陈军:破解世界性难题 完成全球30米地表覆盖数据

3sNews2014-12-17 22:15:18

摘要: 据了解,这套数据是中国科技人员经过4年辛勤努力研制出的一项重要成果。数据涵盖全球陆域范围,包括耕地、水体、林地等10大类地表覆盖信息,有助于各国特别是发展中国家提高地理信息获取和应用能力,有效应对气候变化。

  3sNews武汉独家报道 大家可能都还记得,2014年9月22日,出席联合国气候峰会的国家主席习近平特使、国务院副总理张高丽在纽约联合国总部与联合国秘书长潘基文共同出席中国政府向联合国捐赠30米分辨率全球地表覆盖数据仪式。

  据了解,这套数据是中国科技人员经过4年辛勤努力研制出的一项重要成果。数据涵盖全球陆域范围,包括耕地、水体、林地等10大类地表覆盖信息,有助于各国特别是发展中国家提高地理信息获取和应用能力,有效应对气候变化。

  在这次举行的中国测绘地理信息学会2014年学术年会上,国际摄影测量与遥感学会(ISPRS)主席陈军就为大家详细介绍了这套数据背后的故事。

陈军:破解世界性难题 完成全球30米地表覆盖数据

  以下是现场发言实录(未经本人核实)。

  陈军:我给大家汇报的题目是《全球30米地表覆盖遥感制图》。前段时间大家看电视可能看了这么一个消息,今年9月22号,出席联合国峰会气候峰会的国家主席习近平特使、国务院副总理张高丽向联合国捐赠30米分辨率全球地表覆盖数据,潘基文致词的时候说,这一详尽的数据集将帮助我们更好地理解、监测和管理全球地表和土地使用方面的变化,今天给各位汇报一下这件事情。

  这套产品叫做GlobeLand30,这是今年捐赠仪式上的一个录像片,下面我想给大家汇报一下这个怎么做到的,主要依靠科技创新。

  首先我们说以前我们国家主要在做国内的事情,国外的事情很少做。在今天地表覆盖方面,主要是欧美垄断这个领域,他们曾经做过四套一公里的数据,以后又做的两套三百米的数据,日本前两年做了一公里的。首先这些产品的分辨率比较粗,精度不高,而且也不一致。世界各国都想做30米的,但是这是一个世界性的难题。国际上是这样,没有人能把30米的做下来,我们国家出于科学发展的需要,在2010年年初提出做这件事情,是著名的院士徐冠华提出来做这个事情,我们这个做完了以后,把全球的空间分辨率提高了一到两个数量级,我们的分类精度达到了83%,我们大概是这样在全球抽样,15万个点,中科院地理所,还有林科院、农科院、遥感所这些人来做的,得到的评价结果是83%,这覆盖率是相当高的。

  另外这块我们做了两个时相,做了2000年和2010年两期。2000年的乍得,这是2010年的,变化挺大的;这是北京的,我等会上网给大家演示看看。更重要的,这一次是中国政府决定,向国际社会分享这一重要成果,以前我们数据都很难出去的,这一次张高丽副总理有批示,组织专家认证,大家认为这个东西可以公开。

  那么我们做这件事情的时候,里面面临着三个大的挑战:第一个挑战就是,要用30米影像把全球覆盖一遍很容易,但是你要想高质量覆盖,去掉噪声,迹象相对一致比较困难;第二个问题,上面存在着严重的同物异谱和异物同谱的现象;第三个问题是一个特殊问题,当初徐冠华院士就讲,他是科技部原部长,他说陈军,我要你们做这个事情,你们不出一篇文章可以,但是你要保证数据质量,因为我们这是做到外国人家门口去了,中国你可以到处跑,所以怎么样降低分辨率,降低误差率的数据质量控制技术,他找我们,说我们有工程经验。这一次我们在国家八六三项目支持下,总共4600万,我们主要从三个方面进行了关键技术研究,可以说突破了全球30米遥感分类制图关键技术,才研制出世界上首套的产品,我们很简单地看一看。

  首先我们说第一个,要实现全球的影像的高质量覆盖,必须要做多源影像最优处理,我刚在印度做了一个报告,我跟他们讲,实用的和研究型的是两回事,工程型的有很多研究的算法,在我们这里做了以后很难用,我们开始跟很多大学在一起做了很多实验,国内主要研究单位都参加我们项目了,但是到工程能不能用,这是一个最大的问题。第二个就同物异谱,异物同谱现象的解决,第一个是参考资料服务化整合,覆盖类型精细化提取,在产品质量多元化检合,降低分类误判率。

  第一点,全球影像有多少?2000年10270景TM数据,2010年9907景TM数据,发展了整套模型,影像资料,几何处理,缺失数据处理等等。这是原始影像,这是处理完的影像。

  第二个问题就是异物同谱问题,你看这水,这是巴西的,这是中国的,不同地方都不一样,它们自己也有很大差异。像右边是湿地,湿地跟水体也很相近。二个是同物异谱,湿地分类就有七类,如果我们拿一个自动算法去做,也是精度很低。

  另外一个问题就是质量控制。以往从地理背景角度来讲,不是学制图和测绘的,他们很少去考虑这些因素。为了解决这个问题,我们这次提出了叫POK方法,把象素级分类和对象化分类相结合,这样在分类效率和制图精度里面达到平衡。我们总的策略是这样,先做水体,再做湿地,再做冰雪,减小同物异谱现象。这就是我们大概的过程,时间关系不能详细说。

  最重要一点,如果判断好,不能光根据影像特征,刘院士也讲了,我们是提取了三大类知识,一类是自然类,还有文化类,还有时态类。这是最简单的例子,往往乍得一看,这黑的就是水,实际上不是,它是云的阴影,这是自然知识。

