基于RS、GIS的城市康體設(shè)施動(dòng)態(tài)信息獲取技術(shù)體系

伍容容 盧敬德

1.引言

為推動(dòng)全面健身的普及，切實(shí)提高國(guó)民身體素質(zhì)，國(guó)務(wù)院在2016年印發(fā)了《國(guó)務(wù)院關(guān)于印發(fā)全民健身計(jì)劃(2016—2020年)的通知》(以下簡(jiǎn)稱《計(jì)劃》)?！队?jì)劃》指出，實(shí)施全民健身計(jì)劃是國(guó)家的重要發(fā)展戰(zhàn)略?！队?jì)劃》明確，到2020年，群眾體育健身意識(shí)普遍增強(qiáng)，參加體育鍛煉的人數(shù)明顯增加，每周參加1次及以上體育鍛煉的人數(shù)達(dá)到7億，經(jīng)常參加體育鍛煉的人數(shù)達(dá)到4.35億?！队?jì)劃》提出了7個(gè)方面的主要任務(wù)，包括弘揚(yáng)體育文化，促進(jìn)人的全面發(fā)展；開展全民健身活動(dòng)，提供豐富多彩的活動(dòng)供給；推進(jìn)體育社會(huì)組織改革，激發(fā)全民健身活力；統(tǒng)籌建設(shè)全民健身場(chǎng)地設(shè)施，方便群眾就近就便健身；發(fā)揮全民健身多元功能，形成服務(wù)大局、互促共進(jìn)的發(fā)展格局；拓展國(guó)際大眾體育交流，引領(lǐng)全民健身開放發(fā)展；強(qiáng)化全民健身發(fā)展重點(diǎn)，著力做好基本公共體育服務(wù)均等化和重點(diǎn)人群、項(xiàng)目發(fā)展等?！队?jì)劃》還圍繞目標(biāo)任務(wù)的完成，從體制機(jī)制創(chuàng)新、加大資金投入、評(píng)價(jià)激勵(lì)方式、科技創(chuàng)新引領(lǐng)、人才隊(duì)伍培養(yǎng)等方面提出了保障措施。

2.需求的提出

為落實(shí)《計(jì)劃》中提出的“開展全民健身活動(dòng)，提供豐富多彩的活動(dòng)供給”及“加大科技創(chuàng)新引領(lǐng)”兩大目標(biāo)，廣州市體育局在2017年初發(fā)布了科技引領(lǐng)全民健身計(jì)劃，計(jì)劃提出了一攬子運(yùn)用新科技技術(shù)手段促進(jìn)全民健身的概念性指導(dǎo)意見，其中包括了運(yùn)用遙感、地理信息新技術(shù)對(duì)全民健身基礎(chǔ)設(shè)置的摸底調(diào)查及其空間布局研究的子課題(以下簡(jiǎn)稱“課題”)。課題的提出旨在優(yōu)化基礎(chǔ)康體設(shè)施布局，使康體基礎(chǔ)設(shè)置布設(shè)的投入最大化發(fā)揮其作用和價(jià)值，實(shí)實(shí)在在為廣大群眾提供全面、完善、優(yōu)質(zhì)的健身基礎(chǔ)支撐。

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，改革開放以來廣州市通過市政投入和民間集資興建的康體設(shè)施共有2831處，但由于年代久遠(yuǎn)，很多康體設(shè)施已經(jīng)處于失修狀態(tài)。另外，由于早期建設(shè)的絕大部分康體設(shè)施都只記錄了部分非空間屬性數(shù)據(jù)，康體設(shè)施地理信息數(shù)據(jù)的缺失使這些設(shè)施的維護(hù)、綜合利用以及新康體設(shè)施的綜合建設(shè)規(guī)劃變得困難重重。為了破局上述問題，提高以后康體設(shè)施的利用率、維護(hù)率，合理規(guī)劃新設(shè)置的部署，必須對(duì)原有設(shè)施進(jìn)行全面的普查，充分掌握其空間大數(shù)據(jù)。

