新發(fā)展理念下空間信息創(chuàng)新應(yīng)用實(shí)踐

文|譚靖 張富華

北京航天泰坦科技股份有限公司

一、前言

空間信息應(yīng)用產(chǎn)業(yè)是基于空間信息網(wǎng)絡(luò)面向各行業(yè)提供信息應(yīng)用服務(wù)的集合，主要指衛(wèi)星應(yīng)用產(chǎn)業(yè)，是航天產(chǎn)業(yè)與信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)的交叉方向之一，涉及遙感地理信息、衛(wèi)星通信、衛(wèi)星導(dǎo)航與位置服務(wù)三大領(lǐng)域，是我國戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的重要組成部分，是典型的高技術(shù)產(chǎn)業(yè)，與傳統(tǒng)信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)相比，該產(chǎn)業(yè)具有需求旺盛、服務(wù)面廣、產(chǎn)業(yè)帶動系數(shù)大、就業(yè)機(jī)會多、產(chǎn)出附加值高、綜合效益好、市場前景廣闊等特點(diǎn),極具發(fā)展空間和潛力。

十八屆五中全會上，以習(xí)近平同志為核心的黨中央從經(jīng)濟(jì)發(fā)展長周期和全球政治經(jīng)濟(jì)大背景出發(fā)，提出“創(chuàng)新、協(xié)調(diào)、綠色、開放、共享”的新發(fā)展理念；2020年10月，中國共產(chǎn)黨第十九屆中央委員會第五次全體會議通過《中共中央關(guān)于制定國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展第十四個五年規(guī)劃和二〇三五年遠(yuǎn)景目標(biāo)的建議》(以下簡稱《建議》），明確要求“堅(jiān)持新發(fā)展理念，把新發(fā)展理念貫穿發(fā)展全過程和各領(lǐng)域”，吹響了我國發(fā)展新征程的新號角?？臻g信息應(yīng)用產(chǎn)業(yè)作為我國戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的重要組成部分，在新發(fā)展時代，如何把握新發(fā)展理念，助力我國經(jīng)濟(jì)社會高質(zhì)量發(fā)展成為當(dāng)前整個產(chǎn)業(yè)面臨的重要課題。

二、“十四五”新發(fā)展理念解讀

“創(chuàng)新、協(xié)調(diào)、綠色、開放、共享”五大發(fā)展理念，是針對我國發(fā)展中的突出矛盾和問題提出來的?！皠?chuàng)新發(fā)展”著力解決發(fā)展動力問題，依靠科技進(jìn)步和創(chuàng)新推動經(jīng)濟(jì)發(fā)展；“協(xié)調(diào)發(fā)展”著力解決發(fā)展不平衡問題，注意調(diào)整關(guān)系，注重發(fā)展的整體效能；“綠色發(fā)展”著力解決人與自然關(guān)系和諧問題，堅(jiān)持節(jié)約資源和保護(hù)環(huán)境的基本國策，形成人與自然和諧發(fā)展現(xiàn)代化建設(shè)新格局；“開放發(fā)展”著力解決發(fā)展內(nèi)外聯(lián)動問題，發(fā)展更高層次的開放型經(jīng)濟(jì)；“共享發(fā)展”著力解決社會公平正義問題，堅(jiān)持發(fā)展為了人民、發(fā)展依靠人民、發(fā)展成果由人民共享的理念。

