PIE-Engine 遙感云平臺(tái)助力衛(wèi)星遙感應(yīng)用

文│楊政軍 余永安 楊娜 劉曉晨 從少平 劉翀 郭士波 張超

航天宏圖信息技術(shù)股份有限公司

一、背景

近年來(lái)，隨著云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等前沿技術(shù)的快速發(fā)展，新的對(duì)地觀測(cè)技術(shù)快速提升了數(shù)據(jù)獲取、解譯等效率。遙感，作為對(duì)地觀測(cè)的主要手段，伴隨不同領(lǐng)域的數(shù)據(jù)集約化、標(biāo)準(zhǔn)化，融合化、應(yīng)用場(chǎng)景大眾化，已逐步實(shí)現(xiàn)從硬件到軟件整條產(chǎn)業(yè)鏈的國(guó)產(chǎn)自主替代，但如何快速獲取并挖掘數(shù)據(jù)有效信息成為當(dāng)前產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重中之重。推動(dòng)我國(guó)自主研發(fā)遙感云平臺(tái)的建設(shè)，快速、自動(dòng)地進(jìn)行遙感大數(shù)據(jù)的處理和分析，進(jìn)而完成遙感數(shù)據(jù)產(chǎn)品的主動(dòng)、智能信息服務(wù)，是我國(guó)遙感行業(yè)發(fā)展亟待解決的重要課題。為了滿足當(dāng)前需求，航天宏圖自主研發(fā)了一套PIE 家族系列軟件，該系列包含一套PIE 基礎(chǔ)軟件工具集，一個(gè)地球科學(xué)引擎PIE-Engine，以及一個(gè)二三維可視化展示應(yīng)用分析門戶PIE-Earth 智慧地球。其中，PIE-Engine 地球科學(xué)引擎是基于PIE 工具集的云原生平臺(tái)，是PIE 系列家族中遙感云服務(wù)平臺(tái)的明星產(chǎn)品，在行業(yè)中的應(yīng)用展現(xiàn)出巨大潛力。

二、PIE-Engine 云服務(wù)特性和規(guī)模

PIE-Engine 是一套基于云原生技術(shù)構(gòu)建的面向地球科學(xué)領(lǐng)域的專業(yè)PaaS/SaaS 云計(jì)算服務(wù)平臺(tái)，該平臺(tái)通過(guò)打造“開(kāi)放+共建+共享”的新模式，以高效能、低門檻、低成本的途徑挖掘海量遙感數(shù)據(jù)價(jià)值，使行業(yè)快速應(yīng)用創(chuàng)新，為自然資源、生態(tài)、氣象、環(huán)保、海洋等調(diào)查、監(jiān)測(cè)、評(píng)價(jià)、監(jiān)管和執(zhí)法等重點(diǎn)工作提供技術(shù)支撐，助力遙感應(yīng)用產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。

目前，PIE-Engine 平臺(tái)注冊(cè)用戶已超過(guò)7 萬(wàn)余人，匯聚了超過(guò)6PB 的海量多源開(kāi)放式數(shù)據(jù)資源，平臺(tái)訪問(wèn)超過(guò)100 萬(wàn)余人次，遙感數(shù)據(jù)集總數(shù)160 多個(gè)，是互聯(lián)網(wǎng)規(guī)模化遙感數(shù)據(jù)處理平臺(tái)，有力推動(dòng)了中國(guó)遙感技術(shù)生態(tài)圈的形成和發(fā)展。隨著“十四五”規(guī)劃國(guó)家對(duì)科技創(chuàng)新的大力扶持， PIEEngine 地球科學(xué)引擎以其融合、創(chuàng)新、開(kāi)放協(xié)同等理念，必將在對(duì)地觀測(cè)的各個(gè)領(lǐng)域產(chǎn)生重要而積極的應(yīng)用。

