6月11日，北京國家會議中心，以“融合 開放 智能”為主題的2014地理信息開發(fā)者大會(WGDC2014)在此拉開帷幕。地理信息開發(fā)者大會自2012年起開始舉辦，三年時間里，伴隨著中國地理信息產業(yè)的快速發(fā)展，已經(jīng)成為地理信息領域最具影響力的技術創(chuàng)新盛會，與跨界融合、國際交流的重要平臺。
在6月12日上午的2014智慧城市峰會分論壇中，香港中文大學、太空與地球信息科學研究所副所長黃波帶來了精彩演講。
以下為演講全文：(根據(jù)現(xiàn)場速記整理，未經(jīng)演講本人審核，如有疏漏，請諒解并及時與3sNews聯(lián)系)
非常感謝大會提供這樣的機會，也非常感謝GCPS前主任和林教授推薦我來做這個演講。
智慧城市討論的非常多，不同的人有不同的觀點，目前也沒有一個統(tǒng)一的定義，它有兩個非常關鍵的因素。一個是以云計算移動互聯(lián)網(wǎng)為代表的信息技術的支撐。另一方面是培育知識社會環(huán)境下開放的城市創(chuàng)新生態(tài)。
智慧城市是實現(xiàn)城市可持續(xù)發(fā)展的必要條件，最后目標還是發(fā)展可持續(xù)城市，可持續(xù)發(fā)展需要強調經(jīng)濟、社會、環(huán)境的平衡發(fā)展，今天主要報告一些這方面的探索。
大家知道，遙感技術在城市中有很多應用，比如空氣監(jiān)測違章建筑監(jiān)測等。城市發(fā)展過程中不僅要遇到很多政策和管理的挑戰(zhàn)，也要遇到技術的挑戰(zhàn)，還有很多技術的，現(xiàn)在遙感器越來越多，傳感器也越來越多，用戶需求也越來越多，我們希望通過影像融合技術解決這些問題。
這樣的數(shù)據(jù)為什么得不到?主要是傳感器有四大分辨率，之間相互矛盾。這四大分辨率包括空間分辨率、時間分辨率、光譜分辨率和多角度觀測。但是，分辨率之間是相互制衡的，如果遙感傳感器空間分辨率其他的分辨率就高，光譜分辨率高，時間分辨率高，那么覆蓋的覆框比較窄，因為四大分辨率之間的相互矛盾，限制了遙感產品的精度和限制了它的很多應用。
目前遙感的現(xiàn)狀是，我們只能使用得到的數(shù)據(jù)，而不是真正想要的數(shù)據(jù)。如果今天數(shù)據(jù)沒有，那么可能用昨天或者去年的數(shù)據(jù)代替。我們希望通過融合能夠生產出用戶真正想要的數(shù)據(jù)。
怎么解決問題?一方面是發(fā)射新的衛(wèi)星傳感器，可能非常昂貴，開發(fā)周期長，解決不了空間分辨率和光譜分辨率矛盾的問題，可能能解決時間分辨率的問題，但是空間分辨率和光譜分辨率的矛盾還是無法解決。
第二個是通過影像的融合，融合成一個集各個特點為一體的產品
目標：結合全色波段的高空間分辨率與多光譜波段的光譜特性，以形成高空間分辨率的過光譜影像。
全色銳化的優(yōu)缺點：
高空間分辨率
便于板判讀與分類
我們提出了一體化融合的概念、方法和技術，主要是利用已有高低分辨率的的特性，建立它們之間的關系，生成、時間、光譜其角度可選擇的全屬性高分辨率影像。遙感傳感器硬件技術是沒辦法達到四高的產品的。
一體化融合包括時空的融合、空譜的融合和空角的融合。
時空融合：比如有MADIS的分辨率，高空間分辨率，但是是低時間分辨率，有一對LANDSAT是低空間分辨率和高時間分辨率，它們之間可以融合合成時間和空間都高分辨率的一組影像。
空角融合：我們希望衛(wèi)星傳感器能多角度的觀測，通過時空、空譜和空角的融合達到融合的影像。實現(xiàn)技術就是稀疏表示的技術，不多做節(jié)。
所有時空補角挑戰(zhàn)性的問題，很多空間上的變化是一些類別性的變化。比如說，現(xiàn)在處于快速城市化的階段，很多森林本砍伐變成了建城區(qū)，所以類別變化也是一個挑戰(zhàn)。不僅是季節(jié)性的變化，還有土地類別的變化，都能夠通過粗分辨率影像識別出來，然后進行細化，融合到高分辨率的影像產品中。
融合軟件：這是放在AriGis平臺作為一個插件實現(xiàn)時空補角一體化的融合。
利用這個技術我們生成了世界上第一套時空譜角香港高分辨率的影像。也是用的MADIS和Landsat，香港因為氣候影響，一年好天氣就是三到四月，通過影像融合技術可以獲得更高分辨率的影像。通過空譜融合可以形成高光譜和高空間的一組影像。通過融合可以形成多角度高空間分辨率的影像。新一代融合產品可以擴展遙感的應用領域，比如空氣污染監(jiān)測。(圖)左邊是MADIS這個產品是10公里×10公里的，如果建立公共污染和健康和傳染病的關系，在城市里無法建立，因為分辨率太第了。(圖)右邊是我們融合以后生成的產品，顯然細節(jié)都出來了。
