王 橋

北京師范大學(xué)，北京 100091

近年來，我國自然和人為因素引起的各類突發(fā)性地表異常(如自然災(zāi)害、環(huán)境污染、生態(tài)破壞、安全事故、違規(guī)開發(fā)等)事件頻發(fā)，并呈現(xiàn)出分布范圍廣、發(fā)生頻率高、演化速度快、影響范圍大、經(jīng)濟(jì)損失重的特點(diǎn)，給人民群眾生命財(cái)產(chǎn)帶來了嚴(yán)重?fù)p失，也給整個(gè)社會(huì)的生產(chǎn)和生活帶來巨大影響，特別是隨著全球氣候變化和經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，地表異常的內(nèi)涵與外延不斷深化和擴(kuò)展，各種地表異常相互交織、相互疊加，局部地表更加脆弱和敏感，可能引發(fā)的各種風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)一步加劇，對(duì)我國經(jīng)濟(jì)和社會(huì)健康可持續(xù)發(fā)展的制約更加顯現(xiàn)。因此，國家急需發(fā)展更快、更準(zhǔn)、更好的地表異常監(jiān)測預(yù)警方法，以第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)各類地表異常，掌握它們發(fā)展的過程、強(qiáng)度、影響和趨勢，爭取應(yīng)急響應(yīng)、緊急處置、督察執(zhí)法的主動(dòng)權(quán)，這是保障我國社會(huì)安全、經(jīng)濟(jì)安全、政治安全的迫切需要，也是我國新發(fā)展階段物質(zhì)文明、精神文明、生態(tài)文明建設(shè)的重大戰(zhàn)略需求。

國內(nèi)外大量研究表明，衛(wèi)星遙感具有探測范圍大、空間連續(xù)、信息豐富、動(dòng)態(tài)性好的特點(diǎn)，是大范圍地表異常探測的最有效方法。近年來災(zāi)害遙感、環(huán)境遙感、地質(zhì)遙感、農(nóng)業(yè)遙感等技術(shù)的進(jìn)步顯示了衛(wèi)星遙感用于地表異常探測與預(yù)警的巨大優(yōu)勢和潛力。地表異常種類繁多，其遙感響應(yīng)特征各異，有關(guān)研究表明地震等災(zāi)害造成的倒塌房屋、崩滑流災(zāi)害引發(fā)的各類地表異常與可見光(光譜、幾何和紋理)和雷達(dá)(后向散射和紋理)的響應(yīng)特征存在定量關(guān)系；森林草原火災(zāi)、秸稈焚燒等引起的植被地表異常主要與熱紅外的輻射溫度有關(guān)[1]；洪澇災(zāi)害、冰雪災(zāi)害、風(fēng)災(zāi)、沙塵暴等氣象水文災(zāi)害與可見光和雷達(dá)的光譜和后向散射系數(shù)等響應(yīng)特征存在明顯的關(guān)系[2]；森林草原作物病蟲害等生物災(zāi)害與各種植被指數(shù)的變化存在高度的相關(guān)性等[3]；爆炸、垮塌、泄露和人為火災(zāi)等人口聚集區(qū)的人造地表的各類異常與可見光、熱紅外和微波的遙感響應(yīng)特征均有密切的關(guān)系[4]；大氣環(huán)境、水環(huán)境、固體環(huán)境污染等引起的地表異常與紫外、可見光、紅外、微波全譜段遙感響應(yīng)特征存在定量響應(yīng)關(guān)系[5]。事實(shí)上，地表異常遙感響應(yīng)特征可直接用于地表異常事件的診斷，例如，利用遙感反射率構(gòu)造的水色指數(shù)可判別水環(huán)境污染的等級(jí)[6]，利用氣溶膠、近地面顆粒物、污染氣體的遙感響應(yīng)特性可識(shí)別大氣污染和各種企業(yè)違規(guī)排放，利用可見光的光譜、幾何、紋理等遙感響應(yīng)特性，結(jié)合人工判讀，可以監(jiān)測安全事故、違規(guī)開發(fā)和生態(tài)破壞等引起的地表異常[4]，利用可見光多光譜影像遙感響應(yīng)特征，可監(jiān)測生態(tài)破壞等導(dǎo)致的植被擾動(dòng)、土地利用變化等[7]。但是，現(xiàn)有地表異常遙感響應(yīng)特征研究還主要是針對(duì)特定要素的，還缺乏針對(duì)不同地表異常的全譜段、全天時(shí)遙感響應(yīng)時(shí)空規(guī)律的研究[8]，還需要從可見光、熱紅外到微波的全譜段，系統(tǒng)研究地表異常遙感響應(yīng)特征及其時(shí)空規(guī)律，以定量提取地表異常遙感響應(yīng)的關(guān)鍵特征。另外，由于自然語言所呈現(xiàn)的地表異常遙感響應(yīng)特征難以被計(jì)算機(jī)理解和自動(dòng)化處理[9]，因此還需要進(jìn)一步研究地表異常遙感響應(yīng)特征語義化表達(dá)，對(duì)此，國內(nèi)外學(xué)者也開展了有益探索，構(gòu)建了諸如Event、SEM、ABC、LODE、CIDOC CRM、Event_Model_F等通用事件語義模型，其中有針對(duì)較寬泛的突發(fā)事件構(gòu)建的語義模型，也有針對(duì)具體突發(fā)事件構(gòu)建的語義模型[10]。

