遥感的机遇与挑战.pptx

遥感,与中国,可持续发展：机遇,和挑战,汇报提纲,一、背景与意义,三、,遥感,科学与技术前沿问题,二、,遥感,科学技术,进步与,人类,可持续发展,四、,遥感应用服务模式与商业化展望,五、结语,2,一、背景与意义,1.1 中国实现可持续发展必须应对的几种重大问题,1 资源短缺问题,2 环境恶化问题,3 海洋开发问题,4 全球气候变化问题,1.2 可持续发展问题必须在全球化格局下加以处理,1.3 遥感科学技术是可持续发展战略的基础性技术支撑,3,1.1中国实现可持续发展必须应对的几种重大问题,建国以来，尤其是改革开放以来，中国经济建设和社会发展都获得了巨大进步，人民生活日益改善。不过，发展过程中资源短缺、环境恶化、海洋开发、气候变化等问题也日益突出，成为中国实现可持续发展必须面对的问题。,4,1.1中国实现可持续发展必须应对的几种重大问题,资源短缺问题,中国石油储量局限性，供应十分紧迫。中国黑色金属、有色金属也不能满足经济发展的需求，急需开发新的资源。,全球化进程必然会导致全球范围内资源市场构造的深入调整。中国在将自己的资源提供应全世界分享的同步，也越来越依赖世界资源。,5,从中国自身的发展和增进全球共同发展的角度，都规定我们对全球的能源、资源布局有全面、深入的理解，怎样实现中国和各国资源的优势互补，是中国实行可持续发展战略需要研究的重大问题之一。,中国十大原油进口国,1.1中国实现可持续发展必须应对的几种重大问题,6,水体污染,大气污染,沙漠化,环境恶化,问题,1.1中国实现可持续发展必须应对的几种重大问题,水污染和大气污染都是目前世界上最为紧迫的卫生危机之一，并成为“世界性的劫难”。,土壤大规模酸化和退化、森林减少、水土流失和有毒化学物质传播等环境问题都影响着中国以至全人类的生存和发展。,森林退化,有毒化学物质传播,7,环境污染问题具有世界性的特点，其,影响,超越国界，其源头和扩散过程也是亟待阐明的全球性问题。,1.1中国实现可持续发展必须应对的几种重大问题,8,中国既是一种陆地大国，也是一种海洋大国，拥有300多万平方公里的海洋国土。但我们对近海资源环境理解甚少，对深海、极地的研究更是严重局限性。,中国要实行“走出去”的战略，就必须对全球海洋状况有全面的、深入的理解。,1.1中国实现可持续发展必须应对的几种重大问题,海洋开发问题,9,全球气候变化问题是对中国的巨大挑战。中国以煤为主的能源构造在支撑经济发展中发挥了重要作用，但燃煤所带来的碳排放已不仅仅是中国，同步也是全世界关怀的问题。,气候变化,问题,1.1中国实现可持续发展必须应对的几种重大问题,10,1.1中国实现可持续发展必须应对的几种重大问题,11,中国在处理全球变化问题中，要承担起自己的国际责任。然而我们对全球变化的研究不够，理解甚少。,缺乏高质量的全球对地观测数据和产品，对全球变化各要素物理过程的深入研究和理解，以及开展地球系统模拟所需的超级计算机平台。,全球变化研究凸显了多学科交叉、融合的极端重要性，而这恰恰是目前中国科学技术发展中突出的微弱环节。,“地球数值模拟装置”原型系统,中国碳排放量之争,二十一世纪是全球化进程形成和发展的时代。,信息技术、通讯技术和交通运送技术的发展，使各国经济、科技和文化等交流更顺畅，并形成了全球规模的信息和物流网络。,经济活动和科学研究也在全球范围内实现多种生产要素或科技分工的优化组合，形成了全球视角和利益格局。,平均寿命,人均收入,社会政治、经济格局变化,1.2 可持续发展问题必须在全球化格局下加以处理,近几十年来全球气候变暖,12,可持续发展的关键是资源和环境问题，包括气候变化问题，其处理方案都超越了国家的边界，都是全球性问题。,全球化的格局促使人类必须以全球视角来研究和处理可持续发展问题，而遥感科学技术为处理这些问题提供了强有力的手段，对其发展也提出了新的规定，指明了未来方向。