天空地一体化多目标跟踪算法研究综述

为实现全时全域“泛在连接”,构建天空地一体化网络已成为国家重大需求,而基于天空地一体化网络下跨域协同系统进行多目标跟踪是其中一个重要的发展方向,其在军民用领域都极具应用价值。本文详细阐述了天空地一体化网络背景下多目标跟踪方法研究进展。首先,介绍了天空地一体化跨域协同多目标跟踪的研究背景与意义。其次,从基于视觉的多目标跟踪、基于模型的多目标跟踪和基于多模态融合的多目标跟踪三个方面概述了当前的代表性研究方法:在基于视觉的多目标跟踪算法方面,介绍了单摄像头和多摄像头融合的多目标跟踪方法;对于基于模型的多目标跟踪,先介绍了单传感器多目标跟踪方法,以及在多种复杂场景下的改进,然后介绍了多传感器融合方法;在基于多模态信息融合的目标跟踪方面,在对多传感器时空配准方法和有代表性的多模态信息融合方法介绍的基础上,概括了基于多模态融合的多目标跟踪算法。最后探讨了当前存在的问题和未来发展方向:无论基于视觉的还是基于模型的多目标跟踪方法都有不少问题有待解决,特别是两种方法的结合值得深入研究;在面临复杂干扰时,基于多传感器信息融合的多目标跟踪由于能实现信息的互补,成为未来的主流发展方向;此外,跨域协同系统,由于能利用更多的资源和信息,其多目标跟踪问题研究极具价值,不过其中通信安全问题和多目标跟踪模型轻量化问题值得探讨。本文对从事目标跟踪及空天地一体化协同控制相关理论与技术研究的科研工作者具有重要参考价值。

基于赛博孪生的天空地智能网络架构与资源分配

随着海量移动和物联终端用户及其应用的爆发式涌现,迅速增加的网络流量对基于现有互联网架构设计的网络带来了严峻挑战。特别是对于空天网络,由于资源稀缺、时空分布不均,资源部署与需求不匹配,网络性能亟需优化提升。为解决以上问题,本文构建了基于赛博孪生的天空地智能网络体系架构。该架构通过软件定义网络和资源虚拟化将物理资源抽象为虚拟资源,并采用边缘云技术将赛博孪生内生于网络边缘侧,使得网络更加灵活、具有更强的扩展性、更高的安全性。同时,本文利用匹配理论将资源分配问题转化为多参数、多玩家的匹配博弈问题,通过构建匹配模型并求解效用函数,提出了高效稳定的三边匹配算法,实现了资源分配的整体性能最优。仿真结果表明,本文方法可有效提升网络性能,实现资源的高效分配。

面向无人作业的天空地协同网络:需求、挑战、技术变革机遇

在偏远、危险地区,机器人可感知环境、智能交互,协同完成复杂任务。以卫星和无人机为主体的天空地协同网络能够为这些机器人提供全域泛在、随遇接入的通信服务。首先,分析无人作业发展趋势和机器人通信需求。基于此,面向机器人通信的特点,建议跳出“信息传输管道”的传统视角,在支持信息传输的同时,关注信息的内容和价值。进一步综合考虑机器人通信中信息生成的动作及其反馈,提出潜在技术变革的切入点。具体地,从结构化通信资源配置、机器人行为调控和感-传-算-控闭环模型三个方面阐述维纳控制论启发的通信范式变革途径。

