欧空局(ESA)人工智能对地观测卫星Φsat-2

文摘   科技   2024-08-27 07:45   北京  

*本文为「天空观察实验室」原创内容
2024年8月16日,欧空局(ESA)的微型对地观测卫星Φsat-2(发音为phisat-2)通过猎鹰9号火箭进入太空。Φsat-2卫星携带了多光谱相机、人工智能(AI)处理器和AI应用程序,验证人工智能增强地观测数据采集、分析和分发等方面的能力。Φsat-2是欧空局的第2颗人工智能对地观测卫星,首颗星Φsat-1于2020年发射,该卫星携带了高光谱相机和人工智能芯片。

以下将介绍Φsat-2卫星任务、参数和星上6项人工智能应用。
 一

Φsat-2卫星任务及参数

Φsat-2是一颗立方体卫星,旨在展示不同的人工智能技术如何推进从太空观测地球。除了携带多光谱成像仪外,Φsat-2具备星上AI能力,将验证6项星上AI应用:云检测、道路地图、海洋船舶检测、图像压缩、野火探测和海洋异常探测。

Φsat-2卫星(见图1)基本参数:

(1)6U立方星,微型卫星,尺寸22 x 10 x 33厘米,重量9千克

(2)光学成像,可见光至近红外,7个多光谱加1个全色总共8个波段

(3)地面采样间距5米,框幅成像大小为20*20千米;

(4)1年任务寿命;

(5)太阳同步轨道,510千米高度。
图1 Φsat-2卫星图(引自ESA)
 二

Φsat-2卫星星上人工智能应用

人工智能大大增强了对海量卫星遥感数据的自动化分析能力,但绝大多数人工智能分析程序都部署在地面上,Φsat-2卫星在星上部署AI处理器和人工智能程序,将验证星上AI可以增强对地观测能力,例如对地面需求更快的信息响应速度、减少下传到地面的数据量等。以下是Φsat-2卫星计划验证的6项星上人工智能应用。

云检测:自动检测和舍弃多光谱相机获取的任何被云遮挡的对地观测图像。云检测AI程序还能够对云进行分类,为用户在决定图像是否实际可用时提供更大的灵活性,云检测还可以作为初始图像预处理步骤的一部分进行请求,其输出将是下一个星上AI应用程序的输入。

图像压缩:图像在星上被压缩然后下传到地面。多光谱相机获取的单波段图像被星上AI编码器压缩,数据下传到地面后,通过专用解码器对其进行重建。

海洋船舶检测:基于Φsat-2卫星多光谱相机拍摄的图像检测和分类海洋船只。检查图像中的云、海洋和船只等关键信息,然后确定给定的场景是否需要进一步监测,能检测长度超过40米的船只,估计其位置并将信息发送到地面。
图2 哨兵二号卫星图像海洋船舶检测(引自ESA)

道路地图:将卫星图像转换为道路地图,以识别在紧急情况下仍可通行的道路。当卫星在受灾区域(如洪水)上空运行并获取图像时,星上处理器将识别图像上的道路,并创建相应的黑白地图,需要传输到地面的信息量相比原始图像小很多,可以很快从卫星上下载,用户将下载的数据叠加到该地区的高分辨率地图上,能根据最新的可用信息做出合理的决策。

野火探测:识别受野火影响的区域,以及安全区域、烧毁区域和水体。检测图像上的关键特征,例如是否存在水、野火烟雾、野火附近的烧毁区域以及没有这些特征的安全区域,特征被相应地分类,如果没有检测到火灾或烧伤区域,则不会下传任何数据。

海洋异常探测:识别海洋生态系统面临的威胁,如石油泄漏、有害藻类大量繁殖和大量泥沙排放。该应用程序为Φsat-2卫星拍摄的每个海洋图像分配一个异常分数,如果该分数超过某个阈值,则会触发警报,专门的模型会立即尝试确定事件的性质和严重程度。支持多种操作模式,包括:卫星首先下载异常得分最高的图像;警报,如果星上检测到重大事件,如溢油,会立即发出警报,以便有关当局能够更快地做出反应。

图3 Φsat-2卫星星上AI海洋异常探测(英文原图引自ESA)
 三

总  结

Φsat-2卫星是一颗多光谱成像微型卫星,也是一颗具有星上人工智能能力的对地观测星。Φsat-2卫星将光学成像与星上AI能力结合增强对地观测,将在云检测等6个方面验证星上AI的遥感应用。卫星遥感有数据量大和信息获取实时性低的缺点,一般用户获取遥感信息要经过“卫星数据下传到地面站、地面数据处理、图像分析、信息分发给用户”等过程,时间以数小时或天计;Φsat-2卫星将光学成像与星上AI能力结合,在星上将分析图像获取的信息直接下传给地面用户,将大大缩短用户获取图像信息的时间,预计可以以分钟为单位计时。此外Φsat-2卫星可以在任务期间改进和更新程序,6个应用程序都能修改和增强功能。

—END—
参考资料
1.  Introducing Φsat-2 .  https://www.esa.int/Applications/Observing_the_Earth/Phsat-2/Introducing_Phsat-2 .




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