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对地观测知识枢纽研究进展.docx
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引言
对地观测技术是帮助人们了解地球的地物信息,掌握地球的变化,从而指导
人们合理地利用和开发资源,有效地保护和改善环境,达到经济和社会可持续发
展的一种手段
[1]
。目前人类通过对地观测卫星、无人机、高空热气球等方式获
取了大量的遥感数据
[2]
,这些数据很大一部分都通过互联网共享出来,对地观测
数据资源的可获取性已经大大提高,但是由于对地观测数据和对地观测应用需
求之间的知识鸿沟,人们面临 “数据海量、信息泛滥、知识难求”的局面。虽然
已有部分对地观测数据共享服务系统能为自然灾害、环境保护、区域发展监测
等重大问题提供数据和知识资源,但是这些系统只能共享原始数据和显性知识,
大量蕴含在科学数据、科技文献、模型代码、说明文档中的完整表达一个对地
观测应用案例的隐性知识尚未被有效的组织和共享,迫切需要新的基于对地观
测知识的资源共享系统。在此背景下,知识枢纽
[3]
的概念被引入到对地观测领域,
科 学 家 期 待 通 过 对 地 观 测 知 识 枢 纽 ( Earth Observation Knowledge Hub,
EOKH)来解决当前的问题。
本研 究中的对地观测知识主要是指对地观测应用案例相关 的数据、模型、
软件、代码、论文、文档、计算设施所蕴含的隐性知识。对地观测知识枢纽的
核心任务就是通过汇聚、存储、管理、共享和应用这些知识,为用户直接提供
解决问题的方案和工具。
由于对地观测知识枢纽的概念刚刚提出,其具体内涵尚未获得广泛认可,建
设和实现技术路径以及应用形式也尚不明确。本研究通过对对地观测知识枢纽
的概念、内涵、实现技术路径和应用案例进行调研,总结对地观测知识枢纽概
念的必备要素和对地观测知识枢纽平台的可实现技术方法,并对对地观测知识
枢纽的应用进行展望,进一步促进对地观测知识枢纽概念内涵的统一,明确实现
技术和方法,廓清应用场景和展现形式,为理清对地观测知识枢纽的概念、支持
对地观测知识枢纽系统的建设和应用提供参考。
1 对地观测知识枢纽(EOKH)概念起源
随着对地观测技术的不断发展进步,遥感科学已经进入了大数据时代
[4]
,已
积累了大量的对地观测数据资源,在此基础之上,科学家们建立了大量的对地观
测应用,充分挖掘对地观测数据资源的深层价值。对地观测应用就是针对对地
观测领域某一个问题而实施的解决方案,它具体由不同的知识要素组成,一般包
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括:卫星和现场数据,描述原理、方法和结果的研究论文,软件和算法以及说明
文档,计算设施和环境、计算结果的解释说明文档,其他报告和文档等。当前由
于数据、模型、软件、文档、计算设施共享不足以及专业知识门槛较高等原因,
对地观测应用被科学家研究出来以后,仅限于少数专业知识丰富和专业资源较
多的人员复用,尚不能做到推广和普及应用。对地观测数据及科学研究成果没
有发挥出应有的价值和作用,迫切需要建设对地观测知识枢纽,实现对地观测数
据、应用模型、软件工具以及相关的论文、说明文档之间的关联和共享,促进
对地观测知识的传播和应用,使用户能够充分利用已有的对地观测应用,解决面
临的问题
[5]
。
对地观测知识枢纽的概念起源于知识枢纽,知识枢纽是指知识生产和知识
共享网络的节点,是地方创新系统
[6]
,它履行着产生知识、把知识转移到应用场所、
通过教育和训练把知识传递给其他人的三大职责
[7]
。知识枢纽一般情况表达的
是一个具有特定功能的地理位置概念
[8]
,而 2019 年,全球对地观测组织(Group
on Earth Observations, GEO)把这个概念引入对地观测科学领域,提出了对地
观测知识枢纽,试图构建能汇聚和共享对地观测应用案例的网络虚拟站点,实现
对地观测知识的传播
[9]
。在此之后,赵利民等人结合亚洲大洋洲对地观测组织的
实际情况提出了亚洲大洋洲对地观测知识枢纽的概念和建设设想
[10]
。
这些组织和研究人员,针对对地观测知识枢纽的基本目标和原则,开展了对
地观测知识枢纽的建设实践,提出了具体的技术方案。
2 对地观测知识枢纽(EOKH)技术实现
2.1 EOKH 总体实现架构
明确 EOKH 的总体实现架构是实施 EOKH 建设的基础
[11]
,目前不同的研究
机 构 和 人 员 提 出 了 类 似 的 实 现 架 构 。 比 较 典 型 的 实 现 架 构 : GKH ( GEO
Knowledge Hub)架构是由 GEO 提出的
[12]
,他们从对地观测组织最佳实践中获
取应用案例的知识,经过 GEO 秘书处的审核和标识后,作为可信的对地观测知
识纳入知识库,进而利用开源软件和技术平台搭建知识枢纽平台系统,为用户提
供知识检索、浏览、关联、下载、在线分析和计算等服务。整个架构分为实践
层、调解层、资源层、设施和技术层、服务层和用户层,具体如图 1 所示。实
践层指的是从农业最佳实践、城镇化最佳实践、环境保护最佳实践等获取的数
据资源。调节层主要功能就是对地观测组织秘书处和知识提供者对数据资源进
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行检查、校验、标识和修改,以确保纳入可靠的信息。资源层将这些可信的资
源进行存储,并提供给设施和技术层以及服务层使用,最终实现面向用户的服务。
图 1
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