進一步的跟地面的監(jiān)測站的建立關系以后，我們就可以生成覆蓋整個香港全境的PM2.5、PM10的數(shù)據(jù)。我們最近做的工作是進一步跟OMI數(shù)據(jù)融合，生成了二氧化碳、二氧化硫，O3全覆蓋30米覆蓋的產品。
作為城市環(huán)境監(jiān)測，監(jiān)測城市的熱島，北京地區(qū)，左邊一列空間分辨率非常定，很多細節(jié)不會被發(fā)現(xiàn)，這樣的數(shù)據(jù)無法建立這樣的關系，我們也通過融合，右邊這列，是生成了一套高空間、高時間、每天一景的地面溫度的一套產品。
PM2.5獲取手機應用軟件：這是我們最近開發(fā)的一個手機應用。跟昨天鄭宇講的工作有點相似，不相似的地方就是他們沒有用到遙感軟件，他們的軟件有些地方?jīng)]有數(shù)據(jù)，但是遙感產品可以解決這些數(shù)據(jù)的覆蓋問題。
碳源、碳匯的估計：利用遙感進行估計，隨著時間的變化而變化。我們生產數(shù)據(jù)的進一步應用，是支持可持續(xù)城市規(guī)劃和土地利用的規(guī)劃。
下面介紹一下軟件的工作，是關于城市土地利用變化建模空間統(tǒng)計分析。這個分析主要的目的時間里這些變化和不同驅動因子隨著時間的變化，城市怎么樣擴展到底有哪些驅動力，2050年和2020年城市土地利用怎么分配，有什么樣的變化?我們開發(fā)了一個軟件是ChangeAnalyst，可以做這些方面的分析。軟件的安裝和標準都是一樣的。
實例：香港建成區(qū)擴展分析，香港從1991年到2007年的變化，城市建成期也是不斷的增長。這個軟件主要是想建成區(qū)的擴展跟哪些因子有關系，做城市規(guī)劃之前首先要知道城市擴展范圍是什么，范圍知道以后再做進一步的規(guī)劃和設計。我們找出來影響因子，利用ChangeAnalyst進行分析，選出你感興趣的區(qū)域。然后可以做因子的選擇，做空間的采樣，做邏輯思維的回歸，最后做基于時間的內插和預測。
時間內插案例：香港發(fā)展非常有規(guī)律，沿著鐵路發(fā)展，我們預測結果非常好，95.8%。2050年香港擴展的預測，到2050年才能檢測預測的效果。
多元變化實例：多元變化比方說農村用地轉成居住用地，商業(yè)用地或者工業(yè)用地，有多種變化。ChangeAnalyst軟件可以做這些變化的建模和預測分析。
多目標可持續(xù)空間規(guī)劃：我們去年投標廣州市南沙新區(qū)的一個新型的城市規(guī)劃，主要利用這個多目標可持續(xù)空間規(guī)劃的技術，利用遙感影像融合的結果做南沙新區(qū)的控制性詳規(guī)。
可持續(xù)空間規(guī)劃一般會考慮經(jīng)濟、社會、環(huán)境發(fā)展的平衡。三大領域下，我們可以識別出很多進一步細的因子，比GDP、人員消耗、城市分布模式、交通設施便捷性，當然可以定義很多子目標。優(yōu)化的方案就是在多目標基礎上，能搜尋一套滿足各個目標平衡的方案?；谶@個算法，也是我們多年開發(fā)的一個Pareto為優(yōu)化的方案。
案例1、通州新城的規(guī)劃：考慮到了地質穩(wěn)定性、垃圾設施不在周圍、壓縮性、相溶性等都有考慮。
案例2、山東長清土地利用規(guī)劃優(yōu)化方案：顯然優(yōu)化以后各個指標有很大的提高
案例3：武漢東湖生態(tài)的優(yōu)化，主要考慮減少土地利用的轉變，農田要使用化肥，對水質的污染，考慮的目標更加復雜。成生的是可持續(xù)生態(tài)規(guī)劃的方案。
案例4：深圳市土地利用總體利用規(guī)劃，到202年的，傳統(tǒng)的方法做出的規(guī)劃方案，我們用優(yōu)化模型建立了一個規(guī)劃的方案。
結論：一體化遙感影像融合為解決現(xiàn)有的遙感技術問題提供了有效的工具
一體化遙感影像融合特別適合于環(huán)境監(jiān)測和土地利用變化的監(jiān)測，可以變化建模多目標優(yōu)化結合起來，實現(xiàn)可持續(xù)空間優(yōu)化。謝謝大家。
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