三、PIE-Engine 的優(yōu)勢(shì)和能力

PIE-Engine 地球科學(xué)引擎是國(guó)內(nèi)首個(gè)自主可控的基于互聯(lián)網(wǎng)規(guī)?；\(yùn)行的對(duì)地觀測(cè)遙感數(shù)據(jù)處理與服務(wù)引擎，實(shí)現(xiàn)了云上多源異構(gòu)遙感數(shù)據(jù)處理流程的靈活搭建、任務(wù)全程監(jiān)控、多端協(xié)同作業(yè)和準(zhǔn)實(shí)時(shí)快速處理，具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和高性能分析計(jì)算能力，具有眾多優(yōu)勢(shì)和能力：1）更豐富的數(shù)據(jù)，涵蓋全球光學(xué)、雷達(dá)、氣象、海洋、地球物理及矢量數(shù)據(jù)，包括國(guó)外哨兵系列、MODIS 系列、Landsat系列等，國(guó)內(nèi)高分系列、資源系列、環(huán)境系列、氣象系列、海洋系列及國(guó)家青藏高原科學(xué)數(shù)據(jù)中心、北京師范大學(xué)、清華大學(xué)服務(wù)產(chǎn)品等，且每日持續(xù)更新；2）更快速的處理能力，應(yīng)用流程編排技術(shù)和算法統(tǒng)一封裝接口，實(shí)現(xiàn)了30 多顆國(guó)內(nèi)外主流光學(xué)、SAR、高光譜等衛(wèi)星數(shù)據(jù)以及航空影像數(shù)據(jù)的輻射校正、幾何校正、正射校正、鑲嵌勻色等并行分布式處理，實(shí)現(xiàn)高分二號(hào)影像從原始影像到真彩色成果的日生產(chǎn)能力超過(guò)600 景；3）更簡(jiǎn)潔的計(jì)算能力，研發(fā)了300+遙感計(jì)算算子、矢量分析算子和專題算法接口，快速實(shí)現(xiàn)在線大范圍、長(zhǎng)時(shí)序的地球科學(xué)分析，提供JavaScript 和Python 兩種腳本語(yǔ)言，與Google Earth Engine 平臺(tái)語(yǔ)法相近，可以實(shí)現(xiàn)平臺(tái)的快速遷移；4）更智能的分析能力，提供了百萬(wàn)量級(jí)深度學(xué)習(xí)樣本和豐富的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，集成了百度飛槳、清華計(jì)圖等主流深度學(xué)習(xí)框架，包括PyTorch、TensorFlow、Jittor、PaddlePaddle等，支撐目標(biāo)識(shí)別、語(yǔ)義分割和變化檢測(cè)深度學(xué)習(xí)模型訓(xùn)練和解譯；5）更高效的性能，秒級(jí)全球影像動(dòng)態(tài)發(fā)布，持續(xù)為用戶提供云上多源數(shù)據(jù)處理、實(shí)時(shí)計(jì)算、智能分析、共享發(fā)布服務(wù)；6）更貼心的服務(wù)，微服務(wù)方式構(gòu)建平臺(tái)功能，已適配信創(chuàng)名錄中的多家CPU、操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)、中間件，可根據(jù)需求靈活快速搭建系統(tǒng)；7）更完善的產(chǎn)品，形成了時(shí)空數(shù)據(jù)服務(wù)PIE-Engine Server、數(shù)據(jù)生產(chǎn)服務(wù)PIE-Engine Factory、數(shù)據(jù)計(jì)算服務(wù)PIE-Engine Studio、智能解譯服務(wù)PIE-Engine AI、無(wú)人機(jī)應(yīng)用服務(wù)PIE-Engine UAV、PIE-Engine SAR 雷達(dá)數(shù)據(jù)應(yīng)用服務(wù)平臺(tái)等產(chǎn)品，對(duì)行業(yè)提供開(kāi)放平臺(tái)，將算法能力封裝成API 提供給上層應(yīng)用集成調(diào)用。

