基于市級高分遙感應(yīng)用服務(wù)平臺的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)
——以河北省保定市高分中心為例*

梁彥平 郭興平 馮仕超 駱延青 張旭敏

華北地質(zhì)勘查局五一九大隊（河北九華勘查測繪有限責(zé)任公司） 河北 保定 071000

引言

高分遙感對地觀測主要利用天基、臨近空間和航空平臺的多種觀測手段，實(shí)現(xiàn)對陸地、海洋、大氣等各類對地觀測信息的獲取，其數(shù)據(jù)廣泛應(yīng)用于國家安全、國土、高分遙感等眾多領(lǐng)域[1-3]。高分辨率對地觀測系統(tǒng)河北保定數(shù)據(jù)應(yīng)用中心（以下簡稱高分保定中心）作為高分對地觀測系統(tǒng)的區(qū)域市級分中心，高分保定中心立足專業(yè)技術(shù)服務(wù)，將自身技術(shù)融入政府治理能力和治理體系現(xiàn)代化建設(shè)中，促進(jìn)相關(guān)部門及各行各業(yè)對遙感數(shù)據(jù)的應(yīng)用。

但是目前國內(nèi)有通用的高分遙感管理軟件，但此類軟件與高分管理單位等業(yè)務(wù)契合度較低，不能完全滿足各單位的需求。而定制化開發(fā)的高分管理軟件，可以結(jié)合具體業(yè)務(wù)工作需求進(jìn)行針對性的開發(fā)，但是整個過程持續(xù)時間長，并且成本投入大，同時維護(hù)難度也相對較高。因此，為了實(shí)現(xiàn)城市高分遙感管理水平的有效提升，針對每個地區(qū)不同的高分應(yīng)用情況，需要一個更加具有針對性的平臺來進(jìn)行管理。因此本研究，研發(fā)更加具有針對性的市級高分綜合管理平臺，有助于進(jìn)一步提高高分遙感管理的服務(wù)水平和運(yùn)行效能，更好地為提供高質(zhì)量高分遙感應(yīng)用服務(wù)。項(xiàng)目的實(shí)施能有效地解決遙感數(shù)據(jù)的共享服務(wù)效率，提升應(yīng)用效能，輔助政府決策。

1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析

遙感技術(shù)最早出現(xiàn)在20世紀(jì)60年代，其主要是建立在電磁波理論的基礎(chǔ)之上，利用傳感儀器實(shí)現(xiàn)對相關(guān)目標(biāo)物電磁波反射輻射信息的采集收集之后再以此為基礎(chǔ)，形成相應(yīng)的圖像，進(jìn)而就能夠?qū)ο嚓P(guān)地面物體、景象等進(jìn)行識別和探測。在當(dāng)下軍事演練、氣象觀測、測繪測量、農(nóng)業(yè)調(diào)查、污染監(jiān)測等多領(lǐng)域中遙感技術(shù)都發(fā)揮了極其重要的作用[4-7]。

1.1 國外研究現(xiàn)狀

國外關(guān)于遙感衛(wèi)星的研究已經(jīng)極其成熟，比如美國的“陸地衛(wèi)星”（Landsat）系統(tǒng)、俄羅斯“資源-DK”（Resurs-DK）衛(wèi)星、歐盟的歐洲遙感衛(wèi)星（ERS）等都是當(dāng)下極其先進(jìn)的遙感衛(wèi)星系統(tǒng)。美國在1960年把世界上第一顆遙感衛(wèi)星—“TIROS-1”氣象衛(wèi)星準(zhǔn)確地送入軌道，隨即揭開了人們通過遙感技術(shù)觀測地球的序幕。

隨著遙感技術(shù)的發(fā)展，對地觀測系統(tǒng)分辨率得到不斷提升。美國光學(xué)影像技術(shù)在世界上一直是最為先進(jìn)的。到1999年美國率先發(fā)射了遙感傳感器對地觀測分辨率為1m的IKONOS衛(wèi)星，其獲取遙感影像分辨率在當(dāng)時世界上是最高的。到目前為止，美國擁有世界上民用最高分辨率（全色波段0.31m）的WorldView系列商業(yè)光學(xué)衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)。

互聯(lián)網(wǎng)時代到來，為遙感技術(shù)發(fā)展提供了新的方向，遙感技術(shù)將進(jìn)行地面、航空、航天等多方面結(jié)合構(gòu)建地球衛(wèi)星觀測網(wǎng)絡(luò)，通過光學(xué)-電子計算機(jī)混合處理技術(shù)完成對圖像信息的高效精準(zhǔn)處理，自動識別和對相應(yīng)景向物體進(jìn)行分類，大大促進(jìn)了遙感技術(shù)精確度和效率的提升，同時也有效促進(jìn)遙感分析定量化的發(fā)展。

