智慧城市建設中高分衛星遙感數據研究

摘? 要：智慧城市涉及眾多領域，國產高分衛星遙感數據為智慧城市建設和管理提供基礎支撐。通過建設高分衛星遙感數據資源中心，構建數據豐富和功能強大的空間信息數據庫，輔助解決智慧城市管理中各類難題。高分遙感衛星影像數據應從當地高分中心獲取并符合國家規定要求，數據的管理和更新應能滿足智慧城市建設中產業發展需求與國家戰略部署要求。

關鍵詞：高分衛星遙感數據;數據資源中心;智慧城市;三維地圖;地理數據

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域，數據資源具有“多源、異構、動態、分散”的特點，其在“多源”方面，具有“空間、業務、專題、支撐”等不同類型的數據，以國產高分衛星遙感數據為主，建設以高分衛星為核心的遙感數據資源中心，數據即是服務，空間數據庫和文件采用分布式結合方式，建立靈活的數據資源體系結構，使空間數據能充分共享，并具有良好的可擴展性，為海量數據的高效管理提供支撐。

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

通過高分衛星遙感影像服務系統，結合傳統的基礎地理信息數據，通過數據提取等處理工作，提供通用高分遙感衛星數據增值產品系列（多尺度可見光、多光譜、熱紅外、微波系列）、面向典型行業的專題數據集及在線應用服務等三類產品或服務。高分衛星遙感影像服務系統的產品和服務通過建立高分衛星遙感數據源處理加工生產線，具備工業級影像數據源處理能力，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提供給用戶最符合要求的數據。以高分衛星數據為基礎，建設數據工廠實現數據的自動化處理，在少量人工成本的條件下，即可輸出多種系列的高分衛星遙感數據應用產品以及技術服務產品[1]。

1? 建設高分衛星遙感數據資源中心

實現高分辨率衛星遙感數據共建共享的核心是要建設一個數據豐富、更新及時、功能強大的空間信息數據庫。在解決智慧城市管理中的各類難題時，尤其是信息化領域存在的問題，利用高分衛星遙感數據能夠起到顯著效果。高分衛星數據具備的動態可視、實時宏觀等特性，使得基于高分衛星遙感數據形成從信息收集到數據處理，再到數據分析、輔助決策和應用的多領域、多視角、多層次的觀測系統。在智慧城市建設領域中，高分衛星遙感數據已成為不可缺少的基礎性數據源[2]。

隨著高分系列衛星的不斷研發和升空，衛星影像已經覆蓋了多光譜、全色、高光譜等多種色譜，影像采集方式覆蓋光學和雷達，衛星的軌道包括地球同步軌道和太陽同步軌道等多種類型，已經構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。綜合三維地圖數據、矢量電子地圖數據、地理實體數據、地名地址數據等輔助數據，通過我國自主的高分辨率衛星遙感數據，建設高分衛星遙感數據資源中心。在建立高分衛星遙感數據資源中心的過程中，需要建立對數據資源中心的長效管理機制，對數據進行管理、維護及更新，以保證數據庫的準確性和先進性。如圖1所示，從高分衛星遙感數據資源中心獲取的各類數據，應用于智慧城市建設的不同領域。數據資源中心的建設為智慧城市的管理，提供了高空信息動態圖，為相關服務和資源規劃奠定了良好的基礎[3]。

2? 高分衛星遙感數據獲取

2.1? 高分衛星數據

國家先后印發《高分辨率對地觀測系統重大專項衛星遙感數據管理暫行辦法》（科工高分辦〔2015〕2號）、《高分辨率對地觀測系統重大專項數據應用推廣指導意見》（科工高分辦〔2016〕3號）、《國防科工局 發展改革委 財政部關于印發<國家民用衛星遙感數據管理暫行辦法>的通知》（科工一司〔2018〕1866號），智慧城市建設過程中的高分影像數據，從當地的高分中心獲取[4]。

高分應用綜合信息服務共享平臺（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幾何糾正處理，形成初級產品分發給省級數據與應用中心。初級產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據的途徑主要途徑有兩種。若是受控類或是公開類數據，通過國家電子政務網、介質拷貝方式獲取。按照國家規定的涉密數據保護規定，必須通過存儲介質獲取涉密數據。無論是受控數據、公開數據，還是涉密數據，在獲取高分遙感影像數據后，均須進行備份和歸檔。

廈門精圖信息技術有限公司承擔了多地的智慧城市建設項目，項目中通過共建共享機制，整合各部門現有衛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據的城市規劃與精細化管理方面工作的實施，積累了豐富的高分衛星數據應用經驗。

2.2? 輔助數據

在智慧城市建設中，輔助數據是指與城市規劃和管理相關的數據，主要有五部分，分別是影像地圖數據、地理實體數據、地名地址數據、三維地圖數據、矢量電子地圖數據。

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

其中的地名地址數據，包含了標準地址數據、地址位置數據、地址代碼數據、地址時態信息數據，還包括了與地名地址相關的地理實體名稱數據與實體標識碼數據。

其中的地理實體數據，須依據GB/T 37118—2018《地理實體空間數據規范》，以現有的基礎地理空間數據庫為數據源，提取通用性公共數據，這些數據包括邊界數據、行政區劃數據、交通數據、水系數據、居民居所數據等通用性數據。

