導(dǎo)讀：

PIE-Engine（PixelInformation Expert Engine）是基于云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)和人工智能等一站式地球科學(xué)大數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)計(jì)算平臺(tái)。平臺(tái)自主構(gòu)建并行高效的底層架構(gòu)，全流程業(yè)務(wù)實(shí)時(shí)可視，包括無(wú)人機(jī)、衛(wèi)星遙感影像等多源數(shù)據(jù)，虛擬仿真、城市實(shí)景三維建模等多維框架，讓數(shù)據(jù)隨取隨用，為用戶提供 “云+端” 、“平臺(tái)+SaaS”應(yīng)用模式，助力地球科學(xué)應(yīng)用產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。

正文：

一、背景

隨著對(duì)地觀測(cè)技術(shù)的發(fā)展，海量遙感數(shù)據(jù)不斷涌現(xiàn)，遙感大數(shù)據(jù)時(shí)代已經(jīng)到來(lái)。海量數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、處理與共享對(duì)計(jì)算機(jī)性能提出了較高要求，需要大量的存儲(chǔ)與計(jì)算資源。云計(jì)算基于“按需分配”和“共享資源”的理念，為海量遙感數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、快速處理和分析提供了可能，遙感專(zhuān)用的云計(jì)算平臺(tái)也應(yīng)運(yùn)而生。遙感云計(jì)算平臺(tái)的出現(xiàn)直接改變了傳統(tǒng)遙感數(shù)據(jù)的處理和分析模式（數(shù)據(jù)下載、存儲(chǔ)和運(yùn)算均在本地進(jìn)行，數(shù)據(jù)處理分析依賴本地運(yùn)行的專(zhuān)業(yè)軟件或代碼），降低了遙感數(shù)據(jù)的使用門(mén)檻，極大地提高了運(yùn)算效率，使得全球尺度、高分辨率、長(zhǎng)時(shí)間序列數(shù)據(jù)的快速分析和應(yīng)用成為可能，已成為研究土地利用、生態(tài)、環(huán)境和氣候變化等地學(xué)領(lǐng)域前沿問(wèn)題的重要工具。

目前國(guó)際上主流的遙感云計(jì)算平臺(tái)以國(guó)外機(jī)構(gòu)或公司研發(fā)的平臺(tái)為主，如美國(guó)的谷歌地球引擎GEE、美國(guó)航空航天局的NEX、笛卡兒實(shí)驗(yàn)室的Descartes Labs、亞馬遜的AWS、澳大利亞的數(shù)據(jù)立方體Data Cube及德國(guó)的CODE-DE。國(guó)內(nèi)遙感云計(jì)算平臺(tái)的建設(shè)也在快速推進(jìn)中，如中國(guó)科學(xué)院的地球大數(shù)據(jù)挖掘分析系統(tǒng)EarthDataMiner，多家科技公司如阿里巴巴集團(tuán)控股有限公司、深圳市騰訊計(jì)算機(jī)系統(tǒng)有限公司、北京市商湯科技開(kāi)發(fā)有限公司、航天宏圖信息技術(shù)股份有限公司等也相繼投入到遙感云計(jì)算平臺(tái)的研發(fā)中。

目前，GEE已提高了注冊(cè)門(mén)檻，國(guó)內(nèi)新用戶正常使用該平臺(tái)越來(lái)越難，并且使用過(guò)程及處理結(jié)果的下載受網(wǎng)絡(luò)情況影響較大。同時(shí)由于GEE沒(méi)有接入高分、風(fēng)云等國(guó)產(chǎn)衛(wèi)星數(shù)據(jù)，限制了國(guó)產(chǎn)遙感數(shù)據(jù)在云計(jì)算平臺(tái)上的應(yīng)用。國(guó)內(nèi)的遙感云計(jì)算平臺(tái)目前主要以可視化和數(shù)據(jù)服務(wù)為主，不能滿足遙感行業(yè)對(duì)集數(shù)據(jù)、算力和技術(shù)于一體的遙感云計(jì)算平臺(tái)的迫切需要。在這樣的背景下，航天宏圖針對(duì)大數(shù)據(jù)時(shí)代遙感應(yīng)用在國(guó)內(nèi)面臨的問(wèn)題，自主研發(fā)PIE-Engine時(shí)空遙感云計(jì)算平臺(tái)，構(gòu)建共享數(shù)據(jù)、算法和計(jì)算資源的開(kāi)放環(huán)境，實(shí)現(xiàn)遙感數(shù)據(jù)的按需獲取以及海量數(shù)據(jù)的快速處理，以應(yīng)對(duì)遙感大數(shù)據(jù)時(shí)代對(duì)信息高效、服務(wù)快速的迫切需求，加速推進(jìn)中國(guó)遙感云計(jì)算平臺(tái)的發(fā)展進(jìn)程。

