新發展理念下空間信息創新應用實踐

文|譚靖 張富華

北京航天泰坦科技股份有限公司

一、前言

空間信息應用產業是基于空間信息網絡面向各行業提供信息應用服務的集合，主要指衛星應用產業，是航天產業與信息技術產業的交叉方向之一，涉及遙感地理信息、衛星通信、衛星導航與位置服務三大領域，是我國戰略性新興產業的重要組成部分，是典型的高技術產業，與傳統信息技術產業相比，該產業具有需求旺盛、服務面廣、產業帶動系數大、就業機會多、產出附加值高、綜合效益好、市場前景廣闊等特點,極具發展空間和潛力。

十八屆五中全會上，以習近平同志為核心的黨中央從經濟發展長周期和全球政治經濟大背景出發，提出“創新、協調、綠色、開放、共享”的新發展理念；2020年10月，中國共產黨第十九屆中央委員會第五次全體會議通過《中共中央關于制定國民經濟和社會發展第十四個五年規劃和二〇三五年遠景目標的建議》(以下簡稱《建議》），明確要求“堅持新發展理念，把新發展理念貫穿發展全過程和各領域”，吹響了我國發展新征程的新號角?？臻g信息應用產業作為我國戰略性新興產業的重要組成部分，在新發展時代，如何把握新發展理念，助力我國經濟社會高質量發展成為當前整個產業面臨的重要課題。

二、“十四五”新發展理念解讀

“創新、協調、綠色、開放、共享”五大發展理念，是針對我國發展中的突出矛盾和問題提出來的?！皠撔掳l展”著力解決發展動力問題，依靠科技進步和創新推動經濟發展；“協調發展”著力解決發展不平衡問題，注意調整關系，注重發展的整體效能；“綠色發展”著力解決人與自然關系和諧問題，堅持節約資源和保護環境的基本國策，形成人與自然和諧發展現代化建設新格局；“開放發展”著力解決發展內外聯動問題，發展更高層次的開放型經濟；“共享發展”著力解決社會公平正義問題，堅持發展為了人民、發展依靠人民、發展成果由人民共享的理念。

《建議》對今后一段時期我國進一步貫徹新發展理念提出了一系列新的要求。在創新發展方面，《建議》在第三章明確提出：要“把科技自立自強作為國家發展的戰略支撐”，要“面向世界科技前沿、面向經濟主戰場、面向國家重大需求、面向人民生命健康，深入實施科教興國戰略、人才強國戰略、創新驅動發展戰略，完善國家創新體系，加快建設科技強國”，根據上述要求，《建議》圍繞強化國家戰略科技力量、提升企業技術創新能力、激發人才創新活力、完善科技創新體制機制作了系統部署；在綠色發展方面，《建議》在第十章明確提出：要“堅持綠水青山就是金山銀山理念，堅持尊重自然、順應自然、保護自然，堅持節約優先、保護優先、自然恢復為主，守住自然生態安全邊界。深入實施可持續發展戰略，完善生態文明領域統籌協調機制，構建生態文明體系，促進經濟社會發展全面綠色轉型，建設人與自然和諧共生的現代化”，并圍繞加快推動綠色低碳發展、持續改善環境質量、提升生態系統質量和穩定性、全面提高資源利用效率等做了全面部署。

新發展理念為我國空間信息應用產業指明了“十四五”時期的發展思路，一是空間信息應用產業要提升自主創新能力，突破關鍵核心技術，依靠創新驅動實現高質量發展；二是以強化國土空間規劃和用途管控、深入打好污染防治攻堅戰、完善中央生態環境保護督察制度、碳達峰與碳中和、實施生物多樣性保護重大工程、推行林長制、山水林田湖草系統治理等熱點問題為核心，服務于我國綠色發展。

三、空間信息應用技術創新與模式創新

空間信息應用產業作為我國戰略性新興產業重要組成，根據《建議》要求，“十四五”期間一方面要推動互聯網、大數據、人工智能等同各產業深度融合，另一方面要培育新技術、新產品、新業態、新模式。

1.空間信息應用技術發展趨勢

隨著中國高分辨率對地觀測系統、北斗衛星導航系統工程等重大專項的不斷推進，以遙感、北斗為代表的空間信息應用產業實現了跨越式發展，從工程應用階段向大眾化應用階段邁進，空間信息應用產業呈現出“通導遙一體化、天空地一體化、服務智能化、生態平臺化、數字產業化”等趨勢。

“通導遙一體化”即由通導遙衛星單一應用向綜合應用發展，針對我國現有的遙感、導航、通信衛星系統各成體系、信息分離、服務滯后的問題，建立多源感知、精準定位、時空互聯的綜合應用技術體系及產品體系，實現高速通信、實時遙感圖像服務、精準定位服務，推動空間信息從專業應用走向軍民應用和大眾服務。

