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科技支撑计划:开放式遥感数据处理工具集研发课题
时间:2016-08-29

    一、课题概况 

  国家“十二五”科技支撑计划重点项目“地理空间信息技术工具集开发与服务”地理信息系统产业技术创新战略联盟组织实施,其中第二课题——开放式遥感数据处理工具集研发由中国科学院遥感与数字地球研究所骆剑承研究员团队承研,并于2014125日顺利通过技术验收。 

  该课题以国产卫星数据为主,同时兼容当前国际主流遥感数据,从海量遥感数据综合处理、复杂遥感信息计算以及多元地理信息协同应用等多个视角出发,依循“改造通用算法、突破关键技术、整合专业工具”的原则,研究开发了国产卫星数据预处理、遥感数据通用处理、遥感专题信息提取、遥感专业应用四大类共计121个遥感工具。 

  在应用方面,课题组一方面将工具封装并部署到同项目下第四课题中数码公司研制的网络化地理空间信息工具集服务平台上,对外进行细粒度遥感工具服务;另一方面通过多工具的组合与扩展,形成了国产卫星影像预处理、土地覆盖信息提取、大规模遥感数据管理等软件系统,应用于苏州天启遥感技术有限公司的云服务平台上。 

  此外,课题以京津冀渤海湾、淮河流域以及长三角区域作为应用示范区,重点开展了基于国产卫星数据的区域生态环境监测评价、省级农产品种植结构调查以及县区级土地执法监察等三大方面的应用示范研究,研制开发了专业化的遥感应用工具,为形成对外开放的细粒度、个性化遥感分析应用服务的课题目标提供了坚实的实践基础。

 

  1. 遥感数据处理工具集的总体技术路线 

2. 农产品种植结构提取——稻作信息(湖南省)

3. 区域生态环境监测——不透水提取(苏州建成区) 

  二、课题成果 

  本课题主要创新点可归纳为以下三个方面: 

  (一)构建多粒度、可重用的遥感处理与分析工具集体系,面向多元化应用实现个性化装配式遥感信息计算服务 

  针对日趋灵活多样的地理空间信息需求,设计合适粒度的遥感处理与分析工具集的体系结构,保持工具相互间的低耦合和强关联的作用关系,并遵守严格的接口、测试、代码等规范,使其中每个功能都具备高度的易用、易组装、易重用的特征。最终通过网络化服务平台实时提供各种规模的遥感信息处理与分析功能,并能快速响应不同类型的多样化应用需求。遵循项目统一规范,建立多层次结构的遥感工具算法体系,实现粒度化功能服务,正是课题创新研发的基石。 

  (二)面对遥感大数据复杂计算特点,研发遥感工具的“存储-计算”耦合高效处理模型,可兼容运行于高性能计算环境 

  针对日益聚积的遥感影像大数据特点,以及遥感产品生产加工的复杂流程,遥感数据处理工具的设计还充分考虑到了工具在线高效计算的需求。遥感工具同时还面向规模可扩展的云体系进行了接口的设计,既可采用“存储-计算”一体化的分布式并行计算模式进行集中式的高性能处理,也可以采用流水线模式进行流程化的批量计算。因而,通过对遥感数据处理工具进行高性能计算环境兼容扩展的技术创新,将遥感工具部署于遥感大数据平台用于产品按需生产加工,将进一步提升遥感工具集的核心价值。 

  (三)提出图谱自适应迭代的遥感信息提取技术,实现遥感数据向地理空间信息转化的智能化和高精度 

  为了给 GIS 高级和专业处理工具提供更丰富的地理空间信息源,遥感信息提取工具需要在自动提取技术支持下,将遥感影像转化为符合标准、可用、规范的地理空间信息产品。课题构建了“像元谱-基元图-结构图-功能谱”层层递进的信息提取模型,在模型中通过图谱耦合计算、迭代反馈运算和自适应策略等运用,建立遥感信息提取的自动化机制;同时结合自适应波谱指数计算、自适应模糊信息传递、自适应空间特征映射和自适应参数优化调整等多种自适应信息计算机制,使信息提取结果更为可信;并依托特征挖掘、逻辑推理和模型计算等过程,逐步融合波谱、环境、空间结构等多层次知识,进一步提高了信息提取的可靠性。将以上图谱认知思路融入到各个层次的信息提取工具中,研发具有自适应机制的遥感信息提取工具,实现遥感信息提取的自动化和精确化,也是本课题的重要创新之处。 

  课题组在聚焦遥感工具研发的同时,还时刻把握着以遥感大数据产品生产与应用服务为需求牵引的原则,及时将研究成果转化到用户的实际生产与应用中,保障了遥感数据处理核心工具的先进性、实用性、稳定性和高扩展性,有力挖掘了国产高分遥感数据在快速处理以及高效服务方面的潜力。本课题所研制的遥感数据处理工具集的技术成果紧密结合了国产遥感实际应用的需求,将直接通过GIS联盟的国家级遥感产业化窗口开展应用服务,而形成的技术产品和工具则可直接应用于国民经济建设、公众服务、科学教育等各个领域,来促进我国遥感空间信息产业的发展,研究成果具备良好的应用转化潜力。 

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