A12
用公开卫星影像检测机场跑道道面劣化
Runway Pavement Distress Detection from Public Satellite Imagery
1 · 创新命题
中 面向发展中地区中小机场的道面巡检工具，用免费高频卫星影像（Sentinel-2 + Landsat） 的时序光谱变化检测跑道道面劣化趋势，把需要专业车载检测（单次数万美元）的 道面状况评估，降为可每月自动运行的免费筛查，用于决定何时值得花钱做专业检测。 EN A satellite-based runway-pavement screening tool for under-resourced airports: free Sentinel-2/Landsat time series flag deterioration trends, turning a $10k+ specialist survey from a routine expense into a triggered one.
2 · 背景与空白
道面状况指数（PCI）评估需要专业设备或人工步测，中小机场往往推迟或跳过。 已有工作：遥感在道路劣化监测上有较多研究（多用高分辨商业影像或无人机）； Sentinel-2 的 10 m 分辨率对跑道（宽 45 m）勉强可用但处于极限。 空白在：用免费中分辨率影像做跑道道面筛查的可行性边界没有公开量化， 即"10 m 分辨率到底能不能看出道面劣化"这个问题没有明确答案。 适合学生课题：数据全免费、结论正负都成立（若不可行，明确的分辨率边界结论同样有价值）。
3 · 可检验假设
H1 在有公开道面大修记录的机场样本中，跑道区域的 Sentinel-2 时序光谱特征 （如 SWIR/NIR 比值趋势）在大修前 12–24 个月呈现显著单调变化， 可在大修事件二分类上达到 PR-AUC ≥ 0.65。 H2（备择）若 H1 不成立，则 10 m 分辨率下的信号被混合像元（跑道边缘、标线、 周边草地）主导，给出可行的最低分辨率阈值估计——这是明确且有用的否定结论。
4 · 量化验收标准
- 【方法学校验 · 硬门槛】 用自建大气校正与提取管线复现 已知地物的标准反射率（如公开的辐射定标场或已发表的 Sentinel-2 验证数据）， 偏差 ≤ 10%。此条不过，全部光谱趋势无效。
- 样本：≥ 25 个机场，其中 ≥ 8 个有公开的道面大修/重铺时间记录（正样本）。
- 统计口径预先写死：这是极不平衡任务 → 报 PR-AUC、召回、精确率，明确不报 accuracy； 按机场划分训练/测试（同一机场不得跨集，防止空间泄漏）， 并额外报告随机划分会高估多少 —— 空间泄漏是遥感课题最常见的致命错误。
- 必须做混合像元分析：报告跑道中心纯像元占比与其对结果的影响。
- 必须报告云覆盖与季节性的处理方法及其对时序密度的影响。
- 全部代码与机场清单开源。
5 · 数据与工具
| 用途 | 来源 / 工具 |
|---|---|
| 影像 | Sentinel-2 L2A（Copernicus，免费）；Landsat 8/9（USGS，免费） |
| 处理 | Google Earth Engine（免费学术额度）或 sentinelhub + 本地处理 |
| 跑道几何 | OpenStreetMap 机场跑道多边形 |
| 大修记录 | 各国民航局公开的机场改造项目公告、FAA AIP 拨款记录（美国最完整） |
| 对照基准 | 已发表的道路劣化遥感研究 —— 仅用于对比，不计入本项目贡献 |
能力边界：Sentinel-2 的 SWIR 波段为 20 m 分辨率（非 10 m）， 用于跑道分析时纯像元极少；必须实测并报告纯像元数量， 不得笼统称"用 Sentinel-2 10 m 数据"。这是本课题最容易被评委抓住的不精确表述。
6 · 赛季执行路径
- 第 1–2 周：建 GEE 管线；完成反射率方法学校验。
- 第 3 周：收集有大修记录的机场清单；若正样本 < 8 个，立即降级（见 go/no-go）。
- 第 4 周：混合像元分析 —— 确定每个机场的可用纯像元数。
- 第 5–6 周：提取时序特征；处理云与季节。
- 第 7–8 周：建分类模型；按机场划分评估。
- 第 9 周：空间泄漏对照（随机 vs 按机场划分）。
- 第 10 周：H2 分辨率边界估计（用高分辨影像降采样模拟）。
- 第 11–12 周：简述撰写。
7 · 新颖性边界
不声称：不声称可替代专业道面检测；不声称测出 PCI 数值； 不提出新的遥感指数；不声称本方法达到工程验收精度。 已有工作：道路劣化遥感研究多用高分辨商业影像或无人机； Sentinel-2 在大尺度地物监测上应用成熟。 本项目贡献：免费中分辨率影像用于跑道道面筛查的可行性边界量化， 含混合像元与空间泄漏的严格处理。H2 为真（不可行 + 给出分辨率阈值）同样是完整贡献。 护城河类型：价格坍塌（A）—— 攻击的是"完全不做检测"的空白而非替代专业服务； 诚实说明护城河弱（方法可复制），价值在于筛查触发逻辑与机场基准库。
8 · go/no-go
第 3 周末：若有公开大修记录的机场 < 8 个 → 降级为美国机场专做（FAA AIP 拨款记录完整公开，正样本充足）， 主结论框架不变，仅地理范围收窄。 第 4 周末：若纯像元数中位数 < 20 个/机场 → 降级为 H2 主导：直接做"分辨率-可检测性"关系研究（用高分辨影像降采样）， 产出明确的最低分辨率建议。这是干净的方法学结论，比勉强做出低 PR-AUC 的分类器更有价值。