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“基于多源自主卫星遥感的陆海环境关键要素定量化监测技术及应用”项目获测绘科技进步奖一等奖
时间:2016-08-30

  一、项目概况 

  “基于多源自主卫星遥感的陆海环境关键要素定量化监测技术及应用”项目获得2013年度测绘科技进步一等奖,项目第一完成单位是中国科学院遥感与数字地球研究所,主要完成单位还包括天津中科遥感信息技术有限公司、北京市遥感信息研究所、浙江大学、广西测绘地理信息局,主要完成人为顾行发、金松、王晋年、余涛、陈仲怀、孟庆岩、刘仁义、周翔、李丽、彭玲、明涛、池天河、方莉、王春梅、张霞。 

  本项目基于环境减灾卫星星座(HJ-1)、海洋卫星(HY-1)、中巴资源卫星(CBERS02BC)、北京一号卫星(BJ-1)和XX星等9颗自主遥感卫星,构建了标准化、定量化、规模化处理与应用的陆海环境监测技术体系,突破了适用于我国的陆海环境关键要素定量化提取、规模化快速处理与综合分析等技术瓶颈,在京津塘、北部湾、长三角、渤海湾、太湖等多个区域开展应用示范。有效解决了我国陆海环境遥感监测业务应用标准不统一、精度低、应用规模小、处理速度慢等问题,提升了国产自主卫星数据利用率,其技术成果被30余家国家级卫星应用行业部门和机构所采用,对我国陆海环境遥感业务化监测提供了重要科技支撑,为我国地理国情监测奠定了坚实的遥感基础。 

  二、项目研究成果 

  (一)在国际上首次规模化开展了面向低、中、高空间分辨率的遥感卫星陆海环境信息产品生产全过程标准化体系结构研究,填补了遥感卫星中、高分辨率陆海环境监测技术业务化运行标准匮乏的空白。 

  迄今为止,国际上高空间分辨率卫星数据仅有初级数据标准而缺乏信息产品标准。全球成功的低空间分辨率卫星遥感器MODIS信息产品也仅有产品反演模型标准而缺乏生产质量检验环节与其他卫星相统一的标准。 

  本项目基于自主遥感卫星数据源特点和陆海环境综合监测业务特色,设计并实践了覆盖各类分辨率的全过程标准化体系框架,完成包含遥感数据产品分类分级规则、基于自主卫星的数据产品标准、数据产品实用作业规范和数据产品质量检验规范以及大数据存储与分发服务标准等在内的11项国家试用标准,为陆海环境监测业务提供了标准化技术支撑。 

  (二)突破了自主遥感卫星陆海环境关键要素高精度定量化反演技术,在国际上首次创建了“辐射时空尺度区域网平差理论与方法”,构建了第一个全面适用于中国区域的面向陆表、水体、大气的一体化监测模型算法集。 

  围绕目前陆海环境关键要素定量化反演模型大多源自国外,模型算法和自主卫星兼容性较差,不满足我国陆海环境大范围、多尺度、多类型、高精度监测需求,本研究发展了针对典型区域地表反射率/气溶胶特性、陆表植被/土壤特点、海洋环境监测的自主卫星遥感反演算法,形成了一套针对多源自主卫星的陆海环境综合监测业务化技术体系,包含了246种陆表生态参数、1种适应多星的气溶胶参量反演模型、11种水体环境关键要素反演模型等。 

  (三)研制了定量化遥感反演模型无缝嵌入工具箱技术与定量化遥感大数据快速处理技术,提升了遥感信息产品的快速更新与发布能力。 

  针对当前定量化遥感反演模型复用程度不高、可扩展能力不足、方便性差、灵活性低等问题,首次研究提出了面向工程化遥感应用的插件式工具箱及类语言驱动技术,支持用户定制生产算法流程,实现了自定义功能的可追溯性、可传递性和可复用性,包括陆表产品工具箱、水体产品工具箱、大气气溶胶产品以及5种处理工具箱三类共263种标准化插件。针对陆海环境遥感监测关键要素产品的生产处理需求,突破了遥感大数据环境下的数据处理、知识挖掘和网络共享技术,形成了一套完整的多星标准化遥感大数据统一组织、快速检索、一体化管理、分布存储、集群处理、综合可视化与分析的高自动化、快速、灵活遥感处理技术,构建了定量化遥感环境多要素集群处理系统,将200TB级数据的产品生产时间由4-8个小时压缩到7-10分钟,实现了从数据处理到产出专题图与评估报告30分钟响应的业务处理能力。 

  (四)开展多行业、区域应用示范,取得了显著经济和社会效益。 

  在京津塘地区利用陆表和大气基础产品反演技术和大数据处理技术,建立国土、规划、环境等领域的业务化应用平台;在广西北部湾地区利用陆表参数反演技术开展森林识别、甘蔗估产等应用;在渤海湾地区对海洋环境进行综合监测,部分技术成果已形成业务化运行系统;在浙江省利用陆表参数反演技术和大数据处理技术,开发省市县三级土地利用调查系统。 

  项目实施以来,形成了“信息处理工具箱,多行业、多区域综合应用”的技术应用模式,有效避免了“一星一系统一行业”的单一应用模式。项目技术成果成功应用在6个卫星发射单位(合计9颗自主卫星),被测绘、国土、海洋、环境、农业、水利等部门、高校与科研院所、企业等共30家单位在京津塘、广西北部湾、长三角、渤海湾、太湖等典型区域进行了直接推广应用,使国家在遥感卫星上的巨大投入(折合每日数百万元)得到有效回报,产生了显著的社会经济效益。 

  项目自实施以来,共出版专著2部,取得国家试用标准11项,已授权发明专利3项,软件著作权12项,发表科研论文51篇,其中SCI 12篇、EI 11篇。

 

  总体技术方案 

  (三)项目实施效果 

  项目成果在测绘、国土、海洋、环境、农业、水利等行业、科研院所、企业等共30家单位推广,在京津塘、北部湾、长三角、渤海湾及太湖等典型区域得到成功应用并产生巨大社会效益。极大促进了我国自主卫星在多个行业和区域的推广应用,推动了对我国海洋、大气、陆地典型区域环境动态监测,对保障我国环境安全具有重要意义,为我国区域测绘与地理信息国情监测打下坚实的标准、理论方法、技术与应用基础,推动了我国多区域、多行业定量遥感监测事业的快速发展。 

  项目带动了我国遥感定量化基础研究的发展和空间对地观测技术的进步,在促进多源自主卫星在多领域、多区域定量化应用方面发挥着不可或缺的作用。 

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