2012年11月1日上午，中国测绘学会2012年综合学术年会在西安曲江国际会议中心开幕。

本届年会以“创新理念 共谋发展 构建数字中国 探索智慧未来”为主题，来自全国测绘地理信息产业界、各相关领域和港澳地区的3000多人参加大会。

武汉大学教授、中国科学院院士龚健雅在11月1日下午举行的大会特邀报告上作了题为《地球观测传感网关键技术与地理国情监测》的报告。

以下为报告内容：

我报告的题目是“地球观测传感网关键技术与地理国情监测”，今天陈总专门就地理国情监测做了一个很详细的报告，上午李院士也是关于我们测绘未来的发展谈到了传感。所以我今天主要的精力给大家介绍一下传感网目前项目研究的一些问题和一些进展情况。

传感网是最近几年非常热门的，包括温总理几次去视察。当然传感网有多种解释和多种说法，在信息领域可能更多用作物联网，但是不管用什么，都是通过传感的方法，将物理或者是实体的信息传到计算机里面。

今天我要讲的，我们更多去谈观测传感网，这个是非常重要的，从自然环境监测，还有我们的地理国情监测和智慧城市、智慧中国，我们都需要一个实时快速传输的网络，还有一个快速计算，以及分析的一个系统。所以这个问题即使说我们有很多传感器和观测手段，但是现在的问题比较分散，无人机、飞艇都比较多了，特别是近几年的发展地面传感网加入进来了，以前有卫星有航空。地面传感网如何把网络的信息能够综合的、统一的进行处理，这是我们面临的一个很大的问题，大家已经开始遇到这个问题了，我们的卫星数据得到的结果和航空数据得到的结果不一致，如何来消除它的矛盾，能够产生一致的结果。现在又加上地面观测，又出现了一大堆问题，这些问题如何来进行解决，如果我们要做智慧城市，要求做到准实时，我们现在有传感器，但是得到的效率还是很低的，很多数据处理不出来。如果我们要实时处理的系统目前要达到这样的话，还是非常有挑战性的。主要问题我们现在的模型几乎研究的很少，然后数据的不一致性如何处理，由于我们没有实时得出这些信息，它的连续性、它的实时性，还有它的准确性，另外我们模型分析的方法准确性都还是有问题，所以对现在的决策只能给领导提供一个参考。

现在我们为了消除这些问题，也已经开始不断观测，觉得现在卫星数据分辨率太低，马上调无人机去，已经开始在做这方面的工作。但是现在的这种决策、这种调度，现在还是比较分散、比较主观的。我们现在的问题，我们希望把各种途径的传感器能够统一进行管理，然后进行规范调度。这些观测手段如何协同，如何提供应用，这是我要讲的核心问题。

传感网这个概念，我们把所有传感器它的一些信息都注册在我们的外围网上，无论你是卫星的、航空的、移动测量车的，还有地面的，包括手机的各种传感器，陆地的，全部都在网络上进行注册。在网上进行注册的时候，它会根据你的需求进行工作，我们现在有各种地面的观测平台，如果发现水体污染的事件，这个时候启动我们需要的传感器，这个传感器可能调卫星或者调航空的，调来以后跟地面观测点进行协同观测，观测到以后得到连续的数据，然后来进行树立，得到这些数据以后快速处理，快速处理以后还有一个很大的问题就是点和面的数据平放。我们地面观测点的数据，我们在这个地方发现了它的污染，就是刚刚这个点观测的，但是在其他点上它的污染怎么样，你可以多测一些点，但是你对整个的面，你还是没有办法观测，整个的湖或者是一条河，这个时候就要靠航空航天传感器。得到这些信息以后，我们再进行辅助和决策，然后事前预警，到底发生了什么事，应该怎么来解决，当这些观测不够的时候，我们进一步来调度其他的观测系统。这就是一个观测网的一个基本态势，它的核心对地球观测的传感器与外围网的结合，构建天地观测系统，卫星是一个系统，航空是一个系统，我们要对这些任务提供一个根据你的任务需求、任务规范要求聚焦的一个服务模式。希望能够做到真正意义上的环境、安全可持续的监测，我们要通过各种传感器，能够对它进行一个持续的观测。

