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国产遥感大模型:AI赋能空天信息智能化应用

创作时间:
作者:
@小白创作中心

国产遥感大模型:AI赋能空天信息智能化应用

引用
1
来源
1.
http://www.stardetect.cn/h-nd-95.html

从100多人团队花费一年半时间完成全国土地利用数据库建设,到如今一天就能处理10余万平方公里的遥感数据,AI+遥感技术正在以前所未有的速度改变着我们的生活。本文将为您详细介绍国产遥感大模型的技术特点、应用场景以及未来展望。

1996年第一次建设包含城镇数据在内的全国性土地利用本底数据库时,100多人的团队基于人工目视解译的方法,共花费了一年半的时间才完成[1]。
如今,在基于遥感大模型的单机自动化中,一天就能够提取及比对10余万平方公里,同时,算法精度和数据质量能够满足监测要求,综合查全率达到90%以上[2]。
随着高分辨率遥感卫星的组网,我国已构建了自主全球观测系统,进入了遥感大数据时代[3]。然而传统的数据处理方式难以充分挖掘海量遥感数据的价值,随着人工智能技术的飞速发展,AI+遥感势在必行。

卫星组网概念图 图片来源:新华网

2020年以来,AI大模型进入爆发期,在各种应用领域展现出了巨大的潜力和价值。遥感领域也进入了大模型时代,仅2023年一年的时间,遥感领域就涌现了数十个大模型[4]。
我国数字经济发展水平处于世界领先地位,国产遥感大模型技术的研发应用也取得了突破性进展,已经在资源监测、应急救灾、农业金融、城市管理等领域发挥重要作用,展现出显著的社会经济效益。

国产遥感AI大模型

我国遥感大模型发展迅速,2022年以来,很多科研院所及科技企业陆续发布了自研的遥感大模型,并在实际应用中不断进行算法迭代,模型性能不断提升。

几个典型的国产遥感大模型基本信息

在国产遥感大模型的发展中,可以看到以下几个趋势:
1/多模态:既指遥感数据类型的多模态,即支持可见光、SAR等多元异构遥感数据处理分析;也指信息交互的多模态,即支持文本提示、视觉提示、交互式提示等信息输入。
2/泛化能力:在不同的地区、时间、分辨率、传感器等多样化图像任务中保持高效和准确,能够覆盖更多的应用场景。
3/国产化适配:国产AI框架+国产AI算力平台+国产数据,为基于国产化软硬件平台进行遥感预训练以及下游任务开发提供支撑。

AI+遥感能做什么

遥感大模型服务于遥感应用,核心功能是数据的智能解译,助力时空信息的感知和分析。主要包括三大类任务:
1/图像分割:对遥感图像进行智能解析和分割,将每个像素分配到特定的地物类别(如森林、水体、道路等),生成一个详细的分类图,其中每个像素都被标记为属于某个特定的类别。
2/目标检测:在遥感图像中识别和定位特定的对象,如建筑物、车辆、飞机等。目标识别任务通常需要模型具有高精度的定位能力,并能够从复杂的背景中区分出感兴趣的对象。
3/变化监测:通过比较不同时间点的遥感图像,识别地表覆盖或地物的变化。这个任务的目标是检测和量化变化,如城市扩张、森林砍伐或湖泊干涸等。

在此基础上,遥感大模型还可以支持特征提取、异常检测等任务,不仅可以快速实现以往由人工和传统算法负责的地理信息解译工作,还可以满足实时监测和预警的需求。

智能解译基本任务
图片来源:CSDN/ppmy.cn/极海

遥感智脑的应用

遥感大模型提供了智能解译的基础能力,与此同时,很多国产遥感大模型被接入既有的遥感应用平台,成为“遥感智脑”的引擎。通过集成算力底座+数据资源+计算引擎+AI大模型,遥感智脑能够提供数据处理、分析、成果输出的全流程应用服务,让遥感数据直接赋能千行百业。

三个国产遥感大模型及接入平台
智能遥感分析及地理信息应用云平台应用领域
图片来源:商汤科技

例如,山东省国土测绘院与阿里达摩院合作利用遥感AI大模型进行冬小麦长势监测,识别精度达到90%以上,有效提高冬小麦遥感解译的效率,帮助农业管理者更好地预测粮食产量、提升农业生产效益[5]。

平台交互及数据处理界面
图片来源:阿里达摩院 AI Earth

再例如,某市利用“地界”遥感大模型的建筑变化检测能力,对全市建筑工地分布进行了检测,仅用时6.2小时就检测出全市近2万个建筑工地,为市领导决策工作提供了及时客观的数据[6]。


建筑工地智能提取
图片来源:商汤科技

不过,国产遥感大模型也面临着一些挑战,包括智能解译的准确性、模型的泛化能力在某些场景下仍然不足,以及如何更好地与行业结合、服务于公众,这些都需要不断的技术攻关和应用探索。

同时,面对多样化的信息应用场景,也需要利用高效的算法和硬件,设计出越来越简单、专用的AI小模型,在大模型基础上把每一项任务都做得像专家一样

星上大模型应用展望

以上这些遥感大模型都是在地面运行的,依托我国强大的地面算力资源,具备高效处理海量遥感数据的能力。

在上篇文章中我们提到,把星上复杂任务执行交给大模型即可大幅提升卫星的工作能力。

同时,卫星作为离数据最近的边缘设备,如果也能具备大模型的智能支持,就可以在保障数据安全的前提下第一时间将有效信息传递给需求方。对于应急救灾、金融监测等高时效性要求的应用场景来说具有重要价值。

目前,通过剪枝、量化等模型压缩优化处理,我们已经将图像分割大模型SAM针对某个遥感场景算法的优化结果部署在星载计算载荷中。未来,随着算力的增长,卫星上也有可能部署更通用的大模型。

那样的话,地面遥感智脑可以进行大规模数据处理,满足基础性、常规化计算需求;卫星能够执行实时监测和定制化任务,满足时效性、针对性计算需求。

可以展望,基于人工智能技术,未来构建一个天空地、云边算一体化的计算网络,即可实现空天信息协同处理,全面实现智能化应用。

星测未来致力于卫星智能化,基于高性能星载异构计算和软硬件协同优化能力,探索遥感大模型轻量化上星,升级全场景智能服务能力。

星溪系列天基计算智能载荷具备高算力和软件定义能力。2023年1月,星溪02Pro-SR30成功发射,该型产品实现了图像分割大模型SAM的完全本地部署,本地运行,不依赖网络和云端算力,通过软硬件协同优化已将全图分割处理时间由数分钟优化至20s以内。

星测未来推出海月·天基计算仿真平台,提供与天基计算智能载荷同等的航天算力性能,模拟访问真实的星上计算平台。针对AI大模型的星上部署,可在海月平台进行算法开发优化,当算法方案在地面完成验证后,可直接迁移到星上计算平台中

海月 算法测试迁移路径

未来我们将基于算法上星优化经验,进一步探索大模型星上应用,让卫星更智能,助力空天信息智能化应用。

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