高分?jǐn)?shù)據(jù)在哈爾濱市城市精細(xì)化管理中的應(yīng)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?jǐn)?shù)據(jù)在哈爾濱市城市精細(xì)化管理中的應(yīng)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(diǎn)，但存在與城市信息化結(jié)合不足、推廣困難等問(wèn)題。針對(duì)以上問(wèn)題，本文綜合考慮高分遙感數(shù)據(jù)在城市精細(xì)化管理中的應(yīng)用需求，在哈爾濱市開(kāi)展高分城市精細(xì)化管理應(yīng)用示范，應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測(cè)和安全應(yīng)急領(lǐng)域，帶動(dòng)高分遙感數(shù)據(jù)的產(chǎn)業(yè)化推廣，實(shí)現(xiàn)高分遙感數(shù)據(jù)與城市精細(xì)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(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足現(xiàn)代城市管理的要求，實(shí)施精細(xì)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(lái)，衛(wèi)星遙感技術(shù)的迅猛發(fā)展，已把人類帶入一個(gè)多層次、多角度的全方位、全天候?qū)Φ赜^測(cè)時(shí)代，并在政府管理決策、救災(zāi)應(yīng)急處置、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與工程建設(shè)、民眾生活、科學(xué)研究與國(guó)防軍事等方面，獲得顯著效益，已經(jīng)成為國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要支撐技術(shù)[2]。

高分?jǐn)?shù)據(jù)作為城市基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集、更新和維護(hù)的基礎(chǔ)，同時(shí)也是城市精細(xì)化管理的重要支撐數(shù)據(jù)，可以使得城市各類管理目標(biāo)對(duì)象更為清晰和可辨，為實(shí)施精細(xì)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(shí)的各類光譜信息，包括大氣污染、水污染、熱島效應(yīng)等，為實(shí)施精細(xì)化管理提供高光譜分辨率的地理空間信息要素；高時(shí)間分辨率數(shù)據(jù)可以較高頻率獲取城市主體建設(shè)區(qū)的歷史快照，掌握城市（鎮(zhèn)）建設(shè)發(fā)展演變過(guò)程和時(shí)序。從市場(chǎng)前景和應(yīng)用需求角度，需要通過(guò)高分實(shí)現(xiàn)城市精細(xì)化管理，通過(guò)典型行業(yè)的應(yīng)用示范，打通應(yīng)用鏈路，建立業(yè)務(wù)化、長(zhǎng)效化的應(yīng)用模式[3]。

一、高分遙感數(shù)據(jù)在城市精細(xì)化管理中的應(yīng)用現(xiàn)狀

1．國(guó)外應(yīng)用現(xiàn)狀

在歐美發(fā)達(dá)國(guó)家，衛(wèi)星遙感技術(shù)的發(fā)展一直處于領(lǐng)先地位，國(guó)際化應(yīng)用監(jiān)測(cè)已成為當(dāng)今熱點(diǎn)[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(diǎn)，非常適合城市空間信息的動(dòng)態(tài)采集與監(jiān)測(cè)，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于城市精細(xì)化管理的各個(gè)方面。世界各國(guó)和政府組織在提出依賴互聯(lián)網(wǎng)和信息技術(shù)來(lái)改變城市未來(lái)發(fā)展藍(lán)圖計(jì)劃的同時(shí)，也都將衛(wèi)星遙感技術(shù)作為支撐城市精細(xì)化管理的一項(xiàng)重要內(nèi)容。2004年，韓國(guó)、日本先后推出U-Korea、U-Japan國(guó)家戰(zhàn)略規(guī)劃，隨后，日本于2009年又提出了更新的i-Japan國(guó)家信息化戰(zhàn)略；2010年，美國(guó)提出加強(qiáng)智慧型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和推進(jìn)智慧應(yīng)用項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)刺激計(jì)劃；2011年，歐盟公布了新智慧城市與社區(qū)行動(dòng)報(bào)告，都將空間技術(shù)應(yīng)用作為城市精細(xì)化管理的重要內(nèi)容。

國(guó)外高分?jǐn)?shù)據(jù)城市精細(xì)化管理應(yīng)用大多是依托智慧城市開(kāi)展。智慧城市的發(fā)展將促進(jìn)生產(chǎn)方式的轉(zhuǎn)變，同時(shí)也有利于解決城市化發(fā)展中的一系列“城市病”問(wèn)題。智慧城市建設(shè)有利于提高政府公共服務(wù)水平，改善居民生活。智慧城市的建設(shè)離不開(kāi)物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、下一代互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等新興信息技術(shù)，它們也正以其獨(dú)有的滲透性、沖擊性、倍增性和創(chuàng)新性席卷全球，推動(dòng)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(lái)臨。