,1.2 可持续发展问题必须在全球化格局下加以处理,地球系统是一种多系统构成“复杂的系统”人与自然,13,全球观测,减少全球变化认知的不确定性,区域和 全球问题,能源危机,资源短缺,自然灾害,食品短缺,气候变化,模式模拟,结论：遥感科学技术具有宏观、动态的特点，是不可替代的对地观测手段，是可持续发展战略的基础性技术支撑。,专业性和综合性,1.3,遥感科学技术是可持续发展战略的基础性技术支撑,14,遥感数据在应用于全球化框架下的,可持续发展中具有如下特点：,空间上全球性和区域性相结合；,时间上持续性和机动性相结合；,应用上专业性和综合性相结合。,汇报提纲,一、背景与意义,三、,遥感,科学与技术前沿问题,二、,遥感科学技术,进步与,人类可持续发展,四、,遥感应用服务模式与商业化展望,五、结语,15,二、,遥感科学技术,进步与,人类可持续发展,16,16,2.1 国际遥感合作和人类可持续发展,2.2 中国遥感现实状况和服务于可持续发展的前景,2.3 中国遥感科学技术发展面临新的机遇,2.1,国际遥感合作,17,17,为系统理解固体地球、大气圈、水圈、冰雪圈、生物圈各个要素的时空分布及其互相作用，国际科学界实行了一系列以遥感技术为观测手段的科学计划。,国际地圈,-,生物圈研究计划,平流层过程及其对气候作用计划,气候与冰冻圈计划,气候变化与可预报,全球能量与水循环试验计划,世界各国针对全球变化与资源环境等问题，提出了一系列大型国际遥感计划。,美国宇航局（,NASA,）的对地观测计划（,EOS,）,欧洲空间局的极地平台观测计划（,PO-EM,）,日本,/,美国的热带降雨量观测计划（,TRMM,）,欧美等发达国家发起了一系列大型国际遥感研究计划（如,BOREAS,、,ISSCP,等）,18,建立的政府间多边科技合作机制地球观测组织GEO，主导和引领了全球对地观测系统的发展。中国是发起国之一。,GEO的宗旨：,制定和实行全球地球综合观测系统（GEOSS）计划，建立一种综合、协调和可持续的观测系统，提高对地球各要素以及自然和人类活动互相关系的认识，并为决策者提供从初始观测数据到专门应用产品的信息服务。,2.1,国际遥感合作,获得了100个国家和90多种国际组织的参与和支持,19,2.1,国际遥感合作,各个国家都在GEO框架下组织制定有助于本国发展的对地观测计划；美国、欧盟、日本等已制定全球对地观测发展战略，并把GEO作为实行其战略的重要平台。,美国、欧盟在GEO第一种十年实行计划前已提出本国面向全球的计划,欧盟GMES计划于启动,通过与GEO结合实现本国的观测计划,19,20,2.2 中国遥感现实状况和服务于可持续发展的前景,中国已经具有天空一体化综合观测能力，布署了一批气象、海洋、资源和环境减灾科研和业务卫星。以及地面、业务应用系统等建设项目。,21,2.2 中国遥感现实状况和服务于可持续发展的前景,十二五期间，中国启动了863计划,“星机地”综合定量遥感系统与应用示范重大项目，规划建设了“天空地”一体化的全国遥感网技术体系，提高了覆盖数据接受、处理、定量遥感产品生产与应用服务全链条的空间信息服务能力，为中国的对地观测系统走向世界在理论和技术方面开展了积极探索。,森林生物量,多星迅速处理,产品生产平台,(40,种,),产品真实性检查平台(21种),中国已建立了涵盖各部门的遥感应用技术体系，各部门纷纷制定面向本领域的卫星遥感应用发展规划，开展了行业和区域应用系统研制，建立了业务运行系统。,22,2.2 中国遥感现实状况和服务于可持续发展的前景,正在实行的国家科技重大专题高辨别率对地观测系统和空间基础设施，可初步形成天空一体化高精度对地观测网络，初步实现空间信息资源共享，增进业务化示范应用能力的形成和发展，为发展业务卫星体系奠定坚实基础。,空间基础设施,高辨别率对地观测系统,23,2.2 中国遥感现实状况和服务于可持续发展的前景,我国自主的商业卫星北京二号和吉林一号卫星星座等将可以提供高空间辨别率和高时间覆盖率卫星数据。,北京二号,吉林一号,24,2.2 中国遥感现实状况和服务于可持续发展的前景,面向全球的卫星对地观测系统，除气象卫星和海洋卫星等具有一定的全球数据获取能力外，资源卫星绝大部分局限于国内数据获取。