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對地觀測傳感網與聚焦服務
發布時間:2014-08-19

對地觀測傳感網與聚焦服務
 
  隨著大量的高分辨率遙感衛星的運行,基于有線或無線傳感器的地基觀測技術也迅速發展,各種地基觀測系統的數量呈指數遞增。然而,單純地增加傳感器資源,仍然難以有效滿足地球陸表監測綜合性、應急性等多樣化的需求,主要原因在于:衛星觀測系統不能協同;空天地異構傳感器缺乏耦合機制;觀測與決策服務缺乏關聯。
 
  對地觀測傳感網是對地觀測領域出現的新方法,它是將具有感知、計算和通信能力的傳感器以及傳感器網絡與萬維網相結合而產生的,具備大規模網絡化觀測、分布式信息高效融合和實時信息服務的能力,目前已經在加州森林野火、泰國洪水檢測、南極雪冰自動提取等方面進行了初步應用。空天地一體化對地觀測傳感網(Earth ObservationSensor Webs)(如圖1所示)由協同觀測系統和聚焦服務系統組成。
 
  協同觀測系統是由許多分布式資源組成的協同觀測網,分散資源通過網絡整合成一個獨立、自主、任務可定制、動態適應并可重新配置的觀測系統[51],它能夠充分利用觀測系統多平臺動態耦合、多傳感器信息互補、多資源聯合觀測的優勢, 更加充分合理、有效地利用觀測資源,全面地提高對地觀測的能力, 滿足日益多樣的觀測需求。
 
  聚焦服務系統(如圖2所示)在互聯網環境下,通過一系列標準接口來提供自動化的傳感器規劃與調度、異構觀測數據獲取及在線數據處理等服務, 從而實現網絡環境下多傳感器資源的動態管理、事件智能感知、按需觀測[56]、觀測融合、數據同化和智能服務,從已有的地球空間信息(4A—AnytimeAnywhereAnythingAnyone)服務能力轉變為靈性(4R—Right TimeRight InformationRight PlaceRight Person)服務水平。
 
  空天地一體化對地觀測傳感網的構建, 需要解決多傳感器協同觀測、傳感網數據同化與信息協同處理以及時空信息聚焦服務模型等關鍵科學問題。
 
1 事件感知與多傳感器協同觀測
 
  由于衛星、航空、地面等傳感器系統在觀測模式、成像機理、應用目的和處理方式等方面存在很大的不同,觀測平臺、接收系統、處理系統和分發系統之間大多是封閉、孤立和自治的,空天地觀測系統缺乏關聯、傳感器沒有統一規劃、觀測數據很難共享,無法滿足陸表監測的綜合性、快速應急響應的需求, 需要在統一的流程下構造事件、傳感器、觀測和決策模型相互關聯的觀測系統體系,提供空天地傳感器的最優布局。
 
2 對地觀測傳感網數據同化與信息協同處理
 
  在對地觀測傳感網環境下,可實時獲取多時--譜尺度的地基、空基和天基觀測數據,為陸表參數信息提取與變化分析提供了基礎數據保證。然而,由于各種空天地傳感器的成像機理千差萬別, 觀測性能各不相同, 傳統的對地觀測數據處理方法不能耦合具有超強時--譜異質特性的多源觀測數據, 不能有效地綜合利用對地觀測傳感網中的多維互補信息。另外, 傳感網中的空間觀測數據僅能表達觀測參量之間的隱含關系, 無法表達各參量的時空連續分布及其轉換機制。 因此, 需要在分布式網絡環境下, 實現空天地數據融合、同化與協同信息處理,快速、精確、全面地提供復雜時空環境多變信息。
 
3 任務驅動的時空信息聚焦服務模型
 
  現有的決策支持和服務模型基本上采用單一的傳感器數據源, 局限于孤立地獲取特定的、有限的信息, 不能結合多平臺、多傳感器數據源提供事件監測所急需的多種時空現勢信息, 不適應分布、協作、可擴展的網絡化環境, 無法根據任務對傳感器資源、數據資源、計算資源和決策資源進行高效聚集, 不能滿足用戶的多樣化需求。 在對地觀測傳感網環境下, 傳感器觀測數據具有實時化、多源化特點,數據處理和信息提取分布在不同的服務節點上, 決策模型需要主動發現更多來源的相關信息參數;面向不同應用領域用戶的多樣化任務需求, 需要聚合相對分散的傳感器資源、時空數據、信息處理資源、決策模型, 提供適應對地觀測傳感網環境的決策支持和服務模型。 因此, 需要智能聚合對地觀測傳感網資源和模型, 實現從傳感器觀測、數據處理、信息提取到決策模型的無縫連接, 建立面向任務的空天地一體化對地觀測傳感網時空信息聚焦服務, 從不同層次、不同角度向不同需求的用戶提供及時、可靠、主動的信息服務, 從而滿足各種綜合性、區域性和專題性的分析決策需要。
 
  本文從國內外已有的高分辨率遙感對地觀測的發展現狀出發, 結合我國經濟建設和國防建設的需求, 提出了高分辨率遙感對地觀測領域中若干亟待解決的前沿科學問題。 筆者認為, 我國高分辨率遙感對地觀測系統的發展, 一定要以能夠實現對自然、環境、災害和安全重大事件的快速響應和精準服務為目標, 科學地構建和優化高分辨率對地觀測系統的布局, 實現任務驅動下的多平臺、多分辨率、多傳感器系統的集成與聚焦服務。只有合理地解決了本文提及的若干前沿科學問題, 才能使高分辨率遙感對地觀測系統充分發揮效益, 滿足國家的重大需求。

 

 

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