面向任務(wù)的遙感信息聚焦服務(wù)

前言

進(jìn)入21世紀(jì)，人類面臨更加嚴(yán)峻的人為和自然災(zāi)害的挑戰(zhàn)，隨著財(cái)富的不斷增加，孕育的風(fēng)險(xiǎn)也愈來愈多。以遙感、地理信息系統(tǒng)和衛(wèi)星定位與導(dǎo)航等為代表的現(xiàn)代地球空間信息技術(shù)在危機(jī)管理和應(yīng)急響應(yīng)等方面發(fā)揮著越來越重要的作用。特別是現(xiàn)代衛(wèi)星遙感技術(shù)具有覆蓋范圍廣、速度快、適應(yīng)性強(qiáng)和信息豐富等特點(diǎn)，其在應(yīng)急響應(yīng)和軍事應(yīng)用中的作用日益突出。在1972年斯德哥爾摩聯(lián)合國環(huán)境會議上正式提出并付諸實(shí)施的全球環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)（Global Environmental Monitoring System，GEMS），30多年來極大滿足了全球土地管理、自然資源利用、環(huán)境保護(hù)和重大自然災(zāi)害應(yīng)急響應(yīng)等需求。遙感技術(shù)與裝備也廣泛應(yīng)用于國防建設(shè)，并大大提升了戰(zhàn)場態(tài)勢感知、指揮通信、精確作戰(zhàn)等方面的能力。例如，隨著遙感技術(shù)與裝備的應(yīng)用和發(fā)展，“偵察一跟蹤一決策一打擊”的作戰(zhàn)鏈大大縮短：在海灣戰(zhàn)爭中，美軍空襲從發(fā)現(xiàn)到攻擊目標(biāo)需要3天；在科索沃戰(zhàn)爭中，這一時(shí)間縮短到2小時(shí)；阿富汗戰(zhàn)爭時(shí)這一時(shí)間進(jìn)一步縮短到19分鐘；而在伊拉克戰(zhàn)爭中這一時(shí)間控制在10分鐘。我國在國家中長期科技發(fā)展規(guī)劃中也特別設(shè)立“高分辨率對地觀測系統(tǒng)”國家科技重大專項(xiàng)，到2020年重點(diǎn)發(fā)展基于衛(wèi)星、飛機(jī)和平流層飛艇的高分辨率先進(jìn)觀測系統(tǒng)；形成時(shí)空協(xié)調(diào)、全天候、全天時(shí)的對地觀測系統(tǒng)；建立對地觀測數(shù)據(jù)中心等地面支撐和運(yùn)行系統(tǒng)，提高我國空間數(shù)據(jù)自給率，形成空間信息產(chǎn)業(yè)鏈。隨著對地觀測衛(wèi)星的陸續(xù)發(fā)射，每天都可以獲取TB級衛(wèi)星數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)獲取能力提高和數(shù)據(jù)處理能力不足的矛盾日益突出。

內(nèi)容概要

針對多樣化并發(fā)任務(wù)條件下，多平臺、多傳感器、多時(shí)間分辨率、多空間分辨率和多頻譜分辨率遙感數(shù)據(jù)及其處理服務(wù)的廣泛共享、有機(jī)聚合與高效協(xié)同問題，本書系統(tǒng)介紹了面向任務(wù)的遙感信息聚焦服務(wù)理論與方法，包括遙感信息共享的多維動態(tài)全局邏輯模型——遙感信息球模型，以及基于此模型的任務(wù)理解、語義搜索與動態(tài)聚合的服務(wù)方法等，并結(jié)合地震災(zāi)害應(yīng)急響應(yīng)應(yīng)用需求詳細(xì)介紹了典型的遙感信息聚焦服務(wù)流程與主要技術(shù)內(nèi)容。    本書可作為地球空間信息學(xué)及相關(guān)學(xué)科的各類專業(yè)技術(shù)(管理)人員進(jìn)行科學(xué)研究、教學(xué)、生產(chǎn)和管理等工作的參考書，也可作為本科高年級學(xué)生或研究生教材。

作者簡介

李德仁，教授，武漢大學(xué)博士生導(dǎo)師，中國科學(xué)院院士，中國工程院院士，歐亞科學(xué)院院士?，F(xiàn)主要從事以遙感、全球定位系統(tǒng)和地理信息系統(tǒng)為代表的空間信息科學(xué)與技術(shù)的研究與教學(xué)。朱慶，教授，武漢大學(xué)博士生導(dǎo)師，教育部長江學(xué)者特聘教授，測繪遙感信息工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室航空航天攝影測量研究室主任。主要從事數(shù)字?jǐn)z影測量、三維地理信息系統(tǒng)和虛擬地理環(huán)境等方向的研究與教學(xué)。朱欣焰，教授，武漢大學(xué)博士生導(dǎo)師，測繪遙感信息工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室空間信息系統(tǒng)研究室主任。主要從事空間數(shù)據(jù)庫、空間信息網(wǎng)絡(luò)服務(wù)、移動GIS以及GIS應(yīng)用方面的研究與教學(xué)。眭海剛，教授，武漢大學(xué)博士生導(dǎo)師，測繪遙感信息工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室國防十一研究室副主任。主要從事遙感影像處理、模式識別與圖像理解、GIS理論與應(yīng)用的研究與教學(xué)。

