中國(guó)測(cè)繪地理信息學(xué)會(huì)2017年學(xué)術(shù)年會(huì)暨第十二次全國(guó)會(huì)員代表大會(huì)今日在南京舉辦。本次大會(huì)以“創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)，跨越發(fā)展”為主題，邀請(qǐng)測(cè)繪地理信息科技界專家、院士、學(xué)者齊聚一堂，呈現(xiàn)精彩特邀報(bào)告，并舉辦多個(gè)垂直領(lǐng)域分論壇。
會(huì)上，中國(guó)測(cè)繪地理信息學(xué)會(huì)副理事長(zhǎng)、國(guó)際攝影測(cè)量與遙感協(xié)會(huì)第一副主席陳軍先生作了題為《互聯(lián)網(wǎng)+地球覆蓋協(xié)同驗(yàn)證的技術(shù)進(jìn)展與全球?qū)嵺`》的報(bào)告。
以下為演講內(nèi)容(內(nèi)容未經(jīng)本人核實(shí))：
陳軍：謝謝主持人的介紹，剛才四位院士都做了很精彩的報(bào)告，講的是非常宏觀的問(wèn)題。我想跟大家交流一下地表覆蓋協(xié)同驗(yàn)證的報(bào)告，我想說(shuō)說(shuō)什么是互聯(lián)網(wǎng)+地表覆蓋協(xié)同驗(yàn)證，首先說(shuō)地表覆蓋是反映我們地表物質(zhì)類型和自然屬性的定義，原來(lái)我們主要做的是地形，最近我們主要做的是地表覆蓋。地表覆蓋非常有用，比方說(shuō)環(huán)境變化研究、碳排放測(cè)算，有非常多的用處。比方像我本人就做過(guò)一個(gè)全球30米地表覆蓋，做了十大類型，2000和20001年兩個(gè)年份，今年開始我們做2015版本，爭(zhēng)取做2020和2025版本，不斷地做全球分析。
我記得我們這個(gè)數(shù)據(jù)當(dāng)時(shí)發(fā)布的時(shí)候，很多用戶，尤其是國(guó)外用戶來(lái)信就問(wèn)，說(shuō)你這個(gè)精度怎么樣?就是他需要了解這個(gè)產(chǎn)品的精度和不確定性，確定適不適合他的研究。從我們這個(gè)角度來(lái)講，我們也需要知道這個(gè)數(shù)據(jù)產(chǎn)品有沒有誤差，誤差來(lái)源是什么，改進(jìn)我們的生產(chǎn)技術(shù)方法。因?yàn)榈乇砀采w圖有很大的特點(diǎn)，如果能做到85%以上就很錯(cuò)了，跟做地形圖不一樣。比方說(shuō)我們做完以后，現(xiàn)在很多人給我們做全球驗(yàn)證。比方說(shuō)同濟(jì)大學(xué)做的一些工作，就是做全球的，還有希臘的、德國(guó)的、伊朗的、意大利都在國(guó)際雜志發(fā)表文章，對(duì)我們做的評(píng)價(jià)。其中有一個(gè)意大利的，他說(shuō)他在意大利選擇八個(gè)區(qū)域，然后選擇當(dāng)?shù)馗叻直媛实挠跋窕蛘呤歉叻直媛实牡乇砀采w做的驗(yàn)證，總體是在80%以上，他們還做了第一次國(guó)家級(jí)的評(píng)價(jià)。有很多地方在做這個(gè)事情。
什么是地表覆蓋呢?就是根據(jù)統(tǒng)計(jì)學(xué)原理，在地面上布設(shè)若干有代表性的樣本點(diǎn)，采集能反映地面相對(duì)真摯的參考數(shù)據(jù)，計(jì)算精度。你在地表上布點(diǎn)，原來(lái)是按傳統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)學(xué)原理進(jìn)行布點(diǎn)，采集樣本。再一個(gè)是樣本要檢核，再一個(gè)是驗(yàn)證評(píng)價(jià)。
但是我們說(shuō)小范圍的好處，你可以把數(shù)據(jù)下載以后拿其他東西都可以做，但是到了大范圍比較復(fù)雜，因?yàn)樯婕耙蛩囟?，技術(shù)復(fù)雜，還有專家參與難。你要組織全球驗(yàn)證，你怎么把這些專家組織在一起。這里涉及三個(gè)問(wèn)題，一個(gè)是樣本資源，由于全球景觀非常復(fù)雜，包括中國(guó)一個(gè)省要做驗(yàn)證的話，全部跑到一起不可能。而且我們經(jīng)常是現(xiàn)成的樣本比較少。
