PIE 6.0遥感产品体系及应用服务

文|刘东升

航天宏图信息技术股份有限公司

一、研发背景

随着对地观测技术的迅速发展，多视角、多手段、多时相、多分辨率遥感影像源的获取能力不断提升，遥感应用领域不断拓展。航天宏图信息技术股份有限公司（以下简称航天宏图）自主研发的PIE软件，是一款高度自动化、简单易用的遥感工程化应用软件，主要面向国内外主流的多源遥感影像数据提供遥感图像处理、辅助解译、信息提取及专题制图功能。

从2008年起，PIE从 1.0发展到6.0版本历时整整十年。在遥感应用市场的驱动下，PIE始终以“激活数据价值，服务行业应用”为研发使命，以精准、快速、稳定、便捷为研发目标，不断丰富PIE功能模块，提升PIE性能指标。PIE遥感产品体系覆盖了光学、合成孔径雷达（SAR）、高光谱、无人机等多源载荷影像的全流程处理，产品形态上不仅有桌面软件和集群软件，还重点打造了PIE-Cloud遥感云平台，把图像处理技术与云计算技术深度融合，面向自然资源、生态环境、气象海洋等多个领域提供遥感云服务。

二、PIE 6.0遥感产品体系

PIE 6.0采用“云+端”的技术架构，秉承工作流、组件插件式、多层和多模块结构的设计思路，研制了包含强大底层库的PIE-SDK二次开发组件包和多种专业工具软件，包括：用于光学、SAR、高光谱、无人机数据生产的专业工具（PIE-Basic遥感图像基础处理软件、PIE-Ortho卫星影像测绘处理软件、PIE-SAR雷达影像数据处理软件、PIE-Hyp高光谱影像数据处理软件、PIE-UAV无人机影像数据处理软件），用于遥感影像智能解译的专业工具（PIE-SIAS尺度集影像分析软件和PIE-AI遥感图像智能处理软件），以及用于地理信息和行业应用的二三维可视化展示平台（PIE-Map地理信息系统软件）。同时，依托PIE-Cloud遥感云平台，对PIE各产品及多项行业应用成果进行标准化集成和运行，构建云端和用户端协同一体化的遥感云服务体系。PIE 6.0遥感产品体系图1所示。

图1 PIE 6.0遥感产品体系

1.PIE-Basic遥感图像基础处理软件

集遥感与地理信息系统（GIS）技术于一体，面向国内外主流遥感数据，具备遥感数据预处理、图像增强、图像分类、综合判读、监测分析、矢量处理、专题制图全流程处理功能，特别是对国产卫星数据如资源系列、高分系列、环境系列、风云系列、海洋系列、天绘卫星、吉林一号等卫星数据具备卓越的处理能力，对新兴传感器类型具备快速扩展能力。广泛应用于教育、科研、气象、海洋、水利、农业、林业、国土、减灾、环保等多个领域。支持Windows、Linux、Mac等国外主流操作系统，完成与中标麒麟、银河麒麟等国内主流操作系统的兼容性适配。

2.PIE-Ortho卫星影像测绘处理软件

采用全流程不落盘高速处理、大区域多源遥感影像自动匹配和联合平差、不依赖第三方软件的人机交互精调色平台工具箱等技术相结合，针对国内外卫星遥感影像数据进行专业测绘生产处理，可快速批量化完成数字正射影像（DOM）、数字高程模型（DEM）、数字地表模型（DSM）的生产，已广泛应用于国土、测绘、农业、林业、水利、环保等相关行业。软件支持集群分布式运算，可满足不同规模的数据生产需求，能够充分利用计算资源，实现海量数据的分布式自动化处理，可大幅提升作业效率，缩短项目周期。该软件已提供给50多个行业用户试用，积累了2000万平方千米业务化生产经验，数字正射影像生产的效率较传统作业模式至少提高了4倍。

