使用卫星图像监测边界冲突 ： 从业人员手册

利用卫星图像监测边界图像：Practtoners手册 ThisreportwasproducedbytheGeospatialTechnologiesProject(http://www.aaas.org/geotech)aspartoftheScientificResponsibility,HumanRightsandLawProgram(SRHRL,http://www.aaas.org/srhrl)oftheAmericanAssociationfortheAdvancementofScience(AAAS).AsaprogramofAAAS−−theworld'slargestmulti−disciplinaryscientificmembershiporganiza−tion−−SRHRLengagesindividualscientistsand scientificassociationsinhumanrightsefforts;appliesscientifictoolsandtechnologiestoenhancehumanrightswork;bringshumanrightsstandardstotheconductofscience;andpromotesthehumanrighttoenjoythebenefitsofscientificprogress. ThisreportwasauthoredandeditedbythestaffoftheGeospatialTechnologiesProject: Dr.SusanWolfinbarger,ProjectDirector JonathanDrake, SeniorProgramAssociate ProgramAssociate 免责声明 Theopinions,findings,andconclusionsorrecommendationsexpressedinthispubli−cationarethoseoftheauthor(s)anddonotnecessarilyreflecttheviewsoftheAAASBoardofDirectors,itsCouncil,andmember−ship,ortheUnitedStatesInstituteofPeace. 联系人 地理空间技术项目 ©Copyright2015 地理空间技术项目 Coverimagesphotocredit:DigitalGlobe Acknowledgement PrimarysupportforthisprojectwasprovidedbytheUnitedStatesInstituteofPeacethroughgrantnumberUSIP−043−12F. 用卫星图像监测边界图像：Practtoners手册 Introducton背景 跨界冲突往往难以预测。即使涉及的国家之间存在广为人知且持续时间较长的争议 ，出于多种原因，冲突可能看似突然升级 ，对观察者来说几乎没有预警。观察者难以识别即将爆发冲突的预警信号有诸多解释。例如，此类冲突最初爆发的区域往往是偏远地区，存在官僚或行政障碍，或者内部安全局势不稳定。此外，事后被认定导致危机的指标在发生时往往看似无害，因为事件可能存在多个合理的解释。尽管面临这些挑战，预测边境冲突的爆发对于关注人权和人道主义问题的许多群体而言至关重要。本手册提供了一种方法，使用卫星图像监测潜在纠纷，以检测跨边界冲突的早期预警信号。 遥感图像以其能够可靠地随时间监测远程和难以到达的区域的能力，提供了一种规避与边境冲突监控相关挑战的方法。自1999年以来，商业高分辨率图像的可用性以及计算技术的进步使得以往仅限于政府使用的工具现在可供非政府行动者使用。许多组织现在经常利用遥感图像进行包括灾难响应、监控人权侵犯、众包地图绘制和冲突监测（例如人权观察、MapKibera、哈佛人道主义倡议和红十字会）等用途。然而，将此技术用于冲突早期预警方面却相对未被充分探索。 2013年，在美国和平研究所的资助下，美国科学促进会（AAAS）的地空间技术和人权项目启动了“敌对”项目。 监测边界工程1 区域：利用卫星影像揭示跨境冲突的趋势 （以下简称“敌对领土项目”）。该项目的目标在于评估高分辨率卫星影像分析技术的可能性，通过研究历史上的边境冲突作为案例研究，以提供早期预警信号。从商业卫星影像供应商的档案中获取了各冲突地区的历史影像，并进行了分析，以识别任何在暴力爆发前可能出现的潜在指标。 根据四个具体标准选择了案例研究。 根据这些标准，最初选择了六个案例研究。当在2014年春季对这些案例进行分析时，乌克兰和俄罗斯关于克里米亚的冲突发生了。这一冲突被添加为第七个案例研究，以评估从先前案例中学习到的教训是否可以应用于正在进行的边境争端。案例研究按照地理区域和冲突起源的主题进行分组。两个冲突涉及非洲的后殖民边界（苏丹-南苏丹和吉布提-厄立特里亚），而柬埔寨-泰国和印度-巴基斯坦之间的冲突则涉及亚洲的后殖民边界。最后的三个冲突起源于苏联解体（格鲁吉亚-俄罗斯、亚美尼亚-阿塞拜疆和乌克兰-俄罗斯）。 1)争端必须涉及国家行为者在共同边界上的混淆。 2)它一定发生在1999年9月之后，当时可以使用商业高分辨率图像。 3)该伪装犯必须已军事化很可能会 可以通过卫星图像探测到。 4)有足够的历史图像，以确保成功分析的可能性很高。 Africa 苏丹和南苏丹(2011-2013年) •吉布提和厄立特里亚(2008)亚洲•柬埔寨和泰国(2008-2011)•印度和巴基斯坦(2001-2002) 前苏联 •格鲁吉亚和俄罗斯(2008年)•亚美尼亚和阿塞拜疆(2008-2012年) •乌克兰和俄罗斯(2014年) 2监测边界工程 分析七项案例研究的结果已被用于创建多个产品，所有这些产品都免费在项目网站www.aaas.org/geotech/borders上获取。