从海量数据中寻求定量科学信息

<P>　　“电磁散射建模与遥感信息获取国际专家研讨会”8月下旬在上海举行，来自国内外的20多位从事电磁散射建模与遥感信息获取研究的科学家出席研讨会。IEEE地球科学与遥感学会主席Gasiewski?美国工程院院士Ishimaru等10多位国际著名科学家与我国科学家一起，针对当前遥感信息技术的最新成果与未来研究方向进行了十分有益的讨论。 </P>
<P>　　会议主席、复旦大学波散射与遥感信息教育部重点实验室主任、国家“973”然环境时空定量信息获取与融合处理的理论和应用”项目首席科学家金亚秋教授就空间电磁波遥感与对地监测信息技术研究等方面的问题，接受了记者的采访。 </P>
<P>　　记者：开展空间电磁波遥感与对地监测信息技术研究的意义是什么？ </P>
<P>　　金亚秋：电磁波包括微波、毫米波、红外与光波等，电磁场与波是信息科学技术的物理基础，正是电磁场和波作为信息传输、信息获取与信息诠释的根本手段，才形成了当代空对地观测与地球空间遥感、现代通信、广播电视、雷达探测遥控制导与电子对抗、目标成像与探测识别、全球定位系统GPS和地理信息系统GIS等信息领域的高技术，也形成了地球观测与环境遥感的信息科学基础理论。 </P>
<P>　　空间遥感是在空间平台上用电磁波与地球大气、地表、海洋环境相互作用所形成的散射与辐射来进行观测。从可见光摄影开始、经过红外热辐射探测，到20世纪70年代已经发展到了微波与毫米波遥感。由于微波的全天候特点，能穿过云层，还可能探测地下结构，随着空间分辨率的不断提高，微波遥感已成为空间遥感发展最前沿的技术。 </P>
<P>　　面对空间遥感高科技与信息时代的发展，面对国家对环境信息的重大需求，从海量数据中寻求定量的科学的信息，探求人类自身生存环境的时空变化规律，建立富有中国科学家创新特点的复杂自然环境时空定量信息的前沿基础理论与数值模拟；形成空间遥感数据验证、信息获取与融合处理的有效方法是提升我国原始科技创新能力，在国际信息科技与地球系统科学交叉这一前沿领域占有一席之地的基础。 </P>
<P>　　从电磁波与复杂自然环境相互作用的遥感信息机理出发，以复杂环境散射辐射信息建模与数值模拟作为科学理论支撑，利用遥感数据图像资源，提出空间遥感数据标定验证与多源信息融合的有效新手段与新方法，实现大气、陆地、海洋、目标与环境遥感科学信息的获取与处理，将为解决我国国民经济持续发展对于水圈环境评估、监测、保护与开发提出的若干重大环境信息问题和国防现代化建设提供有力的技术支撑。随着信息时代的迅速发展，空间电磁波遥感与对地监测信息技术对国民经济的可持续发展、全球变化与环境开发保护、国防科技与国家安全、人民社会生活等产生了并将继续产生十分深远的重大影响。 </P>
<P>　　记者：为何要从海量数据中寻求定量科学信息？ </P>
<P>　　金亚秋：20世纪后半叶，人类认识自身地球环境的最重要的高科技进展就是空间卫星遥感。人类曾用了数百年的时间进行地理探险与地形测绘，而现代卫星遥感每天可发回全球大气、海洋与陆地环境的各类海量般的数据与图像。数据的积累与直觉的视读并不等于科学信息的充分获取与全面利用，提高观测分辨率也不等于掌握了获取高质量定量信息的最主要的手段。 </P>
<P>　　从空间遥感的海量数据与图像中获取多维的定量的科学信息，从中探求全球或区域性的地球系统科学规律性认识，是形成新的科学知识，组成为相关领域服务的新应用手段与技术集成的需要，也是包括空间电磁波遥感与对地监测信息技术在内的当今空间遥感信息获取与处理的最根本的任务。科学信息的获取与知识诠释反过来又将极大地促进各相关技术学科的评估与发展，信息高科技与地球空间科学结合产生了多学科紧密交叉的科学新生长点，增强了人类认识与改造自然的能力。 </P>
<P>　　我国幅员辽阔、环境复杂多样，水资源相对匮乏，分布又不均匀，积雪冻土与荒漠、干旱暴雨洪涝等自然灾害监测、有限的农田与发展高效农业的迫切，地形复杂的西部有待开发，漫长的海岸线与广袤的海洋开发与监测以及城市城镇发展、生态环境、资源保护开发、天气气候长期预报、空气与水质、土地利用精确预估等诸多问题都迫切需要精确地、定量地描述中国自然环境时空的定量的科学信息及其演变规律。 </P>
<P>　　20世纪60年代以来，空间遥感已从单一的科学实验发展到多源、多通道、多极化与极化合成、多系列、多用途、主动遥感与被动遥感的多元化观测技术，这不仅实现了地球自然环境在时间尺度上持续多年、空间尺度上遍布全球的多源观测，而且在空间对地观测、环境与目标特征识别、数字化地理信息、气候与水文全球性研究等多个方面形成了全方位综合的信息化技术。通过每天实时获取的来自不同途径的海量数据，人类终于能够“一览众山小”，以全球范围的视野，迅速连续立体地观测、监视、解读和评估与人类活动密切相关的全球或区域性的地球环境状态及其不同空间尺度和时间尺度上的变化信息，但面对所获取的浩如烟海的海量数据，还需要去粗取精，去伪存真。 </P>
<P>　　记者：如何实现海量数据的定量获取？ </P>
<P>　　金亚秋：将多源海量数据转化并最终获取到科学的定量信息需要进行更深入的研究，针对已在轨运行或将在轨运行的空间微波遥感器，通过电磁散射辐射与观测理论建模，进行地球环境散射辐射时空信息的模拟研究，完成自然环境散射辐射和环境本身物理、水文等特征的定量联系，是从遥感数据到定量科学信息转化的主要研究任务。 </P>
<P>　　空间遥感已走向多源观测时代，寻求有效的多源信息融合算法，将微波、红外、可见光多频段多通道、主动与被动等多源遥感数据融合，以获取更确定、更丰富的定量信息将是一个重要的研究方向。比如，发展微波与光学遥感合成的模型，利用地物对太阳光反射吸收的光学遥感获取叶面指数信息，再与雷达散射遥感合成来量化植被层的散射，就能够提高森林与农田生物量估测的准确度。 </P>
<P>　　科学研究要服务于社会，进行星载遥感数据标定验证、提出和发展地球环境特征的反演算法，形成地球环境各尺度上各类信息产品和科学知识，是遥感对地球环境监测、气象水文预报等业务应用的主要目的，多年来连续的星载遥感观测为研究区域特征变化与异常提供了时间与空间尺度上的丰富的信息来源。比如，发展大气降水遥感的反演方法研究，可改进台风和降水预报模式，为天气预报人员开发出的数字可视化预报系统将有助于提高预报的准确性。 </P>
<P>　　从海量数据中获取定量科学信息是一项多学科交叉的研究，内容涵盖了复杂环境遥感的理论建模、数值模拟与大规模计算、数据传输收集、数据验证、数据挖掘、多维数据同化、多源信息融合、反演算法与结构重构、图像自动智能化处理，数字化信息系统等多个方面。随着计算机计算技术的发展，复杂环境与目标的电磁散射与传播的模拟与计算——计算电磁学已成为一个十分活跃的研究应用领域，也已成为空间遥感模拟仿真与定量科学信息获取的有力的工具。(本报记者 潘锋)</P>

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