在遙感研究領(lǐng)域，遙感響應(yīng)光譜特征語義經(jīng)歷了從“波譜”“波譜庫”到“波譜知識(shí)庫”的發(fā)展歷程，這種“波譜數(shù)據(jù)+配套參數(shù)”的波譜知識(shí)庫為挖掘新遙感響應(yīng)特征知識(shí)提供了可能[11]，如“中國典型地物波譜知識(shí)庫”成功實(shí)現(xiàn)了一系列地表植被結(jié)構(gòu)參數(shù)的定量反演和語義表征[12]，是地表遙感響應(yīng)特征語義模型的范例。但是，現(xiàn)有語義模型對(duì)事件語義的動(dòng)態(tài)性和連續(xù)性的認(rèn)識(shí)不足，需將異常事件、地表異常、遙感特征三方面的語義表征模型有機(jī)串聯(lián)起來形成知識(shí)體系，才有望支撐地表異常遙感即時(shí)探測與診斷。還需要指出的是，地表異常遙感探測往往面對(duì)的是復(fù)雜背景下、像素級(jí)甚至亞像素級(jí)的弱異常信號(hào)，例如病蟲害、干旱導(dǎo)致的植物光合作用受損表現(xiàn)為微弱信號(hào)葉綠素?zé)晒獍l(fā)生變化[13]，水華、溢油等水體環(huán)境異常導(dǎo)致水體光譜包含部分植物光譜特性和后向散射系數(shù)降低，近地表大氣異常表現(xiàn)為紅外波段形成特征譜線吸收峰[14]等，單臺(tái)載荷本身探測能力的局限和不同載荷多源數(shù)據(jù)時(shí)空譜探測要素(動(dòng)態(tài)范圍、分辨率、視角、譜段等)的不一致性限制了像素級(jí)地表異常的早期發(fā)現(xiàn)和即時(shí)捕捉[15]，構(gòu)建基于地學(xué)、大氣科學(xué)、光學(xué)、傳感器、電子學(xué)等多學(xué)科多領(lǐng)域交叉融合的更真實(shí)完整的全鏈路遙感成像模型，是突破地表異常信息高精度探測的前提[16]。對(duì)此，國際上已開展了一系列研究，如美國航空航天局開發(fā)的PATCOD集成平臺(tái)、德國宇航中心研制的高光譜仿真系統(tǒng)SENSOR、美國羅切斯特理工學(xué)院研發(fā)的成像仿真軟件DIRSIG等；我國也開展了以大氣傳輸效率、載荷光學(xué)效率、探測器量子效率等參數(shù)表征為代表的全鏈路模型等研究，由上海技術(shù)物理研究所研制的高分五號(hào)可見短波紅外高光譜相機(jī)的探測器采用了光譜色散方向與電容分檔增益配置的方案，在高信噪比的前提下保證了大動(dòng)態(tài)范圍[17]。此外，一些衛(wèi)星載荷研究也考慮了通過探測器非線性響應(yīng)設(shè)計(jì)來拓展動(dòng)態(tài)范圍。例如，我國風(fēng)云二號(hào)、風(fēng)云四號(hào)衛(wèi)星的最大動(dòng)態(tài)范圍達(dá)64 dB[18]，美國天基紅外預(yù)警衛(wèi)星具有高達(dá)118 dB的動(dòng)態(tài)范圍。但是，現(xiàn)有衛(wèi)星載荷成像模型尚未充分考慮強(qiáng)弱信號(hào)在探測器內(nèi)部的非線性效應(yīng)等因素[19]，對(duì)偏振特性和雜散特性這一制約地表異常探測精度瓶頸問題尚缺乏研究，因此，亟待建立包含全鏈路傳輸特性和遙感載荷全要素參數(shù)的地表異常非線性響應(yīng)探測模型，發(fā)展具有動(dòng)態(tài)范圍自適應(yīng)可控和偏振雜散信號(hào)可抑制的光電聯(lián)合調(diào)控探測載荷新體制。為實(shí)現(xiàn)地表異常遙感即時(shí)探測，除了探測模型還需要從衛(wèi)星-載荷-應(yīng)用一體化到高度來解決即時(shí)探測機(jī)制問題——需要將通信、導(dǎo)航、遙感衛(wèi)星組成“通導(dǎo)遙”一體的星群模式[20]，通過多源數(shù)據(jù)在軌處理、星間與星地的實(shí)時(shí)傳輸，縮短地表異常遙感探測任務(wù)鏈，提高地表異常遙探測時(shí)效[8]，對(duì)此，國際上也開始了一系列探索。例如，美國實(shí)施了TSAT計(jì)劃，把太空、空中、陸地、海洋的網(wǎng)絡(luò)整合為一體[21]；國際電信聯(lián)盟于2016年設(shè)立重點(diǎn)研究課題“將衛(wèi)星系統(tǒng)整合到下一代接入技術(shù)中的關(guān)鍵因素”；我國學(xué)者也提出了可提供全天時(shí)、全天候、全地域?qū)崟r(shí)應(yīng)用服務(wù)的“互聯(lián)網(wǎng)+”天基信息實(shí)時(shí)服務(wù)系統(tǒng)的設(shè)想[22]。與此同時(shí)，探測任務(wù)規(guī)劃、星群資源自適應(yīng)匹配等研究也取得了一些值得肯定的進(jìn)展。如通過遺傳算法建立了SAR衛(wèi)星星座系統(tǒng)任務(wù)規(guī)劃模型[23]，以最少的通道數(shù)觀察感興趣區(qū)域的目標(biāo)，進(jìn)而有效減少了系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間；將觀測任務(wù)自適應(yīng)地分配給預(yù)測概率最高的衛(wèi)星的并行任務(wù)調(diào)度方法[24]降低了探測任務(wù)的復(fù)雜程度；SpaceVPX標(biāo)準(zhǔn)的載荷星上高速數(shù)據(jù)處理平臺(tái)根據(jù)探測任務(wù)的復(fù)雜程度和資源需求，對(duì)每一級(jí)任務(wù)合理分配相應(yīng)的資源[25]；利用自適應(yīng)遺傳算法實(shí)現(xiàn)任務(wù)目標(biāo)分解，組織衛(wèi)星星座的觀測和通信[26]；采用基于規(guī)則的前瞻啟發(fā)式算法，提高衛(wèi)星在軌存儲(chǔ)管理、充電等任務(wù)自主規(guī)劃能力等。但目前調(diào)度和規(guī)劃工作仍主要在地面開展，尚未考慮時(shí)間和資源最優(yōu)為約束條件下地表異常遙感即時(shí)探測任務(wù)與星群資源自適應(yīng)匹配，如何實(shí)現(xiàn)“通導(dǎo)遙”一體化星群自適應(yīng)作業(yè)及任務(wù)規(guī)劃仍是地表異常遙感即時(shí)探測面臨的難題。

