高分數(shù)據(jù)在哈爾濱市城市精細化管理中的應用

● 文 | 哈爾濱航天恒星數(shù)據(jù)系統(tǒng)科技有限公司 李東博 王露

航天恒星科技有限公司 鄒同元

高分數(shù)據(jù)在哈爾濱市城市精細化管理中的應用

● 文 | 哈爾濱航天恒星數(shù)據(jù)系統(tǒng)科技有限公司 李東博 王露

航天恒星科技有限公司 鄒同元

高分遙感數(shù)據(jù)具有空間覆蓋廣、快速高效、信息豐富等特點，但存在與城市信息化結合不足、推廣困難等問題。針對以上問題，本文綜合考慮高分遙感數(shù)據(jù)在城市精細化管理中的應用需求，在哈爾濱市開展高分城市精細化管理應用示范，應用于環(huán)境監(jiān)測和安全應急領域，帶動高分遙感數(shù)據(jù)的產(chǎn)業(yè)化推廣，實現(xiàn)高分遙感數(shù)據(jù)與城市精細化管理的深度融合。

隨著現(xiàn)代城市的快速發(fā)展，傳統(tǒng)的城市管理手段和方式遠遠不能滿足現(xiàn)代城市管理的要求，實施精細化管理是提高城市管理效能的重要舉措，是改善城市生產(chǎn)、生活環(huán)境，提升城市品位的有效途徑[1]。近年來，衛(wèi)星遙感技術的迅猛發(fā)展，已把人類帶入一個多層次、多角度的全方位、全天候對地觀測時代，并在政府管理決策、救災應急處置、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與工程建設、民眾生活、科學研究與國防軍事等方面，獲得顯著效益，已經(jīng)成為國家經(jīng)濟發(fā)展的重要支撐技術[2]。

高分數(shù)據(jù)作為城市基礎數(shù)據(jù)采集、更新和維護的基礎，同時也是城市精細化管理的重要支撐數(shù)據(jù)，可以使得城市各類管理目標對象更為清晰和可辨，為實施精細化管理提供高空間分辨率的地理空間信息要素；高光譜分辨率數(shù)據(jù)可以獲取肉眼難以辨識的各類光譜信息，包括大氣污染、水污染、熱島效應等，為實施精細化管理提供高光譜分辨率的地理空間信息要素；高時間分辨率數(shù)據(jù)可以較高頻率獲取城市主體建設區(qū)的歷史快照，掌握城市（鎮(zhèn)）建設發(fā)展演變過程和時序。從市場前景和應用需求角度，需要通過高分實現(xiàn)城市精細化管理，通過典型行業(yè)的應用示范，打通應用鏈路，建立業(yè)務化、長效化的應用模式[3]。

一、高分遙感數(shù)據(jù)在城市精細化管理中的應用現(xiàn)狀

1．國外應用現(xiàn)狀

在歐美發(fā)達國家，衛(wèi)星遙感技術的發(fā)展一直處于領先地位，國際化應用監(jiān)測已成為當今熱點[4]。高分遙感數(shù)據(jù)具有空間覆蓋廣闊、快速高效、信息豐富等特點，非常適合城市空間信息的動態(tài)采集與監(jiān)測，已經(jīng)廣泛應用于城市精細化管理的各個方面。世界各國和政府組織在提出依賴互聯(lián)網(wǎng)和信息技術來改變城市未來發(fā)展藍圖計劃的同時，也都將衛(wèi)星遙感技術作為支撐城市精細化管理的一項重要內(nèi)容。2004年，韓國、日本先后推出U-Korea、U-Japan國家戰(zhàn)略規(guī)劃，隨后，日本于2009年又提出了更新的i-Japan國家信息化戰(zhàn)略；2010年，美國提出加強智慧型基礎設施建設和推進智慧應用項目的經(jīng)濟刺激計劃；2011年，歐盟公布了新智慧城市與社區(qū)行動報告，都將空間技術應用作為城市精細化管理的重要內(nèi)容。

國外高分數(shù)據(jù)城市精細化管理應用大多是依托智慧城市開展。智慧城市的發(fā)展將促進生產(chǎn)方式的轉變，同時也有利于解決城市化發(fā)展中的一系列“城市病”問題。智慧城市建設有利于提高政府公共服務水平，改善居民生活。智慧城市的建設離不開物聯(lián)網(wǎng)、云計算、下一代互聯(lián)網(wǎng)技術等新興信息技術，它們也正以其獨有的滲透性、沖擊性、倍增性和創(chuàng)新性席卷全球，推動著以智能、綠色和可持續(xù)為特征的新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)革命的來臨。

