《环境与生活》杂志|薛勇院士：遥感反演助力大气污染防治( 六 )
薛勇院士指出 ， 长时序的卫星遥感数据集是反映大气成分时空分布周期变化最有效的手段 。 一般而言 ， 长时序数据集时间跨度越长越好 ， 而从科学角度出发 ， 还需要满足以下条件才具有研究价值：数据是连续观测的 ， 时空分辨率一致；精度一致、稳定可靠 。 我们这个‘China Collection’数据集在保证精度的前提下 ， 实现了时间尺度的扩展 ， 不仅具有自主知识产权 ， 而且几乎称得上是全球能提供40年以上气溶胶光学厚度的唯一数据集 ， 现在我们准备将成果发布在矿大的遥感大数据服务平台上 。 ”
成果连续两年登遥感领域顶级期刊封面
薛勇院士团队的第二个研究成果是利用卫星遥感数据反演百米以内空间分辨率的气溶胶光学厚度数据 。 “近几年学界一直在探讨我国高分卫星‘卡脖子’的问题：高分卫星的分辨率那么高 ， 怎么利用起来？我们做了一些相关工作 。 一般来说 ， 计算气溶胶光学厚度 ， 大家常用的是一公里空间分辨率的数据 ， 相当于地面上一公里乘以一公里的范围在卫星上呈一个点 ， 而我们现在可以利用100米乘以100米在卫星上呈一个点的数据来计算气溶胶光学厚度 。 ”
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图｜“测绘遥感大数据：面向能源与环境挑战”国际学术研讨会期间 ， 与会各国科学家参观矿大环境与测绘学院能源与环境遥感大数据研究中心的“大气和生态环境观测超级站” 。
薛勇院士团队的第三个创新性研究成果是利用静止卫星（永远固定在地球上空某个位置的卫星）数据 ， 生产覆盖全球的、高时间频率（每小时）的陆地大气气溶胶产品 。 “气溶胶长时间序列反演研究的一般是气溶胶的月平均量、年平均量 。 但对于很多大气现象 ， 我们需要看它一天内发生了什么 ， 地球静止卫星具有较高的时空分辨率和较广的观测范围 ， 可以提供这类数据 ， 这也是我们研究的侧重点 。 静止卫星每15分钟就给地球拍一次照 ， 这么一来 ， 一天内不同时段大气发生了什么就比较容易知晓 。 目前 ， 除了我们开发的算法 ， 还没看到第二家用静止卫星数据计算全球陆地每小时气溶胶光学厚度的情况 。 ”
据了解 ， 薛勇院士这方面的相关研究成果分别于2019年和2020年在遥感领域顶级国际期刊《IEEE地球科学与遥感汇刊》（IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing）获得封面报道 。 与全球大气观测站点结果以及全球气溶胶光学厚度数据集对比验证 ， 薛勇院士团队提出的方法使气溶胶光学厚度数据精度达到国际前沿水平 。
这些成果的产出离不开薛勇院士团队在“物理建模”方面的多重创新 。 第一个有特色的创新建模方法是关于地表能量交换的建模 。 “常规的物理建模主要考虑地球物理参数的空间轴性质 ， 在我们的模型中 ， 首次加入地球物理参数的时间轴 ， 这样就可以建立地表热惯量的遥感定量反演解析模型 。 ”
该团队第二个创新的建模方法是关于陆地气溶胶卫星遥感定量反演 。 “流行的方法是假设地表的情况再反演气溶胶特性 。 我们则是通过重新求解大气辐射传输方程 ， 将地表特性和气溶胶特性同时求解 ， 使模型适用于任何地表情况的评估 。 ”
集成人工智能技术以打破国际技术壁垒
薛勇院士还告诉《环境与生活》采访人员 ， 我国人工智能和遥感领域目前都处于世界领先水平 ， 自他回国加盟矿大以来 ， 就一直在思考如何将我国在人工智能和遥感技术的优势结合 ， 以打破国际上在定量遥感领域“卡脖子”的技术垄断 。
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图｜2019年10月27至29日 ， 薛勇院士组织的“测绘遥感大数据：面向能源与环境挑战”国际学术研讨会在徐州成功举办 。
目前 ， 薛勇院士的团队已与中国矿业大学人工智能研究院联合成立了“遥感大数据智能分析研究中心” 。 他介绍：“我们团队已经在地表生态监测、地形地貌特征精细提取、大气定量反演模型、遥感数据处理和分析等方面 ， 探索性地集成人工智能技术 ， 产生了一批能够支持地球遥感大数据应用服务的研究成果 。 我们已将人工智能中的深度学习算法集成应用于PM2.5、二氧化氮、臭氧等的定量遥感反演模型中 。 下一步 ， 我们将把人工智能更多地应用于煤矿区典型地物高精度识别中 。 ”
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