第二个就是重大自然灾害的快速响应，出来以后能够对一个自然灾害很快的处理。首先我们在外围上面知道有多少传感资源，这个时候我们就可以很好的调度，即使没有自动规范调度系统，管理人员也很清楚。我们要有一套快速的处理机制，要把各种处理模型、各种处理方法快速的聚集起来，这是对观测传感网的基本概念。由于我们对地球的观测，传感器越来越多，大规模的获取这些数据，而我们遥感方面的卫星就更多，有大量的卫星，还有航空的，很多城市都开始布设传感网。太原正在建设地眼工程，要把主要的基础设施，包括地下水网，电力网全部建立一个传感器在里头，随时掌握各个基础设施的状况，这些就需要我们地面传感网络。

在整个Sensor Web的技术发展中，Sensor Web1.0已经工作了很多年，Sensor Web2.0更多的增加了自然化，它能够知道你的事态发生的基本状况，或者是发生事件的需求，能够自动的启动一些传感器，除了自动能够启动传感器之外，它能够自动链接相应的处理模型，然后给你一个结果供你使用。现在是已经开始做的这个事，这是一个森林火灾的监测系统，每天都能够监测到，但是具体到每一个火灾点的具体情况大到什么程度，我应该启动无人机去观测，这些观测以后，这些数据能够自动的传输过来，这个需要在整个任务中需要考虑的。

要达到这些目标、要解决这些问题，它需要哪些关键的问题。我们首先看一下基本的问题，Sensor Web是一个非常大的概念，不只是我们对地观测，对地观测系统是它的内容，因为现在大家都跟外围打交道，包括物联网，现在新开发的一些系统，包括服务跟踪，能源疏散跟踪的一些系统，包括出租车的一些信息系统，都应该通过外围，不像以前可能不需要外围技术。还有就是社会网，包括手机，我们通过一个传感器然后进入到整个总的外围系统。Sensor Web的需要考虑到整个的体系结构，需要柔性观测体系，我们可以扩展，传感器可以即插即用。

我们要解决的第一个问题就是协同观测，我们根据不同的任务，根据我们的分辨率和需要，我们有不同的传感器，有不同的平台需要协同观测。第二，各种不同的平台，各种不同分辨率的数据，它们之间如何融合，融合以及同化，有些数据需要模型的同化，这些都是需要研究的。第三就是聚合服务，服务科学本身包括这些内容的描述，这些服务的访问以及服务的组合、服务的协同，服务本身已经成为一个新的一门科学，如何达到最佳的服务、最优的服务，这个时候需要有一系列的研究的问题。

整个基本的目标要实现三个目的，观测传感器都要进入到外围里面去，当然在里头的存储，以前用高性能的大的服务器，一般用云计算平台进来。第二个就是服务的互联网，这个理念有很多种服务，大家都可以提供很多服务，将来一套这样的观测系统不是一个部门的事，它可能是多部门的事，也不是地区的事，可能多个地区的事，它是一个协同的网络，可着是一个多级的，分布式的观测网络。它的服务，各个部门掌握的这些资源它所提供的服务，这些服务要能够进行服务操作，就是服务的一个互联网。第三个就是模型的互联网，特别是我们随着数据量越来越多的时候，我们这个时候需要很好的来进行分析、进行处理，这个时候我们各个领域的专家都有自己的处理模型、分析模型，这些分析模型我们希望放在网上让大家共享，这个模型之间的耦合，你们是干什么事的，一定要说清楚，然后你能得到什么样的好结果，然后这个模型别人评价怎么样，这些我能不能用，整个模型的质量体系，还有你这个模型跟另外一个模型的耦合都有大量的工作。我们要实现从传感互联到服务互联到模型的互联，所以我们真正一个传感网的系统工作量很大，如果说传感的互联，一个协同的感知网它要研究的内容就很多了，包括柔性体系、即插即用、事件驱动、在线接入、频谱认知、透明访问、优化布局，解决协同观测的问题，解决传感网互联的问题，我们还有一系列需要研究的问题。感知网是第一步，由于我们的卫星数据、轨道数据一般已经公开了，但是不同的卫星它有不同的描述，这个是可以在线接入的，这个问题比较好解决。但是另外一个就是我们的无人机，现在还是各自为政，包括有人机都在传输系统，这个传输系统相互之间的传输内容可能还是不太兼容，这个需要解决，这个航空跟航天之间的传输还要有一个标准的接口协议。

