智慧城市建設(shè)中高分衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)研究

摘? 要：智慧城市涉及眾多領(lǐng)域，國產(chǎn)高分衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)為智慧城市建設(shè)和管理提供基礎(chǔ)支撐。通過建設(shè)高分衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)資源中心，構(gòu)建數(shù)據(jù)豐富和功能強大的空間信息數(shù)據(jù)庫，輔助解決智慧城市管理中各類難題。高分遙感衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)應(yīng)從當(dāng)?shù)馗叻种行墨@取并符合國家規(guī)定要求，數(shù)據(jù)的管理和更新應(yīng)能滿足智慧城市建設(shè)中產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求與國家戰(zhàn)略部署要求。

關(guān)鍵詞：高分衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù);數(shù)據(jù)資源中心;智慧城市;三維地圖;地理數(shù)據(jù)

中圖分類號：P237;P208? ? ? ?文獻標識碼：A 文章編號：2096-4706（2020）16-0040-03

Research of GF-Satellite Remote Sensing Data in Smart City Construction

TIAN Yuji

（Xiamen Kingtop Information Technology Co.，Ltd.，Xiamen? 361008，China）

Abstract：Smart city involves many fields. Domestic GF-satellite remote sensing data provide basic support for smart city management and management. Through the construction of GF-satellite remote sensing data resource center and the construction of spatial information database with rich data and powerful functions，various problems in smart city management can be solved. The GF remote sensing satellite image data should be obtained from the local GF center and meet the national requirements. The management and update of the data should meet the industrial development needs in the construction of smart city and meet the requirements of national strategic deployment.

Keywords：GF-satellite remote sensing data;data resource center;smart city;3D map;geographic data

0? 引? 言

由于智慧城市涉及眾多領(lǐng)域，數(shù)據(jù)資源具有“多源、異構(gòu)、動態(tài)、分散”的特點，其在“多源”方面，具有“空間、業(yè)務(wù)、專題、支撐”等不同類型的數(shù)據(jù)，以國產(chǎn)高分衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)為主，建設(shè)以高分衛(wèi)星為核心的遙感數(shù)據(jù)資源中心，數(shù)據(jù)即是服務(wù)，空間數(shù)據(jù)庫和文件采用分布式結(jié)合方式，建立靈活的數(shù)據(jù)資源體系結(jié)構(gòu)，使空間數(shù)據(jù)能充分共享，并具有良好的可擴展性，為海量數(shù)據(jù)的高效管理提供支撐。

建設(shè)多尺度、多時相、多分辨率的遙感數(shù)據(jù)資源共享體系，包括城區(qū)和人口密集區(qū)的高分辨率航空遙感數(shù)據(jù)，高-中分辨率衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)、數(shù)字地形模型，融合疊加矢量電子地圖數(shù)據(jù)、地名地址數(shù)據(jù)、三維地圖數(shù)據(jù)、地理實體數(shù)據(jù)和城市管理專題數(shù)據(jù)，形成高分衛(wèi)星綜合應(yīng)用數(shù)據(jù)集產(chǎn)品（融合和更新）多系列，建設(shè)“從全局到局部、從靜態(tài)到動態(tài)、從室外到室內(nèi)”智慧城市高分辨率全息空間數(shù)據(jù)集，為我國城市管理基礎(chǔ)性領(lǐng)域的軟基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)提供強有力的支撐，同時也為智慧城市的深層次應(yīng)用推廣，提供良好的基礎(chǔ)條件。

通過高分衛(wèi)星遙感影像服務(wù)系統(tǒng)，結(jié)合傳統(tǒng)的基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)提取等處理工作，提供通用高分遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)增值產(chǎn)品系列（多尺度可見光、多光譜、熱紅外、微波系列）、面向典型行業(yè)的專題數(shù)據(jù)集及在線應(yīng)用服務(wù)等三類產(chǎn)品或服務(wù)。高分衛(wèi)星遙感影像服務(wù)系統(tǒng)的產(chǎn)品和服務(wù)通過建立高分衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)源處理加工生產(chǎn)線，具備工業(yè)級影像數(shù)據(jù)源處理能力，具有自動化、并行處理、多種影像兼容性、遠程管理等特點，可以在最短的時間內(nèi)提供給用戶最符合要求的數(shù)據(jù)。以高分衛(wèi)星數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，建設(shè)數(shù)據(jù)工廠實現(xiàn)數(shù)據(jù)的自動化處理，在少量人工成本的條件下，即可輸出多種系列的高分衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)應(yīng)用產(chǎn)品以及技術(shù)服務(wù)產(chǎn)品[1]。

