空間信息產業助推內河航運復興及黃河治理應用的思考

李廣云 陳明劍 李廣慧

黃河是中華民族的母親河，黃河流域是中華文明的主要發祥地，流域面積75 萬平方公里，保護黃河是事關中華民族偉大復興的千秋大計。由于歷史、自然條件等原因，黃河流域經濟社會發展相對滯后，特別是上中游地區和下游灘區，是我國貧困人口相對集中區域。“黃河寧，天下平。”2019 年9 月18 日上午，習近平總書記在鄭州主持召開黃河流域生態保護和高質量發展座談會并發表重要講話，提出系統治理、保障黃河長治久安，從實際出發，因地制宜，積極探索富有地域特色的高質量發展新路子的戰略思想，這是指導今后黃河流域長期治理與可持續發展的基本方針，吹響了治理黃河百年大計的號角。

民族復興，重在交通。內河航運在中華民族文明歷史長河中扮演著重要角色。歷史上，河南省航運十分發達，航運成網，南通余杭，北達涿郡。從戰國時期的鴻溝水系、隋唐的南北大運河、北宋的中原水運網、元朝的賈魯河、明清直至解放初期的伊洛河、衛河，這些航道都是中國大運河的重要組成部分。上世紀60 年代末，河南有27 條河流可以通江達海，通航里程達6100 多公里，水運運量曾占河南省社會總運量的48%，為當時社會經濟發展做出了積極貢獻。

內河航運在抗日戰爭期間遭受較大損失，到40 年代末稍微恢復。目前，隨著鐵路、公路、航空、管道等運輸方式的興起，內河航運在交通運輸體系中的地位有所下降。但是在當前運輸運力緊張、消耗增加、資源相對短缺、生態環境遭受破壞等矛盾和問題越來越突出的形勢下，內河航運具有的節能、環保、投資少、占地少、運量大、資源綜合利用率高、適于低值大宗貨物運輸等優點，對于建立資源節約型和綠色環保型的交通運輸體系，促進區域經濟發展具有非常重要的作用。

當前，空間信息、大數據、計算能力的提升及網絡設施的演進，推動智慧、環保節能型的黃河綜合治理和內河航運的發展。現代空間信息產業具有綠色、賦能、精準、智慧特點，是現代化綜合治理的重要手段，是智慧黃河、智慧水運的基礎。河南省正在通過空間信息創新驅動推進我省內河航運治理體系和治理能力現代化，以科技進步實現內河航運提質增效升級。

一、河南黃河治理問題及內河航運情況分析

（一）黃河治理問題

黃河水土流失嚴重，始終影響并困擾著黃河治理。河流泥沙量大和輸沙用水量少產生的水沙時空關系不協調，是造成黃河泥沙易淤積、易頻發洪澇災害的主要原因。上中游地區干旱風沙、水土流失災害監測與分析，水土涵養信息發現與監測等，是黃河流域經濟社會精細化健康發展的重要手段。

淤地壩在控制水土流失、減少入黃泥沙、改善生態環境、促進農業規模化生產和脫貧致富等方面發揮了不可替代的作用。但上世紀七八十年代建設的一些淤地壩，建設標準較低，壩體設施不配套，多數無泄洪功能，病險壩數量日益增多。壩體的建設、監測、巡檢、分析是實現精確防洪和水土保持的重要手段。

退耕還林還草是黨中央、國務院為改善生態環境，保障國家生態安全作出的重大決策，也是完善強農惠農政策的重要舉措。在退耕還林還草工程實施中，林草植被覆蓋率、林草面積變化、水土流失情況、農民生產生活基礎條件及智能決策都需要現代化信息手段的精準保障。

黃河灘區具有攔蓄洪水、削減洪峰、沉積泥沙的功能。黃河出龍門后，河道驟然變寬，河床由100 米的峽谷展寬為4 公里以上，最寬處達18 公里之多。區間分布有大量黃河灘地，其中汾河、渭河入黃口灘地達20 萬畝。黃河灘地勢平坦，土壤肥沃，水資源豐富，既是主要排沙放淤沉積區，又是水生物集聚地，具有較大的開發潛力，具備生產各類農產品的優良條件。當前，灘區精密保護需以信息化手段為支撐。