,存在设施配套的制约，全球数据获取能力和地面接受站网能力仍然受限，地面产品验证能力也严重局限性。,全球综合观测与应用的意识尚需加强，需要着力处理配套的数据保障、信息提取、信息共享等问题。,全国陆地部分有效覆盖,：,787,万,平方公里,（,82,%,）,中国卫星地面接受站,中国遥感对地观测系统,仍然存在着差距,2.2 中国遥感现实状况和服务于可持续发展的前景,25,在可持续发展方向，科技部国家遥感中心组织全国力量、编制和公布全球生态环境遥感监测年度汇报,为政府决策提供业务运行服务。,科技部每年举行新闻公布会向社会公开公布全球生态环境遥感监测年度汇报，人民日报等10余家媒体争相报道，社会影响强烈。,2.3,中国遥感科学技术发展,面临,新的,机遇,26,中国作为联合主席国的地球观测组织GEO（Group on Earth Observation）正在倡导建立全球性的地球观测应用信息系统，这与中国目前的全球性战略发展目的基本一致。,开展全球综合观测，建立全球综合地球观测应用系统，成为中国实行全球战略和空间信息产业发展的重要支撑，也是全球空间信息制空权竞争的必然规定。,未来十年是中国正面临全球综合地球观测系统发展的重大战略机遇，可以充足运用GEO这一全球平台在区域和全球层次上加速赶超世界先进国家。,不过发展机遇期稍纵即逝、不进则退，必须超前规划、制定战略目的，并在国家科技计划体系中逐渐开展和实行。,汇报提纲,一、背景与意义,三、,遥感,科学与技术前沿问题,二、,遥感科学技术,进步与,人类可持续发展,四、,遥感应用服务模式与商业化展望,五、结语,27,三、遥感科学与技术前沿问题,28,3.1 全球地球综合观测系统之系统,3.2 中高精度遥感模型与参数反演,3.3 遥感产品真实性检查与不确定性,3.4 遥感数据与地球系统模式同化,3.5 遥感大数据与积极服务,3.1,全球地球综合观测系统之系统,29,全球综合观测系统（GEOSS）目的是致力于建立一种综合、协调和可持续的全球地球观测系统，涵盖天基观测、空基观测和地基观测。为了消除不一样对地观测卫星的任务性能和观测成果的差异性等问题，对地观测卫星委员会（CEOS）倡导建立虚拟星座(Virtual constellation)，以建立不一样空间机构之间的合作伙伴关系，通过集成分属于一种或多种机构的对地观测空间和地面系统，建立原则化任务规范。,虚拟星座,通用基础设施,3.2,高精度遥感模型与参数反演,遥感物理模型是对物理过程的数学抽象，目的是从理论上阐释遥感探测电磁波信号和地表参量的状态及变化的内在机理，因而具有一定的普适性。但不管是辐射传播还是几何光学模型，都是对复杂空间异质地表的简朴近似，不能很好地描述现实世界复杂的植被冠层对于光线的拦截和反射现象。,近年来空间异质性问题引起了定量遥感领域的高度关注，高辨别率卫星及激光雷达等数据的日益丰富给空间异质性建模研究提供了有力支撑。,30,3.2,高精度遥感模型与参数反演,多源、立体、交叉反演验证,31,反演常常面临模型欠定或病态问题，即往往存在遥感待反演的参数多于卫,星的观测方程数；且待反演参数在迭代反演过程中往往由于观测误差和模,型误差而出现发散的状况。首先，需要通过集成地学先验知识，减少反,演过程的不确定性，改善模型欠定或病态问题。,运用多源数据的光谱与时空互补性提高反演精度及时空辨别率，也得到,越来越多的重视。光学与微波遥感的模型协同与联合反演、地表参数的,主被动协同反源、多时空辨别率遥感数据的协同反演等已成为定量遥感,研究的重要前沿方向。,3.3 遥感产品真实性检查与不确定性,地区,植被类型,MODIS LAI,产品验证结果,IGBP Kalahari,标准样带,林地,具有较好的一致性,热带稀树草原,具有较好的一致性,芬兰,针叶林混有湖泊斑块,观测精度为,48%,法国,农业区,观测精度为,20%,非洲,热带稀树大草原,高估,2-15%.,印度,农业区,Bhopal,站点,，,RMSE 0.92-1.26,；,Indore,站点,，,RMSE 0.20-0.33,BOREAS,针叶林,高估,33%,汉江流域,农作物、阔叶林、针叶林、草地,低估,10%,黑河流域,阔叶林、灌木、针叶林,低估,58%,NDVI,精度分布,不一样遥感产品各自在多大程度反演真实世界，怎样衡量？