二、PIE-Engine系統(tǒng)架構(gòu)

PIE-Engine是一套基于容器云技術(shù)構(gòu)建的面向地球科學(xué)領(lǐng)域的時(shí)空遙感云計(jì)算平臺(tái)，其內(nèi)部包含自動(dòng)管理的彈性大數(shù)據(jù)環(huán)境，集成了多源遙感數(shù)據(jù)處理、分布式資源調(diào)度、實(shí)時(shí)計(jì)算、批量計(jì)算和深度學(xué)習(xí)框架等技術(shù)。作為構(gòu)建在云計(jì)算之上的地理空間數(shù)據(jù)分析和計(jì)算平臺(tái)，PIE-Engine通過(guò)結(jié)合海量遙感數(shù)據(jù)及計(jì)算資源，可供用戶在任意尺度上研究算法模型并采取交互式編程驗(yàn)證，實(shí)現(xiàn)快速探索地表特征，發(fā)現(xiàn)變化和趨勢(shì)，為地球科學(xué)領(lǐng)域的研究提供開(kāi)放的數(shù)據(jù)與彈性算力支持。

PIE-Engine的整體架構(gòu)如圖1所示。平臺(tái)提供的分布式數(shù)據(jù)計(jì)算服務(wù)分為兩種：實(shí)時(shí)計(jì)算服務(wù)，主要負(fù)責(zé)將計(jì)算結(jié)果實(shí)時(shí)顯示到前端地圖界面或者輸出窗口；異步計(jì)算服務(wù)，主要負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)以任務(wù)的形式導(dǎo)出。計(jì)算服務(wù)的執(zhí)行依賴于平臺(tái)分布式存儲(chǔ)的多源遙感數(shù)據(jù)以及對(duì)這些遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行處理的算子庫(kù)。分布式數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與訪問(wèn)服務(wù)負(fù)責(zé)多源數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與訪問(wèn)，包括以瓦片形式存儲(chǔ)的影像數(shù)據(jù)、矢量要素?cái)?shù)據(jù)、元數(shù)據(jù)以及用戶個(gè)人數(shù)據(jù)。遙感數(shù)據(jù)處理分析算子庫(kù)則包括了常用的遙感影像處理分析算法，通過(guò)這些算子，可以進(jìn)行簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)處理以及復(fù)雜的圖像運(yùn)算。

