社区遥感：“以人为本”的地学应用新技术

爱卫生

李万伦

遥感技术我们很熟悉，已广泛应用于农业、林业、地质、海洋等领域。社区遥感（community remote sensing，以下简称CRS）则会让很多人觉得眼生。这是一种以人为主体的新型遥感手段，其主要特点就是利用人的优势，有效地弥补传统遥感监测设备的不足。尽管CRS应用刚刚起步，尚存在许多问题，但已开展的研究项目和应用实践充分证明了其巨大潜力。 　　2008年5月台风纳吉斯在缅甸造成了严重的山体崩塌，是该国有史以来最致命的自然灾害之一。为此，联合国培训与研究所卫星应用行动项目向GISCorps请求援助。 　　GISCorps是由一群GIS专家组成的志愿者活动组织，该组织以志愿的形式向包括灾害响应在内的各种需求提供接受过训练的、专业的地学空间分析服务。 　　31名来自全球的志愿分析者累计花了1300小时的时间，通过研究灾区受灾前后的GoogleEarth图像，识别出了被风暴和次生灾害摧毁的6×104幢建筑、大量桥梁和道路，并将这些分析结果迅速提交给联合国，在灾害响应过程中发挥了巨大作用。 　　——新型手段—— 　　集中、补充和完善 　　社区遥感是一种新型遥感手段，目前尚没有明确的定义，但可以理解为：通过本地的或者其他相关知情人员，使用智能手机或网络设备，为身在千里以外的人或遥感应用系统提供关于当地环境的高精度、高分辨率实时信息的一种技术手段。 　　社区遥感与通过卫星、飞机等航天、航空遥感器获取数据的手段有一个共同点，即遥远地感知、获取和传递信息。 　　传统遥感手段主要适用于对大范围、大面积的目标进行快速调查和多期次的动态监测，在地学不同领域内的应用已经十分普及；但随着对不同时间和空间尺度信息需求的日益增长（地学领域也不例外），尤其是对局部小范围、短时间内的动态变化信息的大量需求，遥感数据获取手段是否快速便捷就显得十分重要，而这正是传统遥感技术难以及时解决的问题。 　　可以预见，限于成本和遥感系统的复杂性，世界各国都不可能无限制地发展卫星或飞机等遥感对地观测系统。因此，CRS将通过分布在世界各地的社区或个人向集中的遥感系统提供局部和瞬时的精确图像和数据，以补充和完善综合遥感信息数据库，从而全面提高遥感技术的最终应用效果。 　　近年来，CRS在生态监测、灾害响应等方面的应用已取得了重要进展，而在地学方面的应用还很少。不过，随着计算机、遥感、全球定位、地理信息系统和网络通讯等现代应用技术的不断发展和日益普及，CRS有可能给地学应用领域带来一场新的革命。 　　——技术应用—— 　　特点：基于网络的“众包”技术 　　CRS使地学研究人员能够更好地享受到高新技术所带来的便利。CRS的本质是一门空间信息技术，在以空间数据采集与分析为主的地学领域中可以充分发挥作用，其主要内容包括数据采集、验证与校正，数据分析和实际应用等4个方面；所采用的技术方法主要包括全球高带宽的互联网接入口、可全球定位的移动电话、社会网络、数码相机、手机相机、低成本的数据存储技术以及云计算等。 　　因此，CRS具有以下技术特点：运用定位技术，将遥感与公众科学、社会网络等技术结合起来，通过社区方式远距离采集、获取信息，并进行数据验证、分析、交流互换和应用，以丰富传统遥感手段获取的数据内容，提高数据应用的时效性；采用“众包”的形式，即利用蜂窝短信、全球定位系统和微博等实时报道地面情况和相关活动，以便远方的有关人员或部门能在第一时间内作出正确的分析和判断。 　　传统遥感地质的发展极大地受益于个人电脑的性能提升与普及，而的实时通信技术已经发展得比较成熟，完全有可能在地学应用中发挥更大的作用。例如，通过现在的3G网络和Wi－Fi技术，利用便携式照相机、摄像机等设备就可以把公众采集的数据信息及时传送给地学领域的研究人员使用。 　　