基于人工智能与大数据挖掘的全球地理信息要素遥感解译技术与实践

基于人工智能与大数据挖掘的全球地基于人工智能与大数据挖掘的全球地理信息要素遥感解译技术与实践全球地理信息资源是重要的战略资源总体国家安全观集政治安全、国土安全、军事安总体国家安全观集政治安全、国土安全、军事安全、经济安全、文化安全、社会安全、科技安全、信息安全、生态安全、资源安全、核安全等二十大报告明确指出，中国特色大国外交就是要推动构建新型国际关系，推动构建人类命运共同体全球治理体系助力可持续发展全球治理体系中国将始终做多边主义的践行者，积极参与全球治理体系改革和建设中国将设立联合国全球地理信息知识与创新中心和可持续发中国将始终做多边主义的践行者，积极参与全球治理体系改革和建设国际国内两个市场两种资源国内国际双循环的新发展格局国际国内两个市场两种资源P2国际商贸、文化交流、可持续发展不可或缺的基础信息资源国内外都在开展全球地理信息资源建设n上世纪90年代联合国有关部门推动下开展全球测图国际合作计划，有170多个国家和地区宣布参与这一项目，包括全球范围内植被、土地利用、交通网、居民地和水系等专题nOpenStreetMap它是利用公众集体的力量和无偿的贡献来改善地图相关的地理数据n谷歌地图是Google公司提供的电子地图服务，提供含有全球城市政区和交通以及商业信息的矢量地图、不同分辨率的n国内的百度地图、天地图等，境外信息相对缺乏全球地理信息要素提取面临的挑战全球地表复杂多样，开展全球地理信息要素提取存在属性获取难、生产效率低、统一高精度几何定位难等问题，急需开展空间大数据挖掘、知识辅助的智能化测图、全球立体影像基准构建方面的工众源大数据挖掘提取要素属性信息大数据众源大数据挖掘提取要素属性信息大数据众源数据挖掘属性信息匹配………智能化样本知识库库优化更新人工智能(半)自动提取智能化高精度高精度精基准多尺度全球立体影像基精基准全球地理信息要素提取技术思路n遥感：要素自动提取、立体基准构建与传递，解决测图效率和几何定位问题取与整合n众源：信息融合与挖掘解决境外无调绘属性信息提取问题取与整合异构数据大平差技术雨林区星载InSAR测图工程技术基于智能滤波的DEM提取技术异构数据大平差技术雨林区星载InSAR测图工程技术基于智能滤波的DEM提取技术大范围异源DOM快速生产技术遥感方式基于机器学习和先验知识的要素自动提取技术地物要素智能化交互提取技术全球样本库的构建与更新技术多源遥感影像数据高精度几何协同处理大区域多源遥感影像数据高精度几何协同处理大区域处理基于云计算要素快速提全球地理信全球地理信众源地理信息资料信息融合与知识挖掘地名智能翻译息智能服务 息数据库息智能服务多源多尺度海量地理信息高效管理基于云计算的全球地理信息知识化服务非遥感方式众源地理信息融合技术异源数据知识挖掘与信息提取技术基于知识图谱和机器学习的地名智能翻译技术大数据挖掘赋值地物要素属性信息开展多源异构时空大数据的汇聚和共享，可为全球地理信息资源建设和地理世情监测知识服务提供技术支撑，但面临着境外信息获取困难、多源数据差异较大的现状。遥感影像仅能反映道路的空间分布众源数据众源数据含有道路的属性信多源互联网路网数据路网丰富度不一致路网重合冲突路网缺失不完整n境外测图无法大范围实地要素采集，要n互联网资源丰富，但多源数据量质量参差不齐n境外测图无法大范围实地要素采集，要大数据挖掘赋值地物要素属性信息几何类型几何类型大数据挖掘赋值地物要素属性信息…特殊地物获取…点线面…在线地图服务…特殊地物获取…点线面…在线地图服务要素推理图谱，结合自然语言处理、文字识别技术，实现了在线地图服务的矢量瓦片要素提取。OCR识别标签文字重建要素信息矢量瓦片要素重建模型大数据挖掘赋值地物要素属性信息（2）异源数据多因子匹配融合：（2）异源数据多因子匹配融合：提出一种基于语义信息辅助的SM_HD距离、方向角、长度比多因子匹配方法，对众源矢量典型要素进行同名实体匹配，建立要素与要素之间的关系，提高了匹配准大数据挖掘赋值地物要素属性信息（2）异源数据多因子匹配融合：（2）异源数据多因子匹配融合：提出了一种基于溯源机制的匹配方法，通过对基准数据集、目标数据集内各要素预处理痕迹的记录及追溯，解决了路网要素匹配成果中出现的部分断续、偏移等错误问题，从而提高融合后路网数据的完整性及准确性，保留了完整的路网结构。P10大数据挖掘赋值地物要素属性信息（3）精度核验与可靠性分析：（3）精度核验与可靠性分析：针对来自互联网直的众源地理信息几何精度参差不齐问题，利用MaskR-CNN，提出了基于遥感影像特征识别的矢量数据几何自动纠正方法，对众源地理信息进行影像道路交叉口矢量道路交叉口控制点同名控制点 b a c+++P12大数据挖掘赋值地物要素属性信息（3）精度核验与可靠性分析：提出了多源异构矢量数据的交叉验（3）精度核验与可靠性分析：提出了多源异构矢量数据的交叉验离、方向夹角、匹配对重叠度和完整度作为矢量数据几何质量评价指标；在属性方面，选取了字段完整性、属性分类信息和属性值相似度作为矢量数据属性一致性评价指标。