從地表異常遙感即時(shí)診斷和預(yù)警來看，由于在軌實(shí)時(shí)處理可在最短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)端到端的即時(shí)探測，因此它已成為對(duì)地觀測領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)[27]。例如，法國PLEIADES衛(wèi)星利用其敏捷成像能力獲取交叉影像，實(shí)現(xiàn)了相機(jī)的在軌幾何內(nèi)定標(biāo)；文獻(xiàn)[28]利用Railroad Valley實(shí)驗(yàn)場分別對(duì)MODIS、IKONOS等傳感器進(jìn)行了在軌輻射交叉定標(biāo)；美國于2000年發(fā)射了EO-1衛(wèi)星，搭載了突發(fā)事件在軌檢測、特征檢測、變化檢測的星上處理器；德國于2001年發(fā)射了BIRD衛(wèi)星，搭載了多種類型遙感影像預(yù)處理、地物分類和火點(diǎn)探測等星上處理器[29]；澳大利亞的FedSat衛(wèi)星搭載了可重構(gòu)在軌處理原型系統(tǒng)，可利用星上的光學(xué)載荷監(jiān)測自然災(zāi)害；“吉林一號(hào)”多光譜01、02衛(wèi)星初步具備了森林火點(diǎn)、海面船艦等目標(biāo)的在軌智能檢測與識(shí)別驗(yàn)證[30]。在地表異常遙感在軌發(fā)現(xiàn)方面國內(nèi)外學(xué)者也開展的一系列有益的探索，有學(xué)者使用NOAA氣象衛(wèi)星的AVHRR和海洋水色衛(wèi)星數(shù)據(jù)，開發(fā)了水溫水色法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法[31]和多波段差值比值法[32]用于赤潮遙感診斷；文獻(xiàn)[33]提出了面向?qū)ο蠹皥鼍凹?jí)語義的地表異常發(fā)現(xiàn)與診斷方法，進(jìn)一步考慮了多特征下各像元上下文關(guān)系所形成的對(duì)象層和場景層；為獲取更多的信息來指導(dǎo)地表異常變化診斷，文獻(xiàn)[34]利用遙感特征語義變化構(gòu)建語義表征模型和基于統(tǒng)計(jì)模型的地表異常檢測算法；文獻(xiàn)[35]通過馬氏距離衡量待檢測像素與參考背景統(tǒng)計(jì)特性之間的偏離程度，并計(jì)算背景均值向量和協(xié)方差矩陣，實(shí)現(xiàn)地表異常信息診斷；文獻(xiàn)[36]提出了基于幾何建模的地表異常遙感檢測算法，包括基于稀疏表示的地表異常檢測算法、基于低秩分解的地表異常檢測算法，以及基于張量分解的地表異常檢測算法[37]，并用典型的光譜特征向量來表征地表異常；也有學(xué)者提出了基于深度學(xué)習(xí)的地表異常檢測算法，由地表異常遙感響應(yīng)特征知識(shí)引導(dǎo)地表異常的發(fā)現(xiàn)，打破了傳統(tǒng)的依賴人工指定特征的學(xué)習(xí)策略，通過一種二維空間內(nèi)的卷積操作和下采樣層，對(duì)模型的參數(shù)進(jìn)行更高效率的學(xué)習(xí)，提高了地表異常診斷的效率和精度[38]；還有學(xué)者利用基于知識(shí)圖譜[39]的地表異常遙感檢測方法，在同時(shí)滿足了地表異常檢測的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性需求方面取得重要突破。

與此同時(shí)，如何在軌生成地表異常遙感預(yù)警知識(shí)也引起國內(nèi)外研究機(jī)構(gòu)的高度關(guān)注，如美國海軍利用海洋地球地圖觀測儀(NEMO)衛(wèi)星中的海岸海洋成像光譜儀，結(jié)合光學(xué)實(shí)時(shí)自適應(yīng)光譜識(shí)別系統(tǒng)的自適應(yīng)圖像識(shí)別技術(shù)，生成基于星上自動(dòng)探測的海深和海水透明度等參數(shù)的預(yù)警知識(shí)[40]；聯(lián)合國糧農(nóng)組織研發(fā)的“全球火災(zāi)信息管理系統(tǒng)(GFIMS)”新型在線火災(zāi)監(jiān)測系統(tǒng)，具有星上在軌生成火災(zāi)發(fā)生位置、火災(zāi)嚴(yán)重程度以及火災(zāi)影響范圍等預(yù)警知識(shí)等功能；美國EO-1衛(wèi)星上的Hyperion傳感器結(jié)合其搭載的基于場景變化檢測技術(shù)和洪水觸發(fā)閾值，將在軌生成各種洪水發(fā)生位置、淹沒范圍等預(yù)警知識(shí)[41]；文獻(xiàn)[42]設(shè)計(jì)了一種地震發(fā)生初期的震區(qū)遙感影像數(shù)據(jù)星上智能采集系統(tǒng)，通過在軌遙感影像數(shù)據(jù)采集設(shè)備以及星上處理器，在軌生成地震影響范圍和破壞情況等遙感預(yù)警知識(shí)，并直接推送搭配地面接收站；文獻(xiàn)[43]設(shè)計(jì)了一種搭載在“吉林一號(hào)”光譜01/02星的在軌處理系統(tǒng)，可直接利用星上北斗接收機(jī)短報(bào)文通信，實(shí)現(xiàn)著火點(diǎn)經(jīng)緯度從傳感器到用戶的實(shí)時(shí)傳輸，以提升應(yīng)急響應(yīng)的時(shí)效性。

現(xiàn)有地表異常遙感即時(shí)探測方法還主要是針對(duì)個(gè)別地表異常要素的，存在模型復(fù)雜、處理過程冗長、模型泛化能力差、實(shí)時(shí)化和智能化水平低、對(duì)先驗(yàn)知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)閾值等依賴較多等一系列問題，還難以滿足突發(fā)性、多樣性、隨機(jī)性、隱蔽性和復(fù)雜性的地表異常的遙感即時(shí)探測的需要，也難以滿足搶險(xiǎn)救災(zāi)、事故處置、污染管控、監(jiān)察執(zhí)法等以分鐘級(jí)響應(yīng)為特征的實(shí)時(shí)遙感服務(wù)的需要。

地表異常遙感即時(shí)探測目前主要存在以下幾個(gè)方面的技術(shù)瓶頸：一是地表異常遙感探測機(jī)理不清，地表弱異常信號(hào)大動(dòng)態(tài)范圍觀測能力不足，缺乏由地表異常遙感特征到地表異常事件過程的智能認(rèn)知，難以實(shí)現(xiàn)地表過程異常遙感響應(yīng)特征(幾何異常、光譜異常、紋理異常、輻射異常等)的即時(shí)識(shí)別與提取[44]；二是各類衛(wèi)星成像參數(shù)和觀測模式固定，過頂時(shí)間較為集中，多時(shí)段覆蓋能差，缺乏星間互聯(lián)與星地互饋機(jī)制，難以實(shí)時(shí)發(fā)現(xiàn)地表異常及其變化[45]；三是探測過程需要經(jīng)過任務(wù)規(guī)劃、衛(wèi)星運(yùn)控、數(shù)據(jù)獲取、傳輸接收、處理加工、分發(fā)應(yīng)用等諸多環(huán)節(jié)，鏈條長、智能化水平低，響應(yīng)時(shí)間往往需要數(shù)天、甚至數(shù)月，難以實(shí)現(xiàn)地表異?？焖僭\斷[46]；四是用戶被動(dòng)接受來自數(shù)據(jù)處理中心的二級(jí)影像產(chǎn)品[47]，終端級(jí)應(yīng)用的語義要素嚴(yán)重缺乏，尚未形成可服務(wù)于多層級(jí)任務(wù)的地表異常語義提取與生成機(jī)制，難以對(duì)地表異常的性質(zhì)、強(qiáng)度、影響和趨勢等進(jìn)行及時(shí)預(yù)警，加之受有限傳輸能力和孤立運(yùn)控模式影響，海量衛(wèi)星數(shù)據(jù)無法以預(yù)警產(chǎn)品方式即時(shí)推送到用戶終端，難以實(shí)現(xiàn)“遙感數(shù)據(jù)-監(jiān)測信息-預(yù)警知識(shí)”的即時(shí)轉(zhuǎn)化[48]。