黃河濕地作為重要的生態廊道，是黃土高原重要的資源寶庫。黃河濕地生態系統存在碎片化管理、多頭管理和管理機構權責不清等問題，亟待建立綜合信息系統，整合各類保護地管理機構，打破部門分割和地域限制，保護黃河濕地生態系統完整性，使日常管理、綜合執法、經營監管等政出一門。

（二）河南內河航運問題

河南省是全國唯一地跨長江、淮河、黃河、海河四大流域的省份，近6000 公里的河道具備航運開發條件，為內河航運提供了發展空間。當前，全省內河航道通航里程1589 公里，各類港口泊位97 個，年吞吐能力1967 萬噸，擁有淮河、沙潁河兩條溝通華東和長三角水網地區的水上運輸通道，具備常年通航500 至1000 噸級單船、萬噸拖隊的能力，將基本形成淮河、沙潁河、渦河、沱澮河四條通江達海的水運通道。

河南省內河航運擁有良好基礎，但也存在亟待解決的問題：航道等級低，輻射性差，港口樞紐少，功能不強；通航里程短，服務能力弱；與其他交通運輸方式銜接不暢；建設管理模式落后；等等。

二、空間信息產業

從狹義角度來講，空間信息產業是基于天空地一體化數據獲取以及多信息學科交叉、多領域集成的高技術服務產業。從我國當前技術途徑來說，空間信息產業是以全球衛星導航定位、衛星遙感及地理信息系統等技術為基礎，以空間信息數據開發利用為核心，以物聯網、4G、5G、衛星移動通信等為鏈路，通過人工智能手段，從事空間信息獲取、處理、應用的高技術產業。其中，高分辨率對地觀測系統（簡稱“高分專項”）和北斗衛星導航系統，均是國家實施軍民融合戰略的重大、重點項目。

（一）北斗衛星導航

我國北斗從1970 年開始啟動。1994 年，在原總參測繪導航局的努力下，啟動北斗一號系統工程建設。2000 年，系統建成并投入使用。2004 年，啟動北斗二號系統工程建設。2012 年年底，完成14 顆衛星（5 顆地球靜止軌道衛星、5 顆傾斜地球同步軌道衛星和4 顆中圓地球軌道衛星）發射組網。2020 年習近平總書記向世界宣布北斗三號正式開通運行。北斗衛星導航系統和美國GPS 系統、俄羅斯GLONASS 及歐盟GALILEO 系統，是聯合國衛星導航委員會認定的供應商。北斗衛星導航系統在我國國家安全和經濟社會發展中起到了重要作用，主要有三大亮點：

亮點1：星座星間鏈路技術實現聯通無極限。我國采取星間、星地傳輸功能一體化設計，用星間鏈路技術實現相互間通信和數據傳輸，還能相互測距，自動“保持隊形”，減輕地面管理維護壓力，這是北斗衛星導航系統建設的一大特色，也是北斗能夠全球創新應用，達到相同服務的重要保證。

亮點2：長壽命衛星實現穩定應用。衛星導航服務一旦中斷，國家和社會的正常運行會受到很大影響，因此，為提高衛星在軌服務的可靠性，北斗三號采取多項可靠性措施，使衛星設計壽命為12 年，達到國際導航衛星先進水平，為北斗系統應用服務的連續、穩定提供了基礎保證。

亮點3 ：新技術保障國家精度。為了提高服務精度，北斗三號配置了新一代原子鐘，具備星基廣域增強、精密單點定位等應用，實現北斗衛星導航定位“分秒不差”，是中國精度的基礎保障。

北斗應用產業是國家新興信息產業的重要部分。河南基于北斗二號建立的北斗衛星導航信息（河南）綜合服務平臺，在交通運輸、智慧農業、森林防火、公車監管、工程施工等諸多領域得到廣泛應用，已向自然資源、生態環境、應急管理等部門提供位置服務。下一步，需要響應和落實國家號召，力爭在深化和創新應用“北斗三號”方面走在前列，通過升級改造現有應用平臺及硬件配置，優化北斗衛星應用基礎設施布局，支持北斗三號高精度數據處理與服務，確保北斗信息安全可控，滿足百萬級用戶的并發需求，做好多個行業領域基礎信息支撐，為全面替換GPS、帶動河南省信息化建設邁上新臺階做貢獻。