  另外我们从制图单元考虑,对不同类别,线状目标,面状目标都是不一样的,我们一幅幅图的检查,这是我们确保质量非常重要的一个环节。

  第三个,我们这次提出了全球地表覆盖的服务计算模型。以往我们要做好分类,你必然要有参考资料,这次我们用服务的方式,从原来的信息源改到服务的模型,所有的结果,原始资料,最终成果,中间成果,甚至检查成果,全部在网上发布,这样每个作业员,检查人员,我们实时可以找到参考的资料和最新的情况,这样我们支持了两个事情,一个是在线的生产,一个就是信息发布。这种方式取得了很好的成果,像这里边我们有一套网络化的协同检核系统。

  这套系统做了以后,弥补了我们的缺陷,我们说我们测绘背景的人,在几何上比较擅长,但是我们在遥感物理方面比较一般,我们地学知识非常弱,这样的话有了多元知识整合以后,很大程度上弥补了我们的缺陷,支持了地表覆盖数据的科学判定,使得我们能够在比较短的时间内,完成了这么两期全球30米地表覆盖数据的研制。

  那么这个数据研制完了以后,按照国家测绘地理信息局,我们当时是徐德明局长和徐冠华院士两个人共同商量,向全世界社会各界公开,我们就做了这么一套系统,在线服务系统。这个界面是这样的,我们为了方便国外的用户,我们是用的英文,但是上面有一个简体中文,这个我们把全球资料全部在里面了,比方刚才讲的,我们可以先把地表覆盖给它关上,我先看看影像,放上2010年的743波段,我们走到任何一个地方,比方走到武汉,比方说用2010年的影像,我们就做了地表覆盖,右边就是地表覆盖,我们这个非常好,为什么?用户要检查我们对不对,他就对照来看。我们可以看看,比方说走到千湖之国,这就是芬兰,芬兰的水体非常多。这目前有很多人使用,国内的用户,国外的用户,我们9月22号发布,到昨天为止,我们已经有将近八十个国家的近千个用户下载了三万多幅图,每天都有很多人在使用,当然下载最多的目前还是中国,社会各界给了我们很大的鼓励,科技部国家遥感中心说这个关键技术取得重要突破,国际上著名科学杂志Nature还专门给我们发了一个报告,他认为这是全球气候变化应用的一个贡献。有了这个以后我们可以做很多事情,我们叫做大数据分析,比方说你从这里面可以统计出全球地表覆盖的数据,像我们统计出来以后,这就是十大类。

  另外最近很多用户,包括科技部国家遥感中心又组织做了城乡建设用地的分析,这里我们做了一套统计方案,很快就在线了。统计出来城乡建设用地2000年是113万平方公里。我们还可以按每个国家的统计,按海拔的统计,比方0到100米有多少,110到200米有多少,甚至两年的变化统计,很有意思。全球的变化是5%,亚洲6%,在这里可以看到整个的主要国家占比情况。特别有意思,美国和中国两个国家,在十年里面,变化占了将近50%,中国占了28%,美国占了20%。这是亚洲的,北美的,我们发现这个利用效率呈三个形状,一个是发达国家,一个是发展中国家,还有欠发达国家,目前我们工作还没有做完,希望能做一些好的贡献。

  另外一个统计,这十年城乡建设用地,增加城乡建设用地来源是什么?50%是耕地,耕地在亚洲里面占72%,亚洲最多的是中国。

  最后结束语我想说一下,首先欢迎大家使用我们我们这套系统,系统你登陆以后可以免费下载,目前我们2010年数据已经全部在网上了,你登陆一下,告诉我们什么目的,2000年还有点问题,我们再调整一下发布。我们目前已经提供的这个平台具有浏览和下载功能,很快我们提供标注功能你可以告诉我们哪个地方有错误和问题,我们做到83%,实际上还有17%是有问题的,需要大家来帮助。另外上线的功能就是在线统计,我们还在做一个在线的验证,验证有一个功能是跟Global有关系。最近还要做一些在线的分析,将来你们做很多研究,可能有很多人用我们这套东西来做研究,因为时间短,我来不及详细汇报,我列了一个清单,这是我们最近发表的一些文章,我们在中国科学里面出了一期专刊,我们整个项目准备给它出一批二十篇左右的中文文章,十篇的英文文章,系统地向国内外,尤其是国际同行介绍中国这方面的研究进展。

  努力方向是这样,我想这样的,一个我们是希望跟有关各个方面合作,支持他们来做深度挖掘和分析。前天我跟中国农科院讲了讲,他们都认为非常有意思,他觉得这个东西跟他们结合很好,鼓励他们使用,我们还跟环境的,研究环境方面怎么用,另外我们跟国际组织也有很多合作。更多的是鼓励用户群,有什么问题跟我们提出。

  第二个事情我们想做对数据进行精化分析,我们愿意提供更加准确的数据,大家做地理国情就知道,把中国做下来不容易,把全球做下来更不容易,因为你没办法全部跑到国外去。我们这次做得结果总体不错的,北欧的人验证,说我们一致性是最高的,上次我到欧盟去开会,别人讲十分钟,让我讲二十分钟,所以我们现在要发动世界各国来参与精化和分析。我们要做的事情有几个,一个就是要覆盖类型细化,做二级类,另外就是时序数据生成更新回溯,我们也在考虑跟有关组织合作,做全球耕地一张图,做全球湿地一张图,这里面有大量工作需要做。第三个方面,叫动态信息服务,构建GLC portal,提供在线更新、推送服务,处理服务等。

  好,谢谢各位!

[责任编辑:张凯]
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