自然資源衛(wèi)星高頻次監(jiān)測體系構建及業(yè)務化應用

新形勢自然資源衛(wèi)星遙感監(jiān)測發(fā)展思路新形勢自然資源衛(wèi)星遙感監(jiān)測發(fā)展思路尤淑撐尤淑撐自然資源部國土衛(wèi)星遙感應用中心研究員2024年6月P11P2P3資源遙感監(jiān)測內涵、外延和技術體系革新提出了更新的要求。?我國進入遙感3.0時代：數量、質量和星座?衛(wèi)星遙感與大數據、云計算、AI、5G和區(qū)塊鏈等高新技術深度融合2米級光學衛(wèi)星和高分2號等亞米級衛(wèi)星通過構建虛擬衛(wèi)星星座，統(tǒng)籌編制衛(wèi)星拍攝計劃，影像獲取能力得到顯著提升，成為自然資源遙感監(jiān)測主力數據源。u秦嶺—淮河一線以北地區(qū)，基本可實u秦嶺—淮河一線以南多數地區(qū)，基本u西南獲取困難區(qū)域，基本可實現(xiàn)季度P4基于深度學習的地表覆蓋智能解譯技術體系實現(xiàn)序號類型要素范圍上圖面積模型算法樣本數量/個或對最新迭代精度1變化檢測新增建筑物全國重點區(qū)137260召回率約71%2新增線性地物全國重點區(qū)31259召回率約69%3新增推填土全國重點區(qū)29081召回率約68%4高爾夫用地全國召回率約81%5新增光伏全國召回率約83%6現(xiàn)狀信息提取河湖庫全國-面積精度約85%7光伏用地全國召回率約86%8大棚全國重點區(qū)8418召回率約78%9地類判別耕地、建筑物兩類判別全國-約2000準確率90%以上特定目標檢測飛機全國大中型約2000準確率、召回率約95%輪船廣東等大中型約3500準確率、召回率約85%P5 實現(xiàn)人與自然和諧共生的現(xiàn)代化嚴控資源安全底線嚴控資源安全底線保障糧食能源安全 優(yōu)化國土空間格局促進綠色低碳發(fā)展提升國土生態(tài)功能提升國土生態(tài)功能..................維護資源資產權益維護資源資產權益促進資源資產增值...... 動態(tài)感知快速發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)評價科學評估P6P7P8長時間序列遙感監(jiān)測高頻次遙感監(jiān)測即時遙感監(jiān)測2P92.1一體化監(jiān)測指標構建兼顧自然資源地表要素數量、質量、結構、生態(tài)功能等“土地利用-土地覆蓋-地表參量”一體化遙感監(jiān)測體系，實現(xiàn)“一監(jiān)多用、多監(jiān)合一”。耕地：耕地：水田水澆地旱地種植屬性：耕種/未耕種休耕林糧間作……糧食作物經濟作物蔬菜作物……種植面積植株密度糧食產量……土壤參數：土壤水分土壤溫度有機質含量……耕地“土地利用-土地覆蓋-地表參量”一體化遙資源資源主體業(yè)務土地利用監(jiān)測標地表參數監(jiān)測標P10 土地鹽堿化土地沙化和荒漠化 草地變化 林地變化園地變化耕地變化 植被覆蓋度變化 植被覆蓋面積變化 其他災害擾動 農林病蟲害 土地鹽堿化土地沙化和荒漠化 草地變化 林地變化園地變化耕地變化 植被覆蓋度變化 植被覆蓋面積變化 其他災害擾動 農林病蟲害地質災害 洪澇災害 旱災 其他耕作擾動 秸稈覆蓋還田 耕地覆膜 耕地撂荒耕地休耕 坡耕地改梯田 設施農用地變化 耕地非糧化 耕地非農化 其他建設擾動 建設拆除 新增圍填海 新增光伏板新增推填土新增鐵路 新增道路 新增水工設施 新增別墅 新增農村居民點 2.1一體化監(jiān)測指標監(jiān)測要素：建設擾動、耕作擾動、災害擾動、植被變化、監(jiān)測周期：全國季度監(jiān)測（北方地區(qū)1-2個月/次，南方地建設耕作災害植被退化P11河流綠化造林（綠化通道）湖泊綠化造林（綠化通道）水庫綠化造林（綠化通道）道路兩側造林（綠化通道）河流綠化種草（綠化通道）湖泊綠化種草（綠化通道）水庫綠化種草（綠化通道）道路兩側種草（綠化通道）P122.2一體化監(jiān)測技術土地利用變化對應特征躍變、土地覆蓋變化對應季節(jié)周期性性變化、地表參數變化對應年際緩慢變化，多模態(tài)、多時相衛(wèi)片可以提取并區(qū)分特征的變化幅度和變化規(guī)律①土地覆蓋變化（特征季節(jié)性變化）數據：多模態(tài)/時間序列影像特征變化②土地利用變化（特征躍變）特征變化③地表參數變化（特征緩變）P13 分辨率2.2一體化監(jiān)測技術以多模態(tài)時序衛(wèi)片為主要數據源，基于深度學習模型學習地表要素時-空-譜多維特征。分辨率2.2一體化監(jiān)測技術以多模態(tài)時序衛(wèi)片為主要數據源，基于深度學習模型學習地表要素時-空-譜多維特征。時序年季月旬日P142.2一體化監(jiān)測技術構建由地物要素光譜庫、遙感物候庫、遙感解譯樣本庫的統(tǒng)一遙感監(jiān)測支撐數據庫。