AI+遙感：防汛有了新路子

來源：中國科學(xué)報

編輯：陳飚

責(zé)編：楊璐茜

為更精確預(yù)測洪水，西班牙巴倫西亞大學(xué)圖像處理實驗室的研究人員與英國牛津大學(xué)、歐洲航天局合作，開發(fā)了一種基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的洪水監(jiān)測模型，可以在太空監(jiān)測洪水。這將有助于應(yīng)急防洪抗災(zāi)。日前，相關(guān)研究在《科學(xué)報告》上發(fā)表。

6月30日，一套被稱為“世界洪水（World Floods）”的人工智能（AI）洪水監(jiān)測系統(tǒng)，由意大利航空航天企業(yè)D-Orbit公司搭載“獵鷹9號”從卡納維拉爾角發(fā)射升空。

“該系統(tǒng)采用先進的人工智能算法，使數(shù)據(jù)能夠在衛(wèi)星上進行處理?！痹撜撐牡谝蛔髡逩onzalo Mateo說，“這種星載處理解決方案通過深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，對大圖像進行分析處理，轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)量較小的最終產(chǎn)品來減少傳輸量。”

研究者認為，在洪水監(jiān)測方面，從太空觀察地球可以為地面決策提供寶貴的信息。這種立方體衛(wèi)星可以將衛(wèi)星重返周期從幾天減少到幾個小時。同時，星載處理方式可突破衛(wèi)星功率和帶寬的限制，從而縮短人們獲得洪水?dāng)?shù)據(jù)的時間。

“將遙感技術(shù)和人工智能技術(shù)結(jié)合，用于監(jiān)測洪澇災(zāi)害是可行的?！敝袊茖W(xué)院空天信息創(chuàng)新研究院研究員吳炳方對《中國科學(xué)報》說，“它只是將地面上的工作移到衛(wèi)星上，將應(yīng)急信息先提取出來，通過中繼的方式發(fā)到地面的用戶手中，縮短響應(yīng)時間?！?/p>

中國水利水電科學(xué)研究院防洪抗旱減災(zāi)工程技術(shù)研究中心工程師江威告訴《中國科學(xué)報》，將遙感和人工智能技術(shù)結(jié)合起來監(jiān)測洪水，包括應(yīng)用于洪水災(zāi)害應(yīng)急方面，技術(shù)上并不復(fù)雜，我國也有很多類似的實踐。

“‘世界洪水’系統(tǒng)的亮點是軟件和硬件的結(jié)合。”江威告訴《中國科學(xué)報》，“其思路是把一套算法植入硬件中，把它裝到衛(wèi)星上。衛(wèi)星在空中獲得圖像后，直接智能識別洪水淹沒范圍信息，從而縮短洪水應(yīng)急監(jiān)測的時間?！?/p>

“從發(fā)表的論文上看，‘世界洪水’系統(tǒng)主要構(gòu)建了洪水范圍圖像識別的深度學(xué)習(xí)模型，目前已經(jīng)把模型訓(xùn)練好了，但還沒有詳細描述如何將模型和硬件結(jié)合起來，使衛(wèi)星可以自動識別洪水?！苯f。

“應(yīng)急監(jiān)測的關(guān)鍵不是看精度有多高，而是看反應(yīng)有多快，這也是衛(wèi)星遙感和AI結(jié)合的優(yōu)勢?！眳潜秸f，“洪水，特別是山洪應(yīng)急處理一定要快，這也要求地面相應(yīng)的配套工作能跟上，監(jiān)測到洪水后，相應(yīng)的決策、救災(zāi)方面的工作也要跟上?！?/p>

衛(wèi)星遙感監(jiān)測地面有個重返周期的問題，這和衛(wèi)星軌道有關(guān)。目前，衛(wèi)星差不多十來天繞地球一圈，有時候某地突發(fā)洪水，恰好有衛(wèi)星經(jīng)過，就能較快獲得數(shù)據(jù)。

江威認為，如果多顆衛(wèi)星組網(wǎng)，形成衛(wèi)星群，數(shù)據(jù)獲取頻次就會大大提高。隨著我國發(fā)射的衛(wèi)星越來越多，衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)逐步完善，監(jiān)測效率也會迅速提高。

“‘世界洪水’系統(tǒng)目前還面臨一定的挑戰(zhàn)。”江威說，“因為衛(wèi)星比較小，它還要完成其他任務(wù)，所以做模型的時候，如果處理的數(shù)據(jù)量過大，就會帶來芯片的高能耗問題，有可能會影響衛(wèi)星的運行壽命?！?/p>

遙感和人工智能技術(shù)已經(jīng)在防洪抗災(zāi)中發(fā)揮了重要作用，尤其在大范圍水情監(jiān)測上更顯優(yōu)勢。但在小區(qū)域、快速反應(yīng)方面，遙感技術(shù)還有待提高。

“在洪水應(yīng)急監(jiān)測中，目前已經(jīng)實現(xiàn)衛(wèi)星遙感、無人機、導(dǎo)航定位和地面水文監(jiān)測站等多種監(jiān)測手段的綜合使用?！苯f，“對小范圍來說，無人機非常便捷，能夠快速獲取堤防損毀情況，而且我國在水利部門也配備了無人機系統(tǒng)，防汛隊伍也具備操作無人機或無人機組網(wǎng)的能力。但無人機觀測范圍、觀測時間有限，而且遇到較大風(fēng)雨等惡劣天氣，無人機也無法執(zhí)行任務(wù)，所以通常是多種手段結(jié)合來應(yīng)對洪水?！?/p>

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