3.PIE-SAR雷达影像数据处理软件

目前已支持国内外主流星载SAR传感器的数据处理与分析，包括基础处理、区域网平差处理、InSAR地形测绘、DInSAR形变监测和极化SAR分割分类等功能。实现多源、多时相、多分辨率影像间的高效、高精度自动匹配，光学与SAR影像自动匹配精度可以达到平原地区1～2个像素，山区2～4个像素。针对不同行业用户，开发了水体提取、海岸线提取、舰船监测、土地覆盖变化监测等应用模块。PIE-SAR软件全面支持国产高分三号卫星数据，已广泛应用于海洋、应急减灾、水利等多个行业。

4.PIE-Hyp高光谱影像数据处理软件

面向高分五号卫星、珠海一号卫星、地球观测卫星-1（EO-1）等国内外主流高光谱卫星影像进行全流程自动化处理，支持高空间分辨率影像与高光谱影像的异源空谱融合，可提供影像质量评价及修复、图谱分析、辐射校正、几何校正、目标探测、地物分类、参量反演分析等专业处理功能。结合地物波谱库提供的光谱信息查询、分析与应用能力，能够实现水环境监测、农作物精细化分类、岩矿识别等高精度定量应用，为生态环保、精准农业和自然资源等行业提供完整的应用解决方案。

5.PIE-UAV无人机影像数据处理软件

可进行多平台、多载荷航空数据的特征提取、特征匹配、影像对齐、DEM生成、正射校正、影像拼接等一系列高精度专业处理。可一键式自动完成大批量航空影像数据的流程化生产，广泛应用于国土、测绘、农业、林业、水利、环保等行业。在此基础上，PIE-UAV软件与航天宏图一型、二型无人机硬件进行整合，形成了面向社会的“无人机硬件+软件一体化”综合遥感监测服务解决方案。

6.PIE-SIAS尺度集影像分析软件

采用面向对象的分类方法，具备面向多源遥感数据地表覆盖分类、目标识别与边缘提取和变化检测等多种信息提取能力。功能覆盖大幅面影像快速尺度集分割、人工样本选择、自动样本选择、面向对象分类、分类后处理、半自动交互式智能信息提取、专题制图等方面。对当前流行的慢特征分析变化检测功能进行了优化改进，形成了变化检测工具集，广泛服务于国土、水利、农业、林业、环保等诸多领域。

7.PIE-AI遥感图像智能处理软件

基于深度学习进行遥感影像自动化、智能化、工程化解译，具备从海量遥感影像中识别目标及地物的全自动化智能提取能力。支持光学、SAR、高光谱、无人机等遥感影像从样本标注、样本管理、模型训练、智能解译到成果发布服务全流程处理。目前已构建包含飞机、机场、绿地、操场等几十类目标及地物的影像样本库，可帮助用户快速完成地物目标的模型训练，实现了国土、水利、生态、国防等多行业、多领域的大规模工程化应用。

8.PIE-Map地理信息系统软件

服务于行业应用的地理信息二三维可视化展示，提供空间数据管理、投影转换、查询分析、地理标绘、专题制图、地图配置、数据接入与发布、矢量编辑、导航定位、二三维动态可视化等GIS数据专业处理服务。可对气象、海洋等多元时空地理信息数据进行有效承载、关联融合和动态显示，支持多专题、多场景环境的模拟与仿真；可将多种感知终端上的全要素信息实时接入、动态更新、动态展示。PIE-Map软件提供了国内首款真正的地理信息VR引擎，可以把地理空间数据进行实时三维场景构建，渲染出来的实体三维效果带有地理坐标，可以进行精准量测，以满足不断发展的GIS行业应用需求。

9.PIE-Cloud遥感云平台

PIE-Cloud平台是以“关联表征、数据挖掘、知识发现、智能处理、按需服务”为牵引，基于云计算、物联网、大数据和人工智能等技术，依托云平台基础环境构建的共享数据、软件、技术的遥感应用资源一站式产业化云服务平台。该平台对PIE各产品及多项行业应用成果进行标准化集成和运行，在线提供多源遥感卫星影像数据服务、遥感数据生产处理服务、遥感智能解译分析服务以及面向行业的软件即服务（SaaS）应用服务，从而提升资源整合和数据快速处理、智能分析与发布共享的能力，实现遥感数据的按需获取、快速处理和专题信息的聚焦服务，促进多源异构数据共享和互通互用。

