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

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)出典型的四維時空大數(shù)據(jù)特征。“遙感大數(shù)據(jù)”是順應(yīng)大數(shù)據(jù)時代發(fā)展的一個必然，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)的實踐，是大數(shù)據(jù)在遙感相關(guān)領(lǐng)域的價值實現(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 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）07（c）-0145-02

隨著計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和云計算技術(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)的實踐，是大數(shù)據(jù)在遙感相關(guān)領(lǐng)域的價值實現(xiàn)，其價值受到越來越高的重視。遙感大數(shù)據(jù)領(lǐng)域與遙感機理、圖像處理、信號分析、計算機等多類學(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時獲取，具有數(shù)據(jù)多元化的大體量、高價值的遙感數(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、速度快時效強和潛在價值大等典型特征。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，而且單個數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)量達到了TB級，國家級的數(shù)據(jù)量也已達到了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、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)過即時處理后通過網(wǎng)絡(luò)自動分發(fā)給用戶，可以實現(xiàn)準實時產(chǎn)品發(fā)布。③數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)多樣性。傳統(tǒng)意義上認為遙感圖像就是一個二維圖片，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、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)生的價值。在遙感大數(shù)據(jù)研究的基礎(chǔ)上，如何挖掘出其蘊含的重要經(jīng)濟價值、生態(tài)價值、環(huán)境價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)濟在廣泛的時空維度上的發(fā)展水平，以反映我國經(jīng)濟政策在國際上的影響力與帶動作用。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重的時空分布不均特性，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)濟活動，并通過現(xiàn)代信息技術(shù)快速傳輸并分布存儲于各子流域系統(tǒng)、但又可以快速讀取集中于云端、實現(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，解決實際應(yīng)用中的問題。農(nóng)業(yè)遙感大數(shù)據(jù)平臺基于多源數(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)動起來并結(jié)果可視化。

2.3 生態(tài)環(huán)境動態(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、準確、經(jīng)濟、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，擴大環(huán)境監(jiān)測的影響力，對保護我國生態(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)通過對目標進行全面搜索，可以將“秒級”實時圖像提供給作戰(zhàn)部隊。

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)處理和分析能力遠跟不上增長的態(tài)勢。低成本高效率的存儲技術(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行解譯及修正。當(dāng)數(shù)據(jù)量小時，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、數(shù)據(jù)融合、數(shù)據(jù)清洗等方面進行必要的管理。傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲管理方法已經(jīng)不能滿足大數(shù)據(jù)時代的處理需求，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)的安全保護和恢復(fù)也越來越重要，傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)保護方法已經(jīng)無法滿足當(dāng)前的需求。構(gòu)建管理、運維支撐于一體的動態(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、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)+”時代下，作為科學(xué)大數(shù)據(jù)的一個典型代表，遙感大數(shù)據(jù)應(yīng)用面廣、價值巨大，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、知識的難覓”等局面[2]，需要解決的是基于云計算的遙感數(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、獲取信息都是需要我們更加深入的研究。

參考文獻

[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)包裹的時代.科普中國，2016-11-18.endprint