一份深入的案例研究报告详细描述了每项七项案例研究中使用的图像和分析结果。另一个产品是汇总报告“敌对领土：近期跨境冲突卫星图像学习（htp ://www.aaas.org/geotech/hostle_territory/）”，它总结并比较了案例研究。此外 ，一个分析模块“跨边界冲突遥感入门：GIS和遥感分析专家的指南（htp://www.aaas.org/geotech/border_module/）”也被提供给熟悉地理信息系统（GIS）和遥感分析基本概念的专业人士，并对他们有兴趣将专业知识应用到边境研究领域。这个模块将为这样一位专家做好准备，以便理解边界冲突分析涉及的主要考虑因素。 这份文件，“利用卫星影像监测边界冲突 ：面向实践者的手册（htp://www.aaas.org/geotech/border_handbook/）”，旨在为人权和人道主义行动者提供关于使用遥感技术预测边界冲突的可能性的重要信息。手册将提供有关技术能力的了解 ，用于记录边界冲突，并提供关于进行 此类分析所需资源（包括时间、人员专业知识、软件和数据成本）的详细信息 。它介绍了商业可获得的卫星图像类型 、获取过程以及相关费用。此外，手册还包含有关进行此类分析所需的技术要求、软件和硬件的概述。另外，手册还将提供从选址到报告撰写的过程规划步骤的详细描述。手册还简要总结了应监控的地点类型及其可能观察到的现象，这些详细信息在上述文档中以及在AAAS网站上均可获取。 监测边界工程3 卫✁图像的获取与处理 遥感图像的多个来源可供使用，范围从由政府机构提供的低分辨率地球观测档案到商业供应商提供的高分辨率图像。可获取大量低分辨率图像，此处定义为像素分辨率小于每像素15米的空间分辨率，这些图像可通过美国国家航空航天局（NASA）和欧洲航天局（ESA）等来源获取。此类图像对公众免费，并常被各种研究人员用于多种科学研究应用。然而，这些产品的低空间分辨率使其不适合监测跨境冲突，因为它们无法用于检测此类分析所需的详细地面细节水平。 为了冲突监测，分辨率不低于每像素5米的高分辨率影像数据是必要的。商业级别的高分辨率影像数据首次于1999年9月出现，当时SpaceImagingCorporation发射了IKONOS卫✁，其空间分辨率为每像素1米。在此后的时间里，其他公司也发射了高分辨率卫✁，部分卫✁的空间分辨率达到每像素0.5米。空间分辨率越高，分析师越有可能识别出更小、更详细的特征 ，例如特定型号的飞机。 这种详细程度对于冲突监测至关重要，因为在冲突监测中，车辆和其他物资的移动可以成为预示即将发生暴力活动的关键指标。 两家最大的商业卫✁公司——DigitalGlobe和AirbusDefenseandSpace——共同运营着当前轨道上大部分商用卫✁（尽管还有其他传感器可用，例如由ImageSatInternational和Skybox运营的Eros-A和Eros-B，后者最近被谷歌收购）。这两家公司都维护着网站，允许用户根据兴趣的时间和地点搜索图像档案（请参见附录以获取网址）。由于这些公司都是营利性运营 ，因此只有在特定需求时才会收集某一区域的图像。这意味着图像不会持续收集，并且存在覆盖范围上的空白。收集的图像随后存入档案中，并可转售给其他客户。因此，在特定位置的历史图像数量可能因地区而异，变化较大。一般来说，人口密集地区或经历自然灾害、冲突等重大事件的地区，比人口稀少、未吸引大量关注的地区，拥有更多历史图像。此外，随着时间的推移，卫✁数量增加，因此更近的事件可以获取到更多的图像。商业供应商还允许客户在未来某个时间点下单订购特定地点的新图像（通常称为“新采集”）。 4监测边界工程 行业术语中。新收集的价格通常高于归档图像，但在某些区域没有可用图像时，有时需要购买这些新收集。 归档图像的价格从每平方公里10美元到30美元不等，而新的收集则定价在每平方公里20美元至40美元之间。归档图像和新收集通常都是通过授权经销商订购的。这些经销商在卫✁公司与最终用户之间扮演着中介的角色。许多经销商都设定了最低订单量（例如，25公里）。2场景的成本范围可以从低至$250的小区域到新图像的大区域所需的数万美元不等。供应商可以使用形状文件、地图文档格式或中心点坐标及包含感兴趣区域的半径来定义站点位置。根据供应商和交付方式的不同，图像可能需要长达几周的时间才能送达，这一点必须纳入分析项目的进度表中进行考虑 。 大多数图像可以通过FTP服务器提供，尽管对于互联网带宽较低的区域，如通过邮政邮寄发送可携式存储设备，存在其他交付选项。高分辨率图像文件通常很大，往往超过1GB，下载时带宽可能会成为关注点。许多销售数据产品的供应商提供了诸如对齐、地理参考和正射校正等处理过程 ，这些都可以用于优化图像数据的使用。 但许多分析师更倾向于自己执行这些功能 。拼接融合涉及到将单个传感器的多光谱和全色带组合起来，以最大化图像的空间分辨率。地理参考和正射校正是为了更好地使图像与其正确的地理位置对齐而设计的。根据图像的大小以及所使用的计算机功率，这些功能的执行时间可能在10分钟到数小时之间不等，并应纳入分析时间线中。关于本分析过程中所使用方法的深入描述，请参阅分析模块“跨境冲突遥感入门：分析师指南”（htp://www.aaas.org/geotech/border_module/）。” 卫✁图像分析需借助专门软件。市面上有多种可供选择的商业软件包，如ERDASImagine、ExcelisENVI和ArcGIS，以及开源软件QGIS等，这些软件均可用于打开及分析图像。这些程序共享许多相同的功能，但每款软件都具有其独特的过程、算法和功能。在购买软件前，必须评估特定项目所需的功能，因为这些程序的许可费用每年可能从几百到几千美元不等。此外，还需要训练有素的分析师来操作这些软件，并配备相对新式的计算机。 监测边界