本文將針對(duì)上述4個(gè)方面技術(shù)瓶頸背后的科學(xué)問題，從衛(wèi)星、載荷、應(yīng)用三位一體的新視角，對(duì)地表異常遙感數(shù)據(jù)獲取、處理、傳輸和應(yīng)用過程進(jìn)行理論重構(gòu)和方法再造，提出以“通導(dǎo)遙”一體化、星上在軌處理、星地互饋機(jī)器學(xué)習(xí)等為代表的地表異常遙感即時(shí)探測機(jī)理與方法研究思路，構(gòu)建包括地表異常遙感響應(yīng)特征與語義表征、地表異常超大動(dòng)態(tài)范圍自適應(yīng)即時(shí)遙感探測、地表異常遙感在軌即時(shí)診斷、地表異常遙感預(yù)警知識(shí)即時(shí)生成與表達(dá)等在內(nèi)的地表異常遙感即時(shí)探測研究框架。

1 總體研究框架

1.1 總體研究目標(biāo)與內(nèi)容

針對(duì)面向地表異常實(shí)時(shí)監(jiān)控預(yù)警的國家重大需求，開展多學(xué)科交叉研究，闡明地表異常遙感探測機(jī)理，解析地表異常遙感響應(yīng)特征，揭示復(fù)雜場景下超大動(dòng)態(tài)范圍地表過程異常自適應(yīng)即時(shí)探測原理，構(gòu)建適于星上資源約束的地表異常遙感在軌遙感即時(shí)診斷與預(yù)警方法，解決“地表異常衛(wèi)星影像-監(jiān)測信息-預(yù)警知識(shí)”即時(shí)轉(zhuǎn)化技術(shù)瓶頸背后的科學(xué)問題，形成以實(shí)時(shí)、智能、主動(dòng)為特征的“衛(wèi)星-載荷-應(yīng)用”三位一體的地表異常遙感即時(shí)探測與預(yù)警方法體系，為突破衛(wèi)星應(yīng)用時(shí)效嚴(yán)重滯后地表異常事件應(yīng)急處置和風(fēng)險(xiǎn)管控需求的國際性難題提供科學(xué)方案，為實(shí)現(xiàn)直到用戶移動(dòng)終端的地表異常遙感監(jiān)測預(yù)警即時(shí)服務(wù)提供方法支撐。具體研究目標(biāo)和內(nèi)容：一是針對(duì)地表異常遙感即時(shí)診斷和預(yù)警遙感機(jī)理不清問題，厘清地表異常事件、地表異常、遙感響應(yīng)特征之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，揭示地表異常遙感全譜段響應(yīng)特征時(shí)空規(guī)律，確定地表異常遙感即時(shí)診斷特征閾值，建立地表異常及其遙感響應(yīng)特征語義表征模型，形成地表異常遙感響應(yīng)特征知識(shí)體系；二是針對(duì)地表異常信息探測能力不足、即時(shí)探測機(jī)制欠缺問題，闡明復(fù)雜場景下地表弱異常信息高精度探測機(jī)理，研發(fā)地表異常超大動(dòng)態(tài)范圍非線性響應(yīng)探測模型，構(gòu)建地表異常事件驅(qū)動(dòng)的探測任務(wù)與星群資源自適應(yīng)匹配映射機(jī)制，形成地表異常“通導(dǎo)遙”一體化任務(wù)協(xié)同及星群模式；三是針對(duì)地表異常遙感診斷時(shí)效差、智能化水平低的問題，提出地表異常遙感信息在軌實(shí)時(shí)處理機(jī)制和技術(shù)途徑，發(fā)展多星聯(lián)合觀測及星地多驅(qū)動(dòng)下的地表異常在軌即時(shí)診斷方法，實(shí)現(xiàn)地表異常事件高層次時(shí)空語義信息在軌表提取與表達(dá)，形成基于星地互饋新機(jī)制的地表異常在軌即時(shí)診斷方法體系；四是針對(duì)星上有限資源約束下地表異常遙感即時(shí)預(yù)警難以實(shí)現(xiàn)的問題，構(gòu)建“衛(wèi)星影像-異常信息-預(yù)警知識(shí)”實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)化機(jī)制，發(fā)展以“信息融合-知識(shí)挖掘-時(shí)空模擬”為主線的地表異常遙感預(yù)警知識(shí)即時(shí)生成方法，突破地表異常遙感預(yù)警知識(shí)自動(dòng)制圖綜合與語義抽取瓶頸，形成適于衛(wèi)星在軌處理與傳輸能力的“通導(dǎo)遙”一體化地表異常遙感即時(shí)預(yù)警方法體系?？傮w技術(shù)路線如圖1所示。

圖1 總體技術(shù)路線

1.2 主要學(xué)術(shù)思路

瞄準(zhǔn)地表異常遙感探測“看不到、看不清、看不快、看不遠(yuǎn)”技術(shù)瓶頸背后的科學(xué)問題，按照“重構(gòu)探測機(jī)制-深究響應(yīng)機(jī)理-再造診斷模式-更新預(yù)警方式”的總體技術(shù)路線，開展地表異常遙感即時(shí)探測機(jī)理與方法研究。

從遙感載荷響應(yīng)、轉(zhuǎn)換、輸出的全周期，研究地表異常像素級(jí)超大動(dòng)態(tài)范圍自適應(yīng)遙感即時(shí)探測方法——基于光場與電場聯(lián)合調(diào)控、探測參數(shù)自適應(yīng)調(diào)整等新手段，構(gòu)建地表異常信號(hào)全鏈路傳輸與全要素響應(yīng)的精準(zhǔn)函數(shù)關(guān)系，解決地表異常成像參數(shù)和觀測模式固定、探測一致性不夠、精準(zhǔn)性差、動(dòng)態(tài)范圍不足的難題。

從遙感特征試驗(yàn)、解析、建模的全進(jìn)程，研究地表異常遙感響應(yīng)機(jī)理——基于全譜段、全天時(shí)等視角，揭示地表異常遙感響應(yīng)時(shí)空規(guī)律，找出遙感響應(yīng)特征標(biāo)志或臨界點(diǎn)，提取地表異常遙感即時(shí)診斷特征閾值和綜合指數(shù)，解決地表異常遙感即時(shí)探測機(jī)理不清、全譜段三維輻射傳輸難以求解的難題。