（二）高分遙感

遙感是指在航天或航空平臺上對地球系統或其他天體進行特定電磁波譜段的成像觀測，獲取被觀測對象多方面特征信息的技術。現代遙感技術起源于20 世紀60 年代，以數字化成像方式為特征，是衡量一個國家科技發展水平和綜合實力的重要標志。長期以來，美國是國際遙感科技發展的主要引領者之一。我國高度重視遙感科技的發展，高分辨率對地觀測是2006 年批準啟動實施的《國家中長期科學和技術發展規劃綱要（2006—2020 年）》16 個重大科技專項之一。2020年9 月7 日，我國成功發射高分十一號02 星，高分衛星陸續發射升空，實現了亞米級高空間分辨率與高時間分辨率的有機結合，使我國躋身世界遙感科技前列。

遙感技術主要用于國土普查、城市規劃、土地確權、路網設計、生態環境監測、災害預報與災情評估、海洋環境調查、農作物估產等領域。例如在農業方面，融合圖像被用于農作物種植面積的小區域精細抽樣調查，基于空間排列結構特征分析，實現人工種植園中冬小麥、水稻和棉花等種植區域的提取。在城市規劃管理方面，可準確識別城市街道、行道綠地、公園、建筑物,甚至車輛數量信息。在災情評估方面，高分圖像可實現滑坡和洪水淹沒區快速提取、建筑物毀壞等監測；還可利用高分影像生成立體像對,精準評估地震災害前后房屋的損毀狀況。

為促進區域經濟發展，提升地方政府現代化治理能力，擴大衛星數據資源共享和應用，我國已在16 個省建立了高分辨率對地觀測系統省級數據與應用中心。河南作為國家國防科工局首批批準設立“高分中心”的重要省份，先后建成了南陽、信陽、平頂山三個區域應用分中心，實現了全省多尺度數據資源的獲取，為打造河南省空間信息大數據管理與應用平臺奠定了堅實基礎。目前，已向農業、水利、環保、交通、公安、統計、地礦等行業，以及高校、企業提供了3 萬余景數據，為河南經濟發展提供了有力的空間信息大數據支撐，取得了顯著的經濟和社會效益。

（三）空間信息產業情況

目前，以信息技術為引領的全球新一輪技術創新浪潮洶涌而至。在“互聯網+”、“大數據”、“中國制造2025”、軍民融合等新的發展機遇下，加快空間信息產業的創新發展，將成為經濟增長的“新引擎”。歐美空間信息產業產值占GDP 的5%～7%，我國目前還不足1%，有極大的發展空間。

我國各級政府高度重視空間信息的推動作用，2011 年，中關村空間信息技術產業聯盟抓住我國“北斗”和“高分”兩大系統全面建設和空間信息產業爆炸式增長的機遇，推進以衛星導航、地理信息系統和先進遙感為核心的空間信息這一戰略性新興產業的規模化進程，在北京打造出一個可持續發展、年產值達千億元的新興空間信息產業集群。

2017 年，河南省成立河南空間信息產業聯盟，緊密圍繞國家軍民融合戰略，構建以技術為主線、應用為方向、市場為導向、企業為主體、高校及科研院所為技術支撐的“產、學、研、用、管”相結合的技術與產業創新平臺，促進河南省以北斗衛星導航、高分辨率對地觀測、地理信息系統為主導的空間信息產業快速發展。2016 年，河南省政府辦公廳轉發了《河南省北斗導航產業三年（2016—2018 年）發展行動計劃》，明確提出了河南省北斗導航產業三年的發展目標，即將出臺《河南省關于推進北斗衛星導航技術創新和產業應用實施方案（2020—2022 年）》等文件。

自2015 年起，河南省相繼建成高分辨率對地觀測系統河南數據與應用中心、北斗導航綜合應用服務平臺、北斗地基增強系統，實現了數據獲取及應用的基本功能。河南省高分數據已實現亞米級服務能力，為有關廳局提供了1 萬多景數據；北斗地基增強數據實現平面動態2 厘米/高程3 厘米、靜態毫米級的服務精度，河南省在高分、北斗應用領域已打下堅實基礎。