三、代表性功能模塊
1、遙感計(jì)算服務(wù)（PIE-Engine Studio）。采用交互式編程方式進(jìn)行在線大規(guī)模地理空間數(shù)據(jù)分析與計(jì)算，是構(gòu)建在云計(jì)算之上的地理空間數(shù)據(jù)分析和計(jì)算平臺(tái)。通過(guò)結(jié)合海量衛(wèi)星遙感影像以及地理要素?cái)?shù)據(jù)，用戶基于平臺(tái)可以在任意尺度上研究算法模型并采取交互式編程驗(yàn)證，實(shí)現(xiàn)快速探索地表特征，發(fā)現(xiàn)變化和趨勢(shì)。PIE-Engine Studio為大規(guī)模的地理數(shù)據(jù)分析和科學(xué)研究提供了免費(fèi)、靈活和彈性的計(jì)算服務(wù)。
2、時(shí)空數(shù)據(jù)處理（PIE-Engine Factory）?；谌萜骱土鞒叹幣偶夹g(shù)對(duì)海量時(shí)空數(shù)據(jù)進(jìn)行批量自動(dòng)化處理，是面向國(guó)內(nèi)外主流遙感衛(wèi)星、航空攝影數(shù)據(jù)提供標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品生產(chǎn)、管理、調(diào)度及質(zhì)檢為一體的分布式處理，提供了算法集成、流程編排、并行調(diào)度和任務(wù)監(jiān)控，能為氣象、水利、北斗等各行業(yè)數(shù)據(jù)處理和專(zhuān)題產(chǎn)品分析制作提供統(tǒng)一接口標(biāo)準(zhǔn)和服務(wù)集成平臺(tái)。
3、智能解譯服務(wù)（PIE-Engine AI）?；谠贫藦椥訥PU資源的端到端全棧式遙感圖像智能解譯開(kāi)發(fā)平臺(tái)，為個(gè)人和企業(yè)用戶提供樣本標(biāo)注、模型訓(xùn)練、模型發(fā)布、解譯應(yīng)用及資源共享一站式服務(wù)，助力用戶構(gòu)建高效、高精度AI應(yīng)用。
4、智慧地球（PIE-Earth）。數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)、實(shí)時(shí)感知、多源融合、自主可控，是一款地球科學(xué)環(huán)境應(yīng)用可視化產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)PIE-Engine云端數(shù)據(jù)從太空到海底全方位二三維可視化展示與智能分析應(yīng)用。產(chǎn)品依托于PIE-Engine強(qiáng)大的云存儲(chǔ)、云計(jì)算、云服務(wù)及AI技術(shù)，在主流地理信息系統(tǒng)框架基礎(chǔ)上，整合數(shù)據(jù)資源、算法資源及可視化資源，降低應(yīng)用門(mén)檻，減少研發(fā)成本，提高研發(fā)效率，快速響應(yīng)行業(yè)需求，提供無(wú)代碼應(yīng)用、低代碼構(gòu)建、純代碼研發(fā)等多層次的應(yīng)用方式。
5、無(wú)人機(jī)應(yīng)用（PIE-Engine UAV）。為用戶定制航空影像產(chǎn)品、傾斜三維模型及監(jiān)測(cè)專(zhuān)題產(chǎn)品，以APP+WEB結(jié)合的服務(wù)模式，實(shí)現(xiàn)外業(yè)飛行、云端處理無(wú)縫統(tǒng)籌管理，融合AI深度學(xué)習(xí)模型，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)智能識(shí)別、統(tǒng)計(jì)分析，實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量常態(tài)化監(jiān)測(cè)。
6、SAR衛(wèi)星應(yīng)用服務(wù)（PIE-Engine SAR）。為用戶提供訂閱式SAR衛(wèi)星沉降監(jiān)測(cè)、水體提取等應(yīng)用服務(wù),
是基于SAR衛(wèi)星數(shù)據(jù)提供區(qū)域化訂閱式的專(zhuān)題產(chǎn)品應(yīng)用服務(wù)平臺(tái)。對(duì)典型區(qū)域的典型產(chǎn)品進(jìn)行持續(xù)更新，提供展示案例，并支持用戶長(zhǎng)期訂閱服務(wù)，平臺(tái)可提供月度、季度、半年、年度等監(jiān)測(cè)頻次周期性數(shù)據(jù)產(chǎn)品、專(zhuān)題圖和分析報(bào)告。
7、混合云底座（PIE-Engine NativeSphere）。全棧的Kubernetes容器云PaaS解決方案，是基于Kubernetes容器化云原生技術(shù)，集私有云、公有云和混合云于一體的新型算力網(wǎng)絡(luò)引擎，整合PIE-Engine各項(xiàng)能力，構(gòu)建面向地球科學(xué)領(lǐng)域的混合云操作系統(tǒng)。
8、北斗分析平臺(tái)（Beidou analysis platform）。基于云原生技術(shù)，搭建智能算力引擎，引接IGS、MGEX、iGMAS全球站點(diǎn)觀測(cè)數(shù)據(jù)，進(jìn)行衛(wèi)星導(dǎo)航服務(wù)性能和觀測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量評(píng)估分析，提供北斗星座可視化、北斗服務(wù)性能監(jiān)測(cè)評(píng)估、觀測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量分析、在線工具服務(wù)。
9、區(qū)塊鏈服務(wù)平臺(tái)（PIE-Engine Blockchain）。構(gòu)建可信數(shù)智經(jīng)濟(jì)的基石，基于可信數(shù)字共享、分布式身份、智能合約及跨鏈等技術(shù)，聚焦安全可靠的區(qū)塊鏈基礎(chǔ)設(shè)施構(gòu)建能力，為企業(yè)提供區(qū)塊鏈應(yīng)用的快速開(kāi)發(fā)、部署、運(yùn)維等全生命周期管理和安全可信的區(qū)塊鏈服務(wù)，實(shí)現(xiàn)企業(yè)級(jí)應(yīng)用的高效可信協(xié)同。

參考文獻(xiàn)：
[1]程偉，錢(qián)曉明，李世衛(wèi)，馬海波，劉東升，劉富乾，梁軍龍，胡舉. 時(shí)空遙感云計(jì)算平臺(tái)PIE-Engine Studio的研究與應(yīng)用. 遙感學(xué)報(bào)，2022，26（2）：335-347
[2]航天宏圖信息技術(shù)股份有限公司, https://www.piesat.cn/