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“生态环境遥感应用处理与分析系统技术研究及应用示范”项目获地理信息科技进步奖一等奖
时间:2016-08-30

  一、项目概况 

  “生态环境遥感应用处理与分析系统技术研究及应用示范”项目获得2013年度地理信息科技进步奖一等奖,第一完成单位是中国科学院遥感与数字地球研究所,主要完成人是顾行发、余涛、李家国、陈继平、高海亮、刘其悦、孟庆岩、郭红、米晓飞、郑丽娟、赵亚萌、占玉林、杨健、刘苗、李斌。 

  面对当前日益严峻的环境形势,我国卫星遥感应用为环境遥感监测提供了有力支撑,逐步发挥出不可替代的作用。该项目是我国科技管理部门与应用部门针对国家生态环境监测、评价、管理中环境监测业务运行的实际需求及我国卫星综合观测能力,着眼在遥感定量化研究及工程技术研究等方面的发展提出的。 

  项目通过重点解决我国生态环境监测活动大尺度、全天候、实时监测中多应用领域、多星数据综合应用、多种方法综合应用中定量与高精度、处理时效性要求等问题,构建生态环境遥感应用处理与分析的业务化应用模式和运行方案,研制并开发出一套基于多源遥感数据的多尺度、多专题、多用户的生态环境监测算法和技术体系,形成较为完备的基于遥感大数据的生态环境定量产品生产链,建立了生态环境遥感应用处理与分析一体化系统(以下简称系统)。 

  系统综合利用环境、气象、资源、海洋、北京1号卫星,同时结合地面观测站等多源卫星遥感数据,充分考虑到随着环境监测业务扩展、用户对产品品种的需求日益增多、新型数据源处理方法增加,为避免同类系统不必要的重复性开发,建立了1个多用户、多卫星、多产品松耦合异步更新平台,满足用户应用领域--数据品种--产品数量同步增加下之间的灵活协调关系。系统将以标准化、自动化生产为特点的处理部分与需要人机交互进行信息提取的综合分析部分有效衔接,在数据向信息转化中实现了生态环境卫星专题产品、应用产品的高效、少人工的业务化生产,具有适应“多星、多领域、高精度、灵活方便、快速”等5个显著特点。有效解决了生态环境遥感监测中定量问题和面向多星多用户的快速处理与系统协调问题。 

  项目研发的自动化生产技术、可视化流程配置技术、多语言一体化驱动技术、三级并行计算技术、元数据搭积建模技术、人机交互综合分析技术等多项系统级技术及246个专题产品、应用产品生产技术在环保部卫星环境应用中心、神华地质勘查有限责任公司、新疆卫星工程中心等多家单位成功推广应用,研发的各种反演算法、监测方法、技术流程为开展相关工作提供有力的专业技术支撑。 

  二、项目研究创新点

 

  (一)参数定量化反演与信息提取方法创新 

  1、首次基于HJ-1/CCD数据提出一种基于中空间分辨率纯像元提取的气溶胶反演方法,实现城市地区高精度气溶胶反演,反演结果与验证测量数据具有很好的一致性。 

  2、首次基于HJ-1B数据,融合传感器波谱特征、地物光谱特征、地物时相特征和区域特征,突破云识别阈值的自适应性构建技术,解决生态环境评估中高精度云检测问题。 

  3、首次提出一种融合像元分类和图像分割的混合图像分类算法,实现对生态环境的下垫面土地类型的快速、有效的监测和识别。 

  4、首次采用国内外试验场组网进行系统性的真实性检验,实现了对主要专题产品的大区域、多时相、高精度的评价测量。 

  (二)数据处理、系统构建方法创新 

  1、结合功能并行和数据并行,研发产品、数据和算法三级并行计算技术,实现遥感大数据快速处理。 

  2、自主研发生态环境遥感处理过程可视化流程配置技术,实现产品输入参数、适用区域、多源算法和依赖关系的灵活配置,提高了产品的复用性和研发效率。 

  3、综合利用IDLCC++C#的优势,自主研发了面向过程语言、矩阵语言和面向对象语言的一体化无缝连接技术,实现了多语言的优势互补。 

  4、拓展生态环境遥感监测成果自动化生产技术,降低制图简报制作的工作量,形成生态环境遥感业务化处理能力。 

  三、项目实施效果 

  通过本项目的实施,促进了生态环境实时、动态、高效监测,进一步推动了生态环境遥感业务化监测技术的发展。本项目的成果成功在环保部卫星环境应用中心、神华地质勘查有限责任公司、新疆卫星工程中心等单位获得成功的应用。 

  以协助国家环保部卫星环境应用中心完成浑善达克区生态环境质量综合评价为例,运用该系统利用多源遥感影像数据,生产多期土地利用产品、土地利用转移矩阵产品、归一化植被指数产品、植被覆盖度产品、土壤含水量产品、生态环境综合评价产品。利用HJ星影像24景(CCDIRS每月各1景,共12个月)共25G数据,7×24小时不间断生产生物物理参数、地表物理参数,共计156个产品,形成专题图156幅,仅需5个工作日时间。 

  项目组织开展关键技术攻关并形成具有国际先进水平及国内领先水平的8项创新,其中涉及高精度算法的4项,涉及系统构建的4项。同时,形成6项软件著作权,专利4项,发表学术论文43篇,其中SCI论文7篇、EI论文14篇、其他核心期刊22篇。 

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