空间信息产业助推内河航运复兴及黄河治理应用的思考

2021-03-03李广云陈明剑李广慧

资源导刊(信息化测绘) 2021年1期

李广云陈明剑李广慧

黄河是中华民族的母亲河，黄河流域是中华文明的主要发祥地，流域面积75 万平方公里，保护黄河是事关中华民族伟大复兴的千秋大计。由于历史、自然条件等原因，黄河流域经济社会发展相对滞后，特别是上中游地区和下游滩区，是我国贫困人口相对集中区域。“黄河宁，天下平。”2019 年9 月18 日上午，习近平总书记在郑州主持召开黄河流域生态保护和高质量发展座谈会并发表重要讲话，提出系统治理、保障黄河长治久安，从实际出发，因地制宜，积极探索富有地域特色的高质量发展新路子的战略思想，这是指导今后黄河流域长期治理与可持续发展的基本方针，吹响了治理黄河百年大计的号角。

民族复兴，重在交通。内河航运在中华民族文明历史长河中扮演着重要角色。历史上，河南省航运十分发达，航运成网，南通余杭，北达涿郡。从战国时期的鸿沟水系、隋唐的南北大运河、北宋的中原水运网、元朝的贾鲁河、明清直至解放初期的伊洛河、卫河，这些航道都是中国大运河的重要组成部分。上世纪60 年代末，河南有27 条河流可以通江达海，通航里程达6100 多公里，水运运量曾占河南省社会总运量的48%，为当时社会经济发展做出了积极贡献。

内河航运在抗日战争期间遭受较大损失，到40 年代末稍微恢复。目前，随着铁路、公路、航空、管道等运输方式的兴起，内河航运在交通运输体系中的地位有所下降。但是在当前运输运力紧张、消耗增加、资源相对短缺、生态环境遭受破坏等矛盾和问题越来越突出的形势下，内河航运具有的节能、环保、投资少、占地少、运量大、资源综合利用率高、适于低值大宗货物运输等优点，对于建立资源节约型和绿色环保型的交通运输体系，促进区域经济发展具有非常重要的作用。

当前，空间信息、大数据、计算能力的提升及网络设施的演进，推动智慧、环保节能型的黄河综合治理和内河航运的发展。现代空间信息产业具有绿色、赋能、精准、智慧特点，是现代化综合治理的重要手段，是智慧黄河、智慧水运的基础。河南省正在通过空间信息创新驱动推进我省内河航运治理体系和治理能力现代化，以科技进步实现内河航运提质增效升级。

一、河南黄河治理问题及内河航运情况分析

（一）黄河治理问题

黄河水土流失严重，始终影响并困扰着黄河治理。河流泥沙量大和输沙用水量少产生的水沙时空关系不协调，是造成黄河泥沙易淤积、易频发洪涝灾害的主要原因。上中游地区干旱风沙、水土流失灾害监测与分析，水土涵养信息发现与监测等，是黄河流域经济社会精细化健康发展的重要手段。

淤地坝在控制水土流失、减少入黄泥沙、改善生态环境、促进农业规模化生产和脱贫致富等方面发挥了不可替代的作用。但上世纪七八十年代建设的一些淤地坝，建设标准较低，坝体设施不配套，多数无泄洪功能，病险坝数量日益增多。坝体的建设、监测、巡检、分析是实现精确防洪和水土保持的重要手段。

退耕还林还草是党中央、国务院为改善生态环境，保障国家生态安全作出的重大决策，也是完善强农惠农政策的重要举措。在退耕还林还草工程实施中，林草植被覆盖率、林草面积变化、水土流失情况、农民生产生活基础条件及智能决策都需要现代化信息手段的精准保障。

黄河滩区具有拦蓄洪水、削减洪峰、沉积泥沙的功能。黄河出龙门后，河道骤然变宽，河床由100 米的峡谷展宽为4 公里以上，最宽处达18 公里之多。区间分布有大量黄河滩地，其中汾河、渭河入黄口滩地达20 万亩。黄河滩地势平坦，土壤肥沃，水资源丰富，既是主要排沙放淤沉积区，又是水生物集聚地，具有较大的开发潜力，具备生产各类农产品的优良条件。当前，滩区精密保护需以信息化手段为支撑。