1? 建設(shè)高分衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)資源中心

實現(xiàn)高分辨率衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)共建共享的核心是要建設(shè)一個數(shù)據(jù)豐富、更新及時、功能強大的空間信息數(shù)據(jù)庫。在解決智慧城市管理中的各類難題時，尤其是信息化領(lǐng)域存在的問題，利用高分衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)能夠起到顯著效果。高分衛(wèi)星數(shù)據(jù)具備的動態(tài)可視、實時宏觀等特性，使得基于高分衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)形成從信息收集到數(shù)據(jù)處理，再到數(shù)據(jù)分析、輔助決策和應(yīng)用的多領(lǐng)域、多視角、多層次的觀測系統(tǒng)。在智慧城市建設(shè)領(lǐng)域中，高分衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)已成為不可缺少的基礎(chǔ)性數(shù)據(jù)源[2]。

隨著高分系列衛(wèi)星的不斷研發(fā)和升空，衛(wèi)星影像已經(jīng)覆蓋了多光譜、全色、高光譜等多種色譜，影像采集方式覆蓋光學(xué)和雷達，衛(wèi)星的軌道包括地球同步軌道和太陽同步軌道等多種類型，已經(jīng)構(gòu)成了具有多種光譜分辨率、多時間和空間分辨率的對地觀測系統(tǒng)。綜合三維地圖數(shù)據(jù)、矢量電子地圖數(shù)據(jù)、地理實體數(shù)據(jù)、地名地址數(shù)據(jù)等輔助數(shù)據(jù)，通過我國自主的高分辨率衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)，建設(shè)高分衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)資源中心。在建立高分衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)資源中心的過程中，需要建立對數(shù)據(jù)資源中心的長效管理機制，對數(shù)據(jù)進行管理、維護及更新，以保證數(shù)據(jù)庫的準確性和先進性。如圖1所示，從高分衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)資源中心獲取的各類數(shù)據(jù)，應(yīng)用于智慧城市建設(shè)的不同領(lǐng)域。數(shù)據(jù)資源中心的建設(shè)為智慧城市的管理，提供了高空信息動態(tài)圖，為相關(guān)服務(wù)和資源規(guī)劃奠定了良好的基礎(chǔ)[3]。

2? 高分衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)獲取

2.1? 高分衛(wèi)星數(shù)據(jù)

國家先后印發(fā)《高分辨率對地觀測系統(tǒng)重大專項衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)管理暫行辦法》（科工高分辦〔2015〕2號）、《高分辨率對地觀測系統(tǒng)重大專項數(shù)據(jù)應(yīng)用推廣指導(dǎo)意見》（科工高分辦〔2016〕3號）、《國防科工局 發(fā)展改革委 財政部關(guān)于印發(fā)<國家民用衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)管理暫行辦法>的通知》（科工一司〔2018〕1866號），智慧城市建設(shè)過程中的高分影像數(shù)據(jù)，從當(dāng)?shù)氐母叻种行墨@取[4]。

高分應(yīng)用綜合信息服務(wù)共享平臺（簡稱“高分共享平臺”）接收影像后，將對影像進行輻射校正和系統(tǒng)幾何糾正處理，形成初級產(chǎn)品分發(fā)給省級數(shù)據(jù)與應(yīng)用中心。初級產(chǎn)品的類型主要包括涉密類、受控類、公開類三種。

獲取高分遙感影像數(shù)據(jù)的途徑主要途徑有兩種。若是受控類或是公開類數(shù)據(jù)，通過國家電子政務(wù)網(wǎng)、介質(zhì)拷貝方式獲取。按照國家規(guī)定的涉密數(shù)據(jù)保護規(guī)定，必須通過存儲介質(zhì)獲取涉密數(shù)據(jù)。無論是受控數(shù)據(jù)、公開數(shù)據(jù)，還是涉密數(shù)據(jù)，在獲取高分遙感影像數(shù)據(jù)后，均須進行備份和歸檔。

廈門精圖信息技術(shù)有限公司承擔(dān)了多地的智慧城市建設(shè)項目，項目中通過共建共享機制，整合各部門現(xiàn)有衛(wèi)星或航拍的遙感影像資源，獲取不同分辨率、不同類型遙感影像資源，形成多尺度多時相內(nèi)容豐富的遙感影像資源池。筆者在項目中參與了基于高分影像數(shù)據(jù)的城市規(guī)劃與精細化管理方面工作的實施，積累了豐富的高分衛(wèi)星數(shù)據(jù)應(yīng)用經(jīng)驗。