《建議》對今后一段時期我國進(jìn)一步貫徹新發(fā)展理念提出了一系列新的要求。在創(chuàng)新發(fā)展方面，《建議》在第三章明確提出：要“把科技自立自強(qiáng)作為國家發(fā)展的戰(zhàn)略支撐”，要“面向世界科技前沿、面向經(jīng)濟(jì)主戰(zhàn)場、面向國家重大需求、面向人民生命健康，深入實(shí)施科教興國戰(zhàn)略、人才強(qiáng)國戰(zhàn)略、創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略，完善國家創(chuàng)新體系，加快建設(shè)科技強(qiáng)國”，根據(jù)上述要求，《建議》圍繞強(qiáng)化國家戰(zhàn)略科技力量、提升企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新能力、激發(fā)人才創(chuàng)新活力、完善科技創(chuàng)新體制機(jī)制作了系統(tǒng)部署；在綠色發(fā)展方面，《建議》在第十章明確提出：要“堅(jiān)持綠水青山就是金山銀山理念，堅(jiān)持尊重自然、順應(yīng)自然、保護(hù)自然，堅(jiān)持節(jié)約優(yōu)先、保護(hù)優(yōu)先、自然恢復(fù)為主，守住自然生態(tài)安全邊界。深入實(shí)施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，完善生態(tài)文明領(lǐng)域統(tǒng)籌協(xié)調(diào)機(jī)制，構(gòu)建生態(tài)文明體系，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展全面綠色轉(zhuǎn)型，建設(shè)人與自然和諧共生的現(xiàn)代化”，并圍繞加快推動綠色低碳發(fā)展、持續(xù)改善環(huán)境質(zhì)量、提升生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量和穩(wěn)定性、全面提高資源利用效率等做了全面部署。

新發(fā)展理念為我國空間信息應(yīng)用產(chǎn)業(yè)指明了“十四五”時期的發(fā)展思路，一是空間信息應(yīng)用產(chǎn)業(yè)要提升自主創(chuàng)新能力，突破關(guān)鍵核心技術(shù)，依靠創(chuàng)新驅(qū)動實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展；二是以強(qiáng)化國土空間規(guī)劃和用途管控、深入打好污染防治攻堅(jiān)戰(zhàn)、完善中央生態(tài)環(huán)境保護(hù)督察制度、碳達(dá)峰與碳中和、實(shí)施生物多樣性保護(hù)重大工程、推行林長制、山水林田湖草系統(tǒng)治理等熱點(diǎn)問題為核心，服務(wù)于我國綠色發(fā)展。

三、空間信息應(yīng)用技術(shù)創(chuàng)新與模式創(chuàng)新

空間信息應(yīng)用產(chǎn)業(yè)作為我國戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)重要組成，根據(jù)《建議》要求，“十四五”期間一方面要推動互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等同各產(chǎn)業(yè)深度融合，另一方面要培育新技術(shù)、新產(chǎn)品、新業(yè)態(tài)、新模式。

1.空間信息應(yīng)用技術(shù)發(fā)展趨勢

隨著中國高分辨率對地觀測系統(tǒng)、北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)工程等重大專項(xiàng)的不斷推進(jìn)，以遙感、北斗為代表的空間信息應(yīng)用產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)了跨越式發(fā)展，從工程應(yīng)用階段向大眾化應(yīng)用階段邁進(jìn)，空間信息應(yīng)用產(chǎn)業(yè)呈現(xiàn)出“通導(dǎo)遙一體化、天空地一體化、服務(wù)智能化、生態(tài)平臺化、數(shù)字產(chǎn)業(yè)化”等趨勢。

“通導(dǎo)遙一體化”即由通導(dǎo)遙衛(wèi)星單一應(yīng)用向綜合應(yīng)用發(fā)展，針對我國現(xiàn)有的遙感、導(dǎo)航、通信衛(wèi)星系統(tǒng)各成體系、信息分離、服務(wù)滯后的問題，建立多源感知、精準(zhǔn)定位、時空互聯(lián)的綜合應(yīng)用技術(shù)體系及產(chǎn)品體系，實(shí)現(xiàn)高速通信、實(shí)時遙感圖像服務(wù)、精準(zhǔn)定位服務(wù)，推動空間信息從專業(yè)應(yīng)用走向軍民應(yīng)用和大眾服務(wù)。

