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        遙感大數(shù)據(jù)關(guān)鍵技術(shù)發(fā)展研究綜述

        2017-11-07 10:29:58張超李昆張鑫
        科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào) 2017年21期
        關(guān)鍵詞:現(xiàn)狀

        張超+李昆+張鑫

        摘 要:隨著航空航天科技和信息技術(shù)等高速發(fā)展,對地觀測遙感呈現(xiàn)出典型的四維時(shí)空大數(shù)據(jù)特征?!斑b感大數(shù)據(jù)”是順應(yīng)大數(shù)據(jù)時(shí)代發(fā)展的一個(gè)必然,是在大數(shù)據(jù)的理論指導(dǎo)及技術(shù)支撐下的遙感科學(xué)的實(shí)踐,是大數(shù)據(jù)在遙感相關(guān)領(lǐng)域的價(jià)值實(shí)現(xiàn)[1]。本文闡述了遙感大數(shù)據(jù)關(guān)鍵技術(shù)的現(xiàn)狀,分析了遙感大數(shù)據(jù)的存在的問題,最后展望了遙感大數(shù)據(jù)技術(shù)研究的發(fā)展方向。

        關(guān)鍵詞:遙感大數(shù)據(jù) 航空航天 現(xiàn)狀

        中圖分類號:TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號:1674-098X(2017)07(c)-0145-02

        隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和云計(jì)算技術(shù)的快速發(fā)展,互聯(lián)網(wǎng)上的數(shù)據(jù)量急劇增長,將從現(xiàn)狀的GB、TB級逐步增加到PB、EB和ZB級,而且數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)也越來越復(fù)雜化,隨之而來待處理的數(shù)據(jù)越來越多。“大數(shù)據(jù)”這一全新的概念就是在這樣的背景下產(chǎn)生的。與航天科技、傳感器技術(shù)等相結(jié)合的地球遙感數(shù)據(jù)已呈現(xiàn)出明顯的大數(shù)據(jù)特征,遙感大數(shù)據(jù)是在大數(shù)據(jù)的理論指導(dǎo)及技術(shù)支撐下的遙感科學(xué)的實(shí)踐,是大數(shù)據(jù)在遙感相關(guān)領(lǐng)域的價(jià)值實(shí)現(xiàn),其價(jià)值受到越來越高的重視。遙感大數(shù)據(jù)領(lǐng)域與遙感機(jī)理、圖像處理、信號分析、計(jì)算機(jī)等多類學(xué)科存在緊密聯(lián)系與學(xué)科交叉。目前,遙感大數(shù)據(jù)領(lǐng)域在國內(nèi)外都處于高速發(fā)展初期,正在形成“科研攻關(guān)—技術(shù)集成—應(yīng)用推廣”的良性產(chǎn)學(xué)研協(xié)同創(chuàng)新模式。本文針對遙感大數(shù)據(jù)的特征,深入探討了遙感大數(shù)據(jù)的應(yīng)用領(lǐng)域及面臨的問題,并展望了遙感大數(shù)據(jù)的未來發(fā)展。

        1 遙感大數(shù)據(jù)的特征

        遙感大數(shù)據(jù)是基于遙測感知的手段快速實(shí)時(shí)獲取,具有數(shù)據(jù)多元化的大體量、高價(jià)值的遙感數(shù)據(jù)理論、技術(shù)和應(yīng)用。遙感大數(shù)據(jù)作為大數(shù)據(jù)的典型代表,已成為科學(xué)研究的重要途徑。大數(shù)據(jù)通常而言具有數(shù)據(jù)量大、類型繁多、速度快時(shí)效強(qiáng)和潛在價(jià)值大等典型特征。①海量的數(shù)據(jù)規(guī)模。首先是它的體量,目前全球衛(wèi)星數(shù)量已經(jīng)超過了一千顆,而且單個(gè)數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)量達(dá)到了TB級,國家級的數(shù)據(jù)量也已達(dá)到了PB級。隨著遙感技術(shù)的發(fā)展,最近幾年遙感數(shù)據(jù)的獲取量也是呈幾何倍數(shù)增長,這些數(shù)據(jù)帶來了存儲(chǔ)、管理、處理上的難題。②快速流轉(zhuǎn)的特征。遙感數(shù)據(jù)流從衛(wèi)星傳輸?shù)降孛嬲窘?jīng)過即時(shí)處理后通過網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)分發(fā)給用戶,可以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)實(shí)時(shí)產(chǎn)品發(fā)布。③數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)多樣性。傳統(tǒng)意義上認(rèn)為遙感圖像就是一個(gè)二維圖片,但是隨著技術(shù)的發(fā)展,觀測遙感傳感器的種類越來越多,除了光學(xué)傳感器,還有熱紅外、微波、激光雷達(dá)、導(dǎo)航定位各種各樣的數(shù)據(jù),這些不僅僅是二維圖像,還包含三維和地理空間的信息。④真實(shí)性。由于數(shù)據(jù)的缺失、不一致性、噪音等引起的數(shù)據(jù)不確定性[2]。⑤遙感大數(shù)據(jù)產(chǎn)生的價(jià)值。在遙感大數(shù)據(jù)研究的基礎(chǔ)上,如何挖掘出其蘊(yùn)含的重要經(jīng)濟(jì)價(jià)值、生態(tài)價(jià)值、環(huán)境價(jià)值等是我們研究的方向。

