国产OGE引擎：开启数字孪生地球新时代

开放地球引擎OGE打造国产化时空信息新基建算力-算法-数据深度耦合开启数字孪生地球新篇章一、应运而生为什么要打造国产化数字地球平台近年来地球时空大数据呈现爆炸式增长Landsat、Sentinel、MODIS等系列卫星每天产生的数据量以PB级计。然而海量、多源、异构的时空大数据在集成、管理和应用方面始终面临巨大挑战。更关键的是长期以来数字地球平台的核心技术和基础软件主要依赖国外如何推出国产化的数字地球平台提升从感知、认知到决策的全链技术自主能力成为摆在科研工作者面前的一道必答题[reference:0]。正是在这一背景下2024年1月11日由武汉大学龚健雅院士领衔的研究团队在山东海阳东方航天港正式发布了开放地球引擎Open Geospatial Engine简称OGE标志着我国新一代时空信息基础软件的诞生。中国工程院党组书记、院长李晓红两院院士李德仁等众多专家共同见证了这一历史时刻。由武汉大学龚健雅院士领衔联合湖北珞珈实验室、武汉珞遥信息技术有限公司及东方航天港研究院共同打造是集数据、模型、算力于一体的国产遥感云计算平台与数字地球引擎。通过动态汇聚多元时空数据、整合海量时空算子构建新一代时空信息基础设施为自然资源、生态环保、应急保障、低空经济、城市规划等多领域提供专业解决方案同时为高校科研教学搭建自主平台助力科学研究与人才培养。二、平台定位数据就绪、分析就绪、决策就绪的数字孪生地球服务OGE瞄准“数字中国”国家战略需求以全球动态时空信息的就绪型数字孪生地球服务为目标构建了数据就绪、分析就绪、决策就绪的新型地理信息服务框架。作为时空信息的新型基础设施该平台形成的“算力-算法-数据”弹性耦合和开放共享能力将在“一带一路”、全球测绘、数字孪生地球建设中充分发挥空间信息技术的独特优势。OGE的核心使命是应对海量、多源、异构的时空大数据挑战通过对多模态时空数据进行统一的组织与联合分析为智慧城市、环境监测、应急响应等重大应用提供核心支撑推动地球科学研究的范式变革。武汉一号珞珈三号 02星由武汉大学宇航科学与技术研究院高精度智能遥感卫星团队自主研制旨在用高性价比小卫星验证无地面控制的高精度几何定位和星上智能处理技术。卫星涵盖0.5 米分辨率全色成像、10米分辨率高光谱成像、立体测绘、夜光成像等多种任务模式能够提供多种高精度遥感影像数据产品。三、技术架构GeoCube 分布式计算 开放API的三位一体在技术架构上OGE由数据管理、计算引擎和服务接口三大核心模块构成[reference:6]。数据管理模块GeoCube多维对齐模型数据管理模块采用创新的“GeoCube”多维对齐数据模型通过多维对齐瓦片高效集成与管理多源异构时空数据[reference:7]。该模型能够动态汇聚与管理全球范围内的地球观测数据、数字高程模型、定量遥感产品、遥感AI样本、虚拟星座数据等多元异构时空数据。计算引擎模块高性能分布式时空计算计算引擎模块通过扩展Spark RDD将GeoCube模型无缝映射到云环境使GeoCube模型具备高性能分布式计算能力。在此基础上平台还实现了大规模矢-栅-场融合的分布式时空计算、多源时空立方联合分析、全球遥感影像在线智能解析等关键技术。服务接口模块开放API与交互式开发环境服务接口模块遵循OGC标准规范通过交互式开发环境中的可扩展API整合和共享数据、算子及时空分析模型简化数据查询和复杂分析应用的构建[reference:11]。配合一系列高性能优化技术OGE实现了算力、数据与算法的深度耦合与开放共享。四、核心能力数据、模型、开发三位一体1. 