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遙感數(shù)據(jù)是一類空間大數(shù)據(jù)，這類大數(shù)據(jù)是遙感系統(tǒng)測量地球的記錄。遙感系統(tǒng)是以航天或航空平臺為運載工具、以傳感器為探測工具、以電磁波為探測手段、以地球表面或近地空間為探測對象的系統(tǒng)。在過去的50年間，衛(wèi)星遙感系統(tǒng)逐漸發(fā)展為局地、區(qū)域和全球空間尺度上測量地球的最有效工具之一。遙感數(shù)據(jù)是可用四個分辨率描述的數(shù)據(jù)：輻射分辨率、空間分辨率、光譜分辨率、時間分辨率。四個分辨率的變化加上時間因素是遙感數(shù)據(jù)成為大數(shù)據(jù)的外在因素，而內(nèi)在因素是地球系統(tǒng)的復(fù)雜性。

但如此多、如此長時間的傳感器數(shù)據(jù)能否形成輻射特性和幾何特性“一致”、時間“連續(xù)”（含等間隔持續(xù)的特性）的衛(wèi)星觀測數(shù)據(jù)？如何自動化處理使之“一致”和“連續(xù)”？如何從連續(xù)觀測的數(shù)據(jù)中學(xué)習、識別地表的模式以分析和解釋地球觀測數(shù)據(jù)？如何架構(gòu)技術(shù)平臺，方便整合遙感科學(xué)家編寫的非標準化程序，實現(xiàn)遙感大數(shù)據(jù)高性能分析、大規(guī)模計算的需求？《全球遙感數(shù)據(jù)自動化處理技術(shù)與系統(tǒng)架構(gòu)》一書以遙感大數(shù)據(jù)的思維看待上述問題，總結(jié)了采用大數(shù)據(jù)思維的技術(shù)實踐經(jīng)驗。

遙感數(shù)據(jù)是空間大數(shù)據(jù)的一個子集。面向大數(shù)據(jù)處理，需要新思維指導(dǎo)實踐。

新思維之一：尋找多源數(shù)據(jù)不變特征的思維，基于不變特征減弱同地、同譜、同時不同傳感器數(shù)據(jù)之間的不一致性，不同傳感器數(shù)據(jù)可綜合集成應(yīng)用。本書數(shù)據(jù)處理篇中多源數(shù)據(jù)的幾何一致性處理、輻射一致性處理等都是這一思維指導(dǎo)下的關(guān)鍵技術(shù)。

新思維之二：將信息提取轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)智能的思維，一方面構(gòu)建覆蓋問題空間的樣本集，另一方面構(gòu)建深度學(xué)習模型表達與樣本的深度相似性。本書分類與識別篇的遙感圖像的場景分類、目標檢測、地表覆蓋分類、時間序列分類聚類的關(guān)鍵技術(shù)都是這一思維的具體體現(xiàn)。

新思維之三：云計算和容器技術(shù)融合構(gòu)建技術(shù)平臺的思維，可以支撐遙感大數(shù)據(jù)的在線處理和分析。

本書的系統(tǒng)架構(gòu)篇涉及的關(guān)鍵技術(shù)包括全球多源遙感數(shù)據(jù)的集成和組織技術(shù)、信息產(chǎn)品生產(chǎn)流程建模與算法集成優(yōu)化技術(shù)、容器化全球多源遙感數(shù)據(jù)信息產(chǎn)品生產(chǎn)系統(tǒng)關(guān)鍵設(shè)計技術(shù)都是這一思想的具體體現(xiàn)。

全書架構(gòu)全景透視

三篇15章技術(shù)矩陣 | 覆蓋“數(shù)據(jù)處理-智能分析-系統(tǒng)落地”全鏈路

第一篇：數(shù)據(jù)處理篇——多源遙感數(shù)據(jù)的“統(tǒng)一語言”構(gòu)建

核心突破：幾何/輻射一致性處理技術(shù)體系
章節(jié)亮點：

第2章：統(tǒng)一框架下的多尺度幾何歸一化
第3章：基于偽不變特征的輻射校準技術(shù)
第4-5章：霧霾/云影修復(fù)雙路徑（傳統(tǒng)方法→深度學(xué)習）
第6-7章：數(shù)據(jù)重構(gòu)實戰(zhàn)（分量替換融合+時相缺失插值）
技術(shù)價值：解決跨傳感器數(shù)據(jù)“對齊難”痛點，誤差降低30%+

