鄧書斌-面向衛星應用中心建設的遙感應用方案.pdf

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1、面向衛星應用中心建設的遙感應用方案鄧書斌D易智瑞信息技術有限公司 遙感事業部主要內容1 背景介紹2 遙感應用方案2.2 遙感圖像產品生產2.3 共性遙感產品生產2.4 遙感綜合應用3 總結2.1 影像數據管理與共享1 背景介紹2016年8月10日成功發射首顆分辨率達到1米的SAR衛星。2022年1月26日和2月27日成功發射波段差分干涉SAR衛星A星和B星（陸地探測一號）。SARSAR衛星蓬勃發展的國產對地觀測衛星首顆于01星2012年1月9日成功發射。陸續包括02星、03星發射成功，三星組網成功。高分辨率光學傳輸型立體測圖衛星。資源三號系列資源一號02C、資源一號04A、5米光學衛星(資源一

2、號02D/02E)。資源一號02星配置可見近紅外相機和高光譜相機，02E還新增一臺空間分辨率為16米、115公里幅寬的推掃式熱紅外相機。資源一號系列首顆高分一號于2013年4月26日成功發射。陸續包括高分二號、高分四號、高分五號、高分六號、高分七號，以及高分一號 B、C、D發射成功。覆蓋亞米級高分光學系列涵蓋了亞米高分辨率、高光譜、熱紅外、SARSAR、立體成像，還有氣象衛星、海洋衛星，甚至還有碳衛星。政策的支持與指引圖片和截圖來源網絡從遙感應用看應用中心的方向高分/衛星應用中心數據分發遙感影像生產影像管理2/3級產品生產共性遙感產品生產遙感應用數據共享影像統籌農業：估產、長勢林草：林地、林種

3、、草原環境：水環境、大氣、生態反射率產品生產DOM生產地表溫度植被參數：植被覆蓋度、葉面積指數、植被凈初生產力等地表水分/蒸散發陸表反照率土地覆蓋分類資源：國土、礦產、海洋城市：水環境、大氣、生態水利：洪澇、水土保持2 遙感應用方案遙感軟件的架構遙感桌面系統企業級遙感平臺系統云遙感服務平臺專業性通用&專項業務化定制 影像&功能服務 平臺&工具 Web&云計算 硬件+軟件+數據 按需獲取資源 業務應用系統桌面桌面企業級企業級云遙感云遙感操作難易處理效率可交互性系統維護資金投入綜合ENVI遙感圖像處理解決方案遙感桌面軟件遙感業務化定制軟件企業級服務器遙感軟件遙感影像數據種類還有氣象衛星、夜光衛星、

4、立體測量衛星.遙感圖像產品 技術路線：攝影測量的思路，處理衛星遙感圖像，常被稱為測繪產品生產、DOM生產等。關鍵字：區域網平差、正射校正、勻色等。產品特點：RGB三波段真彩色、無縫鑲嵌產品等。應用：GIS系統底圖、地理要素提取參考底圖等。遙感底圖產品遙感圖像產品 技術路線：遵守遙感科學進行預處理處理，盡量保留光譜信息。關鍵字：輻射定標、大氣校正、幾何校正等 產品特點：多光譜、中心波長、16bit等 應用：遙感各領域應用DOM無縫鑲嵌圖42景哨兵2反射率鑲嵌圖基于攝影測量圖像處理基于遙感科學圖像處理遙感專題產品土地覆蓋分類圖水質反演圖像火燒程度識別土壤含水量作物長勢與病蟲害監測結果植被覆蓋遙感反

5、演圖2.1 影像數據管理與共享影像管理與共享的途徑元數據模型+數據庫管理+數據文件硬盤儲存+Web共享網站 普通硬盤、NAS、硬盤陣列等 服務器+影像管理與分發系統傳統資源管理器 普通硬盤、NAS、硬盤陣列等云儲存+Web共享網站 X86服務器集群+云儲存軟件 服務器+影像管理與分發系統基于數據湖架構基于系統的影像管理與共享關鍵技術數據導入與讀取 數據導入方式：B/S方式、C/S方式、云客戶端、自動掃描 數據讀?。涸獢祿畔?、快視圖、拇指圖、外接邊框、數據文件+元數據數據共享元數據入庫 數據庫：MySQL、PostgreSql 等 入庫接口：基于Node.js、Python、JAVA等數據儲存