2.2? 輔助數(shù)據(jù)

在智慧城市建設(shè)中，輔助數(shù)據(jù)是指與城市規(guī)劃和管理相關(guān)的數(shù)據(jù)，主要有五部分，分別是影像地圖數(shù)據(jù)、地理實體數(shù)據(jù)、地名地址數(shù)據(jù)、三維地圖數(shù)據(jù)、矢量電子地圖數(shù)據(jù)。

其中的影像地圖數(shù)據(jù)，包含了影像技術(shù)集和影像電子地圖數(shù)據(jù)。針對在線瀏覽和標注的需求，通過影像電子地圖，對矢量數(shù)據(jù)、影像數(shù)據(jù)進行篩選，最終形成影像地圖數(shù)據(jù)集。影像地圖數(shù)據(jù)集包含行政區(qū)劃邊界、地名、道路、水系、綠地、居民等數(shù)據(jù)。

其中的地名地址數(shù)據(jù)，包含了標準地址數(shù)據(jù)、地址位置數(shù)據(jù)、地址代碼數(shù)據(jù)、地址時態(tài)信息數(shù)據(jù)，還包括了與地名地址相關(guān)的地理實體名稱數(shù)據(jù)與實體標識碼數(shù)據(jù)。

其中的地理實體數(shù)據(jù)，須依據(jù)GB/T 37118—2018《地理實體空間數(shù)據(jù)規(guī)范》，以現(xiàn)有的基礎(chǔ)地理空間數(shù)據(jù)庫為數(shù)據(jù)源，提取通用性公共數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)包括邊界數(shù)據(jù)、行政區(qū)劃數(shù)據(jù)、交通數(shù)據(jù)、水系數(shù)據(jù)、居民居所數(shù)據(jù)等通用性數(shù)據(jù)。

其中的三維地圖數(shù)據(jù)，分為三維場景模型數(shù)據(jù)和三維建筑模型數(shù)據(jù)。利用三維基礎(chǔ)平臺軟件，將影像數(shù)據(jù)和DEM數(shù)據(jù)進行壓縮處理，最終生成三維場景模型。三維建筑模型是將現(xiàn)實中的房屋建筑構(gòu)建成虛擬的三維建筑模型，目前全國多省市內(nèi)有部分地市采集了多層的精細建筑模型。

其中的矢量電子地圖，均屬于以高程數(shù)據(jù)和矢量數(shù)據(jù)組合而成的線劃地圖數(shù)據(jù)，線劃地圖數(shù)據(jù)包括行政區(qū)劃邊界數(shù)據(jù)、地名數(shù)據(jù)、綠地數(shù)據(jù)、水系數(shù)據(jù)、道路數(shù)據(jù)、居民居所等數(shù)據(jù)。矢量電子地圖中，將矢量數(shù)據(jù)以5×5格網(wǎng)進行十級展示，并將第五級矢量數(shù)據(jù)和DEM數(shù)據(jù)壓縮做成暈染圖[5]。

2.3? 數(shù)據(jù)更新

在數(shù)據(jù)更新工作中，按照“統(tǒng)一標準、分建共享、更新協(xié)同”的數(shù)據(jù)建設(shè)方法，建立數(shù)據(jù)聯(lián)動更新和分建共享的數(shù)據(jù)體系，充分共享國家高分衛(wèi)星應(yīng)用數(shù)據(jù)庫、省測繪地理信息局、市縣自然資源和規(guī)劃局、商業(yè)地圖公司等各類地理信息數(shù)據(jù)資源，通過利用多源和異構(gòu)的數(shù)據(jù)融合方法，建立地理信息數(shù)據(jù)集?；贠racle、NoSQL等數(shù)據(jù)庫及文件管理系統(tǒng)，解決了電子地圖緩存文件、地理實體數(shù)據(jù)、地名地址和興趣點、實景三維等不同類型、不同格式的二、三維數(shù)據(jù)統(tǒng)一管理，實現(xiàn)對二、三維數(shù)據(jù)及其歷史版本數(shù)據(jù)等海量數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理。

高分衛(wèi)星數(shù)據(jù)資源中心建成后，對于高分衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)庫的更新可根據(jù)應(yīng)用的實際情況和經(jīng)濟發(fā)展需要制定一個合適的更新周期和更新范圍。針對重點區(qū)域，數(shù)據(jù)更新的相對頻率要快。