地面传感网。地面传感网在国际上发展的非常快，特别是在电子通信，我们的信息领域里头作为一个最近几年非常重要的一个研究方向。作为我们测绘，也许那个东西可能不是我们的，但是你不去，永远就不是你的，如果我们大家刚刚开始的时候，我们也去参与进来，特别是我们大学，我们一定要做这个研究。所以我们实验室就专门有搞通信跟电子的，所以他们就可以跟我们合作，这样的话无线网络这一块发展的速度是很快的，电都有自己带电和太阳能，我们把传感器往上面一接，它就能够自动发出来。我还有就是水下的传感网，水下传感网可以有无线也可以有有线，我们国家海底主要的地方铺设传感网，主要靠有线铺到水下，然后把观测的信息，包括各种参数的信息，温度，把它传过来。我们现在在电子信息里面，在水下的传感网，它有一套整个的机制，用无限的话可以把这些信息从水面传到水上，然后通过水上又传到我们的服务器里面。总而言之，现在这一块的内容已经开始达到实用，在国际上已经出了不少标准，开放地理信息联盟(OGC)以前解决的问题就是我们的数据在共享和服务操作，而最近主要工作组的精力都放到传感网，传感网一些服务操作的标准，要解决传感网的服务操作标准，包括传感器的模型语言、包括测量各种标准，如果按照这种标准我们来设计的话，它的信息就可以统一的进入到我们的外围上面来实现贡献。第一个关键的问题就是观测互联网。

第二个就是服务，服务这块我们能接进来，但是我们要能够达到描述统一，表达一致，还有动态的管理这个实时数的处理。作为我们测绘来说，能不能有这个平台来管理这些模型，我们建立起这些连接、注册，把它串起来的这些模型，这也是我们在传感网里头需要考虑的。实际上作为我们测绘有两头，一头是电子和通信专家，我们把他们的信息接过来，把这些信息管理起来;第二个就是联系了各个应用的一些专家，但是如果我们在这里不起一个中间桥梁作用，它这时候的信息就很难集中在一起，它的模型可能是散的，传感网也可能连接不起来，所以我们应该集中建一个广义的传感网，自己能够了解能够接入传感信息，自己能够了解和掌握各种模型的业态，能够把它注册或者链接起来。这个是关于模型的建立，可以用手工建立。

关键问题：第一，事件感知与多传感器协同观测机理。用什么样的传感器是最合适的，这个是我们需要论证研究的，包括各种传感器的特征，包括传感器的相关性、异构性、动态性。我们要研究对于传感器的观测模式，我们要掌握平台，成像机理，希望更扩大一些，掌握更多的电子光谱的知识，然后建立起各种光谱特性，然后知道调度怎样的传感器，怎么样的平台。第二，我们有的时候想的很理想，但是它只能有这些资源，在动态下如何找出代价最小、或者是时间最短的最优观测模型。

问题二：由于我们现在各种传感器的特性不一样，它得到的数据也不一样，另外在时间，就是这个月和下个月它的农作物的生长，或者是水位、水质的变化，它们可能就是不一样的，这个时候得到这些信息，你怎么能够把它作为一个统一的信息，或者是一个用于决策的一个信息的支持。

问题三：传感器的聚焦服务。我们希望理想的情况，我们这个时候需要把这些问题归结为传感器的服务、处理的服务和决策支持的服务，然后把这些服务如何串联起来访问不同的模型。第一，我们如何根据任务需求寻找不同的功能服务;第二，我们有很多服务的组件，但是我们服务的任务很大，我们如何把这些组件进行组合，优化这些模型，提供一个协同的服务。

