《自然》撰文呼吁提升人造卫星数据共享力度

开放获取卫星数据的新时代已经到来。

2013年，地球资源卫星ⅷ发射(艺术地图)。资料来源:美国航天局

地面覆盖的变化通过吸收和反射太阳辐射以及改变热流、水蒸气、二氧化碳和其他污染气体来影响全球气候。为了监测生物多样性丧失和生态系统动态，减少毁林和森林退化造成的排放，人们需要对土地利用和土地覆盖进行详细评估，包括区域、全球、例行和季节性评估。

加拿大林业部的高级研究员迈克尔·A·沃尔德说，卫星图像是此类数据的最佳来源，尤其是在大面积地区。为了建立基线和趋势，观察应该是大量的、定期的和一致的。然而，目前大多数卫星观测的覆盖面和兼容性有限，因为它们受不同国家空间政策目标的控制。在许多情况下，卫星数据是保密的或者需要付费。

然而，不列颠哥伦比亚大学森林资源管理系的遥感专家尼古拉斯·库珀指出:“开放获取卫星数据的新时代已经到来。”2008年，美国地质调查局宣布其地球资源卫星档案免费向公众开放。这些数据可以追溯到20世纪70年代，是世界上最大的地球图像集。

科学家还需要更多高吞吐量的计算机来处理代表更大区域和更复杂区域的大量数据，并最终生成一张陆地表面覆盖和区域、大陆和全球变化的综合地图，最多可达数十亿像素。Wulder和Coopsd在《自然》杂志上写道，现在已经实现了对土地覆盖变化的近实时监测。

卫星数据的开放共享

仍然存在障碍。研究人员表示，地球资源卫星档案的数据覆盖面在空间和时间维度上都是可变的。此外，很少有人有足够的计算能力和带宽来下载和处理数据。政策制定者基本上仍未意识到最新方法带来的环境监测能力的提高，也没有充分认识到这些数据的潜力。

合作组织提到，科学家和决策者应支持向开放获取卫星数据的转变，并协调努力向国际气候变化和减排项目提交详细的全球监测数据。此外，各国*还应披露其国家卫星图像数据库，并整合兼容数据以填补空白。未来空间项目拍摄的照片也应免费提供，以提高创新能力。

地球资源卫星任务是目前运行时间最长的民用地球观测项目。1972年，美国发射了第一颗卫星。当时，公众对太空项目的热情很高。1982年，地球资源卫星四号开始提供更精细的图像(空间分辨率为30米，现在被认为是历史分析的基准)和可见、近红外和短波红外光谱通道，以跟踪不同类型植物反射的光。

最新系列的卫星是2013年发射的地球资源八号卫星。它能以15/100米的分辨率观察地球表面，覆盖可见光到红外波长。地球资源卫星数据从一开始就被存档，但早期的观测战略和限制影响了一些存储的数据和向下传输的能力，导致全球覆盖不均。

然而，这些年来，访问策略发生了变化。20世纪80年代，地球资源卫星开始商业运行。图片不多，但价格更高——每张数千美元，而且访问受限。1999年，在地球资源卫星ⅶ发射后，它能够在世界各地更系统地收集图像。现在允许重新分发购买的图像，并且用户联盟可以大量购买和共享原始图像和产品。

2008年，免费图像的使用大幅增加。在第一年，下载的图片数量超过100万，而前一年只有25000张图片售出。自从档案馆开放以来，下载的图片数量已经超过2000万，而且这个数字还在增加。

数据革命

海量卫星数据加速了处理和分析领域的技术革命。云层(光学遥感的克星)可以被建筑物的合成图像所击败。在一段时间内，可以选择清晰的像素点，以避免要求整个图像清晰。这种方法正在改变大陆和全球范围的监测。

植被干扰和生长周期也可以通过跟踪清晰的像素来捕捉。

例如，火灾后土地景观的变化可以通过植被恢复意外检测到。此外，从幼林到老龄林的过渡等逻辑顺序也可以包含在更可信的模型和计划中。

伍尔德还提到，可视化和分布式云计算的发展也可以改变游戏规划。例如，强大的并行处理设备，如美国航天局地球交易所和谷歌地球引擎，可以操纵大量的地理空间和遥感数据。

这些*设备允许用户将算法引入大规模数据集，同时最大限度地减少数据存储拷贝和处理。例如，非洲等缺乏计算能力和基础设施建设的发展中地区也可以从这些共享平台中受益。

数据库开放后，外部地球资源的卫星图像数量可能会超过内部。全球接收站网络保存了许多图片。自2010年以来，整合这些数据的努力已经为数据库增加了300多万张照片。

此外，今后将进一步扩大覆盖面。地球资源卫星ⅷ每天能收集700多张图片，是20世纪80年代的14倍。

2015年4月，第一颗欧洲哨兵-2号卫星也将加入。这颗卫星将每10天绘制一次地球陆地地图。

第二颗哨兵2号卫星计划在两年后发射。这三颗卫星将一起每两周拍摄一次全球陆地图像。

Sentinel-2还将采用*和开放的数据政策，尽管目前数据仅在收集后的4个月内向公众开放。这种策略将限制对大时间跨度数据的访问，并且由于不同的校准，将导致不完整的数据库和多个版本的数据。

国际战略

研究人员指出，*和遥感领域现在应该抓住机会，制定一个一致的土地监测战略。

首先，在地球资源卫星数据库或其他开放数据库中存储尽可能多的历史图片。在地球观测方面处于领先地位的国家——其卫星携带补充地球资源卫星的传感器——应该寻找机会向全球数据库添加数据。

第二，地球观测领域和*应努力使未来的卫星项目尽可能无障碍。“我们希望欧洲航天局能够尝试放松对哨兵2号卫星图像的使用。”Coops表示，选择传输机制，如第三方数据库和分发点，将有助于更多的用户使用数据，以实现既定的科学利益。

研究人员还提到，地球观测项目应该变得更像气象项目，有标准的图像规格和国际协议，以确保连续测量。

Coops和其他人说，当然，为国际利益组织国家项目的成本和困难是显而易见的。然而，地球资源卫星项目所展示的开放获取的好处可以证明并鼓励这些努力。

“我们希望国际地球观测卫星委员会将继续敦促空间机构、商业实体和科学和工作数据用户之间进行交流，以便制定一个更加统一的计划。”沃德说。

研究人员表示，遥感界必须支持数据数据库和创新处理方法的开发和维护。“衍生项目，如地球观测组织和全球森林观测项目，可以开发出最好的实用方法和标准。”为了促进使用不同传感器收集的数据，科学家和数据分发中心还应向用户提供广泛兼容的校准数据。

Wulder认为，研究人员、政策制定者、非*组织和土地管理人员需要使用和提高卫星数据库的能力，以捕捉和描述土地覆盖和土地使用的过去和现在的变化。(张张)

《中国科学日报》(2014-09-09第三版国际版)