三、PIE 6.0遥感产品体系关键技术

通过攻关多源异构遥感影像密集型计算、遥感数据智能解译与处理、地理信息可视化、多维一体化地图制图、地理大数据融合挖掘及主动服务、泛在地理信息获取与安全监管等关键技术，突破基于多源遥感数据的快速处理、变化发现、自动分类、时空统计、动态建模、预测预警、质量控制等技术瓶颈，构建了PIE 6.0遥感产品体系及共享云平台。PIE 6.0遥感产品体系关键技术如图2所示。

图2 PIE 6.0遥感产品体系关键技术

1.海量遥感影像快速处理

PIE 6.0底层架构可以支持遥感处理作业流程的全过程不落盘处理，这项技术可以把作业流程中所有步骤的数据实时可视化展现出来，中间步骤没有任何I/O交互，大幅提升生产效率，并大大节约存储空间。

2.超大区域多源异构遥感数据联合平差

这项技术支持对可见光、红外、激光雷达强度图像、雷达数据、网络地图等多源异构数据进行全自动化、高精度的异源匹配，并对匹配的结果进行联合区域网平差。

3.基于谐波分析高光谱影像处理

利用谐波分析技术对高光谱影像和高空间分辨率影像进行像素级融合，融合后可以大比例提升高光谱影像的空间分辨率，融合后的高光谱影像中每个像素对应的光谱曲线具有高保真度。

4.多模态遥感影像智能解译

针对用户不同的解译场景，定制不同的遥感影像智能解译模式。用户可根据自己的解译场景，结合软件的指导意见，选择合适的遥感解译模态进行遥感解译。

5.遥感影像快速变化检测

对当前世界通用的变化检测算法进行高度的集成和封装，包括像素级的变化检测、对象级的变化检测等，形成变化检测工具包。用户可以在变化检测工具包的指导下，针对自己的数据源、变化检测类型，选择合适的方法进行分析，从而快速获取和更新地物变化检测信息。

6.大场景二三维可视化

支持高效、海量的空天地海水上数据的二三维一体化表达，支持大范围场景与局部精细化场景的无缝切换，可实现精细化场景模型和实体三维模型等数据的动态接入、目标场景切换、局部场景的三维高度逼真动态渲染与显示。

四、PIE-Cloud遥感云平台服务能力与应用

PIE-Cloud遥感云平台是以行业应用需求为牵引，持续攻关时空大数据存储管理、智能综合、增量级联更新、清洗分析与挖掘、信息安全等关键技术，提升遥感大数据分析处理、知识发现和决策支持能力，构建的共享数据、软件、技术的开放平台。通过多载荷与平台高效集成，依托天空地海一体化网络，根据不同用户的个性化需求，快速搭建集多源、多尺度、多时相遥感影像数据处理、变化检测、管理、分发、应用于一体，实现遥感数据的按需获取、数据的快速传输处理和专题信息的聚焦服务，推进遥感监测能力现代化。

1.PIE-Cloud云平台服务能力

（1）遥感数据管理云服务

建设基于遥感监测信息的一体化数据库，提供多尺度时间序列遥感监测产品的管理、存储、查询与下载服务。对遥感影像本地数据、监测业务基础数据、遥感监测专题数据、生态环境保护、应急管理等遥感监测业务数据，以及其他辅助服务数据等多源异构数据进行自动解析编目、增量更新、存储、快速检索与共享分发，实现遥感影像数据、产品、基础地理信息数据、公众数据、行业业务数据的快速获取统筹管理能力。

（2）遥感影像处理云服务

支持用户在线进行测绘数据生产，并为用户提供通用的影像处理工具集；支持多种遥感影像数据格式，实现多载荷（光学、SAR、高光谱、无人机）、大数据量遥感影像的快速浏览及高效处理，具有超大规模卫星影像快速构网、稳健平差模型与方法以及基于相位一致性的异源影像匹配能力；遥感算法并行调度方法和CPU/GPU内存全流程逻辑处理多源遥感影像数据技术两者紧密结合，实现海量遥感影像数据快速处理及影像图的一键式快速输出。