,32,33,3.3 遥感产品真实性检查与不确定性,遥感反演往往是一种非线性过程，遥感反演成果的真实性检查是,定量遥感研究不可缺乏的环节，也是评价遥感反演精确性、稳定,性和一致性的客观原则，对于改善遥感反演措施、推广遥感产品,都具有十分重要的意义。,由于地表空间异质性的普遍存在，尺度效应成为遥感产品重要的不,确定性来源，并是遥感产品真实性检查的关键科学问题。,遥感像元空间尺度和地面观测的点尺度之间存在较大的空间差异，,尤其是针对异质性地表这种差异就愈加明显，遥感建模与反演验证,的时空代表性问题也成为制约性原因之一。,遥感产品真实性检查与不确定性评估研究中，尺度效应与尺度转换,还没有成熟的理论来指导，也是受困于没有真正的多尺度数据。,34,测量误差,高分辨率模型误差,尺度效应,单点验证,多点验证,多尺度验证,单点验证：虽然站点分布广泛，受到尺度效应的影响。,多点验证：减小测量误差，一定程度上处理尺度问题，但需要大量人力物力。,多尺度验证：在一定程度上处理了尺度不匹配的问题，但由于模型（辐射定标、大气校正，反演模型）存在很大的不确定性，直接作为参照值也引入很大的误差。,3.3 遥感产品真实性检查与不确定性,3.4,遥感数据与地球系统模式同化,运用周期性、瞬间观测的遥感数据监测动态地球要素，数学模拟与时空扩展。,遥感产品的时序不持续性,遥感产品的空间数据缺失,数据缺失,35,大数据时代，遥感信息获取能力大大加强。全球卫星数量超过1000颗；全球对地观测数据已经到达EB级。,既有的遥感影像分析和海量数据处理技术难以满足目前遥感大数据应用的规定。,3.5 遥感大数据与积极服务,大数据发展趋势,郭华东等，科学大数据与数字地球，科学通报，.,36,大数据分析是科学措施中，继实证、演绎、数字计算之后的一次新的革命，它对于分析预测复杂系统行为，包括经济行为、社会行为均有成功的实践。,数据驱动措施可以直接基于观测资料实现地球系统各圈层模拟和预测，将给地球系统研究带来质的变化。,缺乏大数据分析理论与技术体系，面临“数据密集型计算”问题与挑战；怎样迅速、自动地进行遥感大数据的处理和分析，是大数据时代对地观测领域面临的一种严峻课题。,未来应当在大数据平台、智能信息处理算法和积极服务模式等方面开展创新性研究，拓展科学视野、发展新的措施论。,3.5 遥感大数据与积极服务,37,汇报提纲,一、背景与意义,三、,遥感,科学与技术前沿问题,二、,遥感科学技术,进步与,人类可持续发展,四、,遥感应用服务模式与商业化展望,五、结语,38,四、遥感应用服务模式与商业化展望,39,4.1 推进卫星观测系统的商业化,4.2 无人机遥感发展,4.3 增进遥感应用市场化,产业化,要求的遥感,数据在,分辨率、光谱段、时间覆盖和可用性（无云）等方面全面满足业务应用需求的数据采集能力，目前高分辨率的全国无云全覆盖数据每年一次也很困难，远远满足不了大部分业务应用的基本监测周期要求，尤其南方多云多,雨区数据,更加难以保证。,4.1,推进,卫星观测系统的商业化,40,卫星,载荷类型,/,分辨率,重访周期,幅宽,QuickBird-2,0.65m/2.62m,1-6,天,16.5km,WorldView-3,0.31/1.24m,1.7,天,16.4km,IKONOS,0.82/3.2m,1.5-2.9,天,16.5km,高分一号,2/8m,4,天,60km,高分二号,1/4m,5,天,45km,南方多云多雨区,高分辨率卫星观测系统的商业化是未来发展的重要方向。需要制定和完善可实行的政策，鼓励民间,资本投入、政府扶持、政企合作、军民融合、国家和地方合作,，大力发展高分辨率商业化卫星星座和数据服务与应用服务体系。