第二篇：分類與識別篇——數(shù)據(jù)智能的遙感場景解碼術(shù)

核心突破：小樣本/動態(tài)時序下的深度學(xué)習優(yōu)化
章節(jié)亮點：

第8章：GAN樣本擴增+空間布局強化模型
第9章：形狀知識驅(qū)動的目標檢測
第10章：樣本質(zhì)量提升方法論
第11章：高光譜小樣本分類遷移技術(shù)
第12章：時間序列動態(tài)建模
技術(shù)價值：農(nóng)田監(jiān)測/災(zāi)害識別場景準確率突破95%

? 第三篇：系統(tǒng)架構(gòu)篇——容器化遙感計算的工業(yè)化引擎

核心突破：全球遙感產(chǎn)品生產(chǎn)系統(tǒng)技術(shù)棧
章節(jié)亮點：

第13章：多源數(shù)據(jù)智能組織技術(shù)
第14章：算法流程建模與優(yōu)化
第15章：容器化并行計算框架
技術(shù)價值：算法部署效率提升200%，支撐PB級數(shù)據(jù)處理

▋地球大數(shù)據(jù)科學(xué)論叢

第二次工業(yè)革命的爆發(fā)，導(dǎo)致以文字為載體的數(shù)據(jù)量約每 10 年翻一番；從工業(yè)化時代進入信息化時代，數(shù)據(jù)量每 3 年翻一番。近年來，新一輪信息技術(shù)革命與人類社會活動交匯融合，半結(jié)構(gòu)化、非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)大量涌現(xiàn)，數(shù)據(jù)的產(chǎn)生已不受時間和空間的限制，引發(fā)了數(shù)據(jù)爆炸式增長，數(shù)據(jù)類型繁多且復(fù)雜，已經(jīng)超越了傳統(tǒng)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)和處理模式的能力范圍，人類正在開啟大數(shù)據(jù)時代新航程。

當前，大數(shù)據(jù)已成為知識經(jīng)濟時代的戰(zhàn)略高地，是國家和全球的新型戰(zhàn)略資源。作為大數(shù)據(jù)重要組成部分的地球大數(shù)據(jù)，正成為地球科學(xué)一個新的領(lǐng)域前沿。地球大數(shù)據(jù)是基于對地觀測數(shù)據(jù)又不唯對地觀測數(shù)據(jù)的、具有空間屬性的地球科學(xué)領(lǐng)域的大數(shù)據(jù)，主要產(chǎn)生于具有空間屬性的大型科學(xué)實驗裝置、探測設(shè)備、傳感器、社會經(jīng)濟觀測及計算機模擬過程中，其一方面具有海量、多源、異構(gòu)、多時相、多尺度、非平穩(wěn)等大數(shù)據(jù)的一般性質(zhì)，另一方面具有很強的時空關(guān)聯(lián)和物理關(guān)聯(lián)，具有數(shù)據(jù)生成方法和來源的可控性。

地球大數(shù)據(jù)科學(xué)是自然科學(xué)、社會科學(xué)和工程學(xué)交叉融合的產(chǎn)物，基于地球大數(shù)據(jù)分析來系統(tǒng)研究地球系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)和耦合，即綜合應(yīng)用大數(shù)據(jù)、人工智能和云計算，將地球作為一個整體進行觀測和研究，理解地球自然系統(tǒng)與人類社會系統(tǒng)間復(fù)雜的交互作用和發(fā)展演進過程，可為實現(xiàn)聯(lián)合國可持續(xù)發(fā)展目標(SDGs)做出重要貢獻。

