高分数据在哈尔滨市城市精细化管理中的应用

● 文 | 哈尔滨航天恒星数据系统科技有限公司 李东博 王露

航天恒星科技有限公司 邹同元

高分数据在哈尔滨市城市精细化管理中的应用

● 文 | 哈尔滨航天恒星数据系统科技有限公司 李东博 王露

航天恒星科技有限公司 邹同元

高分遥感数据具有空间覆盖广、快速高效、信息丰富等特点，但存在与城市信息化结合不足、推广困难等问题。针对以上问题，本文综合考虑高分遥感数据在城市精细化管理中的应用需求，在哈尔滨市开展高分城市精细化管理应用示范，应用于环境监测和安全应急领域，带动高分遥感数据的产业化推广，实现高分遥感数据与城市精细化管理的深度融合。

随着现代城市的快速发展，传统的城市管理手段和方式远远不能满足现代城市管理的要求，实施精细化管理是提高城市管理效能的重要举措，是改善城市生产、生活环境，提升城市品位的有效途径[1]。近年来，卫星遥感技术的迅猛发展，已把人类带入一个多层次、多角度的全方位、全天候对地观测时代，并在政府管理决策、救灾应急处置、工农业生产与工程建设、民众生活、科学研究与国防军事等方面，获得显著效益，已经成为国家经济发展的重要支撑技术[2]。

高分数据作为城市基础数据采集、更新和维护的基础，同时也是城市精细化管理的重要支撑数据，可以使得城市各类管理目标对象更为清晰和可辨，为实施精细化管理提供高空间分辨率的地理空间信息要素；高光谱分辨率数据可以获取肉眼难以辨识的各类光谱信息，包括大气污染、水污染、热岛效应等，为实施精细化管理提供高光谱分辨率的地理空间信息要素；高时间分辨率数据可以较高频率获取城市主体建设区的历史快照，掌握城市（镇）建设发展演变过程和时序。从市场前景和应用需求角度，需要通过高分实现城市精细化管理，通过典型行业的应用示范，打通应用链路，建立业务化、长效化的应用模式[3]。

一、高分遥感数据在城市精细化管理中的应用现状

1．国外应用现状

在欧美发达国家，卫星遥感技术的发展一直处于领先地位，国际化应用监测已成为当今热点[4]。高分遥感数据具有空间覆盖广阔、快速高效、信息丰富等特点，非常适合城市空间信息的动态采集与监测，已经广泛应用于城市精细化管理的各个方面。世界各国和政府组织在提出依赖互联网和信息技术来改变城市未来发展蓝图计划的同时，也都将卫星遥感技术作为支撑城市精细化管理的一项重要内容。2004年，韩国、日本先后推出U-Korea、U-Japan国家战略规划，随后，日本于2009年又提出了更新的i-Japan国家信息化战略；2010年，美国提出加强智慧型基础设施建设和推进智慧应用项目的经济刺激计划；2011年，欧盟公布了新智慧城市与社区行动报告，都将空间技术应用作为城市精细化管理的重要内容。

国外高分数据城市精细化管理应用大多是依托智慧城市开展。智慧城市的发展将促进生产方式的转变，同时也有利于解决城市化发展中的一系列“城市病”问题。智慧城市建设有利于提高政府公共服务水平，改善居民生活。智慧城市的建设离不开物联网、云计算、下一代互联网技术等新兴信息技术，它们也正以其独有的渗透性、冲击性、倍增性和创新性席卷全球，推动着以智能、绿色和可持续为特征的新一轮科技革命和产业革命的来临。

2．国内应用现状

遥感卫星资源的持续性丰富，卫星数据精度、更新频度、监测广度的提高为高分数据的行业化及城市化应用奠定了坚实的基础。在国家不断加大资源环境监管、灾害防治与权益保护力度的要求下，全国性的农业、土地、矿产、环境、林业、海洋、测绘等自然资源环境调查监测工程和测图工程大规模展开，卫星遥感以快速获取地表变化的技术优势，成为重要的支撑性技术，在许多行业得到迅速发展，应用于各类城市管理，并取得明显成效[5]。