黄河湿地作为重要的生态廊道，是黄土高原重要的资源宝库。黄河湿地生态系统存在碎片化管理、多头管理和管理机构权责不清等问题，亟待建立综合信息系统，整合各类保护地管理机构，打破部门分割和地域限制，保护黄河湿地生态系统完整性，使日常管理、综合执法、经营监管等政出一门。

（二）河南内河航运问题

河南省是全国唯一地跨长江、淮河、黄河、海河四大流域的省份，近6000 公里的河道具备航运开发条件，为内河航运提供了发展空间。当前，全省内河航道通航里程1589 公里，各类港口泊位97 个，年吞吐能力1967 万吨，拥有淮河、沙颍河两条沟通华东和长三角水网地区的水上运输通道，具备常年通航500 至1000 吨级单船、万吨拖队的能力，将基本形成淮河、沙颍河、涡河、沱浍河四条通江达海的水运通道。

河南省内河航运拥有良好基础，但也存在亟待解决的问题：航道等级低，辐射性差，港口枢纽少，功能不强；通航里程短，服务能力弱；与其他交通运输方式衔接不畅；建设管理模式落后；等等。

二、空间信息产业

从狭义角度来讲，空间信息产业是基于天空地一体化数据获取以及多信息学科交叉、多领域集成的高技术服务产业。从我国当前技术途径来说，空间信息产业是以全球卫星导航定位、卫星遥感及地理信息系统等技术为基础，以空间信息数据开发利用为核心，以物联网、4G、5G、卫星移动通信等为链路，通过人工智能手段，从事空间信息获取、处理、应用的高技术产业。其中，高分辨率对地观测系统（简称“高分专项”）和北斗卫星导航系统，均是国家实施军民融合战略的重大、重点项目。

（一）北斗卫星导航

我国北斗从1970 年开始启动。1994 年，在原总参测绘导航局的努力下，启动北斗一号系统工程建设。2000 年，系统建成并投入使用。2004 年，启动北斗二号系统工程建设。2012 年年底，完成14 颗卫星（5 颗地球静止轨道卫星、5 颗倾斜地球同步轨道卫星和4 颗中圆地球轨道卫星）发射组网。2020 年习近平总书记向世界宣布北斗三号正式开通运行。北斗卫星导航系统和美国GPS 系统、俄罗斯GLONASS 及欧盟GALILEO 系统，是联合国卫星导航委员会认定的供应商。北斗卫星导航系统在我国国家安全和经济社会发展中起到了重要作用，主要有三大亮点：

亮点1：星座星间链路技术实现联通无极限。我国采取星间、星地传输功能一体化设计，用星间链路技术实现相互间通信和数据传输，还能相互测距，自动“保持队形”，减轻地面管理维护压力，这是北斗卫星导航系统建设的一大特色，也是北斗能够全球创新应用，达到相同服务的重要保证。

亮点2：长寿命卫星实现稳定应用。卫星导航服务一旦中断，国家和社会的正常运行会受到很大影响，因此，为提高卫星在轨服务的可靠性，北斗三号采取多项可靠性措施，使卫星设计寿命为12 年，达到国际导航卫星先进水平，为北斗系统应用服务的连续、稳定提供了基础保证。

亮点3 ：新技术保障国家精度。为了提高服务精度，北斗三号配置了新一代原子钟，具备星基广域增强、精密单点定位等应用，实现北斗卫星导航定位“分秒不差”，是中国精度的基础保障。

北斗应用产业是国家新兴信息产业的重要部分。河南基于北斗二号建立的北斗卫星导航信息（河南）综合服务平台，在交通运输、智慧农业、森林防火、公车监管、工程施工等诸多领域得到广泛应用，已向自然资源、生态环境、应急管理等部门提供位置服务。下一步，需要响应和落实国家号召，力争在深化和创新应用“北斗三号”方面走在前列，通过升级改造现有应用平台及硬件配置，优化北斗卫星应用基础设施布局，支持北斗三号高精度数据处理与服务，确保北斗信息安全可控，满足百万级用户的并发需求，做好多个行业领域基础信息支撑，为全面替换GPS、带动河南省信息化建设迈上新台阶做贡献。