遙感解譯樣本庫遙感解譯樣本庫園草建未利用 遙感物候庫 地物光譜庫遙感指數耕林水濕植被/水體要素反射率、散射系數、輻射率隨時P15剖分聚合景#1景#2景#3整景/條帶影像時空譜立方體格網剖分聚合景#1景#2景#3整景/條帶影像時空譜立方體格網①時空剖分：對分辨率規(guī)整的衛(wèi)片進行空間剖分、質量標記、時空編碼，形成空間配準、時序疊加的時空立方體，逐格網逐季度建立輻射基準，支撐衛(wèi)片按需精準檢索。P16P17②按需聚合：根據監(jiān)測底圖季度、區(qū)域、分辨率要求，檢索格網影像和輻射匹配，得到時空統(tǒng)一、光譜可比的監(jiān)測底圖。（勻色后）（勻色后）（勻色前）P18總體思路：基于監(jiān)測數據庫成果，通過圖斑精化生成高質量圖斑樣本，通過按需擴增形成類別結構均衡的高質量樣本集高質量樣本調查監(jiān)測成果高質量樣本調查監(jiān)測成果2結構均衡樣本擴增圖斑精化生成樣本2結構均衡樣本擴增圖斑精化生成樣本交并交并比致性判別①圖斑精化生成樣本：利用某省2022年季度監(jiān)測成果生成樣本，涵蓋新增建（構）筑物、線形地物、推堆土、光伏用地4類4.6萬個樣本，滿足“非農化”監(jiān)測模型訓練要求原始監(jiān)測成果數據庫原始監(jiān)測成果數據庫分布內監(jiān)測成果數據庫分布內監(jiān)測成果數據庫P19②結構均衡樣本擴增：通過mix-up技術生成占比較少的樣本，形成類別結構均衡的樣本集00擴增后樣本結構更均衡P20P20P21總體思路：將先進計算機視覺模型進行遙感化適配，分區(qū)域分季節(jié)構建具有時空屬性的模型，結合監(jiān)測生產開展“產訓一體”的模型優(yōu)化迭代。通用遙感化適配遙感模型時空化構建時空模型產訓一體迭代①通用模型遙感化適配：利用遙感樣本集重新訓練通用計算機視覺模型，使其適用于從多波段、多模態(tài)、大幅面遙感圖像學習提取要素特征的能力多模態(tài)遙感圖像多時相遙感P22P23②遙感模型時空化預訓練：利用不同分區(qū)、季節(jié)樣本預訓練智能模型，模型成果與生態(tài)分區(qū)掛接形成模型池，支持模型匹配推薦u復雜場景分區(qū)面向遙感智能解譯的分區(qū)數據兩級分區(qū)u模型分區(qū)、分季應用同分區(qū)、同季節(jié)數據采用想通模型，提高時空匹配度u同區(qū)模型組合應用同屬一個一級分區(qū)的二級分區(qū)模型組合提高精度9個一級場景分區(qū)P24③模型迭代優(yōu)化：增量樣本優(yōu)化基礎模型，難例區(qū)域、難例要素樣本優(yōu)化模型，在提取過程中“邊勾繪、邊精化”實現(xiàn)預測時優(yōu)化1通用模型優(yōu)化3模型預測時優(yōu)化2難例要素/區(qū)域模型優(yōu)化1通用模型優(yōu)化3模型預測時優(yōu)化園耕水園耕草增量監(jiān)測樣本（月度、季度、年度）增量監(jiān)測樣本（月度、季度、年度）（如薄云、結構破碎如園林草區(qū)分）防庫本防庫本（邊勾繪樣本、邊精化模型）P25模型建設成效：利用百萬級樣本預訓練變化檢測、地物分類、目標檢測10類共20+模型新增建（構）筑物、線形地物、光伏方陣用地、高爾夫球場、點狀地物、庫塘、林地園地、草地、綠化通道P26智能化監(jiān)測處理服務監(jiān)測場景分解空間位置監(jiān)測要素智能化監(jiān)測處理服務監(jiān)測場景分解空間位置監(jiān)測要素模型-樣本-數據時空關聯(lián)監(jiān)測業(yè)務知識 ①監(jiān)測業(yè)務知識：梳理“業(yè)務-地學-模型-數據”4類監(jiān)測業(yè)務知識，支撐模型/數據匹配優(yōu)選、處理流程鏈自動構建①衛(wèi)星數據知識（14顆國土衛(wèi)星-載荷-譜段-分辨率）③地學知識（基礎生態(tài)分區(qū)…）④模型知識（數據/區(qū)域/季節(jié)適用性…）②監(jiān)測業(yè)務知識（衛(wèi)片執(zhí)法業(yè)務規(guī)程）④模型知識（數據/區(qū)域/季節(jié)適用性…）②流程調度運控：研發(fā)流程動態(tài)構建、任務智能流轉技術，實現(xiàn)全環(huán)節(jié)流式處理、全過程智能調度和多任務一體化管理與動態(tài)擴展智能解譯流式處理高性能可視化P28P29③成果共享服務：“部-省-市-縣”影像、圖斑、模型在線服務，促進樣本、模型、知識共建共享，形成縱向到底的一體化監(jiān)測服務體系推送國土衛(wèi)星影像推送季度監(jiān)測圖斑推送監(jiān)測模型3P30P31突破多模態(tài)幾何/輻射一致處理、時序插補技術，快速生產監(jiān)測就緒數據等技術，實現(xiàn)空天地平臺多模態(tài)遙感與志愿者地理信息（VGI）關聯(lián)融合感知多模態(tài)圖像多模態(tài)圖像鐵塔視頻鐵塔視頻手機信令手機信令①多模態(tài)圖像配準技術光譜光譜應函數②多源影像交叉輻射校正技術③長時序數據插補技術P32構建涵括地學、業(yè)務、分析知識的遙感監(jiān)測業(yè)務知識圖譜，在知識引導、嵌入和約束下實現(xiàn)智能跨層級