天空地一体立体网络的水质遥感监测及其溯源初探——以淀山湖为例

利用卫星遥感、无人机和走航船等手段组成的天空地一体化立体水质监测网络对淀山湖水质进行监测,并对水质参数的空间分布进行溯源分析。结果表明:(1)构建的水质参数反演模型实现了对淀山湖区域高精度的水质反演。其中总磷质量浓度反演结果的均方根误差(RMSE)为0.0191 mg/L,决定系数(R^(2))=0.64(P<0.001);氨氮质量浓度反演结果的RMSE为0.0360 mg/L,R^(2)=0.83(P<0.001);(2)水质空间分布特征为淀山湖总磷和氨氮浓度均表现为西北高,中部和东西低;叶绿素a浓度呈现出北高南低、东高西低及岸边高、中心低的空间分布特征;(3)通过广义线性混合模型对淀山湖水质空间分布进行溯源分析发现,入湖支流、动力船只、农田和水生植物对淀山湖总磷、氨氮和叶绿素a浓度的分布格局均有显著影响,其中入湖支流的影响最大。该研究结果可为上海市水环境立体监测提供重要参考和科学依据。

“天空地”协同技术在三峡库区消落区“四乱”监管中的应用

针对传统河湖“四乱”监管采用人工巡查方式监管时效性低、覆盖范围不全等问题,将卫星遥感技术、无人机航拍摄影、人工地面监测等多元监测手段与“四乱”目标监管进行深度融合,从整体到局部再到重点区域构建“天空地”协同的“四乱”目标立体监管模式,可快速、准确获取大范围水域岸线“四乱”问题等信息。选取三峡库区消落区上、中、下3段11个区县的重点河段作为示范应用对象,对研究区内2022年3—5月存在的违规建设、耕种、开挖等“四乱”行为进行监测及分析,监测结果可全面、直观地为三峡库区消落区发现和解决“四乱”问题提供决策依据和技术支撑。

“天空地”一体化技术在农业保险中的应用

随着科技的不断进步,农业保险在稳定农业生产、减少灾害损失方面,农业保险的角色愈发凸显其重要性。传统的农业保险模式在风险评估、灾害监测和理赔等方面存在诸多不足,而“天空地”一体化技术的出现为农业保险带来了革命性的变革。本文将以某农业保险黑龙江省绥化市海伦市爱民乡数据为例,从种植结构提取、长势监测和灾害损失评估3个方面,深入探讨“天空地”一体化技术在农业保险中的应用,以期为未来农业保险的发展提供新的视角和解决方案。

天空地一体化的耕地“非粮化”监测技术研究

耕地“非粮化”是影响国家粮食安全和农业持续稳定发展的重要因素。本文面向耕地“非粮化”监测与监管需求,以广东省廉江市为研究区域,在收集第三次全国国土调查和永久基本农田等业务数据资料基础上,充分借助卫星遥感天基平台可大范围、低成本采集地面数据优势,利用无人机空基平台可多角度、灵活获取数据高分辨率航片数据特点,结合网格化的地面调查验证手段,探索天空地一体化的耕地“非粮化”遥感监测调查技术流程与方法,开展耕地“非粮化”监测工作,实现耕地全生命周期的科学精准监测,为高效支持粮食安全保障工作和全面推进乡村振兴提供数据决策支撑。

基于天空地大数据的自然资源 “一张图 ”平台设计与实现

随着卫星遥感技术、无人遥感机技术、大数据、互联网等技术与自然资源业务的融合,自然资源管理面临着三维化、精细化管理需求。本研究将自然资源天空地大数据汇聚于统一平台管理与利用,从而构建基于“天空地”大数据的自然资源专项业务与测绘地理信息服务,为自然资源管理、国土规划、智慧城市等领域提供数据及技术支撑,同时也为同类平台的搭建提供了一定的参考。

天空地一体化城市碳监测技术体系构建设计及示范应用

为满足城市温室气体监测评估的需求,推进碳监测同化反演技术示范应用,从目标导向、资源整合、重点突出、对标国际等四个方面提出城市碳监测技术体系构建设计,构建了基于高准确度碳监测站、地面走航、无人机、传感器、卫星/地面遥感及碳同位素等多种监测手段融合的天空地一体化碳监测技术体系并进行技术示范;同时结合卫星数据,分析了多个城市不同同化反演模型的技术应用,推进城市温室气体摸清本底、跟踪评估变化趋势的试点监测,为全国深入推进温室气体监测提供了可推广、可应用、可示范的技术支撑。