從遙感數(shù)據(jù)獲取、處理、傳輸?shù)娜鞒蹋芯康乇懋惓＿b感即時(shí)診斷和預(yù)警方法——基于多模態(tài)信息高速融合、在軌知識(shí)挖掘、時(shí)空模擬等新途徑，建立星上資源約束條件下地表異常遙感即時(shí)診斷和預(yù)警方法體系，解決地表異常遙感探測模型復(fù)雜、智能化、實(shí)時(shí)化水平低、遙感即時(shí)服務(wù)能力差的難題(圖2)。

圖2 主要學(xué)術(shù)思路

1.3 關(guān)鍵科學(xué)問題

總體上看，關(guān)鍵科學(xué)問題就是如何將低時(shí)效的傳統(tǒng)地表異常遙感探測發(fā)展成實(shí)時(shí)化、智能化的地表異常遙感探測。其中包括：

(1) “通導(dǎo)遙”一體化地表異常遙感即時(shí)探測機(jī)制——如何構(gòu)建通信、導(dǎo)航、遙感衛(wèi)星一體化的地表異常自適應(yīng)協(xié)同探測機(jī)制，將地表異常遙感信息全鏈路處理模式轉(zhuǎn)變成在軌實(shí)時(shí)處理模式。

(2) 地表異常遙感全譜段響應(yīng)時(shí)空規(guī)律與特征閾值——如何揭示地表異常遙感響應(yīng)機(jī)理，確定地表異常遙感全譜段、全天時(shí)響應(yīng)關(guān)鍵特征，構(gòu)建地表異常/事件遙感即時(shí)診斷特征閾值和綜合指數(shù)。

(3) 地表弱異常信息像素級(jí)超大動(dòng)態(tài)范圍自適應(yīng)探測——如何突破地表弱異常信息探測一致性不夠、精準(zhǔn)性差、動(dòng)態(tài)范圍不足的方法瓶頸，構(gòu)建地表異常像素級(jí)超大動(dòng)態(tài)范圍自適應(yīng)探測模型。

(4) “通導(dǎo)遙”一體化的地表異常遙感即時(shí)診斷與預(yù)警——如何解決復(fù)雜的地表異常遙感即時(shí)診斷預(yù)警與有限的衛(wèi)星處理傳輸能力之間矛盾，實(shí)現(xiàn)“地表異常遙感探測數(shù)據(jù)-診斷信息-預(yù)警知識(shí)”在軌實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)化。

2 地表異常遙感響應(yīng)特征與語義表征研究

2.1 主要研究任務(wù)

研究不同地表異常事件與遙感響應(yīng)特征非線性關(guān)聯(lián)機(jī)理，構(gòu)建基于機(jī)器學(xué)習(xí)的“地表異常事件-地表異常-地表異常遙感響應(yīng)”特征映射關(guān)系模型；開展從可見光、近紅外、熱紅外至微波的地表異常遙感響應(yīng)特征計(jì)算機(jī)仿真模擬，揭示地表異常全譜段、全天時(shí)遙感響應(yīng)特征，定量解析地表異常光譜、輻射、散射、幾何、紋理等遙感響應(yīng)特征標(biāo)志或臨界點(diǎn)，提出地表異常遙感即時(shí)診斷特征閾值和綜合指數(shù)；研究集語義實(shí)體、語義關(guān)系與語義表征于一體的地表異常遙感響應(yīng)特征語義表征模型，形成地表異常遙感響應(yīng)特征知識(shí)體系。

2.2 遙感響應(yīng)特征-地表異常-地表異常事件關(guān)聯(lián)機(jī)理

研究地表異常、地表異常事件與地表異常遙感響應(yīng)特征之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，明晰突發(fā)性可遙感地表異常類型，構(gòu)建“遙感響應(yīng)特征-地表異常-地表異常事件”關(guān)聯(lián)關(guān)系矩陣，利用神經(jīng)元之間的復(fù)雜連接特點(diǎn)，綜合先驗(yàn)知識(shí)、領(lǐng)域知識(shí)以及文獻(xiàn)資料等構(gòu)建地表異常事件背景場知識(shí)，解析遙感響應(yīng)特征與地表異常事件非線性映射機(jī)理，建立不同地表異常事件與遙感響應(yīng)特征映射關(guān)系模型。

2.3 地表異常遙感響應(yīng)特征

針對(duì)不同類型的地表異常，開展從可見光、近紅外、熱紅外至微波的地表異常全譜段、全天時(shí)、多尺度遙感響應(yīng)特征模擬仿真，構(gòu)建地表異常三維虛擬場景，耦合大氣輻射傳輸模型和傳感器成像模型，耦合野外觀測試驗(yàn)、室內(nèi)室外控制試驗(yàn)進(jìn)行敏感參量分析，利用波譜曲線分析等方法，研究不同地表異常類型與遙感全譜段全天時(shí)響應(yīng)特征的關(guān)系，解析不同地表異常與全天時(shí)遙感響應(yīng)特征的時(shí)空規(guī)律，形成系統(tǒng)的地表異常全譜段遙感響應(yīng)特征知識(shí)體系；從地表異常遙感全譜段響應(yīng)特征出發(fā)，分析地表異常的光譜、輻射、散射、幾何、紋理等遙感響應(yīng)特征標(biāo)志/臨界點(diǎn)，研究可定量判別地表異常的遙感響應(yīng)特征閾值及其提取方法。

2.4 地表異常及其時(shí)空演化語義表征模型與知識(shí)體系

研究地表異常及遙感響應(yīng)特征的語義概念與語義實(shí)體，分析地表異常事件、地表異常、遙感響應(yīng)特征的空間、時(shí)間等屬性信息，發(fā)展地表異常及其遙感響應(yīng)特征的文本聚類、語義簇聚類、語義標(biāo)注等方法，構(gòu)建語義實(shí)體關(guān)聯(lián)模型和語義提取模型；研究地表異常及其時(shí)空演化遙感全譜段時(shí)空響應(yīng)特征語義表征模型，形成集地表異常遙感響應(yīng)特征語義實(shí)體、語義關(guān)系及語義表征模型于一體的地表異常遙感響應(yīng)特征知識(shí)體系。

3 “通導(dǎo)遙”一體化地表異常遙感即時(shí)探測機(jī)制研究

3.1 主要研究任務(wù)

面向地表異常遙感即時(shí)診斷與預(yù)警信息在軌處理與傳輸需要，研究地表異?！巴▽?dǎo)遙”一體化協(xié)同探測星群架構(gòu)和機(jī)制，提出基于星間互聯(lián)、星地互饋的“通導(dǎo)遙”一體化星群網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浼軜?gòu)、最佳均衡路由機(jī)制和星網(wǎng)接口協(xié)議；解析“通導(dǎo)遙”一體化星群靜態(tài)資源對(duì)地表異常遙感即時(shí)探測動(dòng)態(tài)任務(wù)的響應(yīng)機(jī)制，發(fā)展地表異常事件驅(qū)動(dòng)的探測任務(wù)與星群資源自適應(yīng)匹配映射方法，構(gòu)建多任務(wù)優(yōu)先級(jí)約束下的星群資源自適應(yīng)匹配優(yōu)化方法，提升星群協(xié)同觀測效能。