書籍目錄

叢書出版說明前言第1章  對地觀測技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢  1.1  對地觀測技術(shù)發(fā)展的機(jī)遇與挑戰(zhàn)  1.2  對地觀測技術(shù)在應(yīng)急響應(yīng)與國防中的應(yīng)用  1.3  遙感技術(shù)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀    1.3.1  多平臺多傳感器技術(shù)的發(fā)展    1.3.2  遙感信息處理技術(shù)的發(fā)展    1.3.3  遙感圖像處理系統(tǒng)的發(fā)展  1.4  遙感信息應(yīng)用服務(wù)    1.4.1  遙感信息共享與互操作    1.4.2  遙感信息分發(fā)服務(wù)  參考文獻(xiàn)第2章  遙感信息聚焦服務(wù)理論  2.1  任務(wù)驅(qū)動的遙感信息聚焦服務(wù)模式  2.2  遙感信息聚焦服務(wù)理論內(nèi)涵  2.3  遙感信息聚焦服務(wù)架構(gòu)    2.3.1  遙感信息聚焦服務(wù)系統(tǒng)基本組成與交互協(xié)議    2.3.2  遙感信息集群自主演化方法    2.3.3  遙感信息主動分發(fā)機(jī)制  參考文獻(xiàn)第3章  多源遙感信息共享模型  3.1  遙感信息的描述規(guī)范  3.2  遙感信息本體建模方法  3.3  多源遙感信息處理服務(wù)統(tǒng)一描述方法    3.3.1  基于形式概念分析的多源遙感信息處理服務(wù)分類    3.3.2  基于本體的多源遙感信息處理服務(wù)語義描述  3.4  遙感信息多維邏輯組織模型——遙感信息球    3.4.1  遙感信息球概念    3.4.2  基于語義的遙感信息多維索引    3.4.3  多維遙感信息降維可視化方法  參考文獻(xiàn)第4章  遙感信息及其服務(wù)的智能搜索方法  4.1  遙感信息語義注冊中心    4.1.1  遙感信息語義注冊模型    4.1.2  遙感信息語義注冊中心的接口和交互協(xié)議  4.2  遙感信息語義搜索描述語言    4.2.1  語義關(guān)系查詢語言    4.2.2  語義規(guī)則描述語言  4.3  遙感信息及其服務(wù)的智能搜索方法    4.3.1  遙感信息語義查詢擴(kuò)展方法    4.3.2  遙感信息處理服務(wù)多層次語義匹配方法  4.4  遙感信息處理服務(wù)分類選擇方法  4.5  案例分析  參考文獻(xiàn)第5章  遙感信息處理服務(wù)動態(tài)組合方法  5.1  遙感信息聚焦服務(wù)的多層次語義約束模型    5.1.1  任務(wù)語義約束    5.1.2  數(shù)據(jù)語義約束    5.1.3  服務(wù)功能語義約束    5.1.4  服務(wù)質(zhì)量語義約束  5.2  漸進(jìn)精化的遙感信息處理服務(wù)組合方法    5.2.1  建立需求相關(guān)服務(wù)關(guān)系圖    5.2.2  基于AO*的服務(wù)路徑搜索算法    5.2.3  案例分析  5.3  基于關(guān)鍵路徑響應(yīng)時(shí)間的遙感信息服務(wù)鏈優(yōu)化方法    5.3.1  響應(yīng)時(shí)間計(jì)算模型    5.3.2  基于關(guān)鍵路徑響應(yīng)時(shí)間的遙感信息服務(wù)優(yōu)化組合算法    5.3.3  案例分析  參考文獻(xiàn)第6章  遙感信息處理服務(wù)鏈自主演化方法  6.1  遙感信息處理服務(wù)鏈變化驅(qū)動力分析    6.1.1  服務(wù)鏈情境本體    6.1.2  任務(wù)情境本體    6.1.3  服務(wù)環(huán)境情境本體  6.2  基于最小沖突啟發(fā)式的遙感信息處理服務(wù)鏈重構(gòu)方法    6.2.1  基本概念    6.2.2  流程約束和完整性約束    6.2.3  基于最小沖突啟發(fā)式的回歸搜索算法    6.2.4  實(shí)驗(yàn)及分析  6.3  QoS感知的多任務(wù)遙感信息處理服務(wù)優(yōu)化組合非合作博弈方法    6.3.1  多任務(wù)遙感信息處理服務(wù)優(yōu)化組合非合作博弈模型    6.3.2  最優(yōu)反應(yīng)迭代算法    6.3.3  實(shí)驗(yàn)及分析評價(jià)  參考文獻(xiàn)第7章  遙感信息多任務(wù)服務(wù)鏈自適應(yīng)在線整合方法  7.1  遙感信息多任務(wù)服務(wù)鏈自適應(yīng)在線整合模型    7.1.1  自適應(yīng)在線整合框架    7.1.2  自適應(yīng)在線整合模型    7.1.3  整合資源的動態(tài)監(jiān)測    7.1.4  整合資源知識庫    7.1.5  在線整合的智能調(diào)度  7.2  基于蟻群算法的整合負(fù)載自適應(yīng)分配算法    7.2.1  服務(wù)執(zhí)行時(shí)間預(yù)測模型    7.2.2  服務(wù)執(zhí)行負(fù)載增量預(yù)測模型    7.2.3  基于蟻群算法的處理服務(wù)自適應(yīng)調(diào)度  參考文獻(xiàn)第8章  遙感信息聚焦服務(wù)在地震災(zāi)害快速監(jiān)測中的應(yīng)用  8.1  地震災(zāi)害對遙感信息的需求分析    8.1.1  災(zāi)害監(jiān)測遙感數(shù)據(jù)要求    8.1.2  災(zāi)害遙感監(jiān)測的業(yè)務(wù)需求  8.2  地震災(zāi)害快速監(jiān)測中的遙感信息聚焦服務(wù)流程    8.2.1  建立約束模型    8.2.2  智能搜索    8.2.3  遙感信息服務(wù)組合    8.2.4  遙感信息服務(wù)鏈演化    8.2.5  服務(wù)鏈在線整合  8.3  遙感影像處理在汶川地震災(zāi)害監(jiān)測中的典型應(yīng)用    8.3.1  高時(shí)空分辨率遙感數(shù)據(jù)獲取    8.3.2  遙感數(shù)據(jù)快速處理    8.3.3  典型災(zāi)害信息檢測與提取    8.3.4  次生災(zāi)害監(jiān)測  參考文獻(xiàn)彩圖