冰川流域孕灾环境及灾害的天空地协同智能监测模式与方向

随着中国西部暖湿化进程加快,冰川流域孕灾环境快速变化,冰川灾害多发频发。因冰川流域地形极端复杂、地表覆盖变化迅速,冰川流域灾害具有链式发展的特点且物源区远程高位、地势险峻,面向普通地质滑坡和露天矿边坡的天空地协同监测技术难以直接或有效应用。本文基于冰川流域空间环境与灾害的监测内容及技术难点,分析了可用的现代测绘遥感技术及其局限性。针对监测对象、几何要素和质量要求,提出了基于天空地协同的冰川流域孕灾环境与灾害智能监测内涵,即平台协同、时间协同、参数协同和尺度协同,设计了任务驱动、知识引导的智能监测技术模式。面向3类基本监测任务,即个体冰川流域灾变过程情景模拟、冰川流域群孕灾环境差异分析与风险识别、冰川流域灾害事件应急响应,提出相应的天空地协同智能监测初步方案。最后,讨论了基于天空地协同的冰川流域孕灾环境与灾害智能监测关键问题,提出未来的工作方向。

天空地多源遥感数据的广义摄影测量学

21世纪以来,随着云计算、大数据、物联网、机器学习等信息技术领域的飞速发展,人类已进入人工智能新时代。摄影测量学科也顺应新一轮科技革命的浪潮,快速发展为全新的广义摄影测量学,其载体平台、仪器设备、数据处理理论技术及应用领域都已发生显著变化,天空地一体化的多传感器多层次综合立体观测技术得到极大发展,全面进入综合智能摄影测量时代。本文提出广义摄影测量学的科学概念,并详细论述其学科内涵、发展特点、研究方向与应用领域。在全新的广义摄影测量框架下,数据获取呈现多视角成像、多模态协同、多时相融合、多尺度联动等特点,数据处理则呈现多特征耦合、多控制约束、多架构处理、多学科交叉等趋势。天空地一体化广义摄影测量学的全面发展和智能服务,尚需在天空地多视角/多模态影像处理、智能信息提取与监测、点云与影像联合建模、无人系统自主导航、智能制造系统视觉检测等方面取得更大突破,形成从天空地多源遥感数据实时/准实时智能几何处理到信息提取服务的完整理论和技术体系,迎接智能化测绘新时代的到来。

天空地多域体系作战指挥控制系统构建方法

基于天、空、地多域信息支持下的集群体系对抗是从机械化作战向信息化作战发展的必然趋势。通过对体系作战指挥控制需求进行分析,给出适合于天空地多域体系作战的指挥控制系统构建方法,通过建立通信网络架构、指挥层级结构和指挥控制系统模型,给出指挥控制系统软件架构,规划了指挥控制信息流。该方法综合考虑系统建模、软硬件实现、信息流传递等多个要素,解决了指挥控制系统"怎么建、怎么用"的关键问题。利用该方法建设的体系作战指挥控制系统已成功通过实装演示试验的考核。结果表明:该方法合理可行,可为装备体系作战指挥控制系统建设提供支撑。

艰险山区铁路"天空地井"综合勘察技术

研究目的:西部艰险山区受地形、气候及复杂地质情况的影响,制约了铁路勘察精度,以往的研究仅仅是天空地技术的简单组合,对于方法的综合应用论述不够,本研究基于西部山区铁路勘察的关键问题与实际需求,提出融合地质体时空演化过程识别的四维勘察体系,旨在为西部山区铁路勘察领域的科学研究和勘察工作提供参考.研究结论:(1)构建了一套"天空地井"的四维勘察体系,将传统的现状勘察提升为地质体灾变演化勘察;(2)详细阐述了不同地质问题下"天空地井"技术组合原则;(3)采用"天空地井"融合勘察技术将大大提高西部山区岩性、构造、地质灾害、深部地质特征的勘察精度,该技术可广泛应用于复杂艰险山区铁路勘察中.

