开放地球引擎OGE驱动的能源时空信息服务新模式
开放地球引擎OGE驱动的能源时空信息服务新模式 乐鹏 武汉大学 2025年12月12日 目录CONTENTS 开放地球引擎 时空服务标准 能源时空服务 1.1背景 1全球能源决策需要数字地球支撑 ■煤、电、化、运涉及以时空位置和时空环境为核心的时空信息 1.2时空信息应用广泛 1.3时空信息服务国家需求 ■时空信息已成为国家重要新型基础设施 北斗基础设施 时空AI基础设施 时空数据基础设施 时空计算基础设施 多模态模型库·大规模样本库多智能体协同 谷歌地球引擎欧空局数据立方东数西算工程 高分专项地理国情普查全国国土调查 如何有效提供地理信息服务是发挥时空信息基础设施效能的关键 1.4地理信息服务发展 1传统地理信息系统（GIS）走向数据-算法-算力耦合的智能时空基础设施服务 1.5国际发展态势 需自主创新，研发国产的数字地球引擎 开放地球引擎OGE 新型时空信息基础设施一中国版数字地球 2.1新型地理服务引擎 传统时空数据服务面临计算服务升级 已有的计算服务引擎偏重传统物理模型，时空AI模型智能处理不足 2.2开放地球引擎 提供多层就绪服务 形成时空信息智能底座 突破系列关键技术 2.2开放地球引擎 融合自创的数字地球时空立方体GeoCube理论模型（发表在领域顶刊IJGIS），实现全球大规模对地观测数据管理，提供高效的分析就绪型数据访问、处理和计算服务 支撑全球定量遥感产品及“武汉一号”卫星数据的超200万景PB级大规模海量数据处理 口全球EO样本数据共享 口全球DEM/DOM+在线几何校正 近百个样本数据集>1000万样本量场景分类、目标检测地表覆盖分类、变化检测、三维重建 口全球定量遥感产品 口全球虚拟星座、全球尺度分析 地表温度、净辐射、总初级生产力、蒸发蒸腾量、叶面积指数、光合有效辐射比 .Landsat.MODIS、高分、哨... 2025年联合大会IEEEPES电力信息通信与网络安全（中国）学术年会能源北斗与时空智能创新技术应用大会能源行业人工智能应用大赛暨创新发展大会 2.3平台架构 基础设施：支持干核CPU，P级GPU算力和百PB级存储 数据组织：汇集多源时空数据通过预处理集成至嵌入立方体中进行统一组织管理 分析计算：借助高性能计算范式，提供高效的时空计算和智能推理 协同服务：提供数据就绪、分析就绪、AI就绪等多种服务 标准支撑：遵循ISO和OGC地理信息服务和数据标准，实现互操作12 2.4关键技术一：时空立方组织 关联表达，在立方体单元内实现全域多源数据的融合对齐 构建顾及分辨率差异构成多级可变网格，实现失量、栅格和专题数据的一体化融合管理 基础地理数据基础地图，DEM.遥感影像数据高分，武汉一号，哨兵AI样本数据目标检测，地物分类环境气象数据温度，降雨.社会经济数据人口密度，城市区划专题数据产品植被，不透水面， 2.4关键技术一：日时空立方组织 多源异构时空数据 语义关联与查询优化 时空语义关联框架 扩展时空本体跨领域语义模型语义转换映射机制 增强立方体模型 语义信息嵌入组织模式匹配规则时空语义信息集成 语义关联对齐融合 智能关联发现语义增强索引立方体语义查询 2.4关键技术二：1时空计算架构 现有时空计算复杂度评估方法依赖先验知识，空间异质性易导致评估不准分解失衡，发展学习型时空计算的新范式 突破先验依赖通过时空计算特征学习克服时空计算的异质性 时空计算架构2.4关键技术二： 基于开放计算架构构建标准化、可扩展、高性能的开放时空算子体系，内置云原生时空算子集，集成丰富的开源软件算法，还可导入用户开发的专业模型 2.4关键技术二：E时空计算架构 开放地球引擎OGE计算组件已经在开放时空智能社区（OGEAlliance） (https:llogeoa.net))开源，支持二次开发服务 https://ogeoa.net/discover/detail?id=OpenCodes-33213443-c5a1-4f73-b19f-2c9de25f34c5 https://github.com/openrsgis/oge-computation 2.4关键技术二：时空计算架构 共建、共享开放生态：开发者可在开源OGE版本上进行算子、算法开发工作，成果可发布到开放时空智能社区中，并可集成到OGE平台 集成陈宝敏老师团队开发的地形因子计算、地形特征分析、水文分析三类算子18个 集成卢宾宾老师团队开发的时空聚类与统计算子 感谢武大遥感学院、全重GIS、清华大学、地大、武理工、湖北大学珞遥、司吉奥、国能等贡献者，以及在OGE开放社区中贡献的各位老师、同学 2.4关键技术三：时空嵌入表达 整合武汉一号/高分卫星影像土地覆盖分类、DSM等生成高分瓣率二三维语义嵌入数据，转换为64维特征表示，实现多源时空数据融合表征与高效压缩 2.4关键技术三：时空嵌入表达 基于Local基础嵌入模型，实现多任务感知 自监督学习+弱监督学习进行多模态数据的语义对齐，有效整合多任务场景 2.4关键技术四：时空AI推理 从DataCube发展为AlCube，提供样本数据就绪、Al模型就绪、Al推理就绪 AI就绪(Yue et al., UJGIS, 2022) 2.4关键技术四：时空AI推理 基于OGCAI模型标准DLML构建时空AI模型库实现AlCube分布式推理框架构 建推理引擎，支撑大范围异质场景的遥感影像的CPU/GPU协同推理计算 2.4关键技术五：时空智能体问答 挑战一存在时空知识边界 挑战二存在时空能力边界 大型语言模型 不擅长超出文本模态的时空计算·无法调用外部时空资源 ·缺之专业领域知识·且难以及时更新知识 时空问答 时空数据查询时空数据发现 时空数据处理时空数据分析 2.4关键技术五：时空智能体问答 时空问答推理路径探素、剪枝与增强 基于LLMs的时空知识图谱推理方法（STRKG） 主要结论 LLMs具备世界知识基本具备常见行政区划关系判断 时空编码工具在地理问答中的必要性 2.4关键技术五：时空智能体问答 基于LLMs的时空知识图谱推理方法（STRKG） 实验通过四个难度等级的能力问题， 1）Level1只涉及单个约束条件和单跳的问题2）Level2涉及多约束条件和多跳的问题3）Level3涉及时空条件、多约束条件和多跳的问题;4）Level4包含时空条件、多约束条件、多跳和推理条件问题。 