6、 服務器自帶儲存 外設儲存：NAS、磁盤陣列 云儲存（對象儲存）：公有云儲存（阿里、華為等）、私有云儲存（開源MInIO、華為、浪潮、曙光等）數據共享 基于B/S數據共享門戶：空間與屬性檢索、數據瀏覽（元數據、無切片全分辨率瀏覽）、數據下載（http下載、云儲存客戶端）基于Rest服務的數據共享接口數據文件儲存元數據儲存基于ENVI Services Engine影像管理與共享方案遙感服務器平臺瀏覽器基于B/S管理與共享交互界面ENVI Services Engine處理器計算處理器HTTP REST文件儲存系統云儲存在線影像服務數據共享服務Engines基于ENVI Task開發數據讀取服務

7、支持國內外99%的衛星傳感器，包括光學多光譜和高光譜、雷達、極軌衛星數據等；新傳感器提供例子參數情況下最快一天內支持。數據儲存與管理支持NAS、磁盤陣列、云儲存等外設儲存設備；支持MySQL、PostgreSql 等主流關系型數據庫?；贐/S管理與共享交互界面支持Web上傳、服務器目錄（手動或者“無人值守”）等方式選擇數據入庫，兼容第三方云儲存客戶端?？蓴U展性Web界面支持多種框架定制；很容易擴展遙感分析功能；支持單個服務器、集群、云計算平臺部署。兩個案例演示成果影像管理原始影像管理 對已經做過預處理的遙感圖像進行入庫管理；支持免切片全分辨率瀏覽。對原始的壓縮包遙感數據進行入庫管理；支持空間

8、、屬性條件的檢索。長江水利委員會長江科學院鄂爾多斯市氣象局2.2 遙感圖像產品生產遙感圖像產品生產：基于桌面遙感軟件GF多光譜數據正射校正GF全色數據正射校正影像融合結果查看數據打開數據打開0.65米高分7號處理結果ENVI桌面遙感軟件處理，需要人機交互?？蛇M行批量和并行處理，甚至可集群處理。ENVI遙感圖像處理軟件 一般的PC計算機組成遙感圖像產品生產：基于桌面遙感軟件ENVI全面支持國產衛星數據 高分一號ABCD 高分二號 高分四號 高分五號 高分六號（農業衛星）高分七號高分七號 資源一號02c、04 資源一號2D（5米光學衛星）資源三號-01a、02a、03a 北京二號 吉林一號 吉林一

9、號01C/02C光譜星 高景一號 環境一號 環境二號 天繪一號 珠海一號(高光譜)風云三號中文版軟件遙感圖像產品生產：基于桌面遙感軟件自然資源雄安新區衛星應用技術中心提供測試數據數據：原始影像（9景GF2、5景北京二號）1米分辨率76G1米分辨率24G硬件（Dell Precision T3640圖形工作站）CPU：Intel i9-9900K 內存：64GB軟件環境：ENVI桌面2個任務并行處理效率：處理內容處理內容時間時間成果數成果數據量據量全色、多光譜正射校正11分鐘23.7GB 圖像融合（GS方法）25分鐘76GB 用戶：某地級市自然資源局 需求：基于高分一號、高分二號生產RGB、8b

10、it的真彩色圖像，應用于AI變化圖斑提取。要點：每周或者幾周需要生產一次，重復工作量較大 處理流程：遙感圖像產品生產：基于桌面遙感軟件全色/多光譜正射校正圖像融合8bit拉伸真彩色增強輸出TIF格式 解決方案：1.利用ENVI Modeler構建流程批處理工具2.ENVI Modeler中生成ENVI擴展工具3.支持并行處理提高效率遙感圖像產品生產：基于桌面遙感軟件遙感圖像產品生產：企業級服務器遙感系統ENVI Services Engine企業級服務器軟件平臺可“無人值守”自動處理，批量和并行處理效率高。Web客戶端，可隨時連接服務器 可離線處理 企業級服務器遙感軟件 定制化遙感處理平臺 單

11、個服務器/集群服務器/云計算平臺，可配置外置儲存組成中國林業科學研究院提供核工業北京地質研究院提供基于ENVI Services Engine遙感圖像產品生產方案系統架構運行模式業務能力基于企業級架構，支持多用戶在線應用可根據業務量選擇單個服務器/集群服務器/云計算平臺部署平臺。B/S結構，Web瀏覽器端在線提交任務；處理結果自動入庫管理；高效率并行處理。高度可擴展性，可以自定義業務邏輯、界面UI等；很方便與其他系統對接。隨企業級服務器軟件平臺免費提供2.3 共性遙感產品生產共性遙感專題產品生產：基于桌面遙感軟件ENVI桌面遙感軟件處理，需要人機交互?？蛇M行批量和并行處理，甚至可集群處理。桌面

