清华团队构建的全球民用遥感卫星数据库, 超2000颗卫星详细信息|传感器|数据源|清华|算法|遥感卫星|高分辨率

论文介绍

题目：GEOSatDB: global civil earth observation satellite semantic database

期刊：Big Earth Data

论文：https://doi.org/10.1080/20964471.2024.2331992

数据：https://doi.org/10.57760/sciencedb.11805

门户网站：http://www.geosatdb.cn

年份：2024

作者单位：清华大学

创新点

1. 语义数据库的构建

统一的本体模型：基于国际标准（如ISO/TC211），构建了涵盖卫星、传感器、波段和观测操作的语义本体模型。这种设计不仅提高了信息的共享性和互操作性，还显著扩展了现有数据库的覆盖范围。
大量语义描述：GEOSatDB包含127,949条语义描述，全面描述了地球观测卫星和传感器的能力，是目前最完整的数据库之一。

2. 跨数据库信息整合

多源数据融合：整合了多个权威数据库（如WMO OSCAR、CEOS、NASA GCMD等）的数据，提出了基于发射时间和文本相似度的匹配方法，解决了多数据库异构信息的对接问题。
多模型相结合：引入Jaro-Winkler和Ratcliff-Obershelp相似度算法，提升了信息匹配的准确性。

3. 大语言模型（LLM）应用

结构化提示策略：首次采用结构化提示策略指导大语言模型（如GPT-4）从非结构化文本中提取传感器信息（如分辨率、重访时间、波段范围等）。
自动化信息提取与修正：结合正则表达式和投票机制，从非结构化数据中自动提取并修正传感器信息，显著减少了人工干预需求。

4. 全球能力的量化分析

提供了详细的全球地球观测能力分析，揭示了南北半球在卫星资源分布上的显著差异，尤其是非洲等发展中国家对全球地球观测资源的依赖。

数据库构建

设计理念

统一本体模型：基于国际标准（如ISO/TC211），设计了一个统一的语义本体模型，以确保数据的共享性和互操作性。
四大核心类别：

Satellite（卫星）：描述卫星的基本信息、轨道参数及附加特性。
Sensor（传感器）：涵盖观测技术和性能参数（如分辨率、波段范围）。
Operational Band（操作波段）：表示传感器的波段范围及其观测能力。
Operation（观测操作）：描述观测模式及性能（如重访时间、覆盖宽度）。

数据整合方法

多数据源融合：

整合了WMO OSCAR、CEOS、NASA GCMD等权威数据库。
采用基于发射时间和文本相似度的匹配方法（如Jaro-Winkler和Ratcliff-Obershelp算法）关联数据源。

传感器信息提取：

使用大语言模型（如GPT-4）从非结构化文本中提取传感器参数（如空间分辨率、波段范围）。
提取结果通过正则表达式和投票机制修正，确保数据质量。

动态更新与专家校验：

数据库每季度更新一次，包括新增卫星、传感器以及改进信息。
自动提取的信息由领域专家校验和补充。

技术实现

语义表示：

使用RDF（资源描述框架）和OWL（Web本体语言）构建知识图谱。

采用SKOS（简单知识组织系统）对术语进行标准化定义。

开放性：

数据库以RDF Turtle格式分发，支持SPARQL查询语言，确保兼容性和可扩展性。

数据库内容

相比WMO OSCAR、CEOS等现有数据库，GEOSatDB在卫星数量和信息丰富度方面具有显著优势。

数据规模

语义描述：127,949条。

卫星：包含2,340颗地球观测卫星的详细信息。

传感器：记录了1,021种传感器及其观测性能。

波段：涉及2,331个波段范围及其特性。

数据类别与属性

1. 卫星信息

基本信息：名称、国际标识符（COSPAR ID）、发射时间、退役时间。
轨道参数：轨道类型、高度、倾角、重复周期等。
辅助信息：重量、应用领域、制造商。

2. 传感器信息

性能参数：空间分辨率、时间分辨率、覆盖宽度。
观测能力：波段范围（光学、红外、雷达）、极化方式、入射角。
波段信息

电磁频率范围：波段名称、对应频率范围。
波段性能：光谱分辨率、信噪比。

3. 观测操作信息

操作模式：被动或主动遥感。
性能描述：观测稳定性、校准精度。

分析和应用

对地观测能力分析

地球观测能力趋势：自2014年以来，EO卫星数量显著增加，主要得益于低成本小型卫星星座（如Planet Dove）的发展。
空间分辨率改进：雷达技术的进步显著提升了图像分辨率。Sentinel-1A等卫星实现了高分辨率雷达测量，商业卫星（如Capella Space）达到了亚米级分辨率。
能力分布的地理差异：南半球，尤其是非洲国家的地球观测能力有限，大多依赖其他国家的全球卫星观测资源。
合作建议：呼吁航天国家加强与“地球观测组织”（GEO）的合作，开放共享卫星数据。提供技术支持，帮助发展中国家特别是非洲建立地球观测能力。

应用实例

查询热红外波段空间分辨率优于Landsat-8/9 TIRS的卫星和传感器

关键结果：