第二個(gè)是驗(yàn)證方法，大范圍樣本布設(shè)，往往缺乏適用方法?，F(xiàn)在還沒有地表覆蓋的驗(yàn)證標(biāo)準(zhǔn)，連國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)也沒有。另外一個(gè)是驗(yàn)證工具，原來(lái)是單機(jī)的，怎么做到在線的。所以最近我們想在互聯(lián)網(wǎng)+上做驗(yàn)證，同時(shí)做到協(xié)同驗(yàn)證。
基本的一個(gè)思路是這樣的，就是把互聯(lián)網(wǎng)、服務(wù)計(jì)算這些東西跟地表覆蓋驗(yàn)證的四個(gè)方式結(jié)合在一起，促成資源聯(lián)通，發(fā)展了服務(wù)計(jì)算，改變傳統(tǒng)處理與服務(wù)方式。因?yàn)榉?wù)計(jì)算有幾個(gè)主要的環(huán)節(jié)，一個(gè)是服務(wù)的注冊(cè)到查詢和發(fā)布。這樣來(lái)支持我們樣本布設(shè)、采集和進(jìn)行評(píng)價(jià)。
這個(gè)技術(shù)上本質(zhì)是什么呢?實(shí)際上是基于互聯(lián)網(wǎng)的領(lǐng)域服務(wù)計(jì)算，最近我讀了很多文獻(xiàn)，什么叫互聯(lián)網(wǎng)+。實(shí)際上是要做到兩個(gè)，一個(gè)是驗(yàn)證的話驗(yàn)證的這個(gè)模型是什么，是叫服務(wù)模型。原來(lái)是小范圍，現(xiàn)在全世界這么大你怎么做?有一套高效計(jì)算辦法。第三個(gè)就是要有一套動(dòng)態(tài)服務(wù)技術(shù)，包括處理構(gòu)建、資源匯聚。
這里面今天我不想講太多的，我就說(shuō)一些我們最近的一些進(jìn)展。主要我們做了一套在線樣本的布設(shè)和采集，一整套驗(yàn)證的系統(tǒng)。最難的就是樣本布設(shè)，按照國(guó)際上的說(shuō)法是有四項(xiàng)基本原則，一項(xiàng)基本原則是概率抽樣，不能你想抽什么地方就抽什么地方，你覺得這個(gè)好的地方你去抽，不好的地方不抽。要包括每個(gè)像元每個(gè)圖斑都有一定的概率被選。第二個(gè)要考慮空間的異質(zhì)性，如果我們選用比較簡(jiǎn)單的地區(qū)，或者異質(zhì)性弱的地區(qū)，肯定這個(gè)樣本選擇多的話，肯定評(píng)價(jià)高。還有一個(gè)是稀少類，你不能把有的東西樣本太少，每一類都應(yīng)該有樣本。再一個(gè)就是驗(yàn)證成本。基本上是這四個(gè)基本原則。
理想狀況是這樣的，比如說(shuō)這兩個(gè)區(qū)域，像江蘇平原地區(qū)都是耕地，樣本量少一點(diǎn)，30個(gè)樣本。這個(gè)地方比較復(fù)雜一點(diǎn)，有山區(qū)，還有丘陵，所以我50個(gè)樣本，這是要分離的。
另外，不同的類都應(yīng)該有一個(gè)樣本，這樣的話你可以算出總體的情況，然后布設(shè)空間，你不能都集中在一塊，應(yīng)該各個(gè)地方都有樣本。但是實(shí)際情況不完全這樣，現(xiàn)在我們有很多抽樣方法，比較典型的是二級(jí)整群，還有分層隨機(jī)，實(shí)際上做下來(lái)還是有問(wèn)題。比方說(shuō)我把這三種方法，這個(gè)是二級(jí)整群、分層隨機(jī)，還有SWS抽樣。另外一個(gè)問(wèn)題，就是稀少樣本量太少，你看這些就沒有樣本，還有像比較破碎地區(qū)實(shí)際上給的樣本很少，就是說(shuō)原來(lái)的方法有問(wèn)題，你把它放在互聯(lián)網(wǎng)上做出計(jì)算模型一算算出問(wèn)題來(lái)。