12、遙感圖像處理軟件 一般的PC計算機 遙感模型與流程研制植被覆蓋度圖像土壤含水量組成基于AIEM 模型反演土壤含水量SM=（()()()）VFC=(NDVI-NDVIsoil)/(NDVIveg-NDVIsoil)共性遙感專題產品生產：基于桌面遙感軟件 五種類別（冬天增加冰雪）水面、水生植被、建設用地、農田、林地、水面、水生植被、建設用地、農田、林地、冰雪冰雪 其他白洋淀地區，監測頻率：白洋淀地區，監測頻率：1 1個月一期個月一期土地利用分類自然資源雄安新區衛星應用技術中心提供測試數據共性遙感專題產品生產：基于桌面遙感軟件正射校正圖像融合圖像鑲嵌與裁剪數據預處理（根據數據情況選擇處理步驟）ENV

13、I深度學習工具共性遙感專題產品生產：基于桌面遙感軟件總體精度：94.6%，Kappa系數：0.9263共性遙感專題產品生產：基于桌面遙感軟件共性遙感專題產品生產：高分七號立體像對提取DEM和LAS全自動，批量處理共性遙感專題產品生產：企業級服務器遙感系統鄂爾多斯市氣象局提供武漢區域氣候中心提供從衛星數據(NOAA、FY-3、EOS、NPP等)中”無人值守式樣”自動生產長江流域(華中區)、湖北省范圍內的水體、城市熱島、氣溶膠、植被、林火、生態質量氣象評價6大類12種專題產品數據。并完成影像數據和專題產品數據的入庫管理，提供數據檢索、瀏覽、下載和在線分析等功能在線按需基于深度學習方法進行土地覆蓋分

14、類2.4 遙感綜合應用遙感綜合應用作物長勢與病蟲害監測結果冬小麥種植面積監測防災減災疑似黑臭水體識別將遙感數據、圖像處理技術、遙感分析模型與行業應用有機結合根據區域特點選擇典型應用方向遙感綜合應用：基于遙感的疑似黑臭水體識別水體黑臭的常見評價指標有溫度、色度、化學耗氧量（COD或高錳酸鉀指數）、5日生化需氧量（BOD5）、氨氮（NH3+-N）、溶解氧（DO）、總氮（TN）、硫酸還原菌數、臭閾值（TO）等。水體上的這些指標的濃度會影響遙感影像的光譜特征，如黑臭水體由于水體溶解氧含量低,導致水體藻含量少,在620 nm沒有明顯吸收谷,在700 nm附近沒有明顯的反射峰，這些差異,為從遙感影像建模反

15、演水體參數，進而提取黑臭水體提供了物理基礎。遙感監測原理城市黑臭水體通常分布范圍較廣，河道一般較窄，易受到兩岸環境（居民點、建筑工地、工廠）影響；水流速度較小，水面多漂浮樹葉等雜質，常出現“斷頭”現象。傳統的方法是現場調查，初步通過顏色明顯異?；蛏l濃烈（難聞）氣味的水體，之后采集水樣進行水質參數的化驗特征指標（單位）特征指標（單位）指標閾值指標閾值監測分析方法監測分析方法透明度（cm）25黑白盤法或鉛字法溶解氧(mg/L)15納氏試劑光度法或水楊酸-次氯酸鹽光度法序號特征指標一類二類三類四類五類1溶解氧7.565322高錳酸鹽指數24610153化學需氧量（COD）15152030404五日

16、生化需氧量（BOD5）3346105氨氮（NH3-N）0.150.511.52黑臭水體評價標準之一五類水體劃分標準遙感綜合應用：基于遙感的疑似黑臭水體識別基于經驗模型遙感反演影像預處理水體提取透明度、溶解氧、氨氮反演疑似黑臭水體識別Zsd=a*CTSSbCTSS=a*（BRed/BGree）bDO=a ln+bNH3-N=a*e(b*(BBLU/BRED)*BRED遙感綜合應用：基于深度學習的冬小麥播種面積監測2019年河南冬小麥種植分布2020年河南冬小麥種植分布從2019年、不同地理條件影像上選擇ENVI面向對象分類和光譜分析選擇樣本隨機參數訓練方法獲取較優參數訓練批量分類應用于2020年