        2 遙感大數(shù)據(jù)的應(yīng)用

        遙感大數(shù)據(jù)的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛,可應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、工業(yè)、災(zāi)害應(yīng)急、生態(tài)環(huán)境監(jiān)測等各個(gè)方面。此外,遙感大數(shù)據(jù)已逐漸開展的應(yīng)用包括:①基于夜光遙感數(shù)據(jù)分析人口密度、GDP、水電量消耗和全球貧困區(qū)專題圖;②通過高分影像、夜間燈光等多源遙感數(shù)據(jù)來分析城市入住率,反映建筑資源利用情況及其變化;③通過Landsat、MODIS、夜間燈光以及高分辨率影像等多源遙感數(shù)據(jù)來計(jì)算農(nóng)業(yè)、工業(yè)及服務(wù)業(yè)的發(fā)展指數(shù),能夠表征經(jīng)濟(jì)在廣泛的時(shí)空維度上的發(fā)展水平,以反映我國經(jīng)濟(jì)政策在國際上的影響力與帶動(dòng)作用。最近,中科院提出構(gòu)建 “數(shù)字一帶一路”理念,用科學(xué)的方式加以引導(dǎo),不僅讓政府、科學(xué)家們受益,還得讓更多中小型企業(yè)受益,空間信息應(yīng)用變得更加大眾化,這樣才能打破數(shù)據(jù)和我們之間的鴻溝[3]。

        2.1 災(zāi)害應(yīng)急管理

        我國水資源分布存在著嚴(yán)重的時(shí)空分布不均特性,旱澇災(zāi)害易發(fā)多發(fā)。水利大數(shù)據(jù)在水文氣象地質(zhì)以及洪澇災(zāi)害預(yù)測、應(yīng)急管理、水資源調(diào)度等方面具有巨大的應(yīng)用價(jià)值。水利大數(shù)據(jù)是在大數(shù)據(jù)技術(shù)支撐下的水利科學(xué)和工程的重要實(shí)踐,是產(chǎn)生于各種水利設(shè)施、水文監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)、用水單位和水利相關(guān)的經(jīng)濟(jì)活動(dòng),并通過現(xiàn)代信息技術(shù)快速傳輸并分布存儲(chǔ)于各子流域系統(tǒng)、但又可以快速讀取集中于云端、實(shí)現(xiàn)深度數(shù)據(jù)挖掘并可視化的海量多源數(shù)據(jù)的總和。

        2.2 農(nóng)業(yè)活動(dòng)的監(jiān)測與把控

        在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域,基于遙感技術(shù)的大尺度農(nóng)作物生長環(huán)境、生長狀況的動(dòng)態(tài)監(jiān)測顯得尤為必要。通過遙感手段,我們可以對農(nóng)作物長勢進(jìn)行監(jiān)測和產(chǎn)量評估,并且可以從中提取農(nóng)業(yè)遙感要素,全方位分析作物生長狀況[1]。農(nóng)業(yè)遙感大數(shù)據(jù)的應(yīng)用有非常廣泛的現(xiàn)實(shí)意義,我們可以把農(nóng)業(yè)遙感大數(shù)據(jù)與行業(yè)需求相結(jié)合,解決實(shí)際應(yīng)用中的問題。農(nóng)業(yè)遙感大數(shù)據(jù)平臺(tái)基于多源數(shù)據(jù),通過數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)分析和模型預(yù)測,可以將農(nóng)業(yè)及其相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈聯(lián)動(dòng)起來并結(jié)果可視化。

