空天地一体化对地观测传感网的理论与方法空天地一体化对地观测传感网的理论与方法.doc

项目名称： 空天地一体化对地观测传感网的理论与方法 张良培 武汉大学 2011.1至2015.8 教育部 湖北省科技厅  对地观测传感网通过多学科联合攻关， 数据融合与同化方法能够支持10种以上传感器； 提供传感器规划、观测获取、事件通知、数据处理、信息提取等10种以上服务。 5．人才培养 造就一批具有国际影响力的青年学术带头人。完成有关专著部，在国内外主要学术刊物上发表论文10篇，其中SCI（包括SCIE）论文篇。 三、研究方案 （一） 总体学术思路 1 、从系统论角度进行优化布局与整体攻关 从系统论观点出发，空天地一体化对地观测传感网可看成是具有事件感知、异构传感器互联、多系统协同和灵性服务的自组织和自适应的复杂观测网络系统。应该将资源全局组织、多传感器协同观测和聚焦决策服务作为一个有机的整体展开研究，重点解决空天地一体化对地观测传感网时空信息获取、传输、同化及决策中的共性问题，实现事件感知-异构传感器观测-聚焦决策服务的转化。从而更加充分合理地利用观测资源，使人们能够透明、高效、可定制地使用观测资源，满足长期监测与快速应急响应等日益多样的观测需求，为观测资源的科学布局提供依据。 2、面向任务驱动实现多层次理论与方法的突破 从服务科学角度出发，传感器、观测数据、分析处理过程和决策支持模型资源可看成是一系列空间信息服务。面向特定陆表监测与应急响应任务，运用本体论、运筹学和控制论的相关方法，建立各类资源与服务之间的关联，结合面向服务的思想和架构，建立对地观测传感网内各类传感器资源、观测资源、处理资源、模型资源的网络化灵性服务；通过任务按需聚合与自主协调，适应内外部环境变化，实现多层次聚焦型服务。通过聚焦服务理论方法与典型用例验证为纽带，带动和实现观测资源、信息模型与处理以及应用方法的有机关联，突破对地观测信息模型、多源传感器数据融合和同化、时空数据获取与处理实时化、决策支持服务智能化转变机理等不同层次上的重大关键理论与方法，为陆表监测与应急响应服务系统建立奠定理论与方法基础。 3、以国家重大需求为研究导向 以国家急需的环境与灾害事件监测为牵引，选取典型区域对建立的空天地一体化对地观测传感网理论、方法与服务模型进行模拟验证，实现理论与具体应用的结合、观测与数值模拟结合、信息提取与决策支持服务的结合。本项目计划选取水、气、地环境问题突出的三峡地区为典型实验区域，进行大气、水体和陆地信息综合观测与信息模拟研究。针对该地区的地表形变与沉降等自然灾害问题及人类活动引起的水体、大气污染问题，基于地基、车载、机载和星载传感器的协同与耦合，完成组网观测、数据同化、信息提取、数值模拟与聚焦服务的整体验证。研究结果可直接服务于国家的重大需求。 （二） 技术路线 1. 对地观测传感网耦合模型与建模理论 基于空天地一体化对地观测传感网中的卫星、航空、地面传感器，建立信息模型，将语义网引入传感网领域，根据传感网资源服务的应用需求，设计基于语义的最优观测观测模型，支持事件的协同观测。具体实施技术途径为： （1）对地观测传感网系统耦合架构 对地观测传感网系统耦合架构是本课题研究的总体框架，其研究方案首先借鉴面向服务的体系架构、面向资源的架构基于，：：：围绕、实时决策、决策机制环境下自主决策机制，辅助支持各种类型的用户在环境下完成有效合理的过程提出具有主动协同能力的运行状态监测和执行控制方法，在运行过程中进行在线、实时的评价，并向整合结果进行反馈及时发现新启的更适合的服务，并替换原有的服务当某个服务运行超时时，服务优化措施提高服务组合的自适应性和服务质量。 三峡库区两岸山势陡峻，地质活动强烈历史上曾多次发生重大地质灾害，长江水位大涨大落，可能使一些旧滑坡复活，并诱发新的滑坡、崩塌、塌岸等灾害。GPS、InSAR等观测数据，获取地表形变信息；借助3D GIS、虚拟现实技术模拟地表形变信息，实现地表三维可视化重建；利用对地观测传感网获取地面监测数据、SAR等遥感数据，提取地表形变和沉降参数作为输入对象，融合空天地一体化对地观测传感网观测数据；利用对地观测传感网信息聚焦服务验证模型，实现模拟聚焦服务应用的可视化，从而为环境信息的中长期预测和短期预报提供科学依据。 创新性与特色 1 . 对地观测传感网空天地多平台的耦合协同机制 现有的对地观测系统之间是封闭、孤立和自治的，传感器之间缺乏有效的管理、规划、调度、协同与共享机制，不能对事件进行天空地协同观测，无法发现事件中相互关联的各种整体因素，对快速变化的现象只能观测到事件，而不能有效地分析事件成因、进行真实性检验和预测变化趋势。本项目研究的空天地一体化智能对地观测传感网是由各种异构传感器资源组成的协同观测系统，是一个资源虚拟化的智能传感器系统，具有通过网络进行事件感知