2.3.1? 數(shù)據(jù)更新形式

跟蹤數(shù)據(jù)源單位的數(shù)據(jù)生產(chǎn)情況，保證專題數(shù)據(jù)的正常獲取和更新。為了保證各類數(shù)據(jù)的現(xiàn)勢性，需要不斷地獲取新的信息。

為了確保能夠?qū)?shù)據(jù)進行準確、快速的更新，根據(jù)更新周期可分為即時更新、日度更新、月度更新、年度更新等類別。對于不同類別的數(shù)據(jù)，可采用不同的更新手段（如通過專題數(shù)據(jù)更新高分衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)的空間框架數(shù)據(jù)，通過測量或調(diào)查更新）和更新方式（按區(qū)域更新，按要素更新）。

數(shù)據(jù)更新過程中需要注意已有資料的充分利用，同時需要進行縱向（不同比例尺）和橫向（不同數(shù)據(jù)產(chǎn)品）的關(guān)聯(lián)更新。在管理數(shù)據(jù)工作中，將老數(shù)據(jù)進行版本管理，并自動保存在歷史數(shù)據(jù)庫后，再導(dǎo)入更新的數(shù)據(jù)。

2.3.2? 數(shù)據(jù)更新技術(shù)

在數(shù)據(jù)屬性字段要進行標記處理，同時對元數(shù)據(jù)進行范圍標記，以監(jiān)測數(shù)據(jù)的變化情況，作為數(shù)據(jù)的變化因子。對于交換而來的數(shù)據(jù)，或者更新到發(fā)布庫中的生產(chǎn)庫數(shù)據(jù)，都標記有變化因子，以使數(shù)據(jù)更新具備操作性。

元數(shù)據(jù)變化范圍以及數(shù)據(jù)字段的更新時間，均是變化因子?？蚣軘?shù)據(jù)庫的生產(chǎn)到發(fā)布，是以增量開發(fā)的方式，解決少量數(shù)據(jù)變化時的數(shù)據(jù)更新，所以各庫之間的聯(lián)動關(guān)系會比較復(fù)雜。數(shù)據(jù)管理方式應(yīng)該達到要素級別，每個圖元（要素）都要做好時間標記。生產(chǎn)庫和發(fā)布庫等數(shù)據(jù)的更新，其增量數(shù)據(jù)需要經(jīng)過時間戳的篩選，增量更新的過程即數(shù)據(jù)的導(dǎo)出、拷貝及導(dǎo)入。地理框架數(shù)據(jù)的更新，使得電子地圖也需要同步更新。采用地圖緩存技術(shù)，實現(xiàn)電子地圖的網(wǎng)絡(luò)快速瀏覽。根據(jù)變化區(qū)域的數(shù)據(jù)更新，更替相應(yīng)電子地圖瓦片，以實現(xiàn)局部電子地圖數(shù)據(jù)的實時更新[6]。

3? 結(jié)? 論

通過建設(shè)高分衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)資源中心，為城市中各個部門提供了一站式高分衛(wèi)星綜合應(yīng)用服務(wù)，為各層次用戶提供標準化、普適性、網(wǎng)絡(luò)化的高分衛(wèi)星遙感信息與應(yīng)用服務(wù)。國家高分衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)資源中心的建設(shè)，在解決智慧城市管理中各類難題過程中積累了大量經(jīng)驗，為地方高分中心的核心建設(shè)指明了方向，推進了高分專項數(shù)據(jù)在各地的深度推廣應(yīng)用，推進新型智慧城市建設(shè)。

高分衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)的應(yīng)用及研究，為國家面向全球的戰(zhàn)略部署提供了重要支撐，滿足了國家新型城鎮(zhèn)化與經(jīng)濟轉(zhuǎn)型升級發(fā)展規(guī)劃中對自主高分衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)推廣應(yīng)用的迫切需求。通過研究高分衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)獲取技術(shù)及應(yīng)用技術(shù)，推動我國衛(wèi)星應(yīng)用技術(shù)走在國際發(fā)展前沿，促進我國快速建立高分辨率衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)產(chǎn)學(xué)研用技術(shù)服務(wù)體系和高分產(chǎn)品體系，特別是在城市規(guī)劃與精細化管理領(lǐng)域，對國家智慧城市的建設(shè)做出了重要貢獻。

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作者簡介：田瑜基（1986.09—），女，漢族，山西呂梁人，中級測繪工程師，畢業(yè)于上海海洋大學(xué)農(nóng)業(yè)信息化專業(yè)，碩士研究生，研究方向：測繪、GIS和信息化技術(shù)研究。