（3）智能分析云服务

结合深度学习技术提供遥感影像各种要素的信息分类、提取、变化检测云服务，形成多要素或专题要素的监测产品。支持用户对遥感影像进行智能解译识别操作，主要包括：目标识别、地物分类、变化检测等。具有智能交互式信息提取能力，实现超大区域典型要素的自动化、定量化解译和快速提取，提高多期遥感影像变化检测解译的自动化程度。

（4）专题制作云服务

提供在线制图工具和制图模板，用户可使用Web服务对无人机影像数据、航空影像数据、航天影像数据、常用矢量格式等多种数据源进行在线制作，提供多源多尺度多时间序列数据专题图产品服务。

（5）共享分发云服务

提供在线数据共享分发服务、数据需求订单等模式的遥感影像快速共享分发机制，以多时间序列的遥感影像数据为基础，实时为用户提供矢量数据、影像数据、瓦片数据以及成果数据服务，实现“常规需求即时服务、特殊需求及时服务”。

（6）“云+端”协同化云服务

基于移动互联网技术，通过构建统一的云平台数据访问接口，提供Web和移动端一体化和按需共享方式的遥感应用服务。在满足现有业务需求的同时，PIE-Cloud云平台转向多终端、智能化、操作便捷的轻量级应用模式，为不同层次用户提供一站式、精细化智能终端在线实时服务。

PIE-Cloud遥感云平台既可实现遥感数据采、存、管、算、用一站式遥感云服务，提供“交钥匙型”整体解决方案，也可借助API开放性接口，对用户现有信息化系统遗留架构进行升级改造，整合迁移上云，形成一个标准统一、通用性强、服务性强、技术力量强大的云服务平台，满足自然资源调查监测、国土空间优化管控、生态保护修复等应用需求。

2.PIE-Cloud云平台行业应用

PIE-Cloud云平台可以应用于自然资源监管、生态环境、气象海洋、应急减灾、智慧农业等诸多领域。

在自然资源领域，利用PIE-Cloud云平台可进行土地调查、土地利用、地质矿产资源勘查、地质矿产资源开发与监管。同时，还能提供森林资源监管、动态监测与评价、湿地资源监测、草地资源监测、区域荒漠化监测和评价等。

在生态环境领域，利用PIE-Cloud云平台可进行空气质量监管，目前已经为石家庄等多个城市提供了天空地一体化的监测服务；可进行水质参数反演以及黑臭水体监测，已为北京市等城市提供黑臭水体监测信息服务，黑臭水体的遥感监测精度可达到85%以上；该平台还能提供土壤环境、生态系统监测等方面的服务。基于PIE-Cloud云平台的“慧眼”遥感智能监管服务界面如图3所示。

图3 “慧眼”遥感智能监管服务界面

在气候与海洋领域，利用PIE-Cloud云平台可以进行气候监测和气候评估、海洋环境监测、海洋资源监测、海洋灾害监测、沿海各省近岸重点工程监测，以及东海、南海等区域的海上典型目标监测。

在应急减灾领域，利用PIE-Cloud云平台可以进行洪涝、林火、滑坡、泥石流等灾害的监测。在森林火灾监测方面，该平台接入了6颗地球静止轨道卫星和多颗极轨气象卫星数据，通过自动监测和专人值班的方式，可以将森林火灾的监测频次提高到10分钟一次，最小可以实现15分钟一次的火情监测。基于PIE-Cloud云平台的火情卫星遥感监测服务界面如图4所示。

图4 火情卫星遥感监测服务界面

在智慧农业方面，利用PIE-Cloud云平台可以提供农作物监测等智慧农业服务，还可以面向农户、农企和农业管理部门提供精准的种植管理服务。

五、结语

加强PIE遥感应用与云计算、大数据、人工智能等前沿技术的交叉融合，充分利用天空地海遥感、云计算、大数据、人工智能等技术，进行技术集成研发，构建系列化、工程化、产业化的PIE遥感产品体系，向自动化、规模化、定量化、智能化方向转型。同时，继续拓宽PIE遥感产品体系的使用场景，形成针对国土、林业、海洋等行业的专题信息产品，使遥感信息真正为政府科学决策、科研院校研究和社会公众关注应用提供信息服务。