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对地观测传感网与聚焦服务
发布时间:2014-08-19

对地观测传感网与聚焦服务
 
  随着大量的高分辨率遥感卫星的运行,基于有线或无线传感器的地基观测技术也迅速发展,各种地基观测系统的数量呈指数递增。然而,单纯地增加传感器资源,仍然难以有效满足地球陆表监测综合性、应急性等多样化的需求,主要原因在于:卫星观测系统不能协同;空天地异构传感器缺乏耦合机制;观测与决策服务缺乏关联。
 
  对地观测传感网是对地观测领域出现的新方法,它是将具有感知、计算和通信能力的传感器以及传感器网络与万维网相结合而产生的,具备大规模网络化观测、分布式信息高效融合和实时信息服务的能力,目前已经在加州森林野火、泰国洪水检测、南极雪冰自动提取等方面进行了初步应用。空天地一体化对地观测传感网(Earth ObservationSensor Webs)(如图1所示)由协同观测系统和聚焦服务系统组成。
 
  协同观测系统是由许多分布式资源组成的协同观测网,分散资源通过网络整合成一个独立、自主、任务可定制、动态适应并可重新配置的观测系统[51],它能够充分利用观测系统多平台动态耦合、多传感器信息互补、多资源联合观测的优势, 更加充分合理、有效地利用观测资源,全面地提高对地观测的能力, 满足日益多样的观测需求。
 
  聚焦服务系统(如图2所示)在互联网环境下,通过一系列标准接口来提供自动化的传感器规划与调度、异构观测数据获取及在线数据处理等服务, 从而实现网络环境下多传感器资源的动态管理、事件智能感知、按需观测[56]、观测融合、数据同化和智能服务,从已有的地球空间信息(4A—AnytimeAnywhereAnythingAnyone)服务能力转变为灵性(4R—Right TimeRight InformationRight PlaceRight Person)服务水平。
 
  空天地一体化对地观测传感网的构建, 需要解决多传感器协同观测、传感网数据同化与信息协同处理以及时空信息聚焦服务模型等关键科学问题。
 
1 事件感知与多传感器协同观测
 
  由于卫星、航空、地面等传感器系统在观测模式、成像机理、应用目的和处理方式等方面存在很大的不同,观测平台、接收系统、处理系统和分发系统之间大多是封闭、孤立和自治的,空天地观测系统缺乏关联、传感器没有统一规划、观测数据很难共享,无法满足陆表监测的综合性、快速应急响应的需求, 需要在统一的流程下构造事件、传感器、观测和决策模型相互关联的观测系统体系,提供空天地传感器的最优布局。
 
2 对地观测传感网数据同化与信息协同处理
 
  在对地观测传感网环境下,可实时获取多时--谱尺度的地基、空基和天基观测数据,为陆表参数信息提取与变化分析提供了基础数据保证。然而,由于各种空天地传感器的成像机理千差万别, 观测性能各不相同, 传统的对地观测数据处理方法不能耦合具有超强时--谱异质特性的多源观测数据, 不能有效地综合利用对地观测传感网中的多维互补信息。另外, 传感网中的空间观测数据仅能表达观测参量之间的隐含关系, 无法表达各参量的时空连续分布及其转换机制。 因此, 需要在分布式网络环境下, 实现空天地数据融合、同化与协同信息处理,快速、精确、全面地提供复杂时空环境多变信息。
 
3 任务驱动的时空信息聚焦服务模型
 
  现有的决策支持和服务模型基本上采用单一的传感器数据源, 局限于孤立地获取特定的、有限的信息, 不能结合多平台、多传感器数据源提供事件监测所急需的多种时空现势信息, 不适应分布、协作、可扩展的网络化环境, 无法根据任务对传感器资源、数据资源、计算资源和决策资源进行高效聚集, 不能满足用户的多样化需求。 在对地观测传感网环境下, 传感器观测数据具有实时化、多源化特点,数据处理和信息提取分布在不同的服务节点上, 决策模型需要主动发现更多来源的相关信息参数;面向不同应用领域用户的多样化任务需求, 需要聚合相对分散的传感器资源、时空数据、信息处理资源、决策模型, 提供适应对地观测传感网环境的决策支持和服务模型。 因此, 需要智能聚合对地观测传感网资源和模型, 实现从传感器观测、数据处理、信息提取到决策模型的无缝连接, 建立面向任务的空天地一体化对地观测传感网时空信息聚焦服务, 从不同层次、不同角度向不同需求的用户提供及时、可靠、主动的信息服务, 从而满足各种综合性、区域性和专题性的分析决策需要。
 
  本文从国内外已有的高分辨率遥感对地观测的发展现状出发, 结合我国经济建设和国防建设的需求, 提出了高分辨率遥感对地观测领域中若干亟待解决的前沿科学问题。 笔者认为, 我国高分辨率遥感对地观测系统的发展, 一定要以能够实现对自然、环境、灾害和安全重大事件的快速响应和精准服务为目标, 科学地构建和优化高分辨率对地观测系统的布局, 实现任务驱动下的多平台、多分辨率、多传感器系统的集成与聚焦服务。只有合理地解决了本文提及的若干前沿科学问题, 才能使高分辨率遥感对地观测系统充分发挥效益, 满足国家的重大需求。

 

 

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