3.2 地表異常即時(shí)探測“通導(dǎo)遙”一體化星群模式

研究發(fā)展“通導(dǎo)遙”一體化協(xié)同觀測星群模式、地表異常事件驅(qū)動(dòng)的星間網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)拓?fù)浼軜?gòu)及最佳均衡路由機(jī)制，構(gòu)建遙感衛(wèi)星探測能力數(shù)據(jù)集和在軌服務(wù)泛在集合，定義星群參數(shù)描述體系，解析地表異常事件的遙感響應(yīng)特征與遙感衛(wèi)星探測能力的定量化關(guān)系，建立星群系統(tǒng)動(dòng)態(tài)信息組合優(yōu)化模型；采用最優(yōu)化求解、基于參數(shù)自適應(yīng)策略的動(dòng)態(tài)問題重構(gòu)等方法，在資源利用率和任務(wù)完成率最大化等約束條件下，自適應(yīng)構(gòu)建滿足地表異常最佳探測參數(shù)和最優(yōu)化體系分布的“通導(dǎo)遙”一體化星群方案。

3.3 地表異常即時(shí)探測“通導(dǎo)遙”一體化協(xié)同觀測

分析“通導(dǎo)遙”一體化星群協(xié)同下跨類別網(wǎng)絡(luò)模式間的泛化特征，研究星座拓?fù)鋭?dòng)態(tài)變化條件下星群協(xié)同探測自適應(yīng)機(jī)制以及效能評(píng)估方法，構(gòu)建地表異常事件驅(qū)動(dòng)的“通導(dǎo)遙”一體化協(xié)同觀測的觸發(fā)機(jī)制、并發(fā)機(jī)制和同步機(jī)制；研究“通導(dǎo)遙”一體化協(xié)作結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)一致性、狀態(tài)一致性維護(hù)方法，針對(duì)衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)接入的隨機(jī)性以及星地鏈路的不穩(wěn)定性，研究可進(jìn)化的自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)技術(shù)，發(fā)展星群多維協(xié)同交互過程中過程控制、信息反饋、智能維護(hù)方法，研究基于馬爾可夫決策過程強(qiáng)化學(xué)習(xí)的星群自適應(yīng)規(guī)劃調(diào)度方法，通過構(gòu)建優(yōu)化策略的目標(biāo)函數(shù)，建立星群自適應(yīng)智能規(guī)劃調(diào)度方法。

3.4 探測任務(wù)與星群資源自適應(yīng)匹配映射機(jī)制

研究地表異常即時(shí)探測任務(wù)與星群資源自適應(yīng)匹配映射方法，構(gòu)建包括任務(wù)類型、觀測位置、探測體制、成像要求、觀測效率要求、任務(wù)優(yōu)先級(jí)等要素的地表異常探測任務(wù)描述集合，以及包括觀測窗口內(nèi)可用的衛(wèi)星資源、載荷指標(biāo)、數(shù)據(jù)處理要求、通信資源等要素的“通導(dǎo)遙”一體化星群資源描述集合，研究多任務(wù)優(yōu)先級(jí)約束、多星協(xié)同約束、星群資源差異約束等約束條件下，探測參數(shù)體系自適應(yīng)優(yōu)化方案，建立從探測任務(wù)集到星群資源集的自適應(yīng)映射和探測任務(wù)和異常事件所處區(qū)域星群能力屬性自適應(yīng)匹配方法。

4 像素級(jí)超大動(dòng)態(tài)范圍地表異常高精準(zhǔn)探測方法研究

4.1 主要研究任務(wù)

針對(duì)傳統(tǒng)光學(xué)遙感成像體系對(duì)復(fù)雜背景下地表異常探測能力不足的問題，研究從地表到載荷的多維時(shí)空譜地表異常遙感探測端到端信息響應(yīng)、收集、轉(zhuǎn)換、輸出機(jī)理，探索全鏈路、全要素一致性精準(zhǔn)探測技術(shù)途徑，突破地表弱異常信號(hào)超大動(dòng)態(tài)范圍探測能力差等難題，建立電荷傳輸收集參數(shù)自適應(yīng)調(diào)整新機(jī)制和地表異常信號(hào)全鏈路傳輸與全要素響應(yīng)的精準(zhǔn)函數(shù)關(guān)系，形成復(fù)雜場景下像素級(jí)超大動(dòng)態(tài)范圍地表異常高精準(zhǔn)探測方法。

4.2 地表異常超大動(dòng)態(tài)范圍非線性響應(yīng)模型

針對(duì)傳統(tǒng)遙感載荷探測模型無法適應(yīng)大動(dòng)態(tài)范圍微弱地表異常信號(hào)的表征的難題，研究地表異常信號(hào)在載荷全動(dòng)態(tài)范圍與像素級(jí)微小區(qū)域的作用機(jī)理與檢測方法，揭示溫度、偏壓、電激活區(qū)域面積等參數(shù)對(duì)地表異常不同波長、信號(hào)強(qiáng)度的光響應(yīng)及暗電流非線性關(guān)系，以及電場調(diào)控下背景本征載流子與信號(hào)摻雜載流子之間的作用機(jī)理，構(gòu)建基于地表異常像素級(jí)光傳播方向和光場分布的有效操控模型、超大信號(hào)飽和次生效應(yīng)對(duì)地表異常弱信號(hào)電荷傳輸?shù)挠绊懩Ｐ?，發(fā)展地表異常信號(hào)不同空間頻率下的探測器電路響應(yīng)特性和量化方法，構(gòu)建地表異常信號(hào)載荷全鏈路與全要素的精準(zhǔn)函數(shù)關(guān)系模型。

4.3 像素級(jí)地表弱異常信號(hào)精準(zhǔn)探測機(jī)理

針對(duì)傳統(tǒng)遙感探測體制缺乏像元級(jí)的偏振、彌散抑制及光電耦合轉(zhuǎn)換效率提升手段而導(dǎo)致地表異常弱信號(hào)探測能力差的問題，研究地表弱異常信號(hào)的大氣及載荷偏振彌散效應(yīng)抑制機(jī)理，建立基于新材料的光信號(hào)高效傳輸耦合機(jī)制，構(gòu)建光場與電場聯(lián)合調(diào)控的高效光電轉(zhuǎn)換新結(jié)構(gòu)；研究發(fā)展具有高位相梯度以及大相位調(diào)控范圍的高數(shù)值孔徑超表面微納結(jié)構(gòu)，通過構(gòu)建人工微納超表面結(jié)構(gòu)相位來調(diào)控地表異常光信號(hào)的匯聚以及偏振分布解耦特性，建立基于時(shí)域差分電磁計(jì)算方法和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的像素級(jí)地表異常探測偏振及彌散效應(yīng)抑制消除的機(jī)制；研究地表異常信號(hào)像元內(nèi)小感光區(qū)域與光電轉(zhuǎn)換激活區(qū)域的匹配機(jī)制，建立電激活區(qū)與暗電流及地表異常光信號(hào)響應(yīng)之間的定量關(guān)系模型。