章節(jié)摘錄

插圖：隨著航天技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、信息處理技術(shù)的進(jìn)步，現(xiàn)代空間遙感技術(shù)得到了空前發(fā)展。20世紀(jì)地球科學(xué)進(jìn)步的一個(gè)突出標(biāo)志是人類能夠脫離地球而從太空觀測地球，對地觀測技術(shù)已成為國際上太空競爭的重要熱點(diǎn)之一?，F(xiàn)有的高空間、高光譜、多時(shí)相、全天候的遙感對地觀測技術(shù)，已使人類第一次能夠?qū)⒆约嘿囈陨娴男乔蜃鳛橐粋€(gè)整體來觀測和研究，為地球科學(xué)的研究和人類社會的可持續(xù)發(fā)展作出了巨大的貢獻(xiàn)（龔健雅，2007）。人類正面臨著人口急劇增加、資源逐漸枯竭、環(huán)境日益惡化、災(zāi)害頻繁發(fā)生、恐怖事件愈演愈烈等嚴(yán)重的社會與經(jīng)濟(jì)問題，迫切需要利用對地觀測技術(shù)提供實(shí)時(shí)動態(tài)的地球空間信息，這為對地觀測技術(shù)的發(fā)展提供了前所未有的機(jī)遇。我國科技發(fā)展中長期規(guī)劃中，已將航天對地觀測系統(tǒng)列入重大專項(xiàng)。到2020年，國家計(jì)劃投入2000多億元建立天基信息系統(tǒng)，屆時(shí)在軌運(yùn)行衛(wèi)星將達(dá)上百顆，具有準(zhǔn)實(shí)時(shí)、全天候獲取各種空間數(shù)據(jù)的能力，并逐步形成集高空間、高光譜、高時(shí)間分辨率和寬地面覆蓋于一體的衛(wèi)星（群）對地觀測系統(tǒng)。對地觀測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)獲取與信息處理涉及地球科學(xué)、信息科學(xué)、空間科學(xué)和認(rèn)知科學(xué)等眾多領(lǐng)域，需要通過多學(xué)科交叉聚集多領(lǐng)域的專家，系統(tǒng)而深入地研究地表物體的反射及散射特性、大氣傳輸模型、地物成像機(jī)理與波譜特性、地球空間關(guān)系模型、空間信息采樣定律、地球空間信息統(tǒng)一基準(zhǔn)、遙感影像自動幾何定位、地物目標(biāo)自動識別、空間數(shù)據(jù)挖掘與知識發(fā)現(xiàn)以及空間信息智能服務(wù)等一系列理論與方法。如何快速地對獲取的對地觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行有效處理和自動信息提取、及時(shí)獲得知識、充分發(fā)揮對地觀測系統(tǒng)的使用效能，已成為我們面臨的重大挑戰(zhàn)。

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