多源时空数据OGE的数据中心不仅汇集了Landsat、MODIS、Sentinel系列等国际公开数据还整合了“武汉一号”、“人民健康号”等自营数据后续还将接入各类商业卫星数据产品。平台支持在线浏览、条件检索并提供配套的元数据信息展示和云端开发能力。在开放数据层面OGE目前共包含29个数据集涵盖Landsat 8、DEM、DSM、车载轨迹、资源三号卫星等地理空间数据以及陕西省建筑物提取、武汉一号目标监测等AI训练数据集。300T数据70数据产品700时空算子22.63TFLOPS 高性能算力15PB总储存能力具有“存得下、算得快” 的硬件实力和 “直接用、够专业”的模型和数据成果沉淀是实现大规模数据处理、高效专业分析的优质平台。在国土、环保、农业、应急、高校教学等遥感测绘地理信息相关行业中发挥着巨大作用。2. 700专业时空模型基于武汉大学遥感学科的优势资源和各类研究成果OGE打造了超过700个专业时空模型覆盖栅格数据处理、矢量数据分析、定量遥感、空间分析、时空挖掘等多种行业领域。这些模型涵盖700余个时空算子覆盖数据处理、分析全流程为行业内外用户提供专业、快捷、便利的遥感计算工具。3. 双模式开发平台OGE提供脚本式编程和图形化任务编排两种开发模式支持在云端对全球级别的遥感数据产品进行开发调试。平台基于高速实时预览、高性能批处理、视域处理控制等能力轻松实现海量数据和多任务高并发的管控。五、应用案例从农业到能源的多元场景山东省西洋参适宜种植区域选址利用DEM数据和其他相关环境数据采用水文分析、地形分析和叠置分析确定西洋参适宜生长的区域。松线虫疫木区域识别基于高分辨率遥感影像通过松线虫疫木检测模型实现染病疫木的自动化提取[reference:21]。建设用地、操场和大棚识别基于“武汉一号”数据通过深度学习与时空谱融合技术构建专业大模型实现局部特定地物的快速识别。光伏面板施工进度监测通过定期采集的遥感影像数据和实时分析模型实现施工进度“可视化、精准化、动态化”管理。能源行业解决方案OGE深入能源领域打造时空智能计算服务平台整合能源行业的时空数据接入各类智能算法对各类要素进行分析计算保障生产安全降低生产成本。六、生态共建开放时空智能社区OGE倡导开放协作的生态系统通过开放时空智能社区汇聚各方力量推动遥感教育云计算平台、虚拟卫星星座、AI遥感智能体、CUBE高光谱大模型等方向的发展。2024年4月武汉大学还举办了“数智空天信息”开放地球引擎OGE应用创新开发赛面向全校学生征集基于OGE平台的大规模遥感数据分析应用在农业、林业、气象、海洋、交通、城市治理等领域自主选题。应用组和开发组两个赛道分别设置了最高3万元和4万元的奖励旨在激发青年创新活力丰富OGE平台的应用场景。无锡梁溪科技城也联合龚健雅院士团队以OGE平台为核心打造“全面感知、同生共长、数实融合、瞬时响应”的“云上之城”。七、总结与展望开放地球引擎的发布标志着我国在数字地球领域迈出了关键一步。它不仅是技术层面的突破——将GeoCube时空立方体模型、分布式计算和开放API有机结合更是战略层面的布局——为“数字中国”建设提供了自主可控的时空信息基础设施。龚健雅院士在发布会上宣布OGE将免费提供国内专业用户开放应用。这一举措无疑将大大降低遥感大数据应用的门槛推动时空智能技术在各行各业的落地普及。从全球视野来看OGE的愿景是构建一个就绪型的数字孪生地球服务平台服务“一带一路”、全球测绘等重大战略。随着更多数据、模型和开发者的加入OGE有望成为继Google Earth Engine之后又一个具有全球影响力的时空计算平台——而这一次是中国造。