大数据与环保（140428）

闵应骅

   现在国内大数据叫得很响，但是空谈比较多。我不喜欢空谈大数据，我想看到大数据的应用实例。2014/4/16 IEEE Spectrum Alert发表一篇文章，介绍将大数据用于环境保护。开发了一个新的森林映射工具（见下图），当大片森林被砍伐、被破坏时，对监视者发出声响警告。这引起了我的兴趣。

   当森林中一颗树倒了，不但有一声响，而且，计算机发出一个警告，送给关心人士、研究人员和环境政策制定者。这事可不易，要从杂乱无章的特殊格式的卫星数据里找到那块特定的森林，从图像上识别刚倒塌的那颗树，又要实时地送给相关人士以警告。技术难点很多。一个在线工具把大数据处理技术应用于卫星图像，发现森林采伐和受损的情况。这工具叫Global ForestWatch（全球森林监视），是由世界资源研究所开发的。用户可以探索全球地图，发现自2000年以来森林的变化趋势，而且考察森林情况，精度达到30米。该地图的热带区域每16天更新一次。用户可以选择警报，即当系统诊察到非法采伐或者森林火灾的时候对你发出警报。

   该网站由谷歌地图引擎提供技术支持，由美国NASA和美国地质调查局的几颗卫星提供图像数据。谷歌开发一个平台即集中千万亿字节的地球科学数据，并给研究人员简单直接的方式来使用这些数据。谷歌地球引擎高级开发人员David Thau说：用户只要登录、取出这些数据、运行他们自己的算法就可以了。谷歌地球引擎现在已经有几千研究伙伴。

   谷歌森林监视是一连串项目的研究成果。世界资源研究所的数据实验室早就有一个热点地区森林警报系统，基于NASA两个卫星Terra和Aqua上的中等分辨率的分光辐射度计所测量的数据。美国马里兰大学一位地理科学教授Matthew Hansen与谷歌地球引擎合作，用NASA和 美国地质勘探局的几个美国地球资源卫星，用于全球森林监视。前者提供较好的时间分辨率，而后者提供很好的空间分辨率。

   研究人员的算法用卫星的可见光和红外数据画出某一个地点的森林丢失情况的地图。每一个卫星图像的像素记下它的颜色和红外信号特征，算法比较这些像素随时间的变化。一个表示灯从绿变成棕色，就是一个坏消息。但是如果天上有云，就需要设法去噪。2008年地球资源卫星数据可以自由使用了，Hansen对每30米一个像素点，要考虑1430亿个像素点。每月每年跟踪这些点，根据季节的不同，特征会有正常的变化，而且要区别农作物和林地。合作者去年11月发表了对刚果一块森林的2000-2012年丢失150万平方公里森林的报告，他们在10000台计算机上计算了1百万CPU核小时。在云计算中，研究人员要考虑计算任务在整个网络中的分布，而地球引擎的研究者只要用一个程序接口进入他们的问题，就自动地并行化了。为了建造公用的全球森林监视网站，世界资源研究所计划让大众都能取得这些大数据，希望政府部门、商业界、研究人员和各种利益团体都能用这个网站，以得到森林管理的较好图像。

   通过这个报道，我有几点感想：

1．大数据在这里用上了，决定于三要素：卫星、David Thau和Matthew Hansen。卫星提供数据，David Thau开发平台，Matthew Hansen做数据分析。

2．卫星是要用的。我们经常听到我国卫星发射成功的消息，却很少听到卫星被用上了的消息。我们的卫星发射技术的确已经过关，而且已经商业化。我们自己也发射了许多卫星。但是，较少听到卫星做了什么用、对国民经济起了什么作用、卫星数据是否可以供研究人员自由使用。卫星收集了那么多数据，如果不用，那收集它干什么呢？如果只让少数人关起门来用，那么这种保密是要防止什么呢？

3．大数据的研究一定要有实际用处。用大数据做森林监视就很好。每年我国森林火灾和非法砍伐常有报道，如果能自动监测，而且实时给相关人员以警示，那多好啊！可这有一大堆工作要做。IT人员要提供工具，方便专业人员处理这些数据；专业人员要研究他们自己的算法做出各种监视的判断。这不容易啊！