“天空地一體化”即面向行業需求，從提高效能、效費比以及可持續發展的角度出發，集成衛星傳感器、飛艇及無人機傳感器、地面物聯網感知設備等手段，形成立體化、無縫、空天地一體的綜合應用能力。“天”是利用衛星提供的數據篩查事件，發現問題存在的可能性；“空”主要是利用無人機遙感提供最及時、可靠、專業的高分辨率影像確認事件；“地”是在地面采用多種監測手段，實現精細化的綜合監測。

“服務智能化”即與新一代信息技術融合，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能力，基于人工智能的信息解譯體系加快遙感數據知識發現速度，基于云計算的數據存儲和計算體系能夠提高遙感信息服務水平，為用戶提供資源共享、按需使用的服務模式。

“生態平臺化”即針對當前空間信息應用產業化發展存在的包括數據獲取難、技術共享難、軟件推廣難、定量應用難、產業突破難等瓶頸問題，打造一個資源集成與共享的空間信息應用產業生態系統，對全產業鏈資源進行“云化”“活化”“進化”，從而實現降低行業門檻、創新服務模式、提升產業整體效率、促進大眾應用、進一步激活市場活力的目標。

“數字產業化”即充分發揮海量空間信息數據及其豐富的應用場景優勢，促進空間信息應用技術及新一代信息技術與實體經濟深度融合，通過空間信息賦能傳統產業轉型升級，催生新產業新業態新模式，為數字經濟發展注入新動能。

2.空間信息應用模式創新趨勢

當前我國空間信息服務模式是以數據服務為主體，行業用戶和省級中心用戶初步具備了一定的數據接收、管理、處理、分發和應用的能力，但整體應用還處在“在線獲取數據、離線加工產品、垂直行業領域應用”的階段。近年來，在科技與產業深度融合以及政府戰略投資方式發生轉變的背景下，空間信息應用模式不斷創新與發展，在以數據服務為主體的應用模式的基礎上，催生出了區域級/行業級空間數據中心、智慧城市時空信息底座、空間信息數字經濟應用、空間信息數字鄉村應用等新模式。

“區域級/行業級空間數據中心應用模式”是在我國區域及行業監管提出了更加實時、精準、高效要求的背景下，建立更加貼合需求的區域級/行業級空間數據中心，為促進區域經濟發展、提升地方政府現代化治理能力提供空間信息服務支撐。

“智慧城市時空信息底座應用模式”即面向智慧城市建設需求，一方面建設支撐城市時空數據接收、匯聚、存儲、分發和使用等環節的時空信息云平臺，為城市管理、交通運輸、公共安全、生活服務、應急救援、自然資源、生態環境、災害防控、傳染病防治等領域提供時空信息服務，另一方面打造智慧城市的管控、整合、治理、協同、服務、運營、運維能力，以時空信息應用助力智慧城市發揮其增量效應。

“空間信息數字經濟應用模式”是指發揮對地觀測技術對政府治理和“三產”升級的帶動作用，通過空間信息賦能，推動傳統產業向中高端邁進，不斷催生新產業、新模式、新業態，為數字經濟發展注入新動能。

“空間信息數字鄉村應用模式”是以空間信息應用技術推進農業農村現代化，推進縣、鄉、村級部門業務資源、空間地理信息、遙感影像數據等涉農政務信息資源共享開放、有效整合，助力建立數字鄉村體系，探索鄉村數字經濟新業態及鄉村數字治理新模式，使空間信息服務從城市向縣、鄉、村延伸。

四、空間信息創新應用實踐

“十四五”期間，我國行業管理、政府治理的技術手段到了轉型升級的臨界點,空間信息應用產業通過“通導遙一體化”“天空地一體化”“服務智能化”等技術創新手段將在我國遠洋漁業、應急管理、環境保護、生物多樣性保護、自然資源監管、碳匯能力評估、林長制等領域發揮重要作用。

1.通導遙一體化系統遠洋漁業應用

基于電磁頻譜技術建設船舶識別系統（AIS）監測船只位置，保證船只行駛安全并分析漁船的經緯度位置、作業航向、航速等信息，估算實際投入的捕撈努力量，為漁場漁情預測提供決策支持；基于高通量衛星通信導航技術為漁民提供通信導航服務，解決漁民出海時間較長、上網娛樂需求較大的問題；基于衛星遙感技術獲取海水表面溫度、葉綠素等海洋環境數據，結合歷時漁場數據建立漁場漁情預測模型，對漁場位置、漁汛汛期及資源量進行預測。通過通導遙一體化技術為我國遠洋漁船捕撈生產、漁業管理等提供無縫覆蓋全球海域的遠洋漁場數字化信息服務，為我國發展遠洋漁業提供高新技術支撐，提高我國遠洋漁業在國際上的競爭力和話語權?；谛l星數據的海洋漁場環境數據反演系統如圖1所示。