2．國內(nèi)應用現(xiàn)狀

遙感衛(wèi)星資源的持續(xù)性豐富，衛(wèi)星數(shù)據(jù)精度、更新頻度、監(jiān)測廣度的提高為高分數(shù)據(jù)的行業(yè)化及城市化應用奠定了堅實的基礎。在國家不斷加大資源環(huán)境監(jiān)管、災害防治與權益保護力度的要求下，全國性的農(nóng)業(yè)、土地、礦產(chǎn)、環(huán)境、林業(yè)、海洋、測繪等自然資源環(huán)境調(diào)查監(jiān)測工程和測圖工程大規(guī)模展開，衛(wèi)星遙感以快速獲取地表變化的技術優(yōu)勢，成為重要的支撐性技術，在許多行業(yè)得到迅速發(fā)展，應用于各類城市管理，并取得明顯成效[5]。

然而，由于衛(wèi)星遙感技術復雜、使用成本較高等因素，各級區(qū)域政府部門獨立應用存在較大的難度，高分遙感數(shù)據(jù)在城市精細化管理中的應用雖處于起步階段，但是潛在的需求巨大。2012年11月，住建部出臺《國家智慧城市試點暫行管理辦法》、《國家智慧城市（區(qū)、鎮(zhèn)）試點指標體系（試行）》，啟動智慧城市試點工作；2014年8月，住建部、科技部聯(lián)合啟動2014年智慧城市試點申報，打通科技與經(jīng)濟社會發(fā)展的通道[6]。高分遙感數(shù)據(jù)迫切需要與城市空間信息數(shù)據(jù)結合，深入到城市行業(yè)信息化應用中，進而才能最大限度的發(fā)揮其應用價值。

3．哈爾濱市應用現(xiàn)狀

圖1 哈爾濱市精細化管理系統(tǒng)架構

哈爾濱市作為黑龍江省省會城市，一直致力于智慧城市建設與高分數(shù)據(jù)應用探索。2011年，哈爾濱市正式頒布了《哈爾濱市城市建設“十二五”發(fā)展規(guī)劃綱要》和《哈爾濱市城市總體規(guī)劃（2011-2020）》。從2011年起展開了人口、法人、證照等公共信息系統(tǒng)建設，實現(xiàn)了跨部門、跨行業(yè)信息的融合、挖掘及共享，同時對市、區(qū)和街道等各級政府和行業(yè)管理部門的行政審批和管理職能等方面進行梳理。2012年，開展了城市空間信息系統(tǒng)規(guī)劃和專家論證，按照分步實施的原則推進項目，2013年啟動了“智慧管網(wǎng)”項目，已經(jīng)全面摸清了哈爾濱市各類地下管線情況，同時建設了智慧管網(wǎng)信息系統(tǒng)，面向管線權屬單位和政府部門實現(xiàn)了專網(wǎng)和內(nèi)網(wǎng)的部署應用，并建立了一套長效更新機制，保證了數(shù)據(jù)的鮮活性。2014年，啟動了“哈爾濱城市空間信息系統(tǒng)”建設項目，旨在完成全市范圍內(nèi)地上城市管理部件普查，利用大數(shù)據(jù)存儲、大數(shù)據(jù)處理、大數(shù)據(jù)挖掘等手段搭建哈爾濱市城市空間信息系統(tǒng)，實現(xiàn)地上城市空間信息、基礎地理信息數(shù)據(jù)的匯交、整合、入庫，滿足三網(wǎng)（政務內(nèi)網(wǎng)、政務外網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)）應用需求，為各行業(yè)提供城市空間信息應用支撐系統(tǒng)。但是，管線數(shù)據(jù)、地上部件數(shù)據(jù)等與高分數(shù)據(jù)的結合還不夠緊密，在后續(xù)智慧城市與高分數(shù)據(jù)的結合應用上仍有很大的發(fā)展空間。

