政府間對(duì)地觀測(cè)協(xié)調(diào)組織(Group on Earth Observ- ations, GEO)已于2005年2月16日正式成立. 2014年1月15~17日, GEO在瑞士日內(nèi)瓦召開了第10次全會(huì)和第三次部長(zhǎng)級(jí)峰會(huì). 會(huì)議一致認(rèn)為要繼續(xù)推動(dòng)《GEOSS十年執(zhí)行計(jì)劃》的實(shí)施. 此計(jì)劃致力于提高全球人類的生活質(zhì)量. 目標(biāo)是建立一個(gè)綜合、協(xié)調(diào)和持續(xù)的全球綜合地球觀測(cè)系統(tǒng), 同時(shí)在災(zāi)害、健康、能源、氣候、天氣、水、生態(tài)系統(tǒng)、農(nóng)業(yè)和生物多樣性等9個(gè)社會(huì)發(fā)展領(lǐng)域開展應(yīng)用和信息服務(wù), 為各國(guó)決策者提供從初始觀測(cè)數(shù)據(jù)到專門產(chǎn)品的信息服務(wù)(http://www.earthobservations.org/).
1986年中國(guó)遙感衛(wèi)星地面站的建立標(biāo)志著中國(guó)的遙感應(yīng)用進(jìn)入了新的紀(jì)元. 在過去的30年間, 中國(guó)遙感衛(wèi)星地面站先后接收了包括Landsat, SPOT, JERS, Radarsat, ERS, Envisat, CBERS, HJ, ZY和GF等國(guó)內(nèi)外系列衛(wèi)星數(shù)據(jù), 截止2013年存檔各類對(duì)地觀測(cè)衛(wèi)星數(shù)據(jù)資料達(dá)330余萬景, 是我國(guó)最大的陸地觀測(cè)衛(wèi)星數(shù)據(jù)歷史檔案庫. 其中, 僅美國(guó)陸地衛(wèi)星Landsat TM和ETM影像就有63萬景左右, 時(shí)間跨度為1986~2011年. Landsat 8也于2013年發(fā)射升空. 這些衛(wèi)星數(shù)據(jù)以合適的空間分辨率記錄著人類活動(dòng)和自然變化, 成為最長(zhǎng)時(shí)間系列的星載陸地觀測(cè)數(shù)據(jù)集. 特別是我國(guó)陸地觀測(cè)衛(wèi)星數(shù)據(jù)全國(guó)接收站網(wǎng)建成以后, 密云、喀什和三亞3個(gè)接收站實(shí)現(xiàn)了覆蓋我國(guó)全部領(lǐng)土和亞洲70%陸地區(qū)域衛(wèi)星數(shù)據(jù)的接收(圖3). 正在建設(shè)的極地站將進(jìn)一步擴(kuò)展我國(guó)衛(wèi)星數(shù)據(jù)的接收范圍. 另外, 氣象和海洋等衛(wèi)星系列也為人類認(rèn)知地球提供了時(shí)空動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù). 近年來, 隨著城市地理信息系統(tǒng)發(fā)展和新一代高分辨率衛(wèi)星系統(tǒng)相繼投入應(yīng)用, 數(shù)據(jù)的年增量加速提高, 每年約遞增30~50 TB. “十二五”期間, 我國(guó)計(jì)劃發(fā)射5~6顆地球觀測(cè)衛(wèi)星, 建成高空間分辨率、高時(shí)間分辨率和高光譜分辨率的對(duì)地觀測(cè)系統(tǒng), 數(shù)據(jù)量將大幅增加. 作為高分辨率對(duì)地觀測(cè)系統(tǒng)的首發(fā)星, 高分一號(hào)衛(wèi)星突破了高空間分辨率、多光譜與寬覆蓋相結(jié)合的光學(xué)遙感等關(guān)鍵技術(shù), 分辨率可達(dá)2 m, 經(jīng)過相機(jī)多角度視場(chǎng)拼接, 優(yōu)于16 m分辨率的視場(chǎng)可達(dá)800 km以上, 4天即可完成一次重訪, 在分辨率和幅寬的綜合指標(biāo)上達(dá)到了目前國(guó)內(nèi)外民用光學(xué)遙感衛(wèi)星的領(lǐng)先水平(http://www.cnsa.gov.cn/n1081/n7634/n516721/n516736/611179.html). 而2012年升空的ZY-3衛(wèi)星, 每天獲取的數(shù)據(jù)量就在10 TB以上. 到2020年, 高分系統(tǒng)與其他觀測(cè)手段相結(jié)合, 將形成具有時(shí)空協(xié)調(diào)、全天時(shí)、全天候和全球范圍觀測(cè)能力的穩(wěn)定運(yùn)行系統(tǒng). 可以說對(duì)地觀測(cè)領(lǐng)域已經(jīng)正式步入了大數(shù)據(jù)時(shí)代.
