高清卫星影像是如何产生的?揭秘地图服务背后的数据公司

摘要: DG 是商用高分辨率地球影像产品和服务全球供应商,我们所熟知的地图服务中,卫星影像的部分就是由 DG 提供的。

打开 Google Earth ,转动这颗蓝星,我们能看到世界上的任何角落。然后,这些图像又化作我们手机上的应用,在日常生活中指引我们前行。卫星影像就这样悄无声息地融入了我们的生活,但很少有人知道,Google 地图和国内高德地图的卫星影像背后到底是哪些公司做影像支持的。实际上,这些数据源都指向一家公司——DigitalGlobe(以下简称 DG)。

DG 是商用高分辨率地球影像产品和服务全球供应商,以上我们所熟知的地图服务中,卫星影像的部分就是由 DG 提供的。Uber 也使用其数据以便于司机更好地寻找到乘客。

高清卫星影像是如何生产出来的?

DG 的地球成像卫星能够拍摄30厘米分辨率的图像。这意味着图像中每个像素可覆盖 30 厘米,覆盖范围大致相当于棒球场上一个本垒板那么大。这好比从北京香山拍照,能够看到长江边上武汉市里停车场中停泊的汽车。同时拍摄这张照片的卫星正以大约每小时 27000 公里的速度飞行,这速度相当于在一分钟内从伦敦抵达巴黎。能在这种情况下,保持卫星相机的平衡,很有挑战性。

一个新的受火山活动影响而形成的岛屿浮现在日本附近的太平洋海域,科学家们认为这个新的岛屿 Nishinoshima 对新生命在贫瘠土地上繁殖的研究有着重要意义(该照片由 WorldView-2 卫星摄于 2013 年 12 月 31 日)

同时所有卫星影像都在一定程度上受到大气中雾霾、水蒸气和微粒物质散射光波的影响。每颗在轨光学卫星都要透过相同的大气层观察地球,但由于大气条件在不断变化,收集的每个卫星影像所受到的影响也各不相同。而 DG 推出的产品 Atmospheric Compensation (AComp)可使我们透过雾霾看到更真实的世界。

左边未经处理的图片显然是在恶劣的大气条件下收集到的。我们可以辨别出地面上的物体,但是上空覆盖的雾霾降低了图片的质量及其对一些应用软件的有效利用率。右边的图片是经由 AComp 对大气状况进行处理后得到的,AComp 通过减轻卫星和地面之间大气的影响,提高了图片的质量。

让我们从另一个角度思考一下。你曾经是否好奇天空为什么是蓝色的?我们往往认为这是理所当然,但是就技术方面而言,天空之所以呈现蓝色是因为瑞利散射。在靠近地球时,阳光会与地球大气中的分子相互作用并发生散射,其包含的各种色光就会散射开来。蓝光散射效率更高,因此天空看起来会呈现出蓝色。

DG 发射的承载 AComp WorldView-4 卫星

这与卫星成像和 AComp 有什么关系呢?从地球表面的角度看,大气层是一道屏障,我们要感谢它为我们所提供的保护。但是从卫星角度看,它则是需要跨越的障碍。当卫星拍摄图像时,从地面反射的光会受到大气的影响,进而影响图像的视觉美感。例如,将一个吸管放入盛满水的玻璃杯中,并从侧面观察吸管。吸管看起来像弯曲或脱节一样,因为跟大气一样,水可以弯曲、散射或折射光线,这就影响了我们人眼所看到的效果。AComp 可根据不同条件下的大气散射调整成像效果,从而极大地提高图像质量。

卫星图像能做什么?

除了上文中提及的各类地图应用中的卫星影像数据源之外,其实 DG 的卫星影像数据库要比我们想象的大得多。DG 的每颗卫星每天环绕地球运行 16 圈,可以收集 3,000,000 平方公里的影像。

如果将这些卫星影像拼接起来,仅一天的影像就足以覆盖印度整个国家。这些卫星昼夜不停地工作,长期以来积累了海量数据。在过去的 15 年里,他们的图像库收集了近 90 PB 数据。如果我们将所有这些信息存储到 CD 上,然后将这些 CD 首尾相连,长度将相当于从阿拉斯加普拉德霍湾到智利火地岛的距离,即 14654 公里。

根据 DG 中国区域首席代表宋常青介绍,他们储存了全球每一个地区至少 10 年的卫星影像数据。这意味着,如果你调用 DG 的影像数据库,能清晰地看出这十年来某个地区的建筑物变迁,环境变化等等。

连续数周的大雨导致洪水和泥石流在马达加斯加泛滥,致使 36000 多人失去生命或背井离乡(该照片由 WorldView-3 卫星摄于 2015 年 2 月 9 日)

这些数据虽然可以供你来怀旧,但其实这些数据更为实用的用法是,给一系列的市政规划和灾害预防提供重要的参考。比如当地震发生的时候,怎样估算损失,物资如何投放?这些问题的答案都可以从分析历年来卫星影像的变迁得出。

DG 公司推出了一个“地理空间大数据”平台,叫做 GBDX。它能教计算机自动识别卫星影像中的相关像素,并运用深度学习将这些超大数据进行多层次、复杂的分类。其云平台系统则会从这个庞大的数据库中准确地选择出并分析人们需要的某个点。有了这些数据和深度学习技术,人们不仅能知晓过去和现在某个地点的情况,还能对即将发生的事件进行预测。政府利用这些数据进行市政规划,基础设施建设,保险公司利用这些数据做风险评估等等。

“过去有一家做石油运输方面的公司,他们购买了我们的数据源之后,对之进行了二次开发,将这些数据与 VR 技术相结合起来了,”宋常青告诉钛媒体记者,“我们的卫星图像是可以 3D 化的,他们将地面上的 3D 影像与其铺设管道的图形相结合起来,这样我们就能看清楚城市里那些地方有输油管,这些输油管大到所有的管道位置,小到每个输油管的阀门位置,甚至是油管里输送的什么类型的油都能标记出来。位于异地的工程师可以使用 VR 技术,指导当地的工作人员进行维修或者排查风险。”

WorldView-4 拍摄的代代木国立综合体育馆 ,1964 年以及 2020 年东京奥运会的主场

随着通信技术的发展,未来物联网也会逐渐铺开来,作为数字化地球基础的遥感卫星技术将成为智慧城市和物联网发展的重要支持。当然,未来国内也会有越来越多的民营企业进入到这一领域来。而宋常青则表示,未来遥感卫星有很大的需求,而 DG 坐拥海量的数据以及业内广泛认可,所以他并不担心这方面的竞争。

而就在上周四( 3 月 2 日)DG 与全球通信和空间信息解决方案供应商 MDA 公司 (MacDonald, Dettwiler and Associates Ltd.) 达成了最终合并协议。这两家公司分别在卫星星座、地球影像数据库、平台地理空间专业分析能力以及卫星设计制造、雷达监测、地面系统和系统工程设计方面形成互补的关系,投入到未来卫星影像领域的角逐之中。(文章首发钛媒体,编辑/唐植潇)

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评论(1

  • 渐行渐远001 渐行渐远001 2017-03-09 06:23 via android

    这才是大数据时代的模范

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