2．國(guó)內(nèi)應(yīng)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(cè)廣度的提高為高分?jǐn)?shù)據(jù)的行業(yè)化及城市化應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。在國(guó)家不斷加大資源環(huán)境監(jiān)管、災(zāi)害防治與權(quán)益保護(hù)力度的要求下，全國(guó)性的農(nóng)業(yè)、土地、礦產(chǎn)、環(huán)境、林業(yè)、海洋、測(cè)繪等自然資源環(huán)境調(diào)查監(jiān)測(cè)工程和測(cè)圖工程大規(guī)模展開(kāi)，衛(wèi)星遙感以快速獲取地表變化的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，成為重要的支撐性技術(shù)，在許多行業(yè)得到迅速發(fā)展，應(yīng)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(shù)復(fù)雜、使用成本較高等因素，各級(jí)區(qū)域政府部門(mén)獨(dú)立應(yīng)用存在較大的難度，高分遙感數(shù)據(jù)在城市精細(xì)化管理中的應(yīng)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(tái)《國(guó)家智慧城市試點(diǎn)暫行管理辦法》、《國(guó)家智慧城市（區(qū)、鎮(zhèn)）試點(diǎn)指標(biāo)體系（試行）》，啟動(dòng)智慧城市試點(diǎn)工作；2014年8月，住建部、科技部聯(lián)合啟動(dòng)2014年智慧城市試點(diǎn)申報(bào)，打通科技與經(jīng)濟(jì)社會(huì)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(jié)合，深入到城市行業(yè)信息化應(yīng)用中，進(jìn)而才能最大限度的發(fā)揮其應(yīng)用價(jià)值。

3．哈爾濱市應(yīng)用現(xiàn)狀

圖1 哈爾濱市精細(xì)化管理系統(tǒng)架構(gòu)

哈爾濱市作為黑龍江省省會(huì)城市，一直致力于智慧城市建設(shè)與高分?jǐn)?shù)據(jù)應(yīng)用探索。2011年，哈爾濱市正式頒布了《哈爾濱市城市建設(shè)“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(kāi)了人口、法人、證照等公共信息系統(tǒng)建設(shè)，實(shí)現(xiàn)了跨部門(mén)、跨行業(yè)信息的融合、挖掘及共享，同時(shí)對(duì)市、區(qū)和街道等各級(jí)政府和行業(yè)管理部門(mén)的行政審批和管理職能等方面進(jìn)行梳理。2012年，開(kāi)展了城市空間信息系統(tǒng)規(guī)劃和專家論證，按照分步實(shí)施的原則推進(jìn)項(xiàng)目，2013年啟動(dòng)了“智慧管網(wǎng)”項(xiàng)目，已經(jīng)全面摸清了哈爾濱市各類地下管線情況，同時(shí)建設(shè)了智慧管網(wǎng)信息系統(tǒng)，面向管線權(quán)屬單位和政府部門(mén)實(shí)現(xiàn)了專網(wǎng)和內(nèi)網(wǎng)的部署應(yīng)用，并建立了一套長(zhǎng)效更新機(jī)制，保證了數(shù)據(jù)的鮮活性。2014年，啟動(dòng)了“哈爾濱城市空間信息系統(tǒng)”建設(shè)項(xiàng)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(chǔ)、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(shí)現(xiàn)地上城市空間信息、基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)的匯交、整合、入庫(kù)，滿足三網(wǎng)（政務(wù)內(nèi)網(wǎng)、政務(wù)外網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)）應(yīng)用需求，為各行業(yè)提供城市空間信息應(yīng)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?jǐn)?shù)據(jù)的結(jié)合還不夠緊密，在后續(xù)智慧城市與高分?jǐn)?shù)據(jù)的結(jié)合應(yīng)用上仍有很大的發(fā)展空間。

二、哈爾濱市精細(xì)化管理系統(tǒng)架構(gòu)