“天空地一體化”即面向行業(yè)需求，從提高效能、效費(fèi)比以及可持續(xù)發(fā)展的角度出發(fā)，集成衛(wèi)星傳感器、飛艇及無人機(jī)傳感器、地面物聯(lián)網(wǎng)感知設(shè)備等手段，形成立體化、無縫、空天地一體的綜合應(yīng)用能力?！疤臁笔抢眯l(wèi)星提供的數(shù)據(jù)篩查事件，發(fā)現(xiàn)問題存在的可能性；“空”主要是利用無人機(jī)遙感提供最及時、可靠、專業(yè)的高分辨率影像確認(rèn)事件；“地”是在地面采用多種監(jiān)測手段，實(shí)現(xiàn)精細(xì)化的綜合監(jiān)測。

“服務(wù)智能化”即與新一代信息技術(shù)融合，形成從空間信息獲取、存儲、管理、處理、分析、決策全鏈條的智能化服務(wù)能力，基于人工智能的信息解譯體系加快遙感數(shù)據(jù)知識發(fā)現(xiàn)速度，基于云計(jì)算的數(shù)據(jù)存儲和計(jì)算體系能夠提高遙感信息服務(wù)水平，為用戶提供資源共享、按需使用的服務(wù)模式。

“生態(tài)平臺化”即針對當(dāng)前空間信息應(yīng)用產(chǎn)業(yè)化發(fā)展存在的包括數(shù)據(jù)獲取難、技術(shù)共享難、軟件推廣難、定量應(yīng)用難、產(chǎn)業(yè)突破難等瓶頸問題，打造一個資源集成與共享的空間信息應(yīng)用產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)，對全產(chǎn)業(yè)鏈資源進(jìn)行“云化”“活化”“進(jìn)化”，從而實(shí)現(xiàn)降低行業(yè)門檻、創(chuàng)新服務(wù)模式、提升產(chǎn)業(yè)整體效率、促進(jìn)大眾應(yīng)用、進(jìn)一步激活市場活力的目標(biāo)。

“數(shù)字產(chǎn)業(yè)化”即充分發(fā)揮海量空間信息數(shù)據(jù)及其豐富的應(yīng)用場景優(yōu)勢，促進(jìn)空間信息應(yīng)用技術(shù)及新一代信息技術(shù)與實(shí)體經(jīng)濟(jì)深度融合，通過空間信息賦能傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級，催生新產(chǎn)業(yè)新業(yè)態(tài)新模式，為數(shù)字經(jīng)濟(jì)發(fā)展注入新動能。

2.空間信息應(yīng)用模式創(chuàng)新趨勢

當(dāng)前我國空間信息服務(wù)模式是以數(shù)據(jù)服務(wù)為主體，行業(yè)用戶和省級中心用戶初步具備了一定的數(shù)據(jù)接收、管理、處理、分發(fā)和應(yīng)用的能力，但整體應(yīng)用還處在“在線獲取數(shù)據(jù)、離線加工產(chǎn)品、垂直行業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用”的階段。近年來，在科技與產(chǎn)業(yè)深度融合以及政府戰(zhàn)略投資方式發(fā)生轉(zhuǎn)變的背景下，空間信息應(yīng)用模式不斷創(chuàng)新與發(fā)展，在以數(shù)據(jù)服務(wù)為主體的應(yīng)用模式的基礎(chǔ)上，催生出了區(qū)域級/行業(yè)級空間數(shù)據(jù)中心、智慧城市時空信息底座、空間信息數(shù)字經(jīng)濟(jì)應(yīng)用、空間信息數(shù)字鄉(xiāng)村應(yīng)用等新模式。

“區(qū)域級/行業(yè)級空間數(shù)據(jù)中心應(yīng)用模式”是在我國區(qū)域及行業(yè)監(jiān)管提出了更加實(shí)時、精準(zhǔn)、高效要求的背景下，建立更加貼合需求的區(qū)域級/行業(yè)級空間數(shù)據(jù)中心，為促進(jìn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展、提升地方政府現(xiàn)代化治理能力提供空間信息服務(wù)支撐。

