ArcGIS Pro加速全美第一大海灣生態恢復

　　在剛剛結束的2017年Esri全球用戶大會上，切薩皮克灣管理局的技術人員向來自全球的近16000名參會人員展示了他們基於Esri的ArcGIS平臺所做的高分圖像分類及應用，如何幫助他們更好地掌握土地利用詳情，進而快速高效地制定規劃，加速海灣的生態恢復。

　　灣區的過去

　　切薩皮克灣位於美國東海岸中部，全灣長311公里，寬5∼40公里，是美國面積最大的海灣。此前，農業徑流、海平面上升、腐蝕作用以及污染等問題導致這一地區的生態環境受到了極大的破壞。目前，經過了一百多年的發展後，切薩皮克灣正走在恢復健康的道路之上。為了幫助該地區的1800多萬人口可持續地使用資源，切薩皮克管理局與Esri和微軟公司合作，向各級管理部門及合作單位提供準確的土地覆蓋信息。

　　過去，切薩皮克灣管理部門一直使用 Landsat 30米中分影像數據進行土地利用分類，並將分類結果用以指導規劃。當處理範圍為整個流域時，可獲得良好的運算結果。但在定位到具體目標區時，中分分類圖像獲得的規劃數據由於精度較低，與實施數據間無法建立有效聯繫。

　　高效的數據獲取需求

　　管理局迫切需要更新到高分圖像。經過了18個月的努力，2016年12月，他們終於生産了一版超高解析度土地利用覆蓋圖。

　　左：高分分類結果 右：中分分類結果

　　高解析度圖像的加入改變了他們的工作模式，然而更新圖像所花費的時間以及技術成本非常昂貴。管理人員需要更加快速、實惠的技術手段來獲取地表覆蓋分類數據。

　　ArcGIS Pro提供全新方式

　　Esri的ArcGIS平臺有效地解決了這個問題。在全新的桌面應用程式ArcGIS Pro中，它將高解析度影像服務接入，並進行假彩色處理，圖像分割。選擇隨機樹分類樣本，設置分類方法、簡化分類處理工作流，構建了動態處理模型。

　　ArcGIS Pro對高解析度影像進行假彩色處理

　　模型既可以在ArcGIS Pro中，通過 實時處理獲得感興趣區域範圍內的圖像分類結果，還可以使用ArcGIS Image Server 的柵格大數據工具框架進行分佈式處理，高效輸出，獲得高精度的分類結果。在微軟雲上，使用模型對整個海灣超過 2TB 影像進行分割與分類，獲得全區分類圖總用時約150 個小時，如果採用傳統方式需要處理 2500個小時。

　　分類成果的應用價值

　　切薩皮克灣管理局地理分析項目經理卡桑德拉﹒帕拉介紹説，2025年是他們實現海灣生態恢復目標的最後期限。通過 ArcGIS 獲得的地表覆蓋數據與歷史數據相結合，可以用於解析流域周邊變化，了解河流的影響因素從而得到需要優先保護，或生態恢復的區域。

　　以在弗吉尼亞州周邊的某縣為例。在過去，他們的一個繁重任務是訪問一個有53000個網格的區域，並評估優先級。現在，通過對兩期數據的對比，基於ArcGIS Pro的實時處理功能，可以迅速找到差異區域。比如，通過對比分析獲得的橙色區域，是整個流域中樹木覆蓋減少區。基於這個結果，管理人員判斷出這些地區是水質監測與恢復的重點區域。

　　基於ArcGIS Pro的實時處理功能可以迅速找到差異區域

　　同時，還可以快速獲得新增房屋和道路區域。所有分析結果可以在ArcGIS中，進一步製圖輸出。

　　製圖輸出

　　切薩皮克灣流域共有206個縣，Image Server 以及雲端處理技術大大提升了灣區的工作效率。

　　AI 技術加入

　　在高分影像應用的過程中，分類效率及精度是其難點所在。從去年起，微軟、Esri、切薩皮克州管理部門還共同展開了微軟 AI 技術與 ArcGIS 深度集成的合作研究：主要是將世界地圖集中的 1 米解析度 NAIP 圖像作為樣本，訓練出先進的深度學習模型，並將模型集成到ArcGIS中。然後，通過ArcGIS 平臺提高高分圖像分類效率，並實現高效應用。