所提出的STRKG在取但最优的召回率情况下具有较低的时间成本 强调了平衡性能与资源成本优化问答体验 2.4关键技术五：时空智能体问答 扩展LLMs的时空能力边界 基于知识图谱与多智能体的时空问答，支持时空数据检索和时空任务的自主求解 2.5平台概况 2.5平台概况一数据中心 融合时空立方体GeoCube，实现全球大规模对地观测数据的就绪型管理，提供高 效的分析就绪型数据访问、处理和分析服务 全球数据覆盖 内置高分系列、武汉一号、Landsat、MODIS、Sentinel等数万景数据，覆盖多分辨率、多光谱类型，适配陆地、海洋等多业务场景 多维高效检索 支持空间范围+时间区间+云量等多维度组合检索，配套在线预览、覆盖度查询等功能，提高数据获取效率 分析就绪 原始数据经标准化处理后“零等待”交付，无需额外预处理，可直接支撑应用开发、场景分析等业务需求 2.5平台概况一模型中心 内置750+时空分析算子与模型，包含预处理、矢量处理、栅格处理、A/模型等类型算子，提供算子代码示例，方便开发者调用 2.5平台概况一开发中心 提供在线交互式编程、图形化工作流构建、应用工具等3种适配不同用户的多元开发模式，覆盖编程/非编程用户，兼顾专业深度与易用性 <>在线交互式编程 为编程用户提供代码编辑与调试环境，支持Python等语言调用算子，兼容OGC标准APl，适配二次开发与定制化需求 图形化工作流 通过可视化模块拖拽方式，无需编写完整代码即可完成分析流程编排，兼顾灵活性与易用性，衔接非编程与编程用户需求。 应用工具构建 零代码体验：极简流程“选数据一选模型一设参数一点运行”。 2.5平台概况 实现全球互操作开放服务提供数据检索、下载和计算服务，支持用户交互式计算 OGE-OGCAPIDocumentation 2.5平台概况 全球尺度气象数据实时可视化与表观温度实时计算 数据源：温度、相对湿度、风速、降水数据等（ERA5数据集模拟实时数据流） 分析：倾斜时间维度上卷（OLAP一上卷） 每小时的数据在当天过后，会自动上卷（平均值）为每天的数据，以减小存储压力 时空服务标准 ■ISO地理信息技术委员会（ISO/TC211） Geographicinformation/Geomatics ISO/TC211成立于1994年，专注于地理信息领域的标准化工作，主要包含地理信息、方法、工具和服务的获取表达、管理、处理、分析、转换。 WG6（Imagery）：关注影像和栅格数据及其元数据：WG7（Informationcommunities）关注地理对象、元数据信息、语义信息和地址信息的概念模型，也包括士地管理等特定领域的应用模式WG9（Informationmanagement）：聚焦地理信息的组织、存储、表达和分发●WG1o（Ubiquitouspublicaccess）：关注移动智能终端环境中的地理信息访问●JWG11（GIS-ITS）是TC211和TC204（IntelligentTransportSystems）的联合工作组：关注智能交通、导航、定 国际地理信息标准化组织一ISO3.1E WG4Geospatialservices WG4wasestablishedduringthefirstworkprogramfrom1994.WG4hadfromthebeginningatightcooperationwithOGC,standardsdevelopedinOGCwassubmittedtoISOlaterintheprocessandstandardsdevelopedinISowasapprovedasOGCstandards.WG4requestedOGCtosubmitstandardsthatweconsideredtobevitaltoISO/TC211.ThisworkisnowontheagendaforAG4JAG. WG4hasitsmainfocusongeospatialservices,butduetodistributionofworkbetweentheWG's,alsocoversothertopicsllkeregisters,conformanceandtesting,encoding,portrayal,etc. Convenor:ProfessorPengYue,China(2023-12) Publlshed: 已发布12项地理信息服务相关标准，其中大部分标准来自于OGC标准规范，包括GML，WFSWMS,SimpleFeatureAccess等 实现从OGC标准到ISO标准的快速转化 3.2国际地理信息标准化组织一OGC 国际开放地理信息协会（OGC）：全球地理信息服务技术标准的先行者 起源于1994年，拥有欧美等航空航天、自然资源、测绘地理政府部门（美国航空航天局、欧洲航天局等）著名企业（微软、亚马逊、谷歌、苹果等）、世界著名大学（哈佛大学、英国伦敦大学学院等）等500余家成员单位 国际地理信息标准化组织一OGC3.2E OGC标准体系 3.3驱动新标准新的信息模型 GeoAl：以地理人工智能领域为例自前缺芝足够的源与规范的训练数据集已成为制约AI/ML算法发展和改进的主要