其中，PIE-Engine Factory 遙感處理云服務(wù)，作為一套基礎(chǔ)能力，是面向國(guó)內(nèi)外主流遙感衛(wèi)星、航空攝影數(shù)據(jù)提供標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品生產(chǎn)、管理、調(diào)度及質(zhì)檢一體化服務(wù)的分布式處理平臺(tái)。該平臺(tái)提供了豐富的算法和生產(chǎn)線模板：支持光學(xué)、高光譜、SAR 等影像數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品自動(dòng)化、批量化生產(chǎn)，生態(tài)參量產(chǎn)品反演，分類產(chǎn)品、地表要素的智能提取與信息挖掘；并支持對(duì)上述產(chǎn)品的質(zhì)量檢查與精度評(píng)估。

PIE-Engine Factory 產(chǎn)品作為海量數(shù)據(jù)處理利器，是遙感應(yīng)用的基礎(chǔ)，已在全國(guó)多個(gè)部委、地方單位部署，在環(huán)保、國(guó)土、應(yīng)急管理、海洋應(yīng)用等多個(gè)行業(yè)開(kāi)展試運(yùn)行。針對(duì)“生態(tài)環(huán)境部國(guó)家生態(tài)保護(hù)紅線監(jiān)管平臺(tái)項(xiàng)目信息系統(tǒng)建設(shè)”項(xiàng)目，PIEEngine Factory 為項(xiàng)目構(gòu)建數(shù)據(jù)處理與加工系統(tǒng)（數(shù)據(jù)處理部分）。系統(tǒng)支持集群并行處理，構(gòu)建了高分辨率衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)獲取、處理、服務(wù)發(fā)布的全鏈條自動(dòng)化流程。日處理能力400 景，單景切片服務(wù)發(fā)布1 分鐘，基本實(shí)現(xiàn)了“當(dāng)日獲取、當(dāng)日處理、當(dāng)日發(fā)布”。系統(tǒng)提供高分一號(hào)、高分二號(hào)、高分一號(hào)B/C/D、資源三號(hào)、高分六號(hào)等9 顆國(guó)產(chǎn)高分衛(wèi)星數(shù)據(jù)的融合產(chǎn)品生產(chǎn)流程，以及基于MODIS數(shù)據(jù)的植被指數(shù)、葉面積指數(shù)等7 個(gè)參量產(chǎn)品的生產(chǎn)流程。

四、PIE-Engine 應(yīng)用案例

1.PIE-Engine SAR 眼中的太原古建

依托平臺(tái)，可為濕地專題研究人員提供濕地遙感研究數(shù)據(jù)、方法、成果的可視化結(jié)果，為政府業(yè)務(wù)部門提供快速便捷的濕地信息參考及服務(wù)，為監(jiān)管與決策部門提供有效信息參考。同時(shí)基于平臺(tái)，可向公眾展示濕地保護(hù)直觀信息與價(jià)值意義，強(qiáng)化大眾濕地保護(hù)意識(shí)，貢獻(xiàn)于我國(guó)濕地保護(hù)工作。

五、結(jié)束語(yǔ)

PIE-Engine 地球科學(xué)引擎是基于大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)研制，依托云計(jì)算基礎(chǔ)設(shè)施，對(duì)PIE 基礎(chǔ)軟件工具集及多項(xiàng)行業(yè)應(yīng)用成果進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化集成和運(yùn)行，具備云端海量多源異構(gòu)數(shù)據(jù)的管理、生產(chǎn)、分析、解譯、推理、發(fā)布、共享全生命周期應(yīng)用服務(wù)能力的遙感云平臺(tái)，并提供面向各行業(yè)的算法插件集成、業(yè)務(wù)流程定制化服務(wù)。

未來(lái)，PIE-Engine 地球科學(xué)引擎將持續(xù)更新數(shù)據(jù)源，增加遙感算子，優(yōu)化用戶界面，更新高級(jí)功能，讓各行業(yè)的用戶通過(guò)地球科學(xué)引擎實(shí)現(xiàn)更高效、更便利的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)“遙感走進(jìn)生活”。