哈爾濱市精細(xì)化管理系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。重點(diǎn)是基于遙感一張圖，開(kāi)展城市基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集；整合城市空間信息、城市動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)及公共信息數(shù)據(jù)，建設(shè)基于遙感城市時(shí)空信息服務(wù)平臺(tái)，為上層應(yīng)用系統(tǒng)提供高分?jǐn)?shù)據(jù)與城市基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、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(chǔ)服務(wù)，為政府行政審批、行業(yè)職能管理、社會(huì)公眾服務(wù)提供城市信息的綜合服務(wù)。按照智慧城市“六化”指標(biāo)要求，重點(diǎn)選取環(huán)境監(jiān)測(cè)、安全應(yīng)急兩項(xiàng)開(kāi)展應(yīng)用示范，結(jié)合業(yè)務(wù)模型，實(shí)現(xiàn)高分遙感數(shù)據(jù)與城市基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的深度融合應(yīng)用，并為其他系統(tǒng)建設(shè)樹(shù)立應(yīng)用典范。

三、高分遙感數(shù)據(jù)應(yīng)用模式

高分?jǐn)?shù)據(jù)面向城市應(yīng)用，重點(diǎn)是發(fā)揮其高空間分辨率、高光譜分辨率、高時(shí)間分辨率等優(yōu)勢(shì)，城市高分遙感數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)對(duì)象識(shí)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(guò)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(kù)；另一方面輔助城市空間信息采集與更新，保證城市基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)的鮮活性。通過(guò)人工普查與自動(dòng)化采集相結(jié)合的手法，城市完整的數(shù)據(jù)庫(kù)可年度或按季度及時(shí)更新[7]。同時(shí)接入已有的人口法人數(shù)據(jù)，在基于遙感的城市時(shí)空信息服務(wù)平臺(tái)的融合挖掘基礎(chǔ)之上，融入各行業(yè)特有的業(yè)務(wù)模型，支持環(huán)境監(jiān)測(cè)、安全應(yīng)急、智能交通等應(yīng)用示范系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)、管理、分析、評(píng)估、決策等業(yè)務(wù)，通過(guò)專題信息處理等相關(guān)功能，提取出各行業(yè)的專題數(shù)據(jù)產(chǎn)品，進(jìn)一步支持時(shí)空信息服務(wù)平臺(tái)的建設(shè)。如圖2所示。

圖2 高分?jǐn)?shù)據(jù)應(yīng)用模式示意圖

四、哈爾濱市精細(xì)化管理典型應(yīng)用分析

1．環(huán)境監(jiān)測(cè)應(yīng)用示范

環(huán)境監(jiān)測(cè)作為環(huán)境保護(hù)環(huán)節(jié)的一個(gè)重要組成部分，對(duì)大氣、水、污染物及生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)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(jiǎn)稱“三堆”）、秸稈焚燒、生態(tài)紅線等環(huán)境污染問(wèn)題方面存在監(jiān)管不到位、監(jiān)測(cè)時(shí)效性低等問(wèn)題，環(huán)境監(jiān)測(cè)示范已通過(guò)采用智能識(shí)別、移動(dòng)通信、云計(jì)算、信息融合、數(shù)據(jù)挖掘等核心技術(shù)，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(chǔ)數(shù)據(jù)中與環(huán)境相關(guān)的數(shù)據(jù)，進(jìn)一步提高環(huán)境保護(hù)管理效率，能夠?qū)崟r(shí)跟蹤監(jiān)測(cè)秸稈焚燒、“三堆”、以及水污染情況。另外，通過(guò)利用現(xiàn)有數(shù)據(jù)有效的進(jìn)行環(huán)境生態(tài)紅線的劃分和分析，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)環(huán)境監(jiān)測(cè)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(gè)方面的環(huán)境監(jiān)測(cè)能力[8]。

環(huán)境監(jiān)測(cè)應(yīng)用示范系統(tǒng)通過(guò)高分衛(wèi)星遙感監(jiān)測(cè)，與環(huán)保部門(mén)聯(lián)動(dòng)，充分結(jié)合城市監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)與無(wú)人機(jī)實(shí)地監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，在哈爾濱市開(kāi)展試驗(yàn)驗(yàn)證，在秸稈焚燒、“三堆”普查監(jiān)測(cè)兩方面開(kāi)展示范應(yīng)用，如圖3所示。

示范應(yīng)用的開(kāi)展綜合運(yùn)用高分遙感衛(wèi)星所獲取的高分影像數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)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(chǔ)上結(jié)合無(wú)人機(jī)系統(tǒng)及可見(jiàn)光相機(jī)、攝像機(jī)、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(guò)與城市空氣監(jiān)測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行同化，形成環(huán)保專題數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)污染物形成定量分析，并通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)圖像的研判形成解譯成果，利用地面網(wǎng)絡(luò)和衛(wèi)星通信實(shí)時(shí)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(cè)、“三堆”監(jiān)管平臺(tái)和體系應(yīng)用模式。