3.技術(shù)思路

3.1 城市康體設(shè)施“天地一體化”動(dòng)態(tài)信息獲取技術(shù)體系

城市康體設(shè)施“天地一體化”動(dòng)態(tài)信息獲取技術(shù)是根據(jù)城市康體設(shè)施信息采集、分析、管理的需求，基于多尺度遙感、GIS、空間定位、無人機(jī)、移動(dòng)通信、快速測(cè)繪、互聯(lián)網(wǎng)、多媒體等技術(shù)應(yīng)用的信息化集成技術(shù)。其中，“天”主要指基于多種航天、航空平臺(tái)的多尺度遙感技術(shù)，為區(qū)域設(shè)施宏觀調(diào)查提供時(shí)空信息采集、分析的手段；“地”主要指基于GIS、空間定位、快速測(cè)繪、多媒體等技術(shù)集成的移動(dòng)信息采集技術(shù)，為康體設(shè)施現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查提供信息采集、管理、分析的手段；“一體化”主要指在GIS、互聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)通信等技術(shù)的支持下，對(duì)“天”“地”采集、處理的多源時(shí)空信息進(jìn)行集中管理、分析、傳輸?shù)?，?shí)現(xiàn)多角度調(diào)查手段之間、內(nèi)外業(yè)各工作環(huán)節(jié)之間的信息實(shí)時(shí)交互、共享、協(xié)同操作，為城市康體設(shè)施“天地一體化”動(dòng)態(tài)信息獲取提供一體化支持。

城市康體設(shè)施“天地一體化”動(dòng)態(tài)信息獲取技術(shù)主要流程如圖1所示，該關(guān)鍵技術(shù)體系可分為兩大部分：空天調(diào)查分析技術(shù)、地面調(diào)查分析技術(shù)。

圖1 城市康體設(shè)施“天地一體化”動(dòng)態(tài)信息獲取技術(shù)流程圖

3.1 空天調(diào)查分析技術(shù)

3.1.1 遙感數(shù)據(jù)源

表1對(duì)目前城市康體設(shè)施調(diào)查適用的國(guó)內(nèi)外衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)參數(shù)、特點(diǎn)和適用范圍進(jìn)行了分析。分析表明，不同數(shù)據(jù)源有不同適用范圍，可根據(jù)需要選擇合適的數(shù)據(jù)源組合。遙感調(diào)查頻次由重訪周期、幅寬及天氣等因素決定，實(shí)際應(yīng)用中很難按理論重訪周期獲取數(shù)據(jù)。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，云雨天氣影響較大的南方地區(qū)縣域尺度，一般每年可重復(fù)獲取4次以上中分辨率遙感影像，高分辨率遙感影像一般僅能保證獲取2次。因此，“天地一體化”技術(shù)路線中，為兼顧區(qū)域調(diào)查的高頻次和項(xiàng)目調(diào)查的精細(xì)化，采用了中分辨率與高分辨率組合使用的方式。

3.1.2 基于遙感處理技術(shù)應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)：

多光譜遙感影像真彩色融合增強(qiáng)技術(shù)：利用植被光譜信息豐富的近紅外波段和紅、綠、藍(lán)波段，采用多光譜融合算法，實(shí)現(xiàn)影像真彩色增強(qiáng)。融合增強(qiáng)處理能夠減少冗余、增加有效信息量、突出影像層次和細(xì)節(jié)信息，增強(qiáng)目標(biāo)對(duì)象的影像特征，并削弱因時(shí)相、傳感器等造成的影像解譯標(biāo)志特征差異，提高后續(xù)目視解譯或自動(dòng)識(shí)別的準(zhǔn)確率。

多期遙感影像變化檢測(cè)技術(shù)：不同分辨率影像采用不同的方法。對(duì)中分辨率影像，采用多期影像進(jìn)行檢測(cè)計(jì)算，可自動(dòng)獲取大范圍康體設(shè)施的新增、減少等變化信息。對(duì)高分辨率影像，可通過擾動(dòng)特征自動(dòng)提取后的矢量圖層空間計(jì)算，獲取圖斑的精確變化信息，并對(duì)圖斑距離、面積等進(jìn)行空間量算。

城市康體設(shè)施特征自動(dòng)提取技術(shù)：對(duì)融合增強(qiáng)后的高分辨率影像，以具有生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目擾動(dòng)特征的像元集合為分類對(duì)象，采用“面向?qū)ο蟆狈椒ㄗ詣?dòng)提取擾動(dòng)圖斑，可以有效減少因豐富的光譜信息而產(chǎn)生的“椒鹽效應(yīng)”。

表1 多分辨率遙感數(shù)據(jù)的適用性

3.2 地面調(diào)查分析技術(shù)

主要包括：基于移動(dòng)GIS的城市康體設(shè)施信息移動(dòng)采集關(guān)鍵技術(shù)、多源數(shù)據(jù)管理和無人機(jī)調(diào)查等幾項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。

3.2.1 基于移動(dòng)GIS的城市康體設(shè)施信息移動(dòng)采集關(guān)鍵技術(shù)