2 對(duì)地觀測(cè)大數(shù)據(jù)處理與服務(wù)面臨的挑戰(zhàn)
2.1 對(duì)地觀測(cè)大數(shù)據(jù)特點(diǎn)分析
從所涉及和應(yīng)用的數(shù)據(jù)來看, 對(duì)地觀測(cè)大數(shù)據(jù)具有鮮明的大數(shù)據(jù)“4V”特征. 對(duì)地觀測(cè)不僅記錄地球現(xiàn)狀, 而且可以展現(xiàn)地球演變歷史和預(yù)測(cè)未來發(fā)展, 數(shù)據(jù)體量十分巨大, 規(guī)模已達(dá)到EB級(jí). 在數(shù)據(jù)類型上, 對(duì)地觀測(cè)大數(shù)據(jù)包括文檔、視頻、圖片和地理位置信息等, 涉及對(duì)地觀測(cè)、科學(xué)模型、社會(huì)和經(jīng)濟(jì)等多種數(shù)據(jù), 類型繁多. 對(duì)地觀測(cè)大數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)來源多樣, 不僅有大量的高分辨率遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù), 基于有線或無線傳感器的地基觀測(cè)技術(shù)也迅速發(fā)展, 來自各種地基觀測(cè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)量呈指數(shù)遞增. 此外, 對(duì)地觀測(cè)大數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)具有對(duì)海量數(shù)據(jù)進(jìn)行快速處理、實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)到信息快速轉(zhuǎn)化的能力, 能夠?yàn)槿祟惪沙掷m(xù)發(fā)展面臨的環(huán)境、災(zāi)害和生態(tài)等問題提供第一時(shí)間的信息服務(wù)支持[5,6].
對(duì)地觀測(cè)數(shù)據(jù)已成為空間地球信息科學(xué)研究的基礎(chǔ)資料. 但是, 對(duì)地觀測(cè)大數(shù)據(jù)的機(jī)理模型及其在科學(xué)發(fā)現(xiàn)中的理論與方法仍有待深入研究. 不僅要關(guān)注對(duì)地觀測(cè)大數(shù)據(jù)所具有的大數(shù)據(jù)“4V”特征, 也要重視對(duì)地觀測(cè)大數(shù)據(jù)的其他本質(zhì)特性.
對(duì)地觀測(cè)數(shù)據(jù)的“4V”特征:
(1) 海量. 對(duì)地觀測(cè)大數(shù)據(jù)具有海量數(shù)據(jù)特點(diǎn), 高分辨率、高動(dòng)態(tài)的新型衛(wèi)星傳感器不僅波段數(shù)量多、光譜和空間分辨率高、數(shù)據(jù)速率高、周期短, 而且數(shù)據(jù)量特別大, 僅EOS-AM和PM每日獲取的遙感數(shù)據(jù)量就達(dá)TB級(jí), 全球?qū)Φ赜^測(cè)數(shù)據(jù)已經(jīng)達(dá)到EB級(jí).