北斗與高分結合，能為交通、農業、漁業、水利、林業、軍事等部門提供實時監測信息，例如全球或區域土地利用/覆蓋變化監測。通過植被指數等參數時間立方體分析，結合北斗精準定位和數據分析，精確監測作物種植、退耕還林、退牧還草、圍湖造田、植樹造林、森林砍伐等植被生長狀況或工程進展情況，實時監測和預報臺風、寒潮、暴雨、洪水、沙塵暴、霧霾等災害天氣現象，準確量測洪澇災害水淹區域、草原或森林火災過火區域、地震滑坡泥石流影響區域，以及大區域實時監測農業旱災、草原或森林蟲害、農作物病蟲害等自然災害現象，為河南省黃河流域生態治理和內河航運復興工程提供智慧信息服務。

三、空間信息在內河航運及黃河治理中的應用建設考慮

交通運輸部印發的《內河航運發展綱要》（交規劃發〔2020〕54 號文）要求：“到2035 年，基本建成人民滿意、保障有力、世界前列的現代化內河航運體系。內河航運基礎設施、運輸服務、綠色發展、安全監管等取得重大突破，在綜合交通運輸中的比較優勢得到充分發揮，服務國家戰略的保障能力顯著增強。”要求物聯網、人工智能等新一代信息技術在內河航運領域廣泛應用。以一流港航基礎設施、一流航運技術裝備、高品質航運服務、智能化安全監管，全面實現治理體系和治理能力現代化，服務社會主義現代化強國建設。因此，必須集中精力走空間信息產業助推發展之路，堅持軍民融合、產學研用金融合、產服用融合、多種所有制融合發展的“四個融合”方針，打牢基礎、建立網絡、挖掘數據、分類實施。

（一）打牢空間信息應用基礎設施建設

將北斗衛星導航系統應用及高分遙感技術作為行業信息化建設的標準配備，統一時空基準，落實空間基準，使用2000 國家大地坐標系，提出標準規范，分管部門自行負責落實，統一使用國家認可的地理信息數據。

將現有CORS 站全部升級為支持“北斗三號”的終端，同時進行終端檢測認證，確保工作精度和可靠性。統籌規劃調配省內CORS 站建設，避免重復建設、重復投入；在省內地基增強基準站的基礎上，增建覆蓋黃河流域，沙潁河、淮河、唐河等省內主要內河航道的帶狀地基增強網絡，為庫區邊坡、碼頭等基礎設施建設和航道測繪、航標遙測、河道巡檢等提供服務。

基于高分遙感、北斗、5G、大數據，強化內河航運生態保護修復，嚴守生態保護紅線，將資源節約和保護環境的理念貫穿于黃河綜合治理和內河航運規劃、設計、施工、養護和運營全過程，推進綠色航道、綠色港口建設。

升級改造現有的北斗（河南）信息綜合服務平臺，統一數據庫和時空基準，連接公安、自然資源、交通運輸、水利、氣象等業務系統，構建集約高效功能協同、經濟高效銜接融合的空間信息航運綜合信息服務大數據中心。以高分遙感數據、北斗應用數據為重點，為航道、港口、庫區、流域沿線提供高精度位置、短報文通信、授時、態勢感知等服務，充分運用云計算、大數據等先進技術，以“云網合一、云數聯動”為構架，提供安全可靠的資源云平臺，物理部署于現有大數據中心，實現基礎設施共建共用、信息系統整體部署、數據資源匯聚共享、業務應用有效協同，滿足空間信息基礎設施的應用需求。

數據中心要構建統一的空間信息大數據智能分析平臺，利用先進的機器學習、神經網絡、深度學習等技術，結合黃河綜合治理及內河航運中的視頻采集能力，以海量跨業務部門、跨系統數據為基礎，以大數據挖掘分析為手段，以業務規劃、決策支撐、發展評估等業務需求為導向，對黃河治理、內河航運船舶監管、水文氣象監測、應急救援、聯運管理等場景進行數據分析，提供一站式AI 訓練、AI 智能分析和任務管理，提升地質災害、林草火災等災害監測評估能力，為各類應急管理、調查監測提供立體化、智能化服務保障。