“智慧城市時空信息底座應(yīng)用模式”即面向智慧城市建設(shè)需求，一方面建設(shè)支撐城市時空數(shù)據(jù)接收、匯聚、存儲、分發(fā)和使用等環(huán)節(jié)的時空信息云平臺，為城市管理、交通運(yùn)輸、公共安全、生活服務(wù)、應(yīng)急救援、自然資源、生態(tài)環(huán)境、災(zāi)害防控、傳染病防治等領(lǐng)域提供時空信息服務(wù)，另一方面打造智慧城市的管控、整合、治理、協(xié)同、服務(wù)、運(yùn)營、運(yùn)維能力，以時空信息應(yīng)用助力智慧城市發(fā)揮其增量效應(yīng)。

“空間信息數(shù)字經(jīng)濟(jì)應(yīng)用模式”是指發(fā)揮對地觀測技術(shù)對政府治理和“三產(chǎn)”升級的帶動作用，通過空間信息賦能，推動傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)向中高端邁進(jìn)，不斷催生新產(chǎn)業(yè)、新模式、新業(yè)態(tài)，為數(shù)字經(jīng)濟(jì)發(fā)展注入新動能。

“空間信息數(shù)字鄉(xiāng)村應(yīng)用模式”是以空間信息應(yīng)用技術(shù)推進(jìn)農(nóng)業(yè)農(nóng)村現(xiàn)代化，推進(jìn)縣、鄉(xiāng)、村級部門業(yè)務(wù)資源、空間地理信息、遙感影像數(shù)據(jù)等涉農(nóng)政務(wù)信息資源共享開放、有效整合，助力建立數(shù)字鄉(xiāng)村體系，探索鄉(xiāng)村數(shù)字經(jīng)濟(jì)新業(yè)態(tài)及鄉(xiāng)村數(shù)字治理新模式，使空間信息服務(wù)從城市向縣、鄉(xiāng)、村延伸。

四、空間信息創(chuàng)新應(yīng)用實(shí)踐

“十四五”期間，我國行業(yè)管理、政府治理的技術(shù)手段到了轉(zhuǎn)型升級的臨界點(diǎn),空間信息應(yīng)用產(chǎn)業(yè)通過“通導(dǎo)遙一體化”“天空地一體化”“服務(wù)智能化”等技術(shù)創(chuàng)新手段將在我國遠(yuǎn)洋漁業(yè)、應(yīng)急管理、環(huán)境保護(hù)、生物多樣性保護(hù)、自然資源監(jiān)管、碳匯能力評估、林長制等領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。

1.通導(dǎo)遙一體化系統(tǒng)遠(yuǎn)洋漁業(yè)應(yīng)用

基于電磁頻譜技術(shù)建設(shè)船舶識別系統(tǒng)（AIS）監(jiān)測船只位置，保證船只行駛安全并分析漁船的經(jīng)緯度位置、作業(yè)航向、航速等信息，估算實(shí)際投入的捕撈努力量，為漁場漁情預(yù)測提供決策支持；基于高通量衛(wèi)星通信導(dǎo)航技術(shù)為漁民提供通信導(dǎo)航服務(wù)，解決漁民出海時間較長、上網(wǎng)娛樂需求較大的問題；基于衛(wèi)星遙感技術(shù)獲取海水表面溫度、葉綠素等海洋環(huán)境數(shù)據(jù)，結(jié)合歷時漁場數(shù)據(jù)建立漁場漁情預(yù)測模型，對漁場位置、漁汛汛期及資源量進(jìn)行預(yù)測。通過通導(dǎo)遙一體化技術(shù)為我國遠(yuǎn)洋漁船捕撈生產(chǎn)、漁業(yè)管理等提供無縫覆蓋全球海域的遠(yuǎn)洋漁場數(shù)字化信息服務(wù)，為我國發(fā)展遠(yuǎn)洋漁業(yè)提供高新技術(shù)支撐，提高我國遠(yuǎn)洋漁業(yè)在國際上的競爭力和話語權(quán)?；谛l(wèi)星數(shù)據(jù)的海洋漁場環(huán)境數(shù)據(jù)反演系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 基于衛(wèi)星數(shù)據(jù)的海洋漁場環(huán)境數(shù)據(jù)反演系統(tǒng)