基于移動(dòng)平臺(tái)，集成GIS、衛(wèi)星定位與導(dǎo)航、激光測(cè)距儀、陀螺儀、音視頻采集、移動(dòng)通信、互聯(lián)網(wǎng)、便攜打印機(jī)等技術(shù)和設(shè)備，開發(fā)城市康體設(shè)施移動(dòng)GIS信息采集系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)多源空間信息采集、定位、導(dǎo)航、快速測(cè)量、現(xiàn)場(chǎng)辦公、存儲(chǔ)管理和分析等功能，為城市康體設(shè)施現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查提供專業(yè)工具。

3.2.2 多源數(shù)據(jù)管理技術(shù)

針對(duì)該工作涉及遙感和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查數(shù)據(jù)、體育設(shè)施健身歷史數(shù)據(jù)等海量、多結(jié)構(gòu)、多時(shí)間版本的空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)，應(yīng)用GIS、互聯(lián)網(wǎng)和云計(jì)算技術(shù)，通過集群應(yīng)用、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)或分布式文件系統(tǒng)等技術(shù)，構(gòu)建從移動(dòng)采集到云端存儲(chǔ)的一體化平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)云端與移動(dòng)采集端實(shí)時(shí)交互、空間數(shù)據(jù)庫與業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)共享。

3.2.3 無人機(jī)調(diào)查技術(shù)

無人機(jī)調(diào)查主要是利用攝影測(cè)量技術(shù)，按照相關(guān)測(cè)繪規(guī)范，對(duì)高空連續(xù)拍攝一定量重疊度的照片，利用無人機(jī)遙感圖像處理軟件，通過幾何處理、多視匹配、三角網(wǎng)(TIN)構(gòu)建、自動(dòng)賦予紋理等處理，獲取1:500、1:1000、1:2000等比例尺的三維模型、正射影像和DEM數(shù)據(jù)。對(duì)空間數(shù)據(jù)進(jìn)行量測(cè)、分析，可準(zhǔn)確、高效的康體設(shè)施面積、類型、數(shù)量、甚至是可用性等指標(biāo)。

4.城市康體設(shè)施調(diào)查實(shí)驗(yàn)性示范應(yīng)用

課題小組在2015年～2016年連續(xù)兩年在基于RS、GIS的城市康體設(shè)施動(dòng)態(tài)信息獲取技術(shù)體系下對(duì)廣州市11區(qū)康體設(shè)施數(shù)據(jù)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)性示范應(yīng)用，通過遙感解譯，共發(fā)現(xiàn)康體設(shè)施2662個(gè)，課題組對(duì)其中的1167個(gè)進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)信息采集。就2015、2016年實(shí)驗(yàn)性示范應(yīng)用情況來看，通過遙感調(diào)查，有效掌握了11區(qū)康體設(shè)施總體現(xiàn)狀，發(fā)現(xiàn)了一批殘舊不可用的、違規(guī)未批先建、的康體項(xiàng)目和幾個(gè)康體設(shè)置相對(duì)真空區(qū)域?；赗S、GIS的城市康體設(shè)施動(dòng)態(tài)信息獲取技術(shù)的應(yīng)用，有效提高了城市康體設(shè)施信息的獲取效率，加強(qiáng)了康體設(shè)施信息持續(xù)利用率、維護(hù)率，通過對(duì)康體設(shè)施空間大數(shù)據(jù)的采集，使后續(xù)合理規(guī)劃新設(shè)置的部署成為可能。

5.結(jié)語

考慮到全國(guó)各地城市康體發(fā)展水平和需求不盡相同，基于RS、GIS的城市康體設(shè)施動(dòng)態(tài)信息獲取技術(shù)的推廣應(yīng)用應(yīng)統(tǒng)一規(guī)劃、分步推進(jìn)。

5.1 后續(xù)應(yīng)充分評(píng)估和挖掘該技術(shù)在全民健身領(lǐng)域的價(jià)值，并由相關(guān)部門制定相關(guān)的配套標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)程、規(guī)范的制訂及相應(yīng)業(yè)務(wù)創(chuàng)新管理制度建設(shè)，有計(jì)劃地在不同區(qū)域、不同級(jí)別體育管理機(jī)構(gòu)中開展技術(shù)應(yīng)用和管理模式的試驗(yàn)和示范。

5.2 根據(jù)當(dāng)前的迫切需求，推進(jìn)各級(jí)體育管理機(jī)構(gòu)對(duì)本級(jí)負(fù)責(zé)的康體項(xiàng)目管理和建設(shè)發(fā)展中的應(yīng)用。在各級(jí)部門基本具備工作模式和技術(shù)應(yīng)用基礎(chǔ)的條件下，可推進(jìn)基于RS、GIS的城市康體設(shè)施動(dòng)態(tài)信息獲取技術(shù)在各級(jí)體育管理部門上的應(yīng)用。

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