【遥感】SkySense多模态遥感大模型

文摘   2024-12-16 06:59   湖北  
据蚂蚁集团官微,蚂蚁集团已经研发出了20亿参数多模态遥感基础模型SkySense,其论文已被世界计算机视觉顶会CVPR 2024接收。数据显示,SkySense是迄今为止国际上参数规模最大、覆盖任务最全、识别精度最高的多模态遥感基础模型。

图1 SkySense 在 17 项评测中均超过国际上最新的遥感模型

随着遥感技术的飞速发展,多模态遥感数据已经成为地理空间信息获取的重要手段。多模态遥感数据不仅包含了丰富的空间信息,还蕴含了多样的光谱信息和时间信息,为地球观测和地理信息科学研究提供了丰富的数据源。传统的遥感影像理解技术,往往侧重于针对单一模态单一任务建模,缺乏对多模态数据、时间序列、地理先验知识的综合建模和利用,限制了其在海量数据和多种任务中的泛化能力。SkySense突破以上技术瓶颈,实现了文本、红外光、可见光、SAR雷达多种模态、多分辨率的时序遥感影像建模,在多样化的任务中展现出优异性能。
一、多模态大模型的技术架构
多模态遥感大模型一般采用先进的深度学习技术,构建一个包含数据预处理、特征提取、分类识别和决策融合等多个模块的完整处理流程。

1.数据预处理模块

数据预处理是遥感数据处理的关键步骤,对于提高数据质量和后续分析的准确性至关重要。大模型的数据预处理模块主要负责对原始遥感数据进行清洗、去噪、归一化等操作,以消除数据中的异常值和噪声,提高数据的一致性和可比性。同时,该模块还负责将不同模态的遥感数据进行配准和融合,为后续的特征提取和分类识别提供统一的数据格式。

2.特征提取模块

特征提取是遥感数据处理的核心环节,对于提取出有用的地理空间信息具有重要意义。大模型的特征提取模块一般采用深度卷积神经网络(CNN)等先进技术,能够自动学习遥感数据的深层次特征。通过多层次的卷积和池化操作,该模块能够提取出遥感数据中的空间纹理特征、光谱特征以及上下文特征等,为后续的分类识别提供有力的支持。

3.分类识别模块

分类识别是遥感数据处理的重要目标之一,对于实现地理空间信息的自动化提取具有重要意义。大模型的分类识别模块采用全连接神经网络、支持向量机(SVM)等分类器,根据提取的特征对遥感数据进行分类。该模块能够对不同类型的地理实体进行识别,如建筑物、道路、水体、植被等,为地理空间信息的提取和应用提供基础数据。

4.决策融合模块

多模态遥感数据的融合是提高分类精度和稳定性的有效手段。大模型的决策融合模块采用了加权融合、投票融合等方法,将不同模态遥感数据的分类结果进行融合,得到最终的分类结果。通过融合不同模态的信息,该模块能够充分利用各种数据的优势,提高分类的准确性和可靠性。

二、多模态大模型的应用场景

多模态遥感大模型具有广泛的应用前景,可以在多个领域发挥重要作用。以下是几个典型的应用领域:

1.城市规划与管理

在城市规划与管理领域,多模态大模型可以辅助规划者进行土地利用分析、城市扩张监测等工作。通过对遥感数据的处理和分析,该模型能够提取出城市中的建筑物、道路、绿地等地理实体的信息,为城市规划提供基础数据支持。同时,该模型还可以实时监测城市的变化情况,为城市管理者提供决策依据。

2.环境监测与保护

在环境监测与保护领域,多模态大模型能够监测大气污染、水体污染等环境问题,为环境保护提供数据支持。通过对遥感数据的分析,该模型可以评估生态系统的健康状况,为生态保护和恢复提供科学依据。此外,该模型还可以对自然灾害进行预警和评估,为防灾减灾提供有力支持。

3.农业管理与精准农业

在农业管理与精准农业领域,多模态大模型具有广阔的应用前景。通过对遥感数据的分析,该模型可以提取出农田的作物种类、生长状况、病虫害情况等信息,为农业生产提供精准的数据支持。同时,该模型还可以监测农田的水肥状况,为农业管理提供科学依据。通过利用大模型,农民可以更加精准地进行作物种植和管理,提高农业生产的效率和产量。

4.资源勘探与开发

在资源勘探与开发领域,多模态大模型能够辅助勘探人员进行矿产资源、油气资源等的勘探工作。通过对遥感数据的处理和分析,该模型能够提取出地下的地质构造、岩层分布等信息,为资源勘探提供基础数据支持。同时,该模型还可以对勘探区域进行实时监测,为资源开发提供决策依据。

据相关报道,SkySense 可用于地貌、农作物观测和解译等。譬如,SkySense 在尝试通过遥感卫星观测森林覆盖与分布,用于监测蚂蚁森林植被的健康度和生长状况,保护蚂蚁森林的植被资产;此外,SkySense 可基于遥感卫星智能解译,实现对野火小时级的监测与火势预估,辅助应急救灾;同时,SkySense 通过多光谱、SAR 雷达影像实现了对包括水稻、玉米、花生、油菜等在内的几十种作物的精确识别,可对作物的长势健康度、收割进度、生长周期、土壤墒情以及农作物病害灾害等进行全方位监测与评估。

三、结束语
尽管多模态遥感大模型在多个领域展现出了巨大的应用潜力,但仍面临着一些挑战。首先,遥感数据的获取和处理成本仍然较高,这限制了模型在更广泛领域的应用。未来,随着遥感技术的不断进步和成本的降低,这一问题有望得到缓解。其次,多模态数据的融合仍然是一个复杂的问题,如何更有效地融合不同模态的信息,提高分类精度和稳定性,仍需要进一步研究。此外,随着遥感数据的不断增加,如何构建更加高效、可扩展的模型,以应对大规模数据的处理和分析,也是一个重要的研究方向。
展望未来,遥感技术领域的投资呈现出快速增长的态势。随着技术的不断成熟和应用场景的不断拓展,遥感行业正迎来黄金发展期。蚂蚁集团此次推出的SkySense模型,无疑将加速这一进程,为整个行业的发展注入新的活力。

遥感地理视界
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