2．安全應(yīng)急應(yīng)用示范

圖3 環(huán)境監(jiān)測(cè)應(yīng)用架構(gòu)圖

為了有效預(yù)防和減少自然災(zāi)害、事故災(zāi)難、公共衛(wèi)生和社會(huì)安全事件及其造成的損失，保障人民群眾生命財(cái)產(chǎn)安全、維護(hù)社會(huì)穩(wěn)定，建立資源共享、準(zhǔn)確預(yù)測(cè)、科學(xué)決策、快速反應(yīng)、聯(lián)合行動(dòng)的現(xiàn)代化安全應(yīng)急應(yīng)用示范系統(tǒng)，提高應(yīng)對(duì)突發(fā)公共事件的快速反應(yīng)能力和科學(xué)決策水平。安全應(yīng)急應(yīng)用示范系統(tǒng)立足政府當(dāng)前應(yīng)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(shí)具有強(qiáng)大升級(jí)拓展能力，提升城市安全應(yīng)急水平[9]。

安全應(yīng)急應(yīng)用示范系統(tǒng)是集通信網(wǎng)絡(luò)、地理信息系統(tǒng)（GIS）、北斗衛(wèi)星、數(shù)據(jù)庫(kù)與信息處理等多種技術(shù)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(chǔ)，通過(guò)在線方式滿足政府部門(mén)、企事業(yè)單位和社會(huì)公眾對(duì)地理信息，空間定位分析，災(zāi)后評(píng)估的基本要求，具備個(gè)性化應(yīng)用的二次開(kāi)發(fā)接口和可擴(kuò)展空間，如圖4所示。

通過(guò)高分衛(wèi)星遙感監(jiān)測(cè)，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(mén)聯(lián)動(dòng)，在哈爾濱市的重要安全應(yīng)急監(jiān)測(cè)地區(qū)開(kāi)展試驗(yàn)驗(yàn)證，在典型行業(yè)開(kāi)展示范應(yīng)用，驗(yàn)證安全應(yīng)急應(yīng)用示范系統(tǒng)的業(yè)務(wù)流程，驗(yàn)證監(jiān)測(cè)預(yù)警、預(yù)防防護(hù)及應(yīng)急服務(wù)等典型服務(wù)的特征庫(kù)及數(shù)據(jù)處理算法，打通業(yè)務(wù)流程。

圖4 安全應(yīng)急應(yīng)用示范系統(tǒng)框架圖

五、結(jié)束語(yǔ)

結(jié)合城市精細(xì)化管理當(dāng)前發(fā)展?fàn)顩r，高分遙感數(shù)據(jù)在城市精細(xì)化管理中應(yīng)用是當(dāng)今的發(fā)展趨勢(shì)。黑龍江省哈爾濱市作為智慧城市建設(shè)示范城市，目前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)遙感與城市基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的融合應(yīng)用，以及一站式綜合信息服務(wù)；通過(guò)環(huán)保和安全應(yīng)急應(yīng)用示范，打通遙感數(shù)據(jù)從接入、融合、服務(wù)到應(yīng)用的鏈路，實(shí)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(wù)水平，促進(jìn)高分產(chǎn)業(yè)化推廣和東北經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型。

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

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

[3]郭理橋,林劍遠(yuǎn),王文英.基于高分遙感數(shù)據(jù)的城市精細(xì)化管理應(yīng)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(guó)外遙感衛(wèi)星應(yīng)用產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)[J].衛(wèi)星應(yīng)用,2013,2(11)：44-49.

[5]譚綺娟.遙感技術(shù)在城市精細(xì)化管理中的應(yīng)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(shí)踐[J].衛(wèi)星應(yīng)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(shí)現(xiàn)城市3維可視化[J].測(cè)繪學(xué)院學(xué)報(bào),2002,19(2)：102-105.

[8]萬(wàn)余慶,張鳳麗,閆永忠.高光譜遙感技術(shù)在水環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用研究[J].國(guó)土資源遙感,2003,12(3)：10-14.

[9]嚴(yán)瑾.遙感數(shù)據(jù)應(yīng)急服務(wù)機(jī)制研究與實(shí)現(xiàn)[J].硅谷,2011,8(11)：84-84.