4.4 超大動(dòng)態(tài)范圍地表異常自適應(yīng)探測

針對(duì)傳統(tǒng)載荷全像素統(tǒng)一參數(shù)觀測的模式難以同時(shí)兼顧地表強(qiáng)、弱異常信號(hào)的高精度大動(dòng)態(tài)范圍探測的問題，研究基于電量變化率的各調(diào)控手段控制電路的反饋閉環(huán)自適應(yīng)動(dòng)態(tài)控制方法，建立電量變化率與各可調(diào)控機(jī)制之間的精準(zhǔn)分布參量關(guān)系模型；研究基于微光、微機(jī)、微電混合集成的超大動(dòng)態(tài)范圍光信號(hào)可調(diào)控機(jī)理，發(fā)展具有地表異常信號(hào)耦合效率自適應(yīng)調(diào)控、像素級(jí)超大動(dòng)態(tài)范圍地表異常強(qiáng)弱信號(hào)電荷傳輸收集自適應(yīng)調(diào)整等特點(diǎn)的探測方法，建立相位和振幅聯(lián)合操控的地表異常信號(hào)光電耦合轉(zhuǎn)換效率可調(diào)機(jī)制，實(shí)現(xiàn)地表異常強(qiáng)弱信號(hào)的高效探測。

5 地表異常遙感在軌即時(shí)診斷研究

5.1 主要研究任務(wù)

研究多源、多模態(tài)地表異常衛(wèi)星觀測數(shù)據(jù)在軌動(dòng)態(tài)定標(biāo)、稀疏表達(dá)、時(shí)空融合等衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)在軌處理方法，發(fā)展地表異常與遙感響應(yīng)特征知識(shí)自適應(yīng)快速匹配、像元級(jí)到對(duì)象級(jí)地表異常特征在軌即時(shí)提取技術(shù)，闡明地表異常遙感響應(yīng)特征知識(shí)驅(qū)動(dòng)的地表異常在軌發(fā)現(xiàn)機(jī)理，設(shè)計(jì)星上有限資源約束下超輕量級(jí)地表異常變化檢測深度網(wǎng)絡(luò)，發(fā)展地表異常多特征屬性在軌魯棒挖掘方法，建立基于星地互饋深度學(xué)習(xí)的地表異常在軌即時(shí)診斷模型；解析地表異常事件與地理場景的自適應(yīng)時(shí)空語義耦合機(jī)制，建立地表異常事件高層次時(shí)空語義信息在軌提取與表達(dá)模型。

5.2 突發(fā)性地表異常遙感在軌發(fā)現(xiàn)

針對(duì)地表異常突發(fā)性、不確定性和復(fù)雜性所導(dǎo)致的發(fā)現(xiàn)難的問題，研究遙感先驗(yàn)知識(shí)引導(dǎo)的在軌地表異常特征發(fā)現(xiàn)方法，構(gòu)建基于遙感響應(yīng)特征知識(shí)的地表異常遙感在軌發(fā)現(xiàn)機(jī)制，發(fā)展由像元級(jí)到對(duì)象級(jí)的地表異常遙感特征與異常事件的智能關(guān)聯(lián)方法；研究基于深度學(xué)習(xí)的在軌地表異常發(fā)現(xiàn)方法，設(shè)計(jì)適合于在軌衛(wèi)星的超輕量級(jí)地表異常特征檢測深度網(wǎng)絡(luò)，建立能夠適用于星上在軌處理的輕量級(jí)、高效率深度學(xué)習(xí)模型，形成地表異常在軌發(fā)現(xiàn)與檢測的通用方法。

5.3 地表異常事件遙感在軌診斷

為實(shí)現(xiàn)對(duì)所發(fā)現(xiàn)地表異常所關(guān)聯(lián)事件的在軌即時(shí)診斷，研究多元地理實(shí)體特征關(guān)聯(lián)語義挖掘、地表異常遙感特征與異常事件關(guān)系實(shí)時(shí)抽取、多維映射與快速自動(dòng)匹配技術(shù)，挖掘地表異常事件遙感光譜特征的時(shí)空關(guān)聯(lián)規(guī)律，構(gòu)建基于星地互饋深度學(xué)習(xí)的地表異常遙感在軌即時(shí)診斷機(jī)制，建立基于地表異常遙感響應(yīng)特征知識(shí)的地表異常遙感診斷知識(shí)庫和針對(duì)不同地表異常事件的“發(fā)生-發(fā)展”全流程的遙感即時(shí)診斷模型工具集，形成基于多模式星地互饋、異常事件特征時(shí)空耦合模型驅(qū)動(dòng)的地表異常事件遙感在軌實(shí)時(shí)診斷方法。

5.4 地表異常事件語義提取

針對(duì)地表異常事件在軌語義標(biāo)注、復(fù)雜場景的空間關(guān)系表征與事件演化態(tài)勢的語義表達(dá)，分析異常事件語義對(duì)象與事件場景的空間語義關(guān)系，構(gòu)建星間互聯(lián)數(shù)據(jù)支持下的地表異常事件的復(fù)雜場景空間語義信息提取機(jī)制，發(fā)展基于星地互饋機(jī)制的地表異常事件時(shí)空過程語義表達(dá)模型，形成基于事件長短期記憶表示學(xué)習(xí)框架的地表異常事件“從量變到質(zhì)變”全過程語義信息提取方法，實(shí)現(xiàn)從底層遙感精細(xì)特征到中層對(duì)象融合特征再到高層空間語義信息的地表異常事件語義一體化在軌表達(dá)。

6 地表異常遙感預(yù)警知識(shí)即時(shí)生成與表達(dá)

6.1 主要研究任務(wù)