高分辨率商业卫星小、投资少、风险低、见效快，更加适合民间资本进入和社会化发展,。,4.1,推进,卫星观测系统的商业化,41,PlanetLabs,卫星,Skysat,卫星,国外商业卫星,国内商业卫星,吉林卫星,北京一号,/,二号卫星,4.1,推进卫星观测系统的商业化,42,吉林一号卫星采用以光学载荷为中心的“星载一体化设计”理念，卫星轨道高度约650公里，全色/多光谱辨别率为0.72/2.88米，幅宽11.6公里。,“北京二号”是由三颗高辨别率卫星构成的民用商业遥感卫星星座（DMC3）。北京二号星座由三颗1米全色、4米多光谱的光学遥感卫星构成，可提供覆盖全球、空间和时间辨别率俱佳的遥感卫星数据和空间信息产品。,国内商业卫星,-,北京二号,/,吉林一号,4.2,无人机,遥感发展,43,与航空航天遥感：技术与资金门槛相对较低；,与有人航空遥感：空域限制少，危险环境影响低；,与卫星航天遥感：光学遥感受云影响低、感爱好区 重,复获取频次高、获取模式多样；,与地面调查试验：工作范围大、效率高。,无人机遥感概述,应用领域的不停拓展,1.试验遥感,2.测绘制图,3.减灾应急,4.精确农业,5.森林病虫灾监测,6.环境监测评估,遥感技术目前的产业化程度不高，市场化程度不够，遥感应用主体仍然是依托政府部门内部的相应机构，造成以下诸多问题：,4.3 增进遥感应用市场化,44,投入高，效率低。,鼓励局限性，成果转化效率低。,遥感产业链形成不力。,1,2,3,遥感应用所需的数据、软件、设施和人力的投入大、技术复杂、环节多、流程长。各个行业部门和地方政府都建立独立的应用体系，不仅导致投资挥霍，并且导致各部门之间在数据获取到应用服务环节的互相封锁，反复度高、效率低。,遥感数据信息挖掘局限性，缺乏将遥感数据转换为业务信息和决策知识的规模化能力，针对遥感大数据挖掘和智能化分析的研究还很微弱，没有形成规模化持续生产能力，未充足实现遥感数据的增值和应用效果。,遥感产业链的各个环节未有效衔接、支撑和协同发展，产业发展环境不完善，企业难以专注于特定技术和服务，创新创业成本高风险大，导致目前除了国家政府机构和有行业背景的企业外，其他遥感企业较少较弱，民间资本真正进入到这个行业仍比较困难。,4.3 增进遥感应用市场化,45,为解决上述存在问题，有必要在深入讨论的基础上就以下方面统一认识，形成相应措施：,加强政府宏观管理，切实转变政府职能。,1,制定和完善遥感技术发展规划，改善遥感企业的投资环境，逐渐过渡到政府各部门从市场购置遥感信息服务为主的模式，处理目前反复、低效、成果转化动力局限性的问题。以增长我国遥感技术应用的实力，提高应用效率，减少应用成本，加紧研究成果的产业化。,开拓遥感新的应用领域。,2,将遥感产品“下里巴人”化，将遥感信息再深入处理加工变成价格反应的信息，通过价格信息，支持处理顾客在一定预算约束下的消费决策，提高消费者效用。打通遥感与货币的连接，运用市场、经济规则建立市场鼓励机制，细分产品和服务，实现遥感数据增值、扩张市场规模。,要重视大数据、互联网,+,等带来的新兴市场动力，跨界融合发展自己。,3,遥感技术成为大数据产业中重要的基础支撑，跨界融合大数据、互联网+等新兴市场，从链条的各个环节来改造自己，贯穿和重构整个产业链，从主线上带动遥感技术新的产业发展。,汇报提纲,一、背景与意义,三、,遥感,科学与技术前沿问题,二、,遥感科学技术,进步与,人类可持续发展,四、,遥感应用服务模式与商业化展望,五、总结,46,总 结,47,中国的遥感科学技术一定要树立服务于国家可持续发展的战略目的，努力探索遥感技术和产业发展新思绪，加强遥感前沿问题的科学研究，推进国家遥感应用的市场化进程，走出新的遥感技术创新驱动发展之路。,总 结,48,遥感是增进可持续发展的重要手段。遥感走向市场，走向大数据、走向”互联网+“才刚刚开始迈步子，前方的路还长，这是新的更广阔的空间，这是技术与金融资本共舞的空间，我们大家尤其是年轻人要满怀信心，遥感技术有这个能力，我们的科学家有支撑这个新空间变成现实的能力。,谢 谢,！,