（二）高分遥感

遥感是指在航天或航空平台上对地球系统或其他天体进行特定电磁波谱段的成像观测，获取被观测对象多方面特征信息的技术。现代遥感技术起源于20 世纪60 年代，以数字化成像方式为特征，是衡量一个国家科技发展水平和综合实力的重要标志。长期以来，美国是国际遥感科技发展的主要引领者之一。我国高度重视遥感科技的发展，高分辨率对地观测是2006 年批准启动实施的《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006—2020 年）》16 个重大科技专项之一。2020年9 月7 日，我国成功发射高分十一号02 星，高分卫星陆续发射升空，实现了亚米级高空间分辨率与高时间分辨率的有机结合，使我国跻身世界遥感科技前列。

遥感技术主要用于国土普查、城市规划、土地确权、路网设计、生态环境监测、灾害预报与灾情评估、海洋环境调查、农作物估产等领域。例如在农业方面，融合图像被用于农作物种植面积的小区域精细抽样调查，基于空间排列结构特征分析，实现人工种植园中冬小麦、水稻和棉花等种植区域的提取。在城市规划管理方面，可准确识别城市街道、行道绿地、公园、建筑物,甚至车辆数量信息。在灾情评估方面，高分图像可实现滑坡和洪水淹没区快速提取、建筑物毁坏等监测；还可利用高分影像生成立体像对,精准评估地震灾害前后房屋的损毁状况。

为促进区域经济发展，提升地方政府现代化治理能力，扩大卫星数据资源共享和应用，我国已在16 个省建立了高分辨率对地观测系统省级数据与应用中心。河南作为国家国防科工局首批批准设立“高分中心”的重要省份，先后建成了南阳、信阳、平顶山三个区域应用分中心，实现了全省多尺度数据资源的获取，为打造河南省空间信息大数据管理与应用平台奠定了坚实基础。目前，已向农业、水利、环保、交通、公安、统计、地矿等行业，以及高校、企业提供了3 万余景数据，为河南经济发展提供了有力的空间信息大数据支撑，取得了显著的经济和社会效益。

（三）空间信息产业情况

目前，以信息技术为引领的全球新一轮技术创新浪潮汹涌而至。在“互联网+”、“大数据”、“中国制造2025”、军民融合等新的发展机遇下，加快空间信息产业的创新发展，将成为经济增长的“新引擎”。欧美空间信息产业产值占GDP 的5%～7%，我国目前还不足1%，有极大的发展空间。

我国各级政府高度重视空间信息的推动作用，2011 年，中关村空间信息技术产业联盟抓住我国“北斗”和“高分”两大系统全面建设和空间信息产业爆炸式增长的机遇，推进以卫星导航、地理信息系统和先进遥感为核心的空间信息这一战略性新兴产业的规模化进程，在北京打造出一个可持续发展、年产值达千亿元的新兴空间信息产业集群。

2017 年，河南省成立河南空间信息产业联盟，紧密围绕国家军民融合战略，构建以技术为主线、应用为方向、市场为导向、企业为主体、高校及科研院所为技术支撑的“产、学、研、用、管”相结合的技术与产业创新平台，促进河南省以北斗卫星导航、高分辨率对地观测、地理信息系统为主导的空间信息产业快速发展。2016 年，河南省政府办公厅转发了《河南省北斗导航产业三年（2016—2018 年）发展行动计划》，明确提出了河南省北斗导航产业三年的发展目标，即将出台《河南省关于推进北斗卫星导航技术创新和产业应用实施方案（2020—2022 年）》等文件。

自2015 年起，河南省相继建成高分辨率对地观测系统河南数据与应用中心、北斗导航综合应用服务平台、北斗地基增强系统，实现了数据获取及应用的基本功能。河南省高分数据已实现亚米级服务能力，为有关厅局提供了1 万多景数据；北斗地基增强数据实现平面动态2 厘米/高程3 厘米、静态毫米级的服务精度，河南省在高分、北斗应用领域已打下坚实基础。

北斗与高分结合，能为交通、农业、渔业、水利、林业、军事等部门提供实时监测信息，例如全球或区域土地利用/覆盖变化监测。通过植被指数等参数时间立方体分析，结合北斗精准定位和数据分析，精确监测作物种植、退耕还林、退牧还草、围湖造田、植树造林、森林砍伐等植被生长状况或工程进展情况，实时监测和预报台风、寒潮、暴雨、洪水、沙尘暴、雾霾等灾害天气现象，准确量测洪涝灾害水淹区域、