1.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀、存在問題和發(fā)展趨勢

自然資源部發(fā)布的《城市地質(zhì)調(diào)查總體方案（2017-2025年）》提出，要聚焦城市規(guī)劃、建設(shè)、運(yùn)行管理的重大問題，大力推進(jìn)“空間、資源、環(huán)境、災(zāi)害”多要素的城市地質(zhì)調(diào)查，開展重大科技問題攻關(guān)，建立城市地質(zhì)信息服務(wù)與決策支持系統(tǒng)。高分?jǐn)?shù)據(jù)與應(yīng)用中心作為“高分專項(xiàng)”中集高分?jǐn)?shù)據(jù)接收、數(shù)據(jù)加工處理、數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)共享為一體的綜合數(shù)據(jù)管理平臺，已經(jīng)陸續(xù)在全國各省市中鋪展開來。

與西方發(fā)達(dá)國家相比，我國在高分辨率遙感技術(shù)上的研究相對落后，但發(fā)展速度較快。我國自1986年首次發(fā)射了用于監(jiān)測國家土地資源衛(wèi)星，從而解決了我國國土部門在管理國家土地過程中對遙感影像的需求。隨后我國自主研制出了一系列高分辨率遙感衛(wèi)星，并應(yīng)用于各行各業(yè)[8-11]。2020年12月6日，高分十四號衛(wèi)星發(fā)射獲得圓滿成功，其作為光學(xué)立體測繪衛(wèi)星，其能夠?qū)θ蜻M(jìn)行覆蓋，精準(zhǔn)獲得全球范圍內(nèi)各地區(qū)的立體景象，這就為數(shù)字地圖繪制、高程模型制作等提供了便利， 同時也能夠?yàn)橐粠б宦返葢?zhàn)略的實(shí)施提供相應(yīng)的地理信息基礎(chǔ)支撐。尤其在現(xiàn)階段，國內(nèi)航空航天技術(shù)發(fā)展極其迅速，航天對地觀測技術(shù)體系在不斷完善和進(jìn)步，已經(jīng)形成了全方位、多層次、全天候的技術(shù)體系，每天都會產(chǎn)生大量遙感數(shù)據(jù)，并且呈現(xiàn)持續(xù)增長趨勢。

以河北為例，其現(xiàn)階段存儲的航空航天遙感影像數(shù)據(jù)達(dá)到了幾百個TB。并且隨著今后遙感技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展以及不同行業(yè)對于遙感影像數(shù)據(jù)的需求增多，遙感影像數(shù)據(jù)的總量將會出現(xiàn)爆發(fā)性的指數(shù)增長態(tài)勢。但是在此過程中，雖然能夠高效迅速地完成遙感影像的獲取，但是在具體應(yīng)用和相關(guān)數(shù)據(jù)共享方面，卻存在著一定的問題，關(guān)于數(shù)據(jù)的管理應(yīng)用及共享都沒有進(jìn)行有效的結(jié)合，并形成系統(tǒng)整體有效的管理體系和管理機(jī)制，其中最為突出的就在于重復(fù)建設(shè)，這就導(dǎo)致在各項(xiàng)資源支出方面存在較大浪費(fèi)，對于遙感影像的利用率相對較低。為了有效解決以上問題，在現(xiàn)階段大量專家以及影像數(shù)據(jù)管理部門機(jī)構(gòu)都圍繞實(shí)際工作需求構(gòu)建了相應(yīng)的影像管理服務(wù)平臺。

本研究中的高分遙感應(yīng)用服務(wù)系統(tǒng)研發(fā)針對數(shù)據(jù)分辨率較低，動態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)的獲取技術(shù)、自動提取技術(shù)、影像技術(shù)相對落后等技術(shù)瓶頸，通過建立綜合分析輔助決策系統(tǒng)、提供三維數(shù)字地球框架服務(wù)，開發(fā)一套針對“星—機(jī)—地”遙感數(shù)據(jù)與多源數(shù)據(jù)融合的分析并輔助決策一站式遙感應(yīng)用服務(wù)平臺，為各層次用戶提供標(biāo)準(zhǔn)化、普適性、網(wǎng)絡(luò)化的遙感信息與應(yīng)用服務(wù)，逐步提升空間遙感應(yīng)用能力。積極推進(jìn)高分?jǐn)?shù)據(jù)的覆蓋范圍，通過融合行業(yè)信息資源，開展高分?jǐn)?shù)據(jù)示范應(yīng)用并推動深度應(yīng)用，為促進(jìn)保定市、河北省乃至全國的空間信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展貢獻(xiàn)力量。

2 平臺設(shè)計與實(shí)現(xiàn)

2.1 主要研究內(nèi)容

本研究中，以業(yè)務(wù)為導(dǎo)向，以數(shù)據(jù)為核心，以集成為重點(diǎn)，以應(yīng)用為目的，采用面向服務(wù)、組件化和構(gòu)件化等技術(shù)方法，構(gòu)建出了完整科學(xué)、架構(gòu)統(tǒng)一、開放性強(qiáng)、安全度高的遙感影像應(yīng)用服務(wù)平臺。

