曹春香：环境健康遥感诊断系统

环境是社会经济可持续发展的基础，环境健康状况的定量评价是实施区域可持续发展战略的重要依据。人类活动正日益影响和改变着全球土地利用结构、布局、方式和强度，使得环境健康状况有了显著变化，部分地区的环境健康明显退化，需要引入新的技术和方法来动态地监测环境健康状况的变化。传统的环境健康评价主要由应用领域的专家通过手工或半自动的方法开展，他们将获得的调查数据，采用某种算法，辗转若干个软件，通过手动或半自动的方式得出评价结果。随着遥感技术的发展，可以获得的遥感监测数据及反演参数越来越多，对于这些海量数据如何利用、如何方便快捷地开展任意区域、任意专题的自动诊断，一直是困扰研究人员的一个难题。目前，国内外很多学者从各自的研究领域出发，建立了区域环境健康的评价方法。但是这些方法往往是针对特定区域、选择特定的评价模型来进行的，适用范围较小，相关参数过于复杂，同时受数据获取的影响，不便于多次动态重复观测，而且非空间信息领域的人员在综合利用空间信息技术方面存在不足，以遥感为主的空间信息技术并未很好地融于相关业务中。

为了解决上述问题和技术难点，本书（《环境健康遥感诊断系统》，曹春香等著. 北京：科学出版社，2018.11）提出利用遥感反演得到敏感参数作为环境健康诊断指标，并根据不同生态区的特点建立相应的诊断模型，在此基础上开发集遥感监测与评价功能于一体的环境健康遥感诊断系统，并以典型应用领域全球定量遥感专题产品生产系统、环境综合评价技术系统和传染病多维可视化与预测预警系统为例，分别从环境健康诊断遥感产品的生产、环境综合评价及人类健康的分析3 个方面介绍了当前环境健康遥感诊断的最新研究成果，这些成果的广泛应用必将大大促进和支撑我国环境健康诊断工作。当前环境健康遥感诊断系统的进一步发展存在以下技术壁垒。

▋1. 海量多源异构数据的组织调度

为了更好地体现全球范围下的尺度效应，环境健康遥感诊断系统以全球尺度为整个系统数据调度的基础。面向全球尺度的遥感专题产品生产的数据基础是多种分辨率的遥感数据、各种基础地理数据，以及全球范围内各领域的专题数据，这些数据具有海量、多源、异构的特点。这些数据将以系统平台为载体进行组织和调度，如何实现环境健康遥感诊断平台下的多源海量异构数据的有效组织与高效调用是系统研发中的难点与重点。

▋2. 基于SOA 的系统软件集成框架

环境健康遥感诊断系统是一个集成了数据生产、数据管理、诊断预警及可视化的集成应用系统。为此，具备可扩展集成能力的系统软件框架研发是该系统的一个重要的研究内容。基于“拆分自由、协同运行”的原则，实现基于SOA 架构的公共功能接口的抽象和专有功能模块的建模，将业务逻辑与系统运行基础设施分离，使得各个分系统既可以独立安装和运行，也可以整体安装彼此协作运行，并通过这个框架实现系统中各分系统之间的数据调用和功能协同，以及各分系统在系统上的“即插即用”，提高系统的可扩展性。

▋3. 基于分布式架构的系统运行体系

环境健康遥感诊断系统是由多个实现不同业务功能的分系统集成的，所以其运行体系需要解决高数据量分析计算与服务发布的效率问题，这就势必要采用分布式的数据管理与服务架构。为此，需要提出系统分布式服务的负载均衡策略、任务调度策略和协同工作机制，提高系统的资源利用率，减少任务平均响应时间；研究分布式服务的容错机制，保证在系统出错时能够在可接受范围内继续发布服务。

▋4. 全球尺度下的诊断预警可视化表达

系统需具备基于全球尺度的环境健康遥感诊断及预警的可视化方法，在全球视野下，通过地理信息系统提供的信息导航、数据探查、时空关系分析等功能进行遥感专题产品的热点区域专题展示、区域之间的比较、时间维度上的变化等关键技术的研究，实现环境健康遥感诊断数据结果直观高效的表达。

▋5. 集成系统的容灾备份方案

环境健康遥感诊断系统涉及不同类型的数据，并且分中心部署，为各方面的用户提供服务。为了确保数据的安全性、完备性和业务服务的连续性，需建立完善的容灾备份方案来解决。在此，建立本地及异地容灾备份系统，各自分别通过SAN 存储网络，以及SRDF 技术来进行数据同步，并利用心跳检测、服务漂移来保证服务的连续性。

▲ “传染病多维可视化与预测预警系统”