二、哈爾濱市精細化管理系統(tǒng)架構

哈爾濱市精細化管理系統(tǒng)架構如圖1所示。重點是基于遙感一張圖，開展城市基礎數(shù)據(jù)采集；整合城市空間信息、城市動態(tài)數(shù)據(jù)及公共信息數(shù)據(jù)，建設基于遙感城市時空信息服務平臺，為上層應用系統(tǒng)提供高分數(shù)據(jù)與城市基礎數(shù)據(jù)的大數(shù)據(jù)存儲、大規(guī)模數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)管理和分發(fā)、信息交換共享等基礎服務，為政府行政審批、行業(yè)職能管理、社會公眾服務提供城市信息的綜合服務。按照智慧城市“六化”指標要求，重點選取環(huán)境監(jiān)測、安全應急兩項開展應用示范，結合業(yè)務模型，實現(xiàn)高分遙感數(shù)據(jù)與城市基礎數(shù)據(jù)的深度融合應用，并為其他系統(tǒng)建設樹立應用典范。

三、高分遙感數(shù)據(jù)應用模式

高分數(shù)據(jù)面向城市應用，重點是發(fā)揮其高空間分辨率、高光譜分辨率、高時間分辨率等優(yōu)勢，城市高分遙感數(shù)據(jù)經(jīng)過對象識別、特征反演等信息提取工作，獲取地理空間信息要素和各類光譜信息，并形成歷史快照。通過提取分析的信息數(shù)據(jù)，一方面豐富遙感的一張圖數(shù)據(jù)庫；另一方面輔助城市空間信息采集與更新，保證城市基礎數(shù)據(jù)庫的鮮活性。通過人工普查與自動化采集相結合的手法，城市完整的數(shù)據(jù)庫可年度或按季度及時更新[7]。同時接入已有的人口法人數(shù)據(jù)，在基于遙感的城市時空信息服務平臺的融合挖掘基礎之上，融入各行業(yè)特有的業(yè)務模型，支持環(huán)境監(jiān)測、安全應急、智能交通等應用示范系統(tǒng)，實現(xiàn)監(jiān)測、管理、分析、評估、決策等業(yè)務，通過專題信息處理等相關功能，提取出各行業(yè)的專題數(shù)據(jù)產(chǎn)品，進一步支持時空信息服務平臺的建設。如圖2所示。

圖2 高分數(shù)據(jù)應用模式示意圖

四、哈爾濱市精細化管理典型應用分析

1．環(huán)境監(jiān)測應用示范

環(huán)境監(jiān)測作為環(huán)境保護環(huán)節(jié)的一個重要組成部分，對大氣、水、污染物及生態(tài)環(huán)境監(jiān)測等方面均起到重要作用。目前哈爾濱市在煤堆、材料堆、矸石堆（簡稱“三堆”）、秸稈焚燒、生態(tài)紅線等環(huán)境污染問題方面存在監(jiān)管不到位、監(jiān)測時效性低等問題，環(huán)境監(jiān)測示范已通過采用智能識別、移動通信、云計算、信息融合、數(shù)據(jù)挖掘等核心技術，充分融合高分遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)以及地上城市部件信息基礎數(shù)據(jù)中與環(huán)境相關的數(shù)據(jù)，進一步提高環(huán)境保護管理效率，能夠實時跟蹤監(jiān)測秸稈焚燒、“三堆”、以及水污染情況。另外，通過利用現(xiàn)有數(shù)據(jù)有效的進行環(huán)境生態(tài)紅線的劃分和分析，進一步實現(xiàn)環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)的充分共享及統(tǒng)一管理，有效改善了在秸稈焚燒、“三堆”、水污染以及生態(tài)紅線四個方面的環(huán)境監(jiān)測能力[8]。

環(huán)境監(jiān)測應用示范系統(tǒng)通過高分衛(wèi)星遙感監(jiān)測，與環(huán)保部門聯(lián)動，充分結合城市監(jiān)測點數(shù)據(jù)與無人機實地監(jiān)測數(shù)據(jù)，在哈爾濱市開展試驗驗證，在秸稈焚燒、“三堆”普查監(jiān)測兩方面開展示范應用，如圖3所示。

示范應用的開展綜合運用高分遙感衛(wèi)星所獲取的高分影像數(shù)據(jù)，經(jīng)過遙感數(shù)據(jù)的更新處理，給出污染物的定性分析，在此基礎上結合無人機系統(tǒng)及可見光相機、攝像機、紅外成像儀等載荷所獲取的秸稈焚燒與“三堆”堆放的位置、范圍等信息.并且通過與城市空氣監(jiān)測點的數(shù)據(jù)進行同化，形成環(huán)保專題數(shù)據(jù)庫，對污染物形成定量分析，并通過對數(shù)據(jù)圖像的研判形成解譯成果，利用地面網(wǎng)絡和衛(wèi)星通信實時回傳至環(huán)保監(jiān)察指揮中心，建立了完整的信息獲取-指揮調(diào)度-執(zhí)法管理-信息反饋工作流程，形成天空地一體化的秸稈焚燒監(jiān)測、“三堆”監(jiān)管平臺和體系應用模式。

