AI+遥感：防汛有了新路子

来源：中国科学报

编辑：陈飚

责编：杨璐茜

为更精确预测洪水，西班牙巴伦西亚大学图像处理实验室的研究人员与英国牛津大学、欧洲航天局合作，开发了一种基于神经网络的洪水监测模型，可以在太空监测洪水。这将有助于应急防洪抗灾。日前，相关研究在《科学报告》上发表。

6月30日，一套被称为“世界洪水（World Floods）”的人工智能（AI）洪水监测系统，由意大利航空航天企业D-Orbit公司搭载“猎鹰9号”从卡纳维拉尔角发射升空。

“该系统采用先进的人工智能算法，使数据能够在卫星上进行处理。”该论文第一作者Gonzalo Mateo说，“这种星载处理解决方案通过深度神经网络技术，对大图像进行分析处理，转换成数据量较小的最终产品来减少传输量。”

研究者认为，在洪水监测方面，从太空观察地球可以为地面决策提供宝贵的信息。这种立方体卫星可以将卫星重返周期从几天减少到几个小时。同时，星载处理方式可突破卫星功率和带宽的限制，从而缩短人们获得洪水数据的时间。

“将遥感技术和人工智能技术结合，用于监测洪涝灾害是可行的。”中国科学院空天信息创新研究院研究员吴炳方对《中国科学报》说，“它只是将地面上的工作移到卫星上，将应急信息先提取出来，通过中继的方式发到地面的用户手中，缩短响应时间。”

中国水利水电科学研究院防洪抗旱减灾工程技术研究中心工程师江威告诉《中国科学报》，将遥感和人工智能技术结合起来监测洪水，包括应用于洪水灾害应急方面，技术上并不复杂，我国也有很多类似的实践。

“‘世界洪水’系统的亮点是软件和硬件的结合。”江威告诉《中国科学报》，“其思路是把一套算法植入硬件中，把它装到卫星上。卫星在空中获得图像后，直接智能识别洪水淹没范围信息，从而缩短洪水应急监测的时间。”

“从发表的论文上看，‘世界洪水’系统主要构建了洪水范围图像识别的深度学习模型，目前已经把模型训练好了，但还没有详细描述如何将模型和硬件结合起来，使卫星可以自动识别洪水。”江威说。

“应急监测的关键不是看精度有多高，而是看反应有多快，这也是卫星遥感和AI结合的优势。”吴炳方说，“洪水，特别是山洪应急处理一定要快，这也要求地面相应的配套工作能跟上，监测到洪水后，相应的决策、救灾方面的工作也要跟上。”

卫星遥感监测地面有个重返周期的问题，这和卫星轨道有关。目前，卫星差不多十来天绕地球一圈，有时候某地突发洪水，恰好有卫星经过，就能较快获得数据。

江威认为，如果多颗卫星组网，形成卫星群，数据获取频次就会大大提高。随着我国发射的卫星越来越多，卫星网络逐步完善，监测效率也会迅速提高。

“‘世界洪水’系统目前还面临一定的挑战。”江威说，“因为卫星比较小，它还要完成其他任务，所以做模型的时候，如果处理的数据量过大，就会带来芯片的高能耗问题，有可能会影响卫星的运行寿命。”

遥感和人工智能技术已经在防洪抗灾中发挥了重要作用，尤其在大范围水情监测上更显优势。但在小区域、快速反应方面，遥感技术还有待提高。

“在洪水应急监测中，目前已经实现卫星遥感、无人机、导航定位和地面水文监测站等多种监测手段的综合使用。”江威说，“对小范围来说，无人机非常便捷，能够快速获取堤防损毁情况，而且我国在水利部门也配备了无人机系统，防汛队伍也具备操作无人机或无人机组网的能力。但无人机观测范围、观测时间有限，而且遇到较大风雨等恶劣天气，无人机也无法执行任务，所以通常是多种手段结合来应对洪水。”

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