影像道路交叉口矢量道路交叉口控制点同名控制点 b a c+++大数据挖掘赋值地物要素属性信息梳理难梳理难获取难获取难提取难提取难整合难全球数据的语言、语整合难全球数据的语言、语验证难验证难P13P14大数据挖掘赋值地物要素属性信息P14梳理发现难获取更新难提取融合难全球地理信息资源目录更新补全全球网络IP池入开放地理信息数据整合引擎-全量下载多源数据交叉验证全球分类要素产品数据集整合验证难人机协同验证P15基于人工智能的地表覆盖自动提取全球地表覆盖智能提取的工程化生产势在必行，但仍面临着大规模样本集缺乏、模型非遥感化、先德国德国标签数据获取成本高杂，现有网络模型无法深入挖掘遥n先验知识、专家规则约束等尚未实现深层次的耦合，人机协同已成为新发展方向基于人工智能的地表覆盖自动提取（1）针对训练样本集缺乏问题，提出了（1）针对训练样本集缺乏问题，提出了基于已有分类成果的海量样本集构建方法，即利用基础地理信息数据，联合栅格化、自动裁剪，并通过指数等特征提取，获取影像-标注-特征信息。P16基础地理信息数据高分影像矢量数据栅格化生成全要素样本数据集P16基础地理信息数据高分影像矢量数据栅格化生成全要素样本数据集影像-标注-特征标注影像栅格图斑空间/光谱/纹理/指数等特空间/光谱/纹理/指数等特基于人工智能的地表覆盖自动提取踢出坏样本优化迭代样本均衡性多样性交互式样本优选机制对比度清晰度错误分类区域其他漏分区域云雪覆盖区域错误样本样本数据库影像数据分类成果样本筛选样本优化迭代更新 优化模型在训练集上预测结果输出分类别概率图/踢出坏样本优化迭代样本均衡性多样性交互式样本优选机制对比度清晰度错误分类区域其他漏分区域云雪覆盖区域错误样本样本数据库影像数据分类成果样本筛选样本优化迭代更新 优化模型在训练集上预测结果输出分类别概率图/人工交互精选样本/剔除不确定性坏样本.Pos.Neg.P17同时，为保证样本集的准确性，提出了样本集筛选与迭代优化策略，即通过人工交互式筛选、模型Neg.P18基于人工智能的地表覆盖自动提取原始影像真值原始影像真值智能分类多波段增量学习（2）针对网络模型非遥感化现状，提出了基于多波段段扩展至多波段以适应遥感影像，并通过植被指数、水三波段自然图像多波段遥感图像基于人工智能的地表覆盖自动提取为增加模型鲁棒性和适用性，提出了为增加模型鲁棒性和适用性，提出了分区引导下的模型训练与迁移策略，即不同异质性的区域，采用不同的网络层级结构，以避免模型的欠拟合、过拟合等；同一异质性采用模型迁移方法，避免模型迁移分区1分区2分区3模型迁移分区1P19P20基于人工智能的地表覆盖自动提取智能化交互（3）针对先验知识尚未耦合问题，提出了基于多模态协众包地理信息等易获取数据协同学习空间-光谱DSMDSM/DEM/DOM基础数据已有分类成果已有分类成果数据（国情监众源语义信息库全色、多光谱、植被全色、多光谱、植被指数等其他辅助数据其它要素辅助修正基于人工智能的地表覆盖自动提取（4）研发了全球地表覆盖典型要素自动提取系统，涵盖（4）研发了全球地表覆盖典型要素自动提取系统，涵盖样本库构建、地类提取模型训练、信息提取2022年度生产任务区域生产结果2022年度生产任务区域生产结果基于该系统，已完成5000万平方公里GlobeLand30更新生产，基于该系统，已完成5000万平方公里GlobeLand30更新生产，涉及L8影像约40P21为全球测图提供了基础参考基于人工智能的地物要素自动提取全球典型要素自动提取技术体系业务体系构建与数据生产以全球语料样本库为基底，构建数据为驱动、模型为基础、人机智能交互为支撑的工程化生产技术体全球典型要素自动提取技术体系业务体系构建与数据生产知识反馈、样本精化、动态更新知识反馈、样本精化、动态更新全球大规模语料样本库建设全球大规模语料样本库建设大规模、多类型、多尺度的综合样本库分布式协同人机作业模型自适应迭代混合智能图斑精准提取海量多源异构遥感/专题数据全球地表覆盖数据全球地表覆盖数据推动要素提取工程化生产从数据到知识、从人工到人机智能协同的跨越式发展P22高精度立体影像基准构建与传递建立全国广义立体影像控制库建立全国广义立体影像控制库局部高分辨率立体卫星局部高分辨率立体卫星影像覆盖P23P24高精度立体影像基准构建与传递光学光学激光统一基准立体非立体（1）多源数据联合平差:构建多类型、多模式的高精度协同几何处理方案(包括光学-光学光学激光统一基准立体非立体（1）多源数据联合平差:构建多类型、多模式的高精度协同几何处理方案(包括光学-SAR、光学-激基于异源特征的匹配基于异源特征的匹配 自适应误差补偿模型选择安装误差姿轨误差距离误差高程误差联合平差模型自适应定权基于稀疏矩阵的稳健求解高精度立体影像基准构建与传递针对无控制区域网内部可靠性问题，利用基于选权迭代交叉检验的病态区域探测与区域网内部可靠性的自诊断、自分析方法，解决大规模区域网的可靠求解。连接强度弱连接强度弱误差传递精度假设检验误差传递精度假设检验权值自适应迭代更新病态区域交叉检验探测推估建模复杂交会条件下的基于虚拟控制点的广义平差基于稀疏表征超大规模法方程矩阵的表达、高基于最短路径启发式搜索未知参数