研究適于星上資源約束的地表異常遙感即時(shí)預(yù)警結(jié)構(gòu)化知識(shí)體系，建立“通導(dǎo)遙”一體化的“地表異常衛(wèi)星影像-監(jiān)測信息-預(yù)警知識(shí)”即時(shí)轉(zhuǎn)化機(jī)制；研究基于多模態(tài)信息融合、強(qiáng)泛化能力知識(shí)挖掘和時(shí)空智能模擬的地表異常遙感預(yù)警知識(shí)即時(shí)生成方法，突破地表異常多模態(tài)信息高速融合、輕量化和強(qiáng)泛化能力模型構(gòu)建、歷史樣本跨域遷移學(xué)習(xí)、在軌時(shí)空模擬器等瓶頸；研究復(fù)雜遙感預(yù)警知識(shí)到適于導(dǎo)航和通信衛(wèi)星有限傳輸能力的遙感預(yù)警制圖產(chǎn)品實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)化機(jī)制，建立基于制圖綜合和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)深度學(xué)習(xí)的遙感預(yù)警知識(shí)即時(shí)表達(dá)模型，形成星上資源約束條件下地表異常遙感預(yù)警知識(shí)即時(shí)生成與表達(dá)方法體系。

6.2 地表異常衛(wèi)星影像-監(jiān)測信息-預(yù)警知識(shí)實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)化機(jī)制

研究定義地表異常遙感即時(shí)預(yù)警知識(shí)及其體系架構(gòu)，厘清面向不同行業(yè)與遙感應(yīng)用方向的地表異常遙感即時(shí)預(yù)警知識(shí)模式和遙感即時(shí)預(yù)警知識(shí)體系結(jié)構(gòu)化表達(dá)方法；開展星上資源約束下的“地表異常衛(wèi)星影像-監(jiān)測信息-預(yù)警知識(shí)”實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)化仿真研究，構(gòu)建“通導(dǎo)遙”一體化的“地表異常遙感影像-監(jiān)測信息-預(yù)警知識(shí)”在軌即時(shí)轉(zhuǎn)化過程表征模型，形成以“通導(dǎo)遙”一體化遙感預(yù)警信息星上實(shí)時(shí)處理機(jī)制、基于導(dǎo)航與通信衛(wèi)星鏈路的遙感預(yù)警信息實(shí)時(shí)傳輸機(jī)制為代表的“地表異常衛(wèi)星影像-監(jiān)測信息-預(yù)警知識(shí)”即時(shí)轉(zhuǎn)化機(jī)制。

6.3 地表異常遙感預(yù)警知識(shí)即時(shí)生成方法

研究適用于星上處理的地表異常多模態(tài)信息融合輕量化模型策略，解析地表異常多模態(tài)信息高速融合機(jī)理，形成多模態(tài)信息融合的地表異常遙感預(yù)警知識(shí)即時(shí)生成方法；研究適用于星上處理的地表異常遙感即時(shí)預(yù)警知識(shí)挖掘模型輕量化和強(qiáng)泛化能力策略，發(fā)展地表異常與事件類型、強(qiáng)度、影響、趨勢等預(yù)警知識(shí)關(guān)聯(lián)規(guī)則挖掘方法，形成基于星地互饋和強(qiáng)泛化能力知識(shí)挖掘的地表異常遙感預(yù)警知識(shí)即時(shí)生成方法；研究地表異常時(shí)空變化趨勢模擬星地互饋機(jī)制，形成基于時(shí)空智能模擬的地表異常遙感預(yù)警知識(shí)即時(shí)生成方法。

6.4 地表異常遙感預(yù)警知識(shí)即時(shí)表達(dá)方法

研究復(fù)雜遙感預(yù)警知識(shí)空間信息到適于有限傳輸能力的遙感預(yù)警制圖產(chǎn)品實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)化機(jī)制，構(gòu)建基于幾何空間變換算子優(yōu)選與決策級(jí)融合等方法的地表異常遙感預(yù)警知識(shí)空間信息制圖綜合模型，形成適于導(dǎo)航與通信衛(wèi)星有限傳輸能力的遙感預(yù)警知識(shí)空間信息即時(shí)表達(dá)方法；探索利用逐層特征變換深度學(xué)習(xí)方法對(duì)地表異常遙感預(yù)警知識(shí)語義屬性的重要性進(jìn)行評(píng)估和分級(jí)的技術(shù)途徑，發(fā)展基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)深度學(xué)習(xí)方法的遙感預(yù)警知識(shí)深層語義識(shí)別方法，建立地表異常遙感預(yù)警知識(shí)屬性信息與空間制圖綜合結(jié)果自動(dòng)匹配模型，形成基于深度學(xué)習(xí)的地表異常遙感預(yù)警知識(shí)語義信息即時(shí)表達(dá)方法。

7 小 結(jié)

隨著高分辨率對(duì)地觀測、大數(shù)據(jù)、人工智能等現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)的單星觀測模式正逐步發(fā)展為由地球觀測遙感器、數(shù)據(jù)處理器和通信系統(tǒng)組成的智能星群模式，在星上安裝高速數(shù)據(jù)處理系統(tǒng),使衛(wèi)星具備數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)處理能力,并將處理后有價(jià)值的數(shù)據(jù)直傳回地面，以大幅提升地表異常遙感探測的時(shí)效性已成為必要和可能。同時(shí)，人工智能算法在遙感時(shí)空信息分析和處理中的應(yīng)用不斷深入，處理方式逐漸從“淺層解析”發(fā)展到“深度挖掘”，使得遙感大數(shù)據(jù)知識(shí)圖譜、多模態(tài)信息融合、基于機(jī)器學(xué)習(xí)的時(shí)空特征智能感知、遙感響應(yīng)特征與目標(biāo)場景信息關(guān)聯(lián)知識(shí)挖掘等新技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，為從本質(zhì)上揭示地表異常在遙感成像傳感器下的多粒度、多方位和多層次時(shí)空特征提供了有力工具，也為從信息語義復(fù)雜、數(shù)據(jù)維度豐富的地表光譜、紋理、幾何、散射等遙感特征中認(rèn)知和提取地表異常預(yù)警知識(shí)提供了新的技術(shù)途徑。地表異常遙感即時(shí)探測機(jī)理與方法研究將為以星間互聯(lián)、星地互饋、星上處理為特征的“通導(dǎo)遙”一體化地表異常實(shí)時(shí)探測機(jī)制的構(gòu)建奠定理論基礎(chǔ)，為實(shí)現(xiàn)從傳統(tǒng)的地表異常遙感監(jiān)測到實(shí)時(shí)化、智能化遙感預(yù)警的轉(zhuǎn)變提供技術(shù)支撐，有望帶來遙感即時(shí)探測理論和方法的重大突破，促進(jìn)遙感探測從單一數(shù)據(jù)源、滯后觀測模式轉(zhuǎn)向多星協(xié)同、即時(shí)監(jiān)測模式，從全鏈路、滯后的傳統(tǒng)衛(wèi)星應(yīng)用轉(zhuǎn)向?qū)崟r(shí)化、智能化衛(wèi)星應(yīng)用，催生智能星群、在軌處理器、遙感芯片等新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展，助推實(shí)現(xiàn)直達(dá)用戶移動(dòng)終端的地表異常遙感監(jiān)測預(yù)警即時(shí)服務(wù)。