2.天空地一體化林草火災(zāi)監(jiān)測預(yù)警應(yīng)用

森林防火工作仍存在信息化水平不高，監(jiān)測預(yù)警體系有待完善的問題，一是受地形地貌影響，地面監(jiān)測站點(diǎn)覆蓋率低、數(shù)據(jù)來源單一；二是監(jiān)測結(jié)果以人工判讀為主，勞動強(qiáng)度大，且誤報(bào)率高，影響撲火救災(zāi)效率。融合衛(wèi)星遙感技術(shù)與人工智能技術(shù)，實(shí)現(xiàn)邊緣計(jì)算、人臉/車輛/煙火識別，打造天空地一體化森林火災(zāi)監(jiān)測預(yù)警平臺（圖2），在天基利用極軌衛(wèi)星和定軌衛(wèi)星，提供火情監(jiān)控服務(wù)，實(shí)現(xiàn)24小時全天候監(jiān)測，監(jiān)測頻率10分鐘一次；在空基通過無人機(jī)拍攝并實(shí)時回傳視頻至地面指揮中心，輔助其進(jìn)行撲火救火指揮調(diào)度；在地基利用高清攝像頭和熱成像攝像頭，實(shí)現(xiàn)24小時監(jiān)控并自動識別火情。

圖2 衛(wèi)星林火監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)

3.天地一體化水環(huán)境監(jiān)測預(yù)警應(yīng)用

在云南省滇池藍(lán)藻水華監(jiān)測預(yù)警工作中綜合利用空間信息應(yīng)用、物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)和數(shù)據(jù)庫技術(shù)，創(chuàng)新性地集成衛(wèi)星遙感、地基遙感、常規(guī)水質(zhì)監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)、氣象水文監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)等手段，構(gòu)建了滇池藍(lán)藻水華天地一體化預(yù)警監(jiān)測體系，實(shí)現(xiàn)了滇池水體的污染源數(shù)量、藻類覆蓋面積、水質(zhì)的葉綠素a濃度、藻藍(lán)蛋白濃度、懸浮物濃度、水體透明度的反演以及藍(lán)藻水華時空分布規(guī)律的分析，有效支撐了滇池藍(lán)藻水華的監(jiān)測預(yù)警工作。圖3為基于高分一號的滇池水環(huán)境監(jiān)測成果圖。

圖3 基于高分一號的滇池水環(huán)境監(jiān)測成果圖（2020年7月29日）

4.空間信息亞洲象智能化監(jiān)管服務(wù)

亞洲象的監(jiān)測預(yù)警一直以來是個難題，及時掌握亞洲象種群數(shù)量及行蹤，是緩解人象沖突最有效的措施之一。在云南景洪市亞洲象監(jiān)管工作中，將空間信息與人工智能、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、邊緣計(jì)算等技術(shù)進(jìn)行融合，建立亞洲象動態(tài)監(jiān)管系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)“服務(wù)智能化”，系統(tǒng)通過紅外相機(jī)、攝像頭捕捉到的信息進(jìn)行AI識別亞洲象，系統(tǒng)依據(jù)坐標(biāo)信息進(jìn)行地圖標(biāo)記，提供亞洲象時空軌跡分析，并通過手機(jī)、智能喇叭,向所在區(qū)域和預(yù)計(jì)路線上的村民發(fā)出警報(bào)，支持亞洲象預(yù)警處置。系統(tǒng)從2019年6月上線以來，累計(jì)發(fā)布亞洲象預(yù)警信息800余次，并在2021年8月對云南省北移大象處置工作指導(dǎo)提供了技術(shù)支持，有效緩解了人象沖突（圖4）。

圖4 景洪市亞洲象動態(tài)監(jiān)管系統(tǒng)

