2023年全国大数据与计算智能挑战赛于8月25日在贵阳结束激烈比拼^[1]。“基于亚米级影像的精细化目标检测”赛道吸引了来自国内高校、知名企业等574名人员组成的383支参赛队伍，经过为期三个月的初赛、复赛、决赛激烈角逐，航天宏图Sensing_earth团队获得第二名的好成绩，与第1名mAP相差0.007%。

2023年全国大数据与计算智能挑战赛是由大数据与决策（国家级）实验室组织，推动形成“集智众筹、联合攻关、共享共用”的研建用一体迭代演进创新模式。该赛事是第四届大数据体系高峰论坛的年度赛事活动，吸引来自“政军学企”大数据领域的有关专家、学者1500余人参与，已成为中国大数据领域最具影响力的综合性盛会之一^[2，3]。本届大赛以“发榜挑战、集智攻关”为主题，围绕自然语言处理、图像检测识别、时空数据分析、知识建模分析等前沿技术难点开设8大赛题。

航天宏图组织两支参赛队伍参与本届大赛“基于亚米级影像的精细化目标检测”赛题比拼。该赛题基于国产亚米级高景卫星影像形成了高分辨率的精细化目标检测样本数据集，旨在促进国产高分辨影像在目标精细化检测识别中的运用，实现国产高分辨率影像中的飞机、舰船目标精细化检测识别的任务。此外，大规模高精度的遥感影像人工标注往往需要巨大的人力成本，而且不可避免会出现一些标注错误。为了模拟这种现实情况，本赛题对初赛和复赛的训练数据标签进行了高比例的噪声污染，以模拟实际场景中标注数据不准给模型训练和推理带来的负面影响，因此具有特别的实用意义。

▲ 图1 “基于亚米级影像的精细化目标检测”赛题难点示意

针对赛题目标特征微弱、类间差异小、标注存在噪声等难点，航天宏图参赛团队提出了基于多种旋转框目标检测算法，尝试了Swin Transformer、LSKNet、InternImage等先进骨干网络。在区域建议网络训练方面，使用BCE loss和SmoothL1 loss对分类及定位进行监督。对于RCNN的分类头，团队创新性的提出动态损失衰减（Dynamic Loss Decay）训练策略。借鉴已有工作，模型训练过程可以分为早期学习阶段和记忆阶段。为了缓解因噪声对模型学习带来的干扰，在训练后期记忆阶段对损失进行动态衰减，提升模型的抗噪能力。借助数据增强、SimMIM 预训练模型初始化、随机权重平均（SWA）、指数移动平均（EMA）、测试时增强（TTA）、多模型融合（Rotate-WBF）等技术进一步提升模型的泛化性能，构建了高精度、鲁棒的精细目标检测模型。两个团队提交复赛模型mAP评测指标分别为77.57%,74.48%，位列排行榜第2、5名^[4]，第2名与第1名mAP相差0.007%，经过决赛答辩包揽二、三等奖，如图2，图3所示。

▲图2 “基于亚米级影像的精细化目标检测”复赛排名榜，红框为航天宏图参赛队

▲图 3 航天宏图亚米级影像精细化目标检测系统框架图

本次比赛，航天宏图参赛队从精细目标检测框架入手，尝试多种最先进的图像特征提取器，并结合自监督模型预训练、切合场景的数据增强策略、模型泛化训练策略及模型融合策略等手段，大幅度提高模型在亚米级光学遥感影像上精细目标检测的鲁棒性，如表1所示。此外，针对赛题中的类别误标噪声，我们团队创新性的提出基于交叉熵损失的动态损失衰减策略（DLD）对分类头的训练过程进行监督，从而大幅度提高模型利用标注噪声存在的数据样本的能力，可广泛应用于遥感解译、灾害评估、海陆救援、应急管理等领域，如图4所示。

▲表1 航天宏图亚米级影像精细化目标检测器消融实验

▲图 4 航天宏图亚米级影像精细化目标检测结果图

随着全球各国大数据战略持续推进，聚焦数据价值释放，数据正成为重组全球要素资源、重塑全球经济结构、改变全球竞争格局的关键。国家“十四五”规划纲要中明确提出要加快数字发展，建设数字中国，迎接数字时代，激活数据要素潜能。航天宏图将持续研发人工智能、多源感知、大模型等先进技术在遥感大数据领域的应用与创新，发射女娲星座抢占商业卫星互联网产业新高地，为打造卫星互联网应用中的“遥感大模型”进行有益的技术探索和实践。

参考文献

[1]全国大数据与计算智能挑战赛官网

https://www.datafountain.cn/competitions/637

[2]第四届大数据体系高峰论坛官网

https://bigds2023.chinafuturelink.com/

[3]第四届大数据体系高峰论坛科技日报新闻

http://www.stdaily.com/index/kejixinwen/202308/3ed1e5050c784dcfa9ada5d6f1574351.shtml 

[4]全国大数据与计算智能挑战赛“基于亚米级影像的精细化目标检测”赛道复赛成绩https://www.datafountain.cn/competitions/637/ranking?isRedance=0&sch=2135