然而，由于卫星遥感技术复杂、使用成本较高等因素，各级区域政府部门独立应用存在较大的难度，高分遥感数据在城市精细化管理中的应用虽处于起步阶段，但是潜在的需求巨大。2012年11月，住建部出台《国家智慧城市试点暂行管理办法》、《国家智慧城市（区、镇）试点指标体系（试行）》，启动智慧城市试点工作；2014年8月，住建部、科技部联合启动2014年智慧城市试点申报，打通科技与经济社会发展的通道[6]。高分遥感数据迫切需要与城市空间信息数据结合，深入到城市行业信息化应用中，进而才能最大限度的发挥其应用价值。

3．哈尔滨市应用现状

图1 哈尔滨市精细化管理系统架构

哈尔滨市作为黑龙江省省会城市，一直致力于智慧城市建设与高分数据应用探索。2011年，哈尔滨市正式颁布了《哈尔滨市城市建设“十二五”发展规划纲要》和《哈尔滨市城市总体规划（2011-2020）》。从2011年起展开了人口、法人、证照等公共信息系统建设，实现了跨部门、跨行业信息的融合、挖掘及共享，同时对市、区和街道等各级政府和行业管理部门的行政审批和管理职能等方面进行梳理。2012年，开展了城市空间信息系统规划和专家论证，按照分步实施的原则推进项目，2013年启动了“智慧管网”项目，已经全面摸清了哈尔滨市各类地下管线情况，同时建设了智慧管网信息系统，面向管线权属单位和政府部门实现了专网和内网的部署应用，并建立了一套长效更新机制，保证了数据的鲜活性。2014年，启动了“哈尔滨城市空间信息系统”建设项目，旨在完成全市范围内地上城市管理部件普查，利用大数据存储、大数据处理、大数据挖掘等手段搭建哈尔滨市城市空间信息系统，实现地上城市空间信息、基础地理信息数据的汇交、整合、入库，满足三网（政务内网、政务外网、互联网）应用需求，为各行业提供城市空间信息应用支撑系统。但是，管线数据、地上部件数据等与高分数据的结合还不够紧密，在后续智慧城市与高分数据的结合应用上仍有很大的发展空间。

二、哈尔滨市精细化管理系统架构

哈尔滨市精细化管理系统架构如图1所示。重点是基于遥感一张图，开展城市基础数据采集；整合城市空间信息、城市动态数据及公共信息数据，建设基于遥感城市时空信息服务平台，为上层应用系统提供高分数据与城市基础数据的大数据存储、大规模数据处理、数据管理和分发、信息交换共享等基础服务，为政府行政审批、行业职能管理、社会公众服务提供城市信息的综合服务。按照智慧城市“六化”指标要求，重点选取环境监测、安全应急两项开展应用示范，结合业务模型，实现高分遥感数据与城市基础数据的深度融合应用，并为其他系统建设树立应用典范。

三、高分遥感数据应用模式

高分数据面向城市应用，重点是发挥其高空间分辨率、高光谱分辨率、高时间分辨率等优势，城市高分遥感数据经过对象识别、特征反演等信息提取工作，获取地理空间信息要素和各类光谱信息，并形成历史快照。通过提取分析的信息数据，一方面丰富遥感的一张图数据库；另一方面辅助城市空间信息采集与更新，保证城市基础数据库的鲜活性。通过人工普查与自动化采集相结合的手法，城市完整的数据库可年度或按季度及时更新[7]。同时接入已有的人口法人数据，在基于遥感的城市时空信息服务平台的融合挖掘基础之上，融入各行业特有的业务模型，支持环境监测、安全应急、智能交通等应用示范系统，实现监测、管理、分析、评估、决策等业务，通过专题信息处理等相关功能，提取出各行业的专题数据产品，进一步支持时空信息服务平台的建设。如图2所示。

图2 高分数据应用模式示意图

四、哈尔滨市精细化管理典型应用分析

1．环境监测应用示范

环境监测作为环境保护环节的一个重要组成部分，对大气、水、污染物及生态环境监测等方面均起到重要作用。目前哈尔滨市在煤堆、材料堆、矸石堆（简称“三堆”）、秸秆焚烧、生态红线等环境污染问题方面存在监管不到位、监测时效性低等问题，环境监测示范已通过采用智能识别、移动通信、云计算、信息融合、数据挖掘等核心技术，充分融合高分遥感卫星数据以及地上城市部件信息基础数据中与环境相关的数据，进一步提高环境保护管理效率，能够实时跟踪监测秸秆焚烧、“三堆”、以及水污染情况。另外，通过利用现有数据有效的进行环境生态红线的划分和分析，进一步实现环境监测数据的充分共享及统一管理，有效改善了在秸秆焚烧、“三堆”、水污染以及生态红线四个方面的环境监测能力[8]。