总体功能设计模块

传染病多维可视化与预测预警系统应用GIS、RS、GPS 等现代空间信息技术，为传染病及其相关流行因素数据的采集、管理和分析提供快速、先进、可靠的手段，不仅能动态分析传染病的时间与空间分布特征，而且可以使我们从全新的角度和方式来研究和认识传染病，从其发生和流行的环境来观察传染病的流行规律，从而可以深化传染病监测、预测和预警，有利于发现重点疫区，为制定适宜的防治策略和措施打下基础，并将为大面积的监测提供经济、有效的方法，为突发疫情的有效控制提供决策依据(徐敏，2011)。系统在图层控制与操作基本功能模块之上设置了病例查询与编辑、社会与环境要素查询、传染病统计与分析、预测与预警等模块。

▋ 展望

遥感具有应用领域广泛、服务用户规模庞大的特点。当前的遥感应用系统存在重用性低、灵活性不足、重复投入的问题，缺乏面向“一体化、跨应用领域”的工程化技术复用体系。本书中介绍的环境健康遥感诊断系统设计与开发工作的开展是实现全球变化敏感区生态环境研究的业务化运行的基础，尤其是全球生态环境遥感监测与诊断专题产品生产系统实现了按需生产全球范围的生态环境遥感专题产品，产品包括20 种全球生态环境遥感监测产品。生产的全球生态环境监测与诊断专题产品都是生态环境评价的因子，可以为我国生态环境监测与保护工作提供丰富的信息，服务于生态环境保护部门，如草原干旱指数能够全面地评估草原生态系统的干旱状况及干旱持续时间，因此能为草原生态系统的干旱监测、干旱预防及管理提供重要的科学依据。虽然草原干旱指数只针对草原生态系统，但其全面分析大气-植被-土壤水分含量的思路能够为其他土地覆盖类型的干旱全面监测提供有价值的参考依据。此外，目前鲜有全球范围的综合型干旱指数产品，因此综合多源信息的全球草原干旱指数能够为全球范围，特别是草原区域的干旱评估发挥其全面监测的作用。

近些年来，全球环境遥感监测计划纷纷出台，诸如NASA 的地球观测计划、美国农业和资源环境空间遥感计划、欧空局地球观测计划、加拿大全球雷达卫星计划、日本地球观测计划等综合性大型卫星系统。这对影响全球环境变化的物理、化学、生物及社会等因素的认知，综合分析并预测全球环境变化，区分与评估自然和人类活动对地球环境的影响等有重要的借鉴作用。随着信息技术的进步，“智能”“云”等概念逐步渗透到了遥感应用领域。“智能”强调对任务或工作语义层的理解和灵活性，体现在遥感应用处理过程中数据、软件、硬件等资源按照规则的灵活、自动的组织；“云”强调按需服务，体现在遥感应用过程处理中的多个环节的功能都可以以服务方式提供、资源可以动态扩展“智能”“云”等新技术与环境健康遥感诊断系统不仅为全球变化敏感区的生态环境变化与评估研究奠定了技术基础，也为相关研究提供了技术支持。同时，生态环境遥感产品相关成果不仅可以服务于行业部门，也可以服务于普通民众和研究人员。

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环境健康遥感诊断应用的展望

本文摘编自《环境健康遥感诊断系统》（曹春香等著. 北京：科学出版社，2018.11）一书“第8 章 总结与展望”，标题为编者所加。

(遥感诊断系列专著)

ISBN 978-7-03-059369-6

责任编辑：彭胜潮 赵 晶

本书是“遥感诊断系列专著”的第四部。全书共分为8 章。第1 章回顾环境健康遥感诊断的基本概念及其理念的落地思路，介绍环境健康遥感诊断系统的主要组成部分。第2 章为环境健康遥感诊断系统的相关技术理论，包括环境健康遥感诊断相关技术、海量数据组织技术、环境健康数据共享技术等。第3 章为环境健康遥感诊断数据框架及标准。第4 章是环境健康遥感诊断系统计算平台的设计及信息可视化方法。第5、6、7 章分别以全球定量遥感专题产品生产系统、环境综合评价技术系统、传染病多维可视化预测预警系统为例，详细介绍环境健康遥感诊断系统的案例应用。第8 章对环境健康遥感诊断系统的研究方法、设计方案、应用等进行了总结及展望。

(遥感诊断系列专著)

ISBN 978-7-03-055138-2

责任编辑：彭胜潮 丁传标

《环境健康遥感诊断关键技术》是“遥感诊断系列专著”的第三部，具体从如何集成与研发遥感诊断关键技术出发展开论述；针对环境健康遥感诊断指标体系中所涉及的遥感诊断基本科学原理，介绍了环境健康遥感诊断模型和指标的获取方法，以及阈值化评价。

（本文编辑：刘四旦）

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