表异常遥感即时探测研究框架,为深入开展地表异常遥感即时探测机理与方法研究提供科学方案,为实现直到用户移动终端的地表异常遥感监测预警产品即时服务提供技术体系框架。     

星载轻量化影像控制点数据制作方法

针对智能遥感卫星系统星上处理与端到端测绘应用的轻量化全球控制信息需求,本文提出了一种星载轻量化影像控制点数据制作方法。首先,在稀少/无地面控制数据条件下,通过国产高分辨率立体测绘卫星影像的区域网平差处理,生成全球影像控制点;其次,通过将影像控制点的局部影像描述至特征向量,设计星载影像控制点的轻量化表示模式,分析其存储性能和星上匹配应用策略;然后,采用哈希映射学习得到的哈希函数,将影像控制点特征向量转换至哈希码,实现星载影像控制点的深度轻量化处理;最后,采用多类型卫星影像数据,进行影像控制点提取、特征向量描述、深度轻量化处理以及匹配性能分析试验,验证了轻量化影像控制点星上匹配与应用可行性,得到了全球影像控制点轻量化处理能力分析结论。     

智能遥感深度学习框架与模型设计EI北大核心CSCD

近年来,随着遥感技术的快速发展,遥感对地观测数据获取量与日俱增。在对海量遥感数据的特征提取与表征上,基于深度学习的智能遥感影像解译技术展现出了显著优势。然而,遥感影像智能处理框架和信息服务能力还相对滞后,开源的深度学习框架与模型尚不能满足遥感智能处理的需求。在分析现有深度学习框架和模型的基础上,针对遥感影像幅面大、尺度变化大、数据通道多等问题,本文设计了嵌入遥感特性的专用深度学习框架,并重点讨论了其构建方法,以及地物分类任务的初步试验结果等。本文提出的智能遥感解译框架架构将为构建具备多维时空谱遥感特性的深度学习框架与模型提供有力支撑。     

面向应用的航天遥感科学论证研究

为适应中国民用航天遥感从科学试验向业务服务模式转变,更好地探索、了解与解决应用需求与航天遥感系统对接等方面遇到的技术问题,促进航天遥感统筹协调可持续发展,中国适时于2004年成立了国家航天局航天遥感论证中心。10余年来,论证中心以航天遥感系统为研究对象,系统开展了面向应用的航天遥感科学论证概念、理论方法、技术工程与应用研究。本文是论证中心团队长期从事航天遥感科学论证研究与实践的系统总结,介绍了遥感论证初步认知、遥感论证关注问题、遥感论证理论体系与模型方法集、遥感论证能力建设及遥感论证实践等方面内容,给出了遥感论证定义并详细分析了研究范围和内容,提出了由知识维、进程维和逻辑维所组成的遥感论证作用域3维空间结构,指出社会发展加快和信息化水平提高,带动整个航天遥感数据信息链向更大规模、更短响应时间周期、更综合数据集成、更高数据质量、更加智能化方向发展,航天遥感系统将进入新的"智慧遥感"发展阶段。得益于十余年来中国民用航天快速发展,我们经历了风云三号新型载荷校飞、多角度多光谱偏振遥感器论证、环境星应用工程论证等实践,取得了多方面理论方法的突破,并应用到2030民用航天发展规划、高分辨率对地观测系统、国家自然灾害空间信息基础设施、国家民用空间基础设施中长期发展、2030中国综合地球观测系统规划等论证当中。经过不断实践,快速迭代,形成了遥感论证理论体系及相应的十大模型方法,包括遥感信息流模型、遥感信息特征模型、遥感信息应用模型、遥感信息量分析模型、遥感数据工程模型、航天遥感系统结构模型、航天遥感系统状态描述模型、航天遥感系统质量模型、航天遥感系统发展动力模型及能力体系模型。这些模型方法全面反映了航天遥感系统特征、结构、状态、发展动力、条件等,可广泛用于对航天遥感系统进行顶层设计、规划、考察、分析、评价、预测,并开展实践探索。     

基于随机森林的国产小卫星遥感影像分类研究

近年来随着小卫星数量与传感器类型的快速增加,急需研究和发展快速可靠的小卫星遥感影像分类方法。针对分类方法各具局限性、具体应用中最优分类器选取困难等问题,本文基于多分类器集成学习的思路,引入随机森林(Random Forests)方法用于小卫星遥感影像分类。采用灾害监测预报小卫星(HJ-1)、北京1号小卫星(BJ-1)两种国产小卫星多光谱遥感影像进行试验,并与传统分类方法进行比较,结果表明,随机森林比最大似然分类器(MLC)、支持向量机分类器(SVM)等具有更好的稳定性、更高的分类精度和更快的运算速度,具有很好的适用性。