工作进展，我们实验室目前有几个项目来支持这个研究，一个是天空地传感网观测的理论方法，第二个是我本人牵头承担的863重点项目。在这里给大家介绍几个问题，我们现在把各种传感器的描述和瞄准都建立起一个概念的模型，包括涉及到它的协同传感，以及聚焦服务层，对于预处理、融合、同化、检测整个的概念模型首先建立起来了。然后建立起一个耦合的体系，我们从事件开始调度观测调度规范，然后来处理，然后到后面的连接，包括我们支持航天航空以及地面观测的传感器，包括它一些建模的工具，这些都已经建立起来了，在整个过程中启动各种传感器。另外就是根据一些事件关联，它应该关联到哪一些传感器对它最有效。第一，多源数据高精度自动配准。第二，多时空谱影像序列一体化融合，传统的遥感影像融合方法往往针对单一系统来源的数据。第三，对地观测数据与过程模拟模型的同化。同化不等于融合，融合是数据之间进行融合，我们不需要转换模型，但是同化是需要考虑这个模型的，所谓模型一个比较简单的例子，我在3月份观测到光谱的数据，但是到了5月份，由于作物的生长，要加上作物生长的模型，然后得到那个时候的影像，然后跟这个时候才可以有可比性，所以我们现在很多的信息，实际上都需要考虑到同化的过程，同化这一块还是很难的，以前搞地面遥感的做的多一些，我们搞测绘的做得比较少，同化是要加入数据等于另外一个数据加模型。当然做完以后空间和光谱分类的一些新的方法，包括目标提取的方法，这些数据根据不同观测值来进行统一的处理，来得到最的结果。这是第二个方面。

第三个方面，聚焦服务。所谓的聚焦服务，就是说我们的一个任务有很多，我们需要一个基本的任务，然后对这些任务来进行分解，分解以后映射到我们的数据库里头有什么样的数据，这个时候把相关典型的任务变成一个工作流，这些工作流就调度数据、调度软件来进行处理，最后给你一个结果，整个过程就是一个生命周期，这就是聚焦服务的过程，根据你用户的请求，然后计算机自动的、半自动的，或者人工的来给你找出一个适合最佳的应用模型，这是关于聚焦服务。但是聚焦服务有几个基础性的工作，一个基础性的工作就是本体，本体涉及到数据的本体，包括处理软件和模型的本体，我们需要分类、需要描述。我们任务可视化的建模工具，然后对应着理念，什么样数据的操作对应着什么样的软件，这是一个建模的工具，我们可以通过半自动化的方式进行局部的修改，把相应的模型和相应的处理软件和它所对应的数据构成一个模型，最后形成一个服务链或者是工作流，最后就是建模的任务。在整个工作过程中，我们要有一个对整个生命周期的管理，它用的谁的数据、谁的模型，它怎么样，最后要有一个评价，要有一个周期的管理。另外一个研究比较热门的就是数据的起源，你现在得到的结果经过了哪几步，它处理的是什么样的结果，最后得到这些信息，它在自动化处理的过程中，需要把整个都记录下来。这是关于聚焦服务。

下面我把传感网络用在地理国情监测讲一个例子。它要通过水色遥感、水环境时空动态，流域数值模拟。我们的观测还是有很多的工作，包括我们一些基本的流域产沙以及水环境地面遥感都有很专业的东西，这是通过卫星遥感得到整个的遥感影像，然后通过它的植被覆盖情况、降雨量情况来算出它产沙的情况。这个时候我们同样可以根据我们农作物的污染，各个区域的污染情况要有一个基本的估算，分类以后要有一个水环境的动态模拟。这里面根据水动力学的模型它里面的流动，悬浮泥沙，根据不同的时间悬浮泥沙的状况，同时我们可以模拟它的总氮、总磷。

我们真正要做地理国情监测，除了我们前面的观测，我们可能要增加很多的知识来对后面的分析，特别是我们原来不熟悉的分析方法要做大量的研究。后面还有大量的工作要做，但是我们这个领域的人还要做很多的学习。地球观测传感网是地理国情监测，智慧城市、智慧中国、智慧地球的一个基础性技术。这个技术本身还是有很多的东西，包括很多的技术标准我们需要去掌握的，就像我们原来需要航测、需要遥感，以前都是出来一个数据怎么样，但是它本身传感器的特性，它怎么传过来的，我们要有所了解。传感网面临的问题很多，关键技术是构建观测的互联网、服务的互联网和模型的互联，我们作为这个领域我们应该要有一个构架。观测互联网现在已经比较成熟，在国际上已经开始定国际标准，但是服务的互联网和模型的互联网，特别是对服务互联网处理的这一块东西比较熟悉，但是对后面模型的东西我们还有大量的工作要做。我今天的汇报就到这里，谢谢。