今天是:
首页 > 科学研究 > 研究进展
社区遥感:一种地学应用新技术
文章来源:重庆市地理学会    发布时间:Thu May 30 16:56:01 CST 2013 浏览次数:1812次

文/重庆市地理信息中心应用服务 陈雪洋

作为一种遥感应用新机制,社区遥感(community remote sensing ,CRS)是一种以人为主体的新型遥感手段,通过本地的 或者其他相关知情人员,为身在千里以外的人或遥感应用系统提供关于当地环境的高精度、高分辨率实时信息的一种技术手段。最 重要的特点就是利用人的优势,有效地弥补传统遥感监测设备的不足,它与通过卫星、飞机等航天、航空遥感器获取数据的手段有 一个共同点,即遥远地感知、获取和传递信息。传统遥感手段主要适用于对大范围、大面积的目标进行快速调查和多时相的动态监 测,但随着对局部小范围、短时间内的动态变化信息的大量需求,传统的遥感数据获取就难以提供这种快速便捷的服务。社区遥感 是将通过分布在世界各地的社区或个人采用高带宽互联网接入口、可全球定位的移动电话、社会网络、数码相机、手机相机以及云 计算等技术方法向集中的遥感系统提供局部和瞬时的精确图像和数据,以补充和完善综合遥感信息数据库,从而全面提高遥感技术 的最终应用效果。随着计算机、遥感、全球定位、地理信息系统和网络通讯等现代应用技术的不断发展和日益普及,社区遥感将给 地学应用带来一场新的革命。

一、概念的提出

2009年7月在南非的开普敦举行的国际地学与遥感论坛年会上,首次提出要开展有关社区遥感的国际合作研究,同年9月发 布了第一份项目公告。2010年9月,在英国伦敦举办的公众网络科学峰会上讨论了如何发展社区遥感的有关问题。2010年10-11月, 美国地质协会在丹佛举行的2010年年会上专门设立了社区遥感专题。

二、社区遥感的内容和特点

社区遥感是一门空间信息技术,在以空间数据采集与分析为主的地学领域中可以充分发挥作用,其主要内容包括数据采集 、验证与校正,数据分析和实际应用等4个方面。

社区遥感的特点是①运用定位技术,将遥感与公众科学、社会网络等技术结合起来,通过社区方式远距离采集、获取信息 ,并进行数据验证、分析、交流互换和应用,以丰富传统遥感手段获取的数据内容,提高数据应用的时效性;②采用众包的形式, 即利用蜂窝短信、全球定位系统和微博、微信实时报道地面情况和相关活动,以便远方的有关人员或部门能在第一时间作出正确的 分析和判断。

下面介绍社区遥感的一个典型应用,2013年5月12日,观音桥环道规划局至观鸿大道路口有一井盖塌陷,重庆市人民政府新 闻办公室及时发布微博,井盖附近20平方米左右的路面有垮塌可能,为行车安全,采取封闭施工。大家纷纷利用微博、微信的手段 ,保证信息的及时传递,实时报道现场情况,警方根据实时信息,采取封闭观音桥环道往观鸿大道方向的3条车行道,利用车行道左 侧安全岛,开辟1条临时车道,允许部分车辆往观鸿大道方向通行。在观音桥环道建新北路入口采取临时交通管制,禁止除公交车、 出租车等营运车外的其他车辆进环道等措施,保证过往人员和车辆的安全,缓解交通拥堵。

图1 观音桥塌陷的现场图片

近年来,已经出现了一些与社区遥感相似的公众学科或领域。这些公众学科的本质是邀请非本专业的志愿者参加 科学实验,为专业研究人员提供数据和信息,同时也满足这些志愿者队不同领域科学知识的需求。包括:①志愿者地理信息(VGI) ,就是利用一定的工具或技术,对个人志愿者所提供的地理数据进行收集、管理和发布的一个研究领域;②由公众参与GIS建设;③ 公众科学;④以公众为传感器采集信息;⑤公众填图;⑥社会关系地理网络等。社区遥感不仅需要公众按照规定要求采集和提供瞬 时图片、视频等资料,而且希望公众通过遥感知识普及能自觉采用易于获得的遥感图像,进行力所能及的图像解译,并提供相应的 成果。