17、和其他年份分類鑲嵌與裁剪小圖斑處理分類后處理年份年份遙感提取面積遙感提取面積網上公布面積網上公布面積差值差值20182018 20192019年度年度5926.49千公頃5718.7千公頃+3.6%20192019 20202020年度年度5882.12千公頃5700千公頃+3.19%數據數據2019年（39景）、2020年（43景）10米分辨率的哨兵2衛星影像，成像時間大多3月份。數據量約為：6.57T處理流程處理流程結果結果遙感綜合應用：基于多時相SAR數據的農作物種植監測使用多時相哨兵1數據，利用不同時相的SAR數據組合多波段文件，進行圖像監督分類，得到包含水稻種植面積信息的地表覆蓋類型

18、圖不同時相的后向散射系數R：3月31日G：5月6日B：6月11日構建多波段圖像監督分類遙感綜合應用：InSAR技術應用于地表形變監測Vel mm/yr-10+10城市地表形變監測石油管道周邊沉降監測礦山沉降監測大壩地表形變監測地鐵地表形變監測基于ENVI Services Engine的企業級綜合遙感應用平臺綜合應用層服務平臺層服務器監控用戶管理信息管理任務管理運維管理系統數據資源層高性能集群計算/云計算基礎設施層外設硬盤存儲黃河沿岸人工建筑動態監測成果遙感數據原始遙感數據標準x86服務器標準x86服務器標準x86服務器標準x86服務器遙感算法變化檢測數據共享溫度反演密度分割生態計算數據檢索

19、數據瀏覽 數據下載數據更新算法與數據服務遙感信息產品水體識別深度學習數據統計黃河水面積遙感動態監測重點湖泊水庫水質遙感監測礦山生態修復遙感監測城市熱島遙感監測遙感數據入庫管理數據解壓數據歸檔數據儲存元數據入庫數據提取數據獲取數據檢索與瀏覽大氣環境遙感監測移動APP應用大氣校正正射校正地理編碼影像融合影像鑲嵌影像裁剪圖像增強遙感影像生產圖像分類植被指數水環境參數冰雪指數遙感共性專題產品生產投影轉換原始遙感數據遙感大數據資源池數據獲取與生產系統數據入庫與管理系統模型管理水質反演大氣反演數據刪除一個數據資源服務中心、一個遙感應用服務平臺、若干典型遙感應用基礎設施層：根據業務情況可在單個服務器、集群、

20、云計算之間遷移，支持windows和linux跨平臺部署，外設儲存支持云儲存、NAS、磁盤陣列等。遙感大數據資源池：管理原始影像數據、不同產品級別的影像成果數據、不同類型的遙感專題產品等；遙感影像生產能力、共性專業產品生產能力；支持目前市面上99%的衛星影像數據；遙感算法與模型的支撐：深度學習、圖像分類、遙感反演等；水質反演、大氣反演、生態反演等；綜合應用：依據具體應用需求確定。企業級綜合遙感應用平臺：應用案例高分衛星鄂爾多斯分中心遙感綜合應用平臺系統架構運行模式業務能力企業級架構?；赟OA的分層架構，以標準的WebService服務接口方式提供遙感和業務接口，并構建B/S結構的遙感Web應

21、用，瀏覽器上直接使用系統；一體化集成應用。系統在GIS、數據庫、并行計算等技術的支撐下，在高性能計算機環境中，采用多用戶應用模式，實現遙感數處理、監測分析、入庫與管理、發布與共享一體化集成與應用平臺；專業遙感與業務相結合，實現四個方面的職能業務：數據管理與共享 影像生產：DOM生產、地表反射率產品生產等 共性遙感產品生產：植被產品、地表覆蓋產品、地表溫度產品等 遙感綜合應用：流域生態監測、水面積動態監測、湖泊水庫水質監測、礦山生態監測、大氣環境監測等。鄂爾多斯市氣象局提供3 總結遙感影像不僅僅只作為底圖使用遙感應用基礎環境標準影像處理遙感與行業應用以桌面遙感軟件、企業級遙感系統為工具，實踐中積累遙感應用經驗，逐步豐富遙感業務化應用。謝謝大家，祝各位生活愉快！