圖1 基于衛星數據的海洋漁場環境數據反演系統

2.天空地一體化林草火災監測預警應用

森林防火工作仍存在信息化水平不高，監測預警體系有待完善的問題，一是受地形地貌影響，地面監測站點覆蓋率低、數據來源單一；二是監測結果以人工判讀為主，勞動強度大，且誤報率高，影響撲火救災效率。融合衛星遙感技術與人工智能技術，實現邊緣計算、人臉/車輛/煙火識別，打造天空地一體化森林火災監測預警平臺（圖2），在天基利用極軌衛星和定軌衛星，提供火情監控服務，實現24小時全天候監測，監測頻率10分鐘一次；在空基通過無人機拍攝并實時回傳視頻至地面指揮中心，輔助其進行撲火救火指揮調度；在地基利用高清攝像頭和熱成像攝像頭，實現24小時監控并自動識別火情。

圖2 衛星林火監測預警系統

3.天地一體化水環境監測預警應用

在云南省滇池藍藻水華監測預警工作中綜合利用空間信息應用、物聯網、互聯網和數據庫技術，創新性地集成衛星遙感、地基遙感、常規水質監測網絡、氣象水文監測網絡等手段，構建了滇池藍藻水華天地一體化預警監測體系，實現了滇池水體的污染源數量、藻類覆蓋面積、水質的葉綠素a濃度、藻藍蛋白濃度、懸浮物濃度、水體透明度的反演以及藍藻水華時空分布規律的分析，有效支撐了滇池藍藻水華的監測預警工作。圖3為基于高分一號的滇池水環境監測成果圖。

圖3 基于高分一號的滇池水環境監測成果圖（2020年7月29日）

4.空間信息亞洲象智能化監管服務

亞洲象的監測預警一直以來是個難題，及時掌握亞洲象種群數量及行蹤，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管工作中，將空間信息與人工智能、云計算、物聯網、邊緣計算等技術進行融合，建立亞洲象動態監管系統實現“服務智能化”，系統通過紅外相機、攝像頭捕捉到的信息進行AI識別亞洲象，系統依據坐標信息進行地圖標記，提供亞洲象時空軌跡分析，并通過手機、智能喇叭,向所在區域和預計路線上的村民發出警報，支持亞洲象預警處置。系統從2019年6月上線以來，累計發布亞洲象預警信息800余次，并在2021年8月對云南省北移大象處置工作指導提供了技術支持，有效緩解了人象沖突（圖4）。

圖4 景洪市亞洲象動態監管系統

5.空間信息森林資源智能監管應用

近年來，隨著經濟高速發展，在土地資源供應日趨緊張的形勢下，如何有效保護森林資源，并準確、實時、快速履行森林資源高效監管顯得尤為重要和緊迫。云南省景洪市林業和草原局通過空間信息技術手段創新政府管理手段，創造性地采用二三維GIS和視頻數據聯動技術，將森林資源、林地征占、林地采伐數據與視頻監控畫面進行實時聯動，既可在地圖上查看森林資源的空間分布及其屬性信息，又可根據林地小班位置搜索最近距離的視頻監控點，并可將視頻自動對焦到林地小班進行實時畫面查看，輔助森林資源監管人員對采伐開礦、未批先建、違法占用等破壞森林資源的違法活動進行監管，降低了政府監管工作成本。圖5為云南省景洪市森林資源數據與視頻監控實時聯動系統。

圖5 云南省景洪市森林資源數據與視頻監控實時聯動系統

6.生態系統碳匯能力評估應用

碳排放導致全球氣候變化加劇，極端天氣事件增加，我國由此提出“碳達峰”和“碳中和”目標。減緩碳排放的途徑之一是通過森林、草原、濕地等保護修復措施增加對溫室氣體的吸收，即“碳匯”。利用遙感數據對生態系統碳匯能力進行評估，結合無人機航空遙感數據、地面核查數據，建立生態系統碳匯能力評估模型，支撐量化、評估、預測國家、區域生態系統碳匯情況，為我國“碳達峰”和“碳中和”目標提供支撐。圖6為森林碳匯監測系統。

圖6 森林碳匯監測系統

7.空間信息技術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），將林業資源數據、專題數據、林長、涉林事件等統籌納入“一張圖”，實現森林資源一張圖管理、監測設備一張圖控制、林業事件一張圖顯示，一覽林長制制度下森林所有情況，可以加載三維地理信息，實現信息可視化管理，實現橫向管到面，縱向管到點，為各級林長和林長辦以及林業、水利、環保等各行業協調辦公、聯合執法提供工作平臺，大大提升林地管控效率，有助于落實協調聯動、精細化管理的森林管理長效運行機制。

圖7 林長制信息化管理平臺

五、結束語

面向“十四五”，空間信息應用產業必須從國家迫切需要解決的熱點問題出發，通過技術創新和模式創新，圍繞提高效率、降低成本、提升能力這個根本出發點，逐步融入行業業務，提升行業管理水平和管理效能。本文從新發展理念出發分析了當前空間信息技術創新和模式創新趨勢，并闡述了場景化的空間信息創新應用實踐，以期為我國“十四五”期間的空間信息應用產業發展提供可借鑒思路。