社区遥感是传统遥感技术的一个重要补充。通过当地人直接提供的地面系想你,既可以补充和细化卫星或航空遥 感图像中的局部细节特征,使遥感解译的内容更加详尽丰富和接近实际;又可以对解译结果进行初步的验证,以证实解译结果的可 靠性和潜在的实用性。

三、社区遥感的应用

1、灾害应急

四川雅安地震发生后,“科学救灾,保障救援”成为了大家共用奋斗的目标。北京大学信息学院的袁晓如教授带 领的可视化团队,开发了“地震寻人地图”。把Google、百度和360寻人信息整合到一个地图上。可以帮助大家了解寻人信息的地理 分布。每一条寻人信息的具体地理地址对准还需大家的人工对准和标注,可以鼠标高亮地址然后系统自动查找,也可以修改别人的 标注。

图2 地震寻人地图

OpenStreetMap是一个可供自由编辑的世界地图,它试图通过志愿者的努力建立一个公共版权的世界范围的街区图 ,目前雅虎地图、微软的Bing Map均从影像数据方面对其进行支持。由于其数据获取免费方便,更新速度快,已经成为国内外很多 学者、学术机构开展具有创新性应用研究的数据基础。

2010年1月12日,海地发生里氏7.0级的特大地震,位于海地首都太子港的大多数建筑均遭到毁坏,交通阻断,严 重影响了国际救援工作。志愿者以OpenStreetMap上最新的卫星照片为基础,利用随身携带的GPS采集道路、兴趣点数据,通过电脑 即时标注救护站、帐篷和倒塌的大桥,在短短48小时之内构建了最完整的“Haiti OpenStreetMap”。世界银行、欧盟委员会联合研 究中心等国际救援组织均采用这套地图数据进行救灾援助,纽约时报称之为“数字帮助海地”。

 

(a)地震前海地太子港    (b)地震后海地太子港

图3 海地太子港地震前后的OpenStreetMap路网对比

2、城市管理

利用移动数据工具,每个市民可以成为一个有效的本地“微地理信息”生产者。用移动电话作为一个平台,基于 云计算和上下文感知计算技术来开发个性VGI的应用。通过激励机制,增强市民参与城市管理的积极性。陈舒燕采用OpenstreetMap 数据,对欧洲范围内GB级别的道路及公交数据进行提取、处理,并通过网络数据模型及网络分析算法设计,实现了欧洲范围内多种 交通模式下(步行、公交、驾车)的出行可达性分析,并以在线位置信息服务的形式进行发布,为居民日常出行提供决策支持。

3、生态环境监测

社区遥感在生态环境监测方面的应用相对而言是最多的。例如Nature Mapping项目采取由志愿者进行观察与采样 的方式,收集动物栖息地的生态信息,以便对遥感图像提供的信息进行验证和补充细化;“数字地球观察与照片张贴网络项目” 由不同地区的志愿者按照统一安排的时间对周围环境进行观察与拍摄,并且将照片传递到一个网站服务器进行存储与管理,从而达 到系统监测当地环境的目的;“火灾预警”项目充分利用志愿者的力量,以扩大对森林火险、非法砍伐和侵占等情况的实时监测; “参与式遥感”项目要求公众利用手机或其他上网设备,参与环境监测工作;“珊瑚礁生态填图”项目是由裴济人和库克岛居民上 传珊瑚礁经过坐标定位的礁石截面照片,补充和完善卫星图像资料;而“空气微博”项目则是通过商用网络,由志愿者报告所发现 的空气质量污染事件,以便进一步作遥感分析。

社区遥感充分地利用人的优势,有效地弥补传统遥感监测设备的不足。要求参与人员不仅要提供原始数据,还要 尽可能提供自己的观点和看法,数据可同时由不同的人提供,快速及时,详实精确而且成本低廉。充分发挥和利用了现代信息网络 技术的优势,及时将地面实况信息应用到地学及相关学科,可快速产生社会、经济和环境效益。目前,社区遥感还是一个全新的领 域,但具有巨大的应用潜力,已有专家预测,在今后10年内,社区遥感的影响就会像传统遥感技术对于我们理解和认识地球的影响 一样深远。