        2.3 生態(tài)環(huán)境動(dòng)態(tài)監(jiān)測

        利用遙感大數(shù)據(jù)技術(shù)開展環(huán)境監(jiān)測、環(huán)境調(diào)查是一種快速、準(zhǔn)確、經(jīng)濟(jì)、有效的方法。遙感大數(shù)據(jù)技術(shù)應(yīng)用于生態(tài)環(huán)境要素的監(jiān)測,對提高環(huán)境監(jiān)測工作的水平和效率,擴(kuò)大環(huán)境監(jiān)測的影響力,對保護(hù)我國生態(tài)環(huán)境,控制生態(tài)環(huán)境狀況惡化的趨勢,都具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。

        2.4 遙感大數(shù)據(jù)應(yīng)用于軍事領(lǐng)域

        在軍事領(lǐng)域,利用遙感大數(shù)據(jù)通過對目標(biāo)進(jìn)行全面搜索,可以將“秒級”實(shí)時(shí)圖像提供給作戰(zhàn)部隊(duì)。

        3 遙感大數(shù)據(jù)面臨的問題

        3.1 遙感大數(shù)據(jù)處理技術(shù)

        當(dāng)前數(shù)據(jù)量以幾何倍數(shù)的增長,大數(shù)據(jù)處理和分析能力遠(yuǎn)跟不上增長的態(tài)勢。低成本高效率的存儲(chǔ)技術(shù)、大數(shù)據(jù)的去冗降噪技術(shù)、數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)和基于大樹的預(yù)測分析等都有待完善和發(fā)展。

        3.2 遙感大數(shù)據(jù)需求分析的增加

        遙感技術(shù)發(fā)展初期,專業(yè)人員通過人工判譯對信息進(jìn)行解譯及修正。當(dāng)數(shù)據(jù)量小時(shí),傳統(tǒng)數(shù)據(jù)挖掘手段已經(jīng)成功地解決一定的應(yīng)用需求,但是它們不能滿足日益增大的數(shù)據(jù)量和日益復(fù)雜的應(yīng)用模式需求。在數(shù)據(jù)規(guī)模不斷增加、信息提取精度不斷提高的情況下,復(fù)雜度層與級深度也隨著增大。傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的擴(kuò)展性遇到了很大的困難,對PB級以上的大數(shù)據(jù)分析還需要研究新的方法。

        3.3 遙感大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)管理問題

        遙感大數(shù)據(jù)的來源及應(yīng)用越來越廣泛,為了把不同的遙感數(shù)據(jù)收集起來統(tǒng)一整理,就需要對遙感數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)融合、數(shù)據(jù)清洗等方面進(jìn)行必要的管理。傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)管理方法已經(jīng)不能滿足大數(shù)據(jù)時(shí)代的處理需求,這就面臨著新的挑戰(zhàn)。

        3.4 遙感大數(shù)據(jù)的安全問題

        面對海量的遙感數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)的安全保護(hù)和恢復(fù)也越來越重要,傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)保護(hù)方法已經(jīng)無法滿足當(dāng)前的需求。構(gòu)建管理、運(yùn)維支撐于一體的動(dòng)態(tài)可控信息安全綜合防御系統(tǒng),分別從基礎(chǔ)軟硬件設(shè)施保護(hù)、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)安全上提高數(shù)據(jù)的管理、防范、應(yīng)急處理等能力[4]。

        4 結(jié)語

        在“互聯(lián)網(wǎng)+”時(shí)代下,作為科學(xué)大數(shù)據(jù)的一個(gè)典型代表,遙感大數(shù)據(jù)應(yīng)用面廣、價(jià)值巨大,需要加大產(chǎn)業(yè)化力度。遙感大數(shù)據(jù)面對“海量的數(shù)據(jù)量、信息的缺失、知識(shí)的難覓”等局面[2],需要解決的是基于云計(jì)算的遙感數(shù)據(jù)智能處理和數(shù)據(jù)挖掘問題??傮w來說,大數(shù)據(jù)為對地觀測科學(xué)帶來了新的機(jī)遇,也對傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理方法提出了新的挑戰(zhàn),如何在大數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)知識(shí)、獲取信息都是需要我們更加深入的研究。

        參考文獻(xiàn)

        [1] 洪陽.遙感大數(shù)據(jù)十問十答[J].衛(wèi)星遙感與地理信息,2016,18(5):577.

        [2] 李德仁.遙感大數(shù)據(jù)及其應(yīng)用[J].2016年中國航天科普周 第一屆嵩山遙感論壇,2015(9):7-11.

        [3] 邱寶玉.用創(chuàng)新說話_玩轉(zhuǎn)被遙感大數(shù)據(jù)包裹的時(shí)代.科普中國,2016-11-18.endprint

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