环境监测应用示范系统通过高分卫星遥感监测，与环保部门联动，充分结合城市监测点数据与无人机实地监测数据，在哈尔滨市开展试验验证，在秸秆焚烧、“三堆”普查监测两方面开展示范应用，如图3所示。

示范应用的开展综合运用高分遥感卫星所获取的高分影像数据，经过遥感数据的更新处理，给出污染物的定性分析，在此基础上结合无人机系统及可见光相机、摄像机、红外成像仪等载荷所获取的秸秆焚烧与“三堆”堆放的位置、范围等信息.并且通过与城市空气监测点的数据进行同化，形成环保专题数据库，对污染物形成定量分析，并通过对数据图像的研判形成解译成果，利用地面网络和卫星通信实时回传至环保监察指挥中心，建立了完整的信息获取-指挥调度-执法管理-信息反馈工作流程，形成天空地一体化的秸秆焚烧监测、“三堆”监管平台和体系应用模式。

2．安全应急应用示范

图3 环境监测应用架构图

为了有效预防和减少自然灾害、事故灾难、公共卫生和社会安全事件及其造成的损失，保障人民群众生命财产安全、维护社会稳定，建立资源共享、准确预测、科学决策、快速反应、联合行动的现代化安全应急应用示范系统，提高应对突发公共事件的快速反应能力和科学决策水平。安全应急应用示范系统立足政府当前应急管理工作需要，具有日常监管、信息收发与处置、图像接入和数据采集功能，同时具有强大升级拓展能力，提升城市安全应急水平[9]。

安全应急应用示范系统是集通信网络、地理信息系统（GIS）、北斗卫星、数据库与信息处理等多种技术为一体的通信信息系统。系统依托持续更新的遥感正射影像图、城市地上空间信息数据和地下管线数据为基础，通过在线方式满足政府部门、企事业单位和社会公众对地理信息，空间定位分析，灾后评估的基本要求，具备个性化应用的二次开发接口和可扩展空间，如图4所示。

通过高分卫星遥感监测，与公安、交通、通信、急救、电力、水利、地震、人民防空、市政管理等政府部门联动，在哈尔滨市的重要安全应急监测地区开展试验验证，在典型行业开展示范应用，验证安全应急应用示范系统的业务流程，验证监测预警、预防防护及应急服务等典型服务的特征库及数据处理算法，打通业务流程。

图4 安全应急应用示范系统框架图

五、结束语

结合城市精细化管理当前发展状况，高分遥感数据在城市精细化管理中应用是当今的发展趋势。黑龙江省哈尔滨市作为智慧城市建设示范城市，目前已经实现遥感与城市基础数据的融合应用，以及一站式综合信息服务；通过环保和安全应急应用示范，打通遥感数据从接入、融合、服务到应用的链路，实现高分遥感数据与智慧城市及行业信息化的深度融合，加快信息产业融合发展，提升行业公众服务水平，促进高分产业化推广和东北经济转型。

[1]李军.城市管理需要精细化[J].现代城市,2011,6(2)：45-47.

[2]林剑远,王文英,侯晓慧.高分遥感数据在城市精细化管理中的应用模式研究[J].建设科技,2012,13(22)：33-37.

[3]郭理桥,林剑远,王文英.基于高分遥感数据的城市精细化管理应用[J].城市规划与管理,2012,19(11)：57-60.

[4]郝胜勇,邹同元,宋晨曦,兰晓峰.国外遥感卫星应用产业发展现状及趋势[J].卫星应用,2013,2(11)：44-49.

[5]谭绮娟.遥感技术在城市精细化管理中的应用[J].城市管理与科技,2016,18(2)：58-59.

[6]杨德海.智慧城市探索与实践[J].卫星应用,2015(9)：12-16.

[7]周杨,徐青,常歌,阎晓东.利用高分辨率航天遥感影像实现城市3维可视化[J].测绘学院学报,2002,19(2)：102-105.

[8]万余庆,张凤丽,闫永忠.高光谱遥感技术在水环境监测中的应用研究[J].国土资源遥感,2003,12(3)：10-14.

[9]严瑾.遥感数据应急服务机制研究与实现[J].硅谷,2011,8(11)：84-84.