其中的三維地圖數據，分為三維場景模型數據和三維建筑模型數據。利用三維基礎平臺軟件，將影像數據和DEM數據進行壓縮處理，最終生成三維場景模型。三維建筑模型是將現實中的房屋建筑構建成虛擬的三維建筑模型，目前全國多省市內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，均屬于以高程數據和矢量數據組合而成的線劃地圖數據，線劃地圖數據包括行政區劃邊界數據、地名數據、綠地數據、水系數據、道路數據、居民居所等數據。矢量電子地圖中，將矢量數據以5×5格網進行十級展示，并將第五級矢量數據和DEM數據壓縮做成暈染圖[5]。

2.3? 數據更新

在數據更新工作中，按照“統一標準、分建共享、更新協同”的數據建設方法，建立數據聯動更新和分建共享的數據體系，充分共享國家高分衛星應用數據庫、省測繪地理信息局、市縣自然資源和規劃局、商業地圖公司等各類地理信息數據資源，通過利用多源和異構的數據融合方法，建立地理信息數據集。基于Oracle、NoSQL等數據庫及文件管理系統，解決了電子地圖緩存文件、地理實體數據、地名地址和興趣點、實景三維等不同類型、不同格式的二、三維數據統一管理，實現對二、三維數據及其歷史版本數據等海量數據的統一管理。

高分衛星數據資源中心建成后，對于高分衛星遙感數據庫的更新可根據應用的實際情況和經濟發展需要制定一個合適的更新周期和更新范圍。針對重點區域，數據更新的相對頻率要快。

2.3.1? 數據更新形式

跟蹤數據源單位的數據生產情況，保證專題數據的正常獲取和更新。為了保證各類數據的現勢性，需要不斷地獲取新的信息。

為了確保能夠對數據進行準確、快速的更新，根據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。對于不同類別的數據，可采用不同的更新手段（如通過專題數據更新高分衛星遙感數據的空間框架數據，通過測量或調查更新）和更新方式（按區域更新，按要素更新）。

數據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（不同數據產品）的關聯更新。在管理數據工作中，將老數據進行版本管理，并自動保存在歷史數據庫后，再導入更新的數據。

2.3.2? 數據更新技術

在數據屬性字段要進行標記處理，同時對元數據進行范圍標記，以監測數據的變化情況，作為數據的變化因子。對于交換而來的數據，或者更新到發布庫中的生產庫數據，都標記有變化因子，以使數據更新具備操作性。

元數據變化范圍以及數據字段的更新時間，均是變化因子。框架數據庫的生產到發布，是以增量開發的方式，解決少量數據變化時的數據更新，所以各庫之間的聯動關系會比較復雜。數據管理方式應該達到要素級別，每個圖元（要素）都要做好時間標記。生產庫和發布庫等數據的更新，其增量數據需要經過時間戳的篩選，增量更新的過程即數據的導出、拷貝及導入。地理框架數據的更新，使得電子地圖也需要同步更新。采用地圖緩存技術，實現電子地圖的網絡快速瀏覽。根據變化區域的數據更新，更替相應電子地圖瓦片，以實現局部電子地圖數據的實時更新[6]。

3? 結? 論

通過建設高分衛星遙感數據資源中心，為城市中各個部門提供了一站式高分衛星綜合應用服務，為各層次用戶提供標準化、普適性、網絡化的高分衛星遙感信息與應用服務。國家高分衛星遙感數據資源中心的建設，在解決智慧城市管理中各類難題過程中積累了大量經驗，為地方高分中心的核心建設指明了方向，推進了高分專項數據在各地的深度推廣應用，推進新型智慧城市建設。

高分衛星遙感數據的應用及研究，為國家面向全球的戰略部署提供了重要支撐，滿足了國家新型城鎮化與經濟轉型升級發展規劃中對自主高分衛星遙感數據推廣應用的迫切需求。通過研究高分衛星遙感數據獲取技術及應用技術，推動我國衛星應用技術走在國際發展前沿，促進我國快速建立高分辨率衛星遙感數據產學研用技術服務體系和高分產品體系，特別是在城市規劃與精細化管理領域，對國家智慧城市的建設做出了重要貢獻。

參考文獻：

[1] 趙赤書.交通信息共享交換平臺的研究與實現 [D].長沙：湖南大學，2013.

[2] 胡艷玲.大數據聯盟數據聚合服務模式研究 [D].哈爾濱：哈爾濱理工大學，2019.

[3] 李慧姝，廖文鋒，彭小河.基于ArcGIS平臺制作矢量電子地圖的方法探討 [J].測繪與空間地理信息，2014，37（7）：144-146.

[4] 趙海龍，蘭曉峰，吳潔，等.遙感技術助力智慧城市建設 [J].建設科技，2017（13）：30-32.

[5] 龐之浩.人造衛星當空舞 [J].航天技術與民品，2000（4）：22-25.

[6] 陳德清，馬建威，崔倩.高分三號衛星水利應用及示范應用系統設計開發 [J].衛星應用，2018（6）：22-27.

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