PIE-Engine 遙感云平臺助力衛星遙感應用

文│楊政軍 余永安 楊娜 劉曉晨 從少平 劉翀 郭士波 張超

航天宏圖信息技術股份有限公司

一、背景

近年來，隨著云計算、大數據等前沿技術的快速發展，新的對地觀測技術快速提升了數據獲取、解譯等效率。遙感，作為對地觀測的主要手段，伴隨不同領域的數據集約化、標準化，融合化、應用場景大眾化，已逐步實現從硬件到軟件整條產業鏈的國產自主替代，但如何快速獲取并挖掘數據有效信息成為當前產業發展的重中之重。推動我國自主研發遙感云平臺的建設，快速、自動地進行遙感大數據的處理和分析，進而完成遙感數據產品的主動、智能信息服務，是我國遙感行業發展亟待解決的重要課題。為了滿足當前需求，航天宏圖自主研發了一套PIE 家族系列軟件，該系列包含一套PIE 基礎軟件工具集，一個地球科學引擎PIE-Engine，以及一個二三維可視化展示應用分析門戶PIE-Earth 智慧地球。其中，PIE-Engine 地球科學引擎是基于PIE 工具集的云原生平臺，是PIE 系列家族中遙感云服務平臺的明星產品，在行業中的應用展現出巨大潛力。

二、PIE-Engine 云服務特性和規模

PIE-Engine 是一套基于云原生技術構建的面向地球科學領域的專業PaaS/SaaS 云計算服務平臺，該平臺通過打造“開放+共建+共享”的新模式，以高效能、低門檻、低成本的途徑挖掘海量遙感數據價值，使行業快速應用創新，為自然資源、生態、氣象、環保、海洋等調查、監測、評價、監管和執法等重點工作提供技術支撐，助力遙感應用產業化發展。

目前，PIE-Engine 平臺注冊用戶已超過7 萬余人，匯聚了超過6PB 的海量多源開放式數據資源，平臺訪問超過100 萬余人次，遙感數據集總數160 多個，是互聯網規模化遙感數據處理平臺，有力推動了中國遙感技術生態圈的形成和發展。隨著“十四五”規劃國家對科技創新的大力扶持， PIEEngine 地球科學引擎以其融合、創新、開放協同等理念，必將在對地觀測的各個領域產生重要而積極的應用。

三、PIE-Engine 的優勢和能力

PIE-Engine 地球科學引擎是國內首個自主可控的基于互聯網規模化運行的對地觀測遙感數據處理與服務引擎，實現了云上多源異構遙感數據處理流程的靈活搭建、任務全程監控、多端協同作業和準實時快速處理，具有強大的數據存儲和高性能分析計算能力，具有眾多優勢和能力：1）更豐富的數據，涵蓋全球光學、雷達、氣象、海洋、地球物理及矢量數據，包括國外哨兵系列、MODIS 系列、Landsat系列等，國內高分系列、資源系列、環境系列、氣象系列、海洋系列及國家青藏高原科學數據中心、北京師范大學、清華大學服務產品等，且每日持續更新；2）更快速的處理能力，應用流程編排技術和算法統一封裝接口，實現了30 多顆國內外主流光學、SAR、高光譜等衛星數據以及航空影像數據的輻射校正、幾何校正、正射校正、鑲嵌勻色等并行分布式處理，實現高分二號影像從原始影像到真彩色成果的日生產能力超過600 景；3）更簡潔的計算能力，研發了300+遙感計算算子、矢量分析算子和專題算法接口，快速實現在線大范圍、長時序的地球科學分析，提供JavaScript 和Python 兩種腳本語言，與Google Earth Engine 平臺語法相近，可以實現平臺的快速遷移；4）更智能的分析能力，提供了百萬量級深度學習樣本和豐富的神經網絡模型，集成了百度飛槳、清華計圖等主流深度學習框架，包括PyTorch、TensorFlow、Jittor、PaddlePaddle等，支撐目標識別、語義分割和變化檢測深度學習模型訓練和解譯；5）更高效的性能，秒級全球影像動態發布，持續為用戶提供云上多源數據處理、實時計算、智能分析、共享發布服務；6）更貼心的服務，微服務方式構建平臺功能，已適配信創名錄中的多家CPU、操作系統、數據庫、中間件，可根據需求靈活快速搭建系統；7）更完善的產品，形成了時空數據服務PIE-Engine Server、數據生產服務PIE-Engine Factory、數據計算服務PIE-Engine Studio、智能解譯服務PIE-Engine AI、無人機應用服務PIE-Engine UAV、PIE-Engine SAR 雷達數據應用服務平臺等產品，對行業提供開放平臺，將算法能力封裝成API 提供給上層應用集成調用。

其中，PIE-Engine Factory 遙感處理云服務，作為一套基礎能力，是面向國內外主流遙感衛星、航空攝影數據提供標準化產品生產、管理、調度及質檢一體化服務的分布式處理平臺。該平臺提供了豐富的算法和生產線模板：支持光學、高光譜、SAR 等影像數據標準產品自動化、批量化生產，生態參量產品反演，分類產品、地表要素的智能提取與信息挖掘；并支持對上述產品的質量檢查與精度評估。

PIE-Engine Factory 產品作為海量數據處理利器，是遙感應用的基礎，已在全國多個部委、地方單位部署，在環保、國土、應急管理、海洋應用等多個行業開展試運行。針對“生態環境部國家生態保護紅線監管平臺項目信息系統建設”項目，PIEEngine Factory 為項目構建數據處理與加工系統（數據處理部分）。系統支持集群并行處理，構建了高分辨率衛星遙感數據獲取、處理、服務發布的全鏈條自動化流程。日處理能力400 景，單景切片服務發布1 分鐘，基本實現了“當日獲取、當日處理、當日發布”。系統提供高分一號、高分二號、高分一號B/C/D、資源三號、高分六號等9 顆國產高分衛星數據的融合產品生產流程，以及基于MODIS數據的植被指數、葉面積指數等7 個參量產品的生產流程。

四、PIE-Engine 應用案例

1.PIE-Engine SAR 眼中的太原古建

依托平臺，可為濕地專題研究人員提供濕地遙感研究數據、方法、成果的可視化結果，為政府業務部門提供快速便捷的濕地信息參考及服務，為監管與決策部門提供有效信息參考。同時基于平臺，可向公眾展示濕地保護直觀信息與價值意義，強化大眾濕地保護意識，貢獻于我國濕地保護工作。

五、結束語

PIE-Engine 地球科學引擎是基于大數據、云計算、人工智能、物聯網等技術研制，依托云計算基礎設施，對PIE 基礎軟件工具集及多項行業應用成果進行標準化集成和運行，具備云端海量多源異構數據的管理、生產、分析、解譯、推理、發布、共享全生命周期應用服務能力的遙感云平臺，并提供面向各行業的算法插件集成、業務流程定制化服務。

未來，PIE-Engine 地球科學引擎將持續更新數據源，增加遙感算子，優化用戶界面，更新高級功能，讓各行業的用戶通過地球科學引擎實現更高效、更便利的應用，實現“遙感走進生活”。