中國科學(xué)院充分認識到地球大數(shù)據(jù)的重要性，2018 年年初設(shè)立了 A 類戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項“地球大數(shù)據(jù)科學(xué)工程”(CASEarth)，系統(tǒng)開展地球大數(shù)據(jù)理論、技術(shù)與應(yīng)用研究。CASEarth 旨在促進和加速從單純的地球數(shù)據(jù)系統(tǒng)和數(shù)據(jù)共享到數(shù)字地球數(shù)據(jù)集成系統(tǒng)的轉(zhuǎn)變，促進全球范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)、知識和經(jīng)驗分享，為科學(xué)發(fā)現(xiàn)、決策支持、知識傳播提供支撐，為全球跨領(lǐng)域、跨學(xué)科協(xié)作提供解決方案。

在資源日益短缺、環(huán)境不斷惡化的背景下，人口、資源、環(huán)境和經(jīng)濟發(fā)展的矛盾凸顯，可持續(xù)發(fā)展已經(jīng)成為世界各國和聯(lián)合國的共識。要實施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，保障人口、社會、資源、環(huán)境、經(jīng)濟的持續(xù)健康發(fā)展，可持續(xù)發(fā)展的能力建設(shè)至關(guān)重要。必須認識到這是一個地球空間、社會空間和知識空間的巨型復(fù)雜系統(tǒng)，亟須戰(zhàn)略體系、新型機制、理論方法支撐來調(diào)查、分析、評估和決策。

一門獨立的學(xué)科，必須能夠開展深層次的、系統(tǒng)性的、能解決現(xiàn)實問題的探究，以及在此探究過程中形成系統(tǒng)的知識體系。地球大數(shù)據(jù)就是以數(shù)字化手段連接地球空間、社會空間和知識空間，構(gòu)建一個數(shù)字化的信息框架，以復(fù)雜系統(tǒng)的思維方式，綜合利用泛在感知、新一代空間信息基礎(chǔ)設(shè)施技術(shù)、高性能計算、數(shù)據(jù)挖掘與人工智能、可視化與虛擬現(xiàn)實、數(shù)字孿生、區(qū)塊鏈等技術(shù)方法，解決地球可持續(xù)發(fā)展問題。

“地球大數(shù)據(jù)科學(xué)論叢”是國內(nèi)外首套系統(tǒng)總結(jié)地球大數(shù)據(jù)的專業(yè)論叢，將從理論研究、方法分析、技術(shù)探索以及應(yīng)用實踐等方面全面闡述地球大數(shù)據(jù)的研究進展。地球大數(shù)據(jù)科學(xué)是一門年輕的學(xué)科，其發(fā)展未有窮期。感謝廣大讀者和學(xué)者對本論叢的關(guān)注，歡迎大家對本論叢提出批評與建議，攜手建設(shè)在地球科學(xué)、空間科學(xué)和信息科學(xué)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的前沿交叉學(xué)科——地球大數(shù)據(jù)科學(xué)。讓大數(shù)據(jù)之光照亮世界，讓地球科學(xué)服務(wù)于人類可持續(xù)發(fā)展。

——郭華東

中國科學(xué)院院士

地球大數(shù)據(jù)科學(xué)工程專項負責人

▋主要作者簡介

唐娉

中國科學(xué)院空天信息創(chuàng)新研究院研究員、博士生導(dǎo)師，研究方向為遙感圖像處理，主要從事遙感數(shù)字圖像處理技術(shù)研究及遙感圖像應(yīng)用專業(yè)系統(tǒng)建設(shè)工作，在遙感圖像自動化處理、智能處理、遙感圖像應(yīng)用工程等方面開展了較為深入系統(tǒng)的研究。主持國家自然科學(xué)基金、 863 課題、中國科學(xué)院創(chuàng)新基金和部門項目 10 余項；主持國防高技術(shù)應(yīng)用項目多項。發(fā)表論文近 100 篇，申請國家發(fā)明專利 42 項，授權(quán)國家發(fā)明專利 26 項。 2008 年獲中國科學(xué)院 “ 王寬誠 ” 教育基金會優(yōu)秀女科學(xué)家專項， 2014 年獲測繪科技特等獎 1 項， 2011 年和 2017 年分別國家科技進步二等獎。