2．安全應急應用示范

圖3 環(huán)境監(jiān)測應用架構圖

為了有效預防和減少自然災害、事故災難、公共衛(wèi)生和社會安全事件及其造成的損失，保障人民群眾生命財產(chǎn)安全、維護社會穩(wěn)定，建立資源共享、準確預測、科學決策、快速反應、聯(lián)合行動的現(xiàn)代化安全應急應用示范系統(tǒng)，提高應對突發(fā)公共事件的快速反應能力和科學決策水平。安全應急應用示范系統(tǒng)立足政府當前應急管理工作需要，具有日常監(jiān)管、信息收發(fā)與處置、圖像接入和數(shù)據(jù)采集功能，同時具有強大升級拓展能力，提升城市安全應急水平[9]。

安全應急應用示范系統(tǒng)是集通信網(wǎng)絡、地理信息系統(tǒng)（GIS）、北斗衛(wèi)星、數(shù)據(jù)庫與信息處理等多種技術為一體的通信信息系統(tǒng)。系統(tǒng)依托持續(xù)更新的遙感正射影像圖、城市地上空間信息數(shù)據(jù)和地下管線數(shù)據(jù)為基礎，通過在線方式滿足政府部門、企事業(yè)單位和社會公眾對地理信息，空間定位分析，災后評估的基本要求，具備個性化應用的二次開發(fā)接口和可擴展空間，如圖4所示。

通過高分衛(wèi)星遙感監(jiān)測，與公安、交通、通信、急救、電力、水利、地震、人民防空、市政管理等政府部門聯(lián)動，在哈爾濱市的重要安全應急監(jiān)測地區(qū)開展試驗驗證，在典型行業(yè)開展示范應用，驗證安全應急應用示范系統(tǒng)的業(yè)務流程，驗證監(jiān)測預警、預防防護及應急服務等典型服務的特征庫及數(shù)據(jù)處理算法，打通業(yè)務流程。

圖4 安全應急應用示范系統(tǒng)框架圖

五、結束語

結合城市精細化管理當前發(fā)展狀況，高分遙感數(shù)據(jù)在城市精細化管理中應用是當今的發(fā)展趨勢。黑龍江省哈爾濱市作為智慧城市建設示范城市，目前已經(jīng)實現(xiàn)遙感與城市基礎數(shù)據(jù)的融合應用，以及一站式綜合信息服務；通過環(huán)保和安全應急應用示范，打通遙感數(shù)據(jù)從接入、融合、服務到應用的鏈路，實現(xiàn)高分遙感數(shù)據(jù)與智慧城市及行業(yè)信息化的深度融合，加快信息產(chǎn)業(yè)融合發(fā)展，提升行業(yè)公眾服務水平，促進高分產(chǎn)業(yè)化推廣和東北經(jīng)濟轉型。

[1]李軍.城市管理需要精細化[J].現(xiàn)代城市,2011,6(2)：45-47.

[2]林劍遠,王文英,侯曉慧.高分遙感數(shù)據(jù)在城市精細化管理中的應用模式研究[J].建設科技,2012,13(22)：33-37.

[3]郭理橋,林劍遠,王文英.基于高分遙感數(shù)據(jù)的城市精細化管理應用[J].城市規(guī)劃與管理,2012,19(11)：57-60.

[4]郝勝勇,鄒同元,宋晨曦,蘭曉峰.國外遙感衛(wèi)星應用產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢[J].衛(wèi)星應用,2013,2(11)：44-49.

[5]譚綺娟.遙感技術在城市精細化管理中的應用[J].城市管理與科技,2016,18(2)：58-59.

[6]楊德海.智慧城市探索與實踐[J].衛(wèi)星應用,2015(9)：12-16.

[7]周楊,徐青,常歌,閻曉東.利用高分辨率航天遙感影像實現(xiàn)城市3維可視化[J].測繪學院學報,2002,19(2)：102-105.

[8]萬余慶,張鳳麗,閆永忠.高光譜遙感技術在水環(huán)境監(jiān)測中的應用研究[J].國土資源遙感,2003,12(3)：10-14.

[9]嚴瑾.遙感數(shù)據(jù)應急服務機制研究與實現(xiàn)[J].硅谷,2011,8(11)：84-84.