所以說(shuō)普通國(guó)際上認(rèn)為抽樣難，沒辦法考慮地表覆蓋景觀空間的異質(zhì)性，無(wú)法保證區(qū)域樣本量合理、地類樣本量合格。問(wèn)題是這是均質(zhì)區(qū)域，這是異質(zhì)區(qū)域，還有這一類是稀少類，這一類是均質(zhì)類，比方說(shuō)這是沙漠。按理說(shuō)異質(zhì)類越高的驗(yàn)證區(qū)域樣本量應(yīng)該越高，你做到不行。另外這是破碎地區(qū)，這個(gè)地方樣本量應(yīng)該大一點(diǎn)，結(jié)果你這里布的也一樣，也不對(duì)。
所以我們前段時(shí)間想了一個(gè)辦法，我們說(shuō)這樣，我們首先來(lái)計(jì)算它的復(fù)雜程度，用景觀指數(shù)。是考慮每個(gè)景觀的邊長(zhǎng)、面積來(lái)進(jìn)行計(jì)算，這個(gè)就不說(shuō)了。這是毛里塔尼亞均質(zhì)，西班牙相對(duì)復(fù)雜一點(diǎn)，孟加拉更復(fù)雜。你看毛里塔尼亞是1.29，西班牙是2.68，西班牙是3.46，我們把這個(gè)細(xì)化出來(lái)，誰(shuí)的更高一點(diǎn)我給更多一點(diǎn)樣本。
地類級(jí)也是一樣，草地4.9、裸地1.0，我也把它量化。再到每個(gè)空間抽樣單元，你看這是一個(gè)單元，這是一個(gè)單元，這個(gè)單元放大一點(diǎn)復(fù)雜一點(diǎn)5.8，這個(gè)單元1.0，我們把它進(jìn)行量化。量化以后，現(xiàn)在干脆就這樣，我首先在整個(gè)區(qū)域上來(lái)計(jì)算它的樣本的總量，這個(gè)中間有一個(gè)抽樣的概念，因?yàn)椴还馐敲娣e。這樣我就得到每個(gè)區(qū)域的樣本量，我對(duì)每個(gè)區(qū)域再按不同的地類算它的復(fù)雜程度，這樣可以替代一個(gè)重要的指標(biāo)，地類方差，然后再得到地類樣本量均衡分配，這個(gè)區(qū)域45個(gè)，那個(gè)區(qū)域15個(gè)，然后再分配到每一類。再根據(jù)一個(gè)單元的景觀指數(shù)，我把它分配到地類空間，這是一個(gè)基本的想法。現(xiàn)在你要沒有定量的方法在互聯(lián)網(wǎng)上做沒辦法做到實(shí)時(shí)的操作，我們有樣本，是中國(guó)科學(xué)院發(fā)表的，大家可以去看。
這個(gè)景觀樣本量可以做到自適應(yīng)計(jì)算，這是傳統(tǒng)的樣本量的計(jì)算方式，最后得到一個(gè)最后的結(jié)果，一個(gè)是這個(gè)區(qū)域面積，還有是景觀指數(shù)的復(fù)雜程度，這樣一算以后，你看原來(lái)兩個(gè)方法，這是隨機(jī)抽樣，你看樣本量、抽樣密度是一樣的。這個(gè)稍微好一點(diǎn)，SWS也有問(wèn)題，你看孟加拉的密度最大，到了毛里塔尼亞最低。否則的話，你看毛里塔尼亞原本樣本量最多，孟加拉最少，但是現(xiàn)在孟加拉并不是最多，但是最合理。
然后用地類的指數(shù)來(lái)替代地類方差，一樣的道理。這樣算了以后，比方說(shuō)像孟加拉原來(lái)是有2、4、1，就是地類特別少，一個(gè)類判斷對(duì)就對(duì)了，判斷錯(cuò)了就錯(cuò)了，那不行，總要有概率。我們剛才講的地類景觀指數(shù)，每一個(gè)類基本上最少也得有30個(gè)，我全部是做的一套量化的方法。這樣的話，還有一個(gè)辦法，我怎么分配空間?我怎么算呢?我每個(gè)地域空間，每個(gè)單元可以算出景觀指數(shù)，每一個(gè)值。把這個(gè)值在一條軸上按大小來(lái)排序，排完序以后分組，這是一組，這一組里面均質(zhì)性比較相近，不同的組均質(zhì)性差異比較大，每個(gè)組取一個(gè)，這樣的話每個(gè)單元選一個(gè)樣本，你要多了我可以再選。你看這就是毛里塔尼亞，原來(lái)的方法布點(diǎn)很不合理，用了景觀指數(shù)方法更加合理。