（二）開展基于衛星導航等多技術感知網絡建設

開展端-網-云架構下貨物“集、疏、運”設備研究與應用，以船舶自動駕駛、智能組織和協同調度為目標的智能航運核心技術研究，實現智能綜合信息高效便捷服務；對接公安、自然資源、交通運輸、水利、氣象等資源業務系統信息數據，建立集水域、堤岸、濕地等數據匯聚、管理、大數據分析、可視化展示為一體的監測評估信息系統，推動數據深度挖掘（如基于遙感影像的水域范圍及水質變更監測、病蟲害監測、草地產量評估監測等專題應用），為突發事件應急救援、應急管理綜合保障等提供支撐；在重點水域、通航建筑物及港口加快新一代移動通信、衛星通信（北斗）等部署，整合內河航運的基礎信息、監測信息、業務信息等，為內河航運業務應用提供數據保障。

完善感知網絡建設，采取物聯感知、衛星感知、航空感知、視頻感知和全民感知手段，獲取空間實體位置、變化信息，形成多源異構海量信息數據，服務安全生產、自然災害、綜合防范領域和應急情況處置。提出標準規范，在現有氣象水文監測站、火情預警觀測點、地質監測示范點、危化品監測點等一線觀（監）測站點4G 通信手段基礎上，增加5G、北斗短報文及衛星通信功能，提升應急情況下通導遙一體化保障能力。

開展基于北斗等綜合技術的船舶監管系統、黃河治理與內河航運應急救援系統、多式聯運管理系統等空間信息產業重點示范工程的通導一體化建設。形成規模不少于10 萬套的各型空間信息應用配套終端的示范規模，推動黃河治理和內河航運創新化、規模化、體系化、產業化應用。

（三）分類實施推進空間信息產業化推廣應用

從產業發展角度，將黃河治理和內河航運空間信息用戶分為公益性用戶、半公益半商業性用戶和商業性用戶三類。公益性用戶，即傳統的行業部委和地方省級政戶，以及軍方總部級、各軍兵種和戰區用戶等，對產業有傳統的宏觀、大面積、快速等應用需求，是國家基礎應用部分。半公益半商業性用戶，包括科研院所、高等學校等用戶，對空間信息有精準、快捷、廉價、易用等應用需求，可快速推動空間信息技術發展。商業性用戶，主要為政府應用用戶、企業公司和商業應用用戶群，對空間信息的應用需求強大，是空間信息產業助推黃河流域和內河航運的主體。

（四）加強組織領導，多部門合作

深入學習習近平總書記重要講話精神，以省融辦牽頭，多方合作，統籌使用中央和地方財政資金，加強航道等公益性基礎設施建設養護以及符合高質量發展、服務民生需求等重點領域的資金支持。加強與自然資源、生態環境、水利、農業農村等部門的協調，爭取用地、用林、環評、水資源綜合利用等政策支持。針對高分、北斗、大數據等信息化的綠色水運、航運文化服務、智能服務等新模式、新業態，開展試點示范，及時總結和推廣經驗，科學引導內河航運高質量發展。

四、結束語

河南省大力開展內河航運及黃河綜合治理工程，充分運用空間信息技術手段，構建數字經濟發展新生態，形成全國一流的大數據產業中心、數字化新興產業發展集聚區、國家數字經濟發展先行區，促進河南省產業結構不斷升級。

通過充分融合北斗、物聯網、移動通信、大數據分析技術的應用系統，可顯著提升安全監管水平、減少自然災害損失、降低物流成本、提高運輸效率、建立應急指揮調度，達到數據互聯共享。實現高精度化、智能化、精細化管理，在國內取得領先試用地位，為后續全國推廣樹立樣板。

北斗高分等空間信息技術在內河航運及黃河流域的應用，將推動空間信息關鍵技術突破，形成不同場景終端設備安裝標準，以示范帶動應用，加快空間信息產業人才培養，形成創新化、規模化、體系化、產業化、完整的產業新業態。