系統(tǒng)采用B/S體系結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)集中存儲，系統(tǒng)建設(shè)主體框架由數(shù)據(jù)層、訪問層、表示層三部分組成。此外，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范制度體系和安全保障體系作為系統(tǒng)的支撐體系，也是系統(tǒng)建設(shè)必不可少的部分。系統(tǒng)主要完成功能如下所示：①數(shù)據(jù)層是平臺的基礎(chǔ)和核心，主要包括基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)和高分遙感數(shù)據(jù)及其他專題數(shù)據(jù)，通過GeoServer服務(wù)器將各類數(shù)據(jù)發(fā)布為可供調(diào)用的數(shù)據(jù)服務(wù)。②訪問層主要實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)的“增刪改查”等操作，為表示層提供滿足需求的數(shù)據(jù)服務(wù)。③表示層完成對數(shù)據(jù)的瀏覽、展示和查詢分析。④后臺管理主要完成對系統(tǒng)訪問用戶的安全認(rèn)證、各種發(fā)布專題的管理等功能。

2.2 平臺設(shè)計及關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)

系統(tǒng)采用B/S架構(gòu)，基于Cesium三維地球引擎。通過調(diào)用GeoServer服務(wù)、關(guān)系數(shù)據(jù)庫信息，可視化方面通過引入控件等達(dá)到界面美化、圖表展示等效果；數(shù)據(jù)層以數(shù)據(jù)庫為主，將空間、屬性數(shù)據(jù)同時儲存其中；后臺服務(wù)層則以GeoServer為前端，以此為基礎(chǔ)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。系統(tǒng)的具體功能模塊有以下幾部分：①空間信息管理模塊：對于各行政區(qū)域內(nèi)的圖層數(shù)據(jù)展開管理，比如圖層間切換；同一行政區(qū)域內(nèi)各不同時段數(shù)據(jù)圖層的生成以及時間軸的生成和切換；圍繞用戶需求，為其提供數(shù)據(jù)查詢統(tǒng)計等功能。②基礎(chǔ)信息展示模塊：地圖的放大、測量、導(dǎo)航等功能，以及矢量圖與影像圖的切換，多層目錄樹的區(qū)域選擇等，同時還可以對某一區(qū)域內(nèi)不同時段的數(shù)據(jù)展開對比。③系統(tǒng)管理模塊：主要包括系統(tǒng)用戶、角色、菜單以及數(shù)據(jù)服務(wù)的管理配置，實(shí)現(xiàn)不同用戶的訪問權(quán)限可靈活配置。

在系統(tǒng)研發(fā)過程中采用了以下關(guān)鍵技術(shù)：①開發(fā)基于高分遙感數(shù)據(jù)綜合分析輔助決策系統(tǒng)。采用面向服務(wù)的SOA架構(gòu)，基于Web技術(shù)提供三維數(shù)字地球框架服務(wù)：實(shí)現(xiàn)遙感影像等多源異構(gòu)數(shù)據(jù)的可視化集成，在此基礎(chǔ)上緊貼政府部門管理的需求和流程，進(jìn)行底圖數(shù)據(jù)展示、開發(fā)基于數(shù)據(jù)的信息綜合分類進(jìn)行輔助決策。②空間數(shù)據(jù)庫技術(shù)。該技術(shù)將數(shù)據(jù)庫和GIS系統(tǒng)相關(guān)的，從實(shí)現(xiàn)對空間以及非空間數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理，并且能夠同時為多用戶提供訪問服務(wù)，在空間數(shù)據(jù)索引機(jī)制以及數(shù)據(jù)并發(fā)訪問性能方面都具有較大優(yōu)勢。

2.3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

高分遙感應(yīng)用服務(wù)系統(tǒng)打造具有自主知識產(chǎn)權(quán)的遙感展示及應(yīng)用系統(tǒng)，可提供時間序列的影像查詢，同時針對各管理部門，開發(fā)專題應(yīng)用。該項(xiàng)目可以滿足各行業(yè)不同用戶對高分遙感數(shù)據(jù)的使用需求，進(jìn)一步提升高分遙感應(yīng)用服務(wù)能力。

3 結(jié)束語

在今后發(fā)展中，遙感技術(shù)的發(fā)展速度會進(jìn)一步加快，能夠?yàn)橛脩籼峁└庸δ茇S富的對地觀測服務(wù)。遙感圖像在空間、光譜以及時間等方面的分辨率都會迅速提高。并且隨著空間技術(shù)的不斷成熟和進(jìn)步，也會進(jìn)一步拓寬遙感技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域，尤其是GIS和GPS技術(shù)的發(fā)展和互相滲透，將會越來越廣泛，成為地方經(jīng)濟(jì)新的增長極。高分辨率對地觀測系統(tǒng)應(yīng)用與推廣項(xiàng)目的主要研究是基于遙感影像進(jìn)行的，包含高分衛(wèi)星影像、無人機(jī)航拍影像和地面三維激光掃描數(shù)據(jù)。遙感作為空間數(shù)據(jù)采集手段，已成為自然資源地理信息系統(tǒng)的主要信息源與數(shù)據(jù)更新途徑。把遙感數(shù)據(jù)與其他數(shù)據(jù)結(jié)合和統(tǒng)一分析，將為高分遙感產(chǎn)業(yè)化推廣和行業(yè)應(yīng)用帶來更加廣闊的前景。