我們用了這樣的方法做了很多試驗(yàn)，其中一個(gè)，我們就跟增值項(xiàng)比，我假設(shè)這是一種黑的顏色，我們用歐洲Corine數(shù)據(jù)增值，最后來(lái)進(jìn)行判斷，不管是哪個(gè)指數(shù)紅色的表示這個(gè)方法是可行的。在互聯(lián)網(wǎng)上我們是這樣，做完以后，比方說(shuō)你可以選擇在網(wǎng)上全部算完以后分布式服務(wù)，你可以調(diào)用一組數(shù)據(jù)，也可以是你自己的數(shù)據(jù)，也可以是我們的數(shù)據(jù)。你選擇任何一個(gè)國(guó)家，埃塞俄比亞，也可以在中國(guó)。他問(wèn)你選擇什么模型，做完了以后你再選空間80%、90%，這都可以算出來(lái)，現(xiàn)在很多人在網(wǎng)上一操作就可以算出來(lái)，而且根據(jù)一定的規(guī)則量化。
第一個(gè)環(huán)節(jié)做完以后就好辦了，以前都是完全靠人的經(jīng)驗(yàn)，不能做比樣。第二個(gè)就是核對(duì)，有這么多的樣本點(diǎn)了，怎么核對(duì)呢?網(wǎng)上有一套，右邊的可以選擇，這里面首先要有樣本資源，我們?cè)谶@里面就集成了很多樣本資源，但是所有的樣本資源還有一套資料。比如說(shuō)在30米的地方看到的小紅圈，到300米以上就不一樣，30米可以是森林，到300米以上也可以是森林，但也可以是其他的。我們做了一些方法，首先保證你能找到最好的數(shù)據(jù)，通過(guò)3D匹配對(duì)JAVA腳本進(jìn)行分析解讀，比如說(shuō)在巴西一個(gè)地方，任意一個(gè)框有80多條發(fā)布的地表覆蓋或者跟地表覆蓋有關(guān)的東西，你就可以看是不是你所要的重要的參考數(shù)據(jù)。
在這個(gè)基礎(chǔ)上，我們還做了很多這個(gè)工作，就是判定。比方說(shuō)這邊實(shí)際上就是地表覆蓋的實(shí)際參考影像，這是原始地表覆蓋的值，這是你判定的值，你看這三個(gè)是一致的，這三個(gè)是有差異。這三個(gè)是一致的，這三個(gè)有差異，因?yàn)椴煌膶＜遗袛嗍遣灰粯?，我們找?guī)讉€(gè)專家來(lái)判斷。這是在盧旺達(dá)，驗(yàn)證了以后在網(wǎng)上操作。
在判斷的時(shí)候有幾個(gè)原則，一個(gè)原則就是多數(shù)決定原則，然后是面積占優(yōu)原則，然后不同的人有不同的判斷方法?？梢运愀鞣N各樣的精度，比如說(shuō)面積加權(quán)的、加權(quán)Kappa的，像跟我一起來(lái)的加拿大的瑪麗亞教授做的，有很多很多的。這是精度評(píng)估，每一類有多少樣本點(diǎn)，43個(gè)、27個(gè)，總體算出來(lái)，它是1.85%，這是它的系數(shù)。這是在盧旺達(dá)的，做這些東西在網(wǎng)上全部自己來(lái)做。
為了支持這套服務(wù)，我們跟一個(gè)公司合作開辟了一套系統(tǒng)，把它全部發(fā)布在網(wǎng)上，后面還可以建很多其他的服務(wù)，包括網(wǎng)上搜索的，包括Google的等等，我們提供所有基本驗(yàn)證的功能，這樣用戶在網(wǎng)上調(diào)。像我們現(xiàn)在做的話，用戶把數(shù)據(jù)發(fā)給它，他們的數(shù)據(jù)全部在網(wǎng)上做。這里面有一個(gè)錄像，就不說(shuō)了，時(shí)間比較緊，大家上網(wǎng)看看。
第三個(gè)，我們組織了全球驗(yàn)證。原來(lái)我們中國(guó)要做事情，要找國(guó)外合作是非常困難的。有了這個(gè)東西以后，我們?cè)趪?guó)際對(duì)地觀測(cè)組織這個(gè)平臺(tái)上面發(fā)起了全球驗(yàn)證，2015年的時(shí)候以GEO的秘書長(zhǎng)發(fā)起世界各國(guó)組織一個(gè)驗(yàn)證隊(duì)伍來(lái)進(jìn)行全球驗(yàn)證。有多少國(guó)家參加我們這個(gè)活動(dòng)?大概有40個(gè)國(guó)家，11個(gè)國(guó)際組織參加了我們的活動(dòng)，是不同渠道推薦來(lái)的。包括對(duì)地觀測(cè)組織、聯(lián)合國(guó)地理信息委員會(huì)等等組織。