5.空間信息森林資源智能監(jiān)管應(yīng)用

近年來，隨著經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，在土地資源供應(yīng)日趨緊張的形勢下，如何有效保護(hù)森林資源，并準(zhǔn)確、實(shí)時、快速履行森林資源高效監(jiān)管顯得尤為重要和緊迫。云南省景洪市林業(yè)和草原局通過空間信息技術(shù)手段創(chuàng)新政府管理手段，創(chuàng)造性地采用二三維GIS和視頻數(shù)據(jù)聯(lián)動技術(shù)，將森林資源、林地征占、林地采伐數(shù)據(jù)與視頻監(jiān)控畫面進(jìn)行實(shí)時聯(lián)動，既可在地圖上查看森林資源的空間分布及其屬性信息，又可根據(jù)林地小班位置搜索最近距離的視頻監(jiān)控點(diǎn)，并可將視頻自動對焦到林地小班進(jìn)行實(shí)時畫面查看，輔助森林資源監(jiān)管人員對采伐開礦、未批先建、違法占用等破壞森林資源的違法活動進(jìn)行監(jiān)管，降低了政府監(jiān)管工作成本。圖5為云南省景洪市森林資源數(shù)據(jù)與視頻監(jiān)控實(shí)時聯(lián)動系統(tǒng)。

圖5 云南省景洪市森林資源數(shù)據(jù)與視頻監(jiān)控實(shí)時聯(lián)動系統(tǒng)

6.生態(tài)系統(tǒng)碳匯能力評估應(yīng)用

碳排放導(dǎo)致全球氣候變化加劇，極端天氣事件增加，我國由此提出“碳達(dá)峰”和“碳中和”目標(biāo)。減緩碳排放的途徑之一是通過森林、草原、濕地等保護(hù)修復(fù)措施增加對溫室氣體的吸收，即“碳匯”。利用遙感數(shù)據(jù)對生態(tài)系統(tǒng)碳匯能力進(jìn)行評估，結(jié)合無人機(jī)航空遙感數(shù)據(jù)、地面核查數(shù)據(jù)，建立生態(tài)系統(tǒng)碳匯能力評估模型，支撐量化、評估、預(yù)測國家、區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)碳匯情況，為我國“碳達(dá)峰”和“碳中和”目標(biāo)提供支撐。圖6為森林碳匯監(jiān)測系統(tǒng)。

圖6 森林碳匯監(jiān)測系統(tǒng)

7.空間信息技術(shù)助推我國林長制改革

基于“一張圖”的概念，通過建立林長制信息化管理平臺（圖7），將林業(yè)資源數(shù)據(jù)、專題數(shù)據(jù)、林長、涉林事件等統(tǒng)籌納入“一張圖”，實(shí)現(xiàn)森林資源一張圖管理、監(jiān)測設(shè)備一張圖控制、林業(yè)事件一張圖顯示，一覽林長制制度下森林所有情況，可以加載三維地理信息，實(shí)現(xiàn)信息可視化管理，實(shí)現(xiàn)橫向管到面，縱向管到點(diǎn)，為各級林長和林長辦以及林業(yè)、水利、環(huán)保等各行業(yè)協(xié)調(diào)辦公、聯(lián)合執(zhí)法提供工作平臺，大大提升林地管控效率，有助于落實(shí)協(xié)調(diào)聯(lián)動、精細(xì)化管理的森林管理長效運(yùn)行機(jī)制。

圖7 林長制信息化管理平臺

五、結(jié)束語

面向“十四五”，空間信息應(yīng)用產(chǎn)業(yè)必須從國家迫切需要解決的熱點(diǎn)問題出發(fā)，通過技術(shù)創(chuàng)新和模式創(chuàng)新，圍繞提高效率、降低成本、提升能力這個根本出發(fā)點(diǎn)，逐步融入行業(yè)業(yè)務(wù)，提升行業(yè)管理水平和管理效能。本文從新發(fā)展理念出發(fā)分析了當(dāng)前空間信息技術(shù)創(chuàng)新和模式創(chuàng)新趨勢，并闡述了場景化的空間信息創(chuàng)新應(yīng)用實(shí)踐，以期為我國“十四五”期間的空間信息應(yīng)用產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供可借鑒思路。