遥感云大数据在灾害、水体与湿地领域典型案例实践及GPT模型应用

近年来遥感技术得到了突飞猛进的发展航天、航空、临近空间等多遥感平台不断增加数据的空间、时间、光谱分辨率不断提高数据量猛增遥感数据已经越来越具有大数据特征。遥感大数据的出现为相关研究提供了前所未有的机遇同时如何处理好这些数据也提出了巨大的挑战。传统的工作站和服务器已经无法胜任大区域、多尺度海量遥感数据处理的需要。以Earth EngineGEE、PIE-Engine为代表全球尺度地球科学数据尤其是卫星遥感数据在线可视化计算和分析云平台应用越来越广泛。GEE平台存储和同步遥感领域目前常用的MODIS、Landsat和Sentinel等卫星影像、气候与天气、地球物理等方面的数据集超过80PB同时依托全球上百万台超级服务器提供足够的运算能力对这些数据进行处理。相比于ENVI等传统的遥感影像处理工具GEE在处理海量遥感数据方面具有不可比拟的优势一方面提供了丰富的计算资源另一方面其巨大的云存储节省了科研人员大量的数据下载和预处理的时间是遥感数据的计算和分析可视化方面代表世界该领域最前沿水平是遥感领域的一次革命。前期我们分别以Javascript和Python为编程语言成功举办了数期关于GEE遥感大数据分析处理的基础培训课程得到了来多个行业的学员的广泛参与和支持。应广大科研工作者的要求本次课程将聚焦目前遥感应用最热门领域之一的灾害、水体及湿地领域重点结合典型应用案例综合展示GEE云平台的使用技巧和强大功能提升参会人员解决实际问题的能力。本课程将以JavaScript版本GEE为主进行讲解先介绍GEE基本知识再结合微型案例对关键知识进行串讲最后结合林业应用典型案例进行综合讲解。为了提高教学质量本课程将结合最先进的ChatGPT、文心一言等AI自然语言模型辅助教学协助学员解答疑惑、提供针对性建议和指导不仅让学员更深入地掌握课程内容还为今后自助学习提供高效的个性化的学习体验。内容简要第一部分·基础实践一平台及基础开发平台GEE平台及典型应用案例介绍GEE开发环境及常用数据资源介绍ChatGPT、文心一言等GPT模型介绍JavaScript基础简介GEE遥感云重要概念与典型数据分析流程GEE基本对象介绍、矢量和栅格对象可视化、属性查看API查询、基本调试等平台上手。二GEE基础知识与ChatGPT等AI模型交互影像基本运算与操作数学运算、关系/条件/布尔运算、形态滤波、纹理特征提取影像掩码、裁剪和镶嵌等要素基本运算与操作几何缓冲区交、并、差运算等集合对象操作循环迭代map/iterate、合并Merge、联合Join数据整合Reduce包括影像与影像集整合影像合成、影像区域统计与域统计分组整合与区邻域统计影像集线性回归分析等机器学习算法包括监督随机森林、CART、SVM、决策树等与非监督wekaKMeans、wekaLVQ等分类算法分类精度评估等数据资产管理包括本地端矢量和栅格数据上传、云端矢量和栅格数据下载、统计结果数据导出等绘图可视化包括条形图、直方图、散点图、时间序列等图形绘制。GPT模型交互结合上述基本知识点和ChatGPT等AI工具进行交互演示包括辅助答疑、代码生成与修正等技巧。第二部分·进阶小试重要知识点微型案例串讲与GPT模型交互演1)Landsat、Sentinel-2影像批量自动去云和阴影2)联合Landsat和Sentinel-2批量计算植被指数和年度合成3)研究区可用影像数量和无云观测数量统计分析4)中国区域年度NDVI植被数合成及年度最绿DOY时间查找5)时间序列光学影像数据的移动窗口平滑6)分层随机抽样及样本导出、样本本地评估与数据上传云端中国近40年降雨量变化趋势分析第三部分·典型案例综合演练案例一洪涝灾害监测基于Sentinel-1 雷达等影像以典型洪涝灾害为例监测受灾区域。案例内容包括多源影像数据处理和不同水体识别算法构建如OSTU全局自动分割与局部自适应阈值法以及采用不同方式确定受灾区域受灾面积统计与可视化输出等。案例二洪水敏感性和风险模结合ESA10m分辨率土地覆盖产品、地形海拔与坡度、MERIT全球水文数据、JRC地表水数据产品等空间数据集借助云平台计算不同地类与开阔水域的距离最近排水系统上方的高度(HAND) 和降雨频率降雨强度和持续时间的代表作为模拟洪灾敏感性的输入参数再应用加权线性组合WLC方法绘制洪灾敏感性分布图。内容涉及不同数据产品再分类分级、欧几里得距离计算、影像集map循环和分析建模等。案例三水体质量监测联合近十年的Landsat 8/9、JRC地表水产品使用如NDSSI归一化差异悬浮泥沙指数、NDTI归一化差分浊度指数等来监测水集水区水质变化情况统计集水区域逐月水质变化情况。内容涉及时间序列影像预处理、植被指数计算、逐月逐年影像合成、影像集Reducer操作、空值过滤与作图等。案例四河道轮廓监测展示Earth Engine在河流水文学和地貌学中的应用。具体演示如何使用云平台区分河流和其它水体进行基本的形态分析提取河流的中心线和宽度检测河流形态随时间的变化。内容涉及开源程序包调用、RivWidthCloud关键代码解读、时间序列影像处理、水体遥感识别和数据导出。案例五地下水变化监测详细介绍了利用GRACE重力卫星的观测数据来评估大型河流流域地下水储量的变化包括应用遥感估计的总蓄水异常、陆地表面模型输出GLDAS和现场观测结果来解决地下水蓄不变化。内容涉及使用GRACE绘制总蓄水量变化、蓄水趋势和解决河流流域地下水储量的变化等练习知识点包括影像集过滤、集合Join、map循环、趋势分析、可视化等。案例六红树林遥感制图联合Sentinel-1/2多源遥感影像和机器学习算法绘制红树林分布图。专题涉及光学和雷达数据处理、机器学习算法应用、反演精度评估、变量重要性分析、结果可视化、栅格与矢量转换等内容将演示如何利用红树林的生境特征信息如地形、与大海相连等对分类结果进行精细处理实现高精度分布图的绘制。