我們這里首先組織了GlobeLand30驗(yàn)證，采取三種辦法，一個(gè)是二級(jí)抽樣統(tǒng)計(jì)，用了景觀指數(shù)分析，還有一個(gè)是用了大數(shù)據(jù)的方法來(lái)做的。比方說(shuō)對(duì)世界屋脊區(qū)域景觀指數(shù)分析，這是801個(gè)樣本點(diǎn)，這個(gè)是驗(yàn)證的數(shù)據(jù)，這個(gè)是精度結(jié)果。在非洲有10個(gè)國(guó)家參加我們這個(gè)驗(yàn)證工作，包括博茨瓦納、納米比亞、盧旺達(dá)、坦桑尼亞等等，大體是這種情況。國(guó)內(nèi)幾家單位做的，包括遙感所、同濟(jì)大學(xué)等一起合作，選了159143個(gè)點(diǎn)，總體精度是83%。
這些做完以后我的體會(huì)是這樣的，就是把互聯(lián)網(wǎng)、服務(wù)計(jì)算等技術(shù)融于地表覆蓋驗(yàn)證業(yè)務(wù)的話，首先改變了驗(yàn)證業(yè)務(wù)模式。原來(lái)的參與主體是某一驗(yàn)證機(jī)構(gòu)或者是某一個(gè)有條件有能力的，現(xiàn)在只要他能上互聯(lián)網(wǎng)他都能做這件事情。另外協(xié)同方式不一樣了，他做完?yáng)|西就直接放在機(jī)子里面來(lái)了，他做完的東西我們還可以請(qǐng)另外一個(gè)人去做檢核，就等于現(xiàn)在資源完全是打通的，整個(gè)是協(xié)同模式。
第二個(gè)，促進(jìn)了驗(yàn)證資源聯(lián)通，所有的資源大家都可以共享，都可以高效使用。另外，提高驗(yàn)證工作效率，不管是樣本布設(shè)、采集、比對(duì)和精度評(píng)價(jià)，都能夠在互聯(lián)網(wǎng)下進(jìn)行。
我的體會(huì)，因?yàn)樵瓉?lái)有很多年做地理信息系統(tǒng)，也做遙感，后來(lái)我的感覺通過(guò)這套東西，互聯(lián)網(wǎng)、服務(wù)計(jì)算就完全可以把我們的工作結(jié)合在一起，不再是孤立的工作。
通過(guò)這件實(shí)踐對(duì)我的啟示，因?yàn)槲覀兘?jīng)常講互聯(lián)網(wǎng)+測(cè)繪地理信息，我的體會(huì)如果我們要想發(fā)展這個(gè)東西，后面還要一些支撐的理論和技術(shù)，其中有一個(gè)就是領(lǐng)域的服務(wù)計(jì)算。這個(gè)領(lǐng)域服務(wù)計(jì)算里面包括三個(gè)東西，一個(gè)是理論服務(wù)模型，要?dú)w納出東西，就像共享單車一樣的，一定有共性服務(wù)功能。另外一個(gè)是要有一套在線計(jì)算方法，要能夠非常快非常便捷地實(shí)施它。第三個(gè)，要有一套動(dòng)態(tài)服務(wù)技術(shù)，包括處理構(gòu)建、資源匯聚。今天因?yàn)闀r(shí)間關(guān)系沒有詳細(xì)展開來(lái)說(shuō)。
但是總的來(lái)說(shuō)，我們的發(fā)展趨勢(shì)是要走向互聯(lián)網(wǎng)+測(cè)繪地理信息。特別我現(xiàn)在做全球的東西，你不可能全球到處跑，你首先要依靠各方面的資源。但是在這里面就要有先進(jìn)的工具，要有先進(jìn)的工具就有要理論方法。最近我寫了一篇文章就講《全球地表覆蓋領(lǐng)域服務(wù)計(jì)算》，我的一些體會(huì)，大家如果有興趣可以看看這些東西。（來(lái)源：泰伯網(wǎng)）
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