便利一：促进地学知识普及与提高 　　CRS通过可吸引公众参与的地学项目，在普及地学知识的同时，促进地质科学研究。近年来，已经出现了一些与CRS相似的公众学科或领域。这些公众学科的本质是邀请非本专业的志愿者参加科学实验（如观察与测量），为专业研究人员提供数据和信息，同时也满足这些志愿者对不同领域科学知识的需求。 　　尽管在公众学科的上述领域中已经开展了与CRS相类似的工作（如地理数据采集），但CRS建立在传统遥感与地学相关知识的基础上，且采用了不同的方法和技巧（如遥感图像解译），因而区别于这些原有学科。也就是说，CRS不仅需要公众按照规定要求采集和提供瞬时图片、视频等资料，而且希望公众通过遥感知识普及能自觉采用易于获得的遥感图像（如GoogleEarth图像），进行力所能及的图像解译，并提供相应的成果。 　　现在，越来越多的人们对地球科学知识感兴趣，通过招募对地球科学知识感兴趣而且符合一定条件的公众志愿者参加到CRS的研究项目中，接受地学知识与遥感技能的培训，既能够普及遥感与地学知识，又能够促进遥感与地学研究工作。 　　便利二：对传统遥感技术的重要补充 　　传统遥感主要使用航空或航天遥感系统获取的图像，随着近年来多光谱、高光谱传感器的发展以及数据处理技术的不断完善，在地质领域应用不断拓宽，遥感地质工作也越来越受到人们的重视；而CRS进一步丰富了遥感手段，必将促进遥感地质工作的进步。CRS有可能使遥感地质工作得到更进一步发展。例如通过当地人直接提供的地面信息，既可以补充和细化卫星或航空遥感图像中的局部细节特征，使遥感地质解译的内容更加详尽丰富和接近实际；又可以对解译结果进行初步的验证，以证实解译结果的可靠性和潜在的实用性。 　　目前，尽管CRS地质应用的实例还较少，但在生态环境监测、灾害救援应急响应、土地利用调查等应用方面，已取得了许多令人满意的效果。 　　尤其是在自然灾害应急处理方面。尽管在近年发生的汶川大地震、智利和海地地震的救援工作中都使用了遥感技术，但目前人们普遍认为，遥感技术的潜力还没有完全发挥出来，在许多情况下，往往因为救援人员不能在第一时间及时得到足够的灾情信息而无法立即实施有效的救援行动。时间就是生命，救援工作需要全社会各界人员的参与和配合，应当在第一时间把有关灾区的所有资料都及时综合起来，并尽快送到救援人员手中。在这方面，通过CRS可以使更多的人在灾情快速传送和应急救援中发挥作用。 　　事实表明，在来不及使用传统遥感手段的危难时刻，CRS往往能够更加迅速而充分地做出快速响应。可以说，灾害应急响应是CRS最能发挥作用的领域之一。 　　另外，CRS在土地覆盖调查、生态环境调查等方面也有不少应用项目。如果与传统遥感相结合，CRS还可以在矿产资源勘查、地质环境调查、动态监测与灾害防治等方面发挥更大的作用。 　　——技术瓶颈—— 　　面临问题仍不少 　　目前，尽管国际上已经开展了许多CRS项目的研究工作，但作为一个崭新的领域，CRS还存在许多技术上的难题以及社会问题。比如数据质量问题，应当尽可能采用统一的数据格式，而且还需要进行检查和验证；数据管理问题，必须按照一定的技术标准和规范来进行数据管理；数据纠纷问题，敏感数据可能触及单位或个人的隐私，容易产生纠纷。 　　当前，对这些问题已有一些原则性的指导意见，但还没有明确的解决办法。此外，除了美国等少数国家以外，全球地学界对CRS的关注还较少，重视程度明显不够。其原因除了对CRS还不够了解和CRS自身尚不够成熟以外，还与现今地学工作体制或机制有关。地学是一种专业性很强的领域，一般情况下非专业人员可能很难参与进来；而CRS所需志愿者却刚好需要具有不同专业背景的人员乃至普通公众，因此需要打破原有的工作模式，并坚决克服本领域偏见或其他狭隘思想。

《科技日报》2013年08月09日