天空地数字农业管理系统框架设计与构建建议

数据正在成为基础性战略资源。构建以天空地大数据为关键要素的数字农业管理系统,对于建设数字中国、推进农业高质量发展、抢占全球农业制高点具有重要意义。本研究围绕农业农村部提出的天空地数字农业管理系统建设任务,从农业信息技术学科出发,首先给出了天空地数字农业的科学内涵,阐述了其与传统数字农业的异同点,理清了天空地数字农业管理系统在资源调查、生产调度、灾害监测、市场预警、决策服务的五大核心功能;其次,重点阐述了天空地数字农业管理系统的关键任务,即一个观测体系(天空地一体化的数字农业观测体系)、四个数字化(农业资源权属、生产过程、灾害监测和市场预警)、一个管理平台(农业生产、加工、经营、管理、服务等全产业链的天空地数字农业管理平台);然后,明确提出了天空地数字农业管理系统在标准规范研制、关键技术与装备研发、系统集成与平台开发三方面的科技创新重点任务;最后,针对天空地数字农业管理系统建设的复杂性和系统性,从规划设计、科技创新、资源共享、多方参与、应用领域拓展等方面提出了发展建议。

基于“天空地”一体化的重大危险源安全防控系统建设与应用

通过“天空地”一体化采集技术获取重大危险源现状参数数据,深入开展综合风险评估、灾害事故趋势模拟及应急预案快速生成机制等研究。利用计算机、多媒体与GIS等技术,将理论研究成果应用于综合风险管理系统,自动实现重大危险源及应急物资的查询统计、生产与事故的实时监控、灾害事故的趋势评估以及预警应急方案的自动演算等功能,为管理者实施安全生产管理与风险应急处置提供有效的决策服务。

建立天空地一体化网络技术合作研究平台

天空地一体化网络基础理论与技术在通信系统、导航系统，自动相关监视系统、协同式空中交通管理和空间在轨服务方面都有很广泛的应用前景，其研究内容涉及网络控制与协议设计、信息传输与处理等方面。

基于空基平台的天空地一体化通信网络研究

信息优势是现代战争制胜的先决条件,针对当前特定作战区域采用卫星窄带通信的不足,提出空基伪卫星平台的思路,构建了"通信卫星-空基平台-地面终端"的天空地一体化的三层通信网络。较之于传统的"星-地"网络,该网络具有覆盖区域灵活、通信容量更大、部署周期短、网络更安全的特点,为提升区域作战效能提供技术支撑。

天空地一体化技术在黑龙江省农业领域的应用现状和发展方向

天空地一体化是现代科技的前沿,探索其在我省农业领域的应用,具有重要意义。我省农业在利用卫星导航、卫星遥感、无人机及物联网等方面上,取得了一定成果,仍需进一步加大力度,推进天空地一体化现代信息技术在我省农业领域的应用。

基于5G的天空地一体化战术通信研究

现有战术通信主要依靠窄带通信技术实现,难以满足战场大量信息的分发需求。利用民用技术加速战术通信的发展已经取得业界的广泛认同,但是移动通信固有的特点使得这一进程非常缓慢。5G移动通信的提出为此提供了一次新的契机。初步探讨5G军用化的可行性,发现利用5G的关键技术并经过特殊设计可以消除/缓解传统移动通信军用化存在的一些障碍;并基于5G提出了一种天空地一体化战术通信网络,为战术通信的未来发展提供了一种新思路。

天空地融合网络架构与传输优化技术

随着应用需求的不断扩大,如何在天空地一体化的异构组网环境下提供高效的组网服务成为新的难题。通过对未来天空地一体化网络的应用场景和技术需求分析,提出一种基于软件定义网络的天空地融合网络架构,以满足快速响应、协同处理等要求,同时简要阐述其主要组成部分和传输优化技术。总结基于软件定义的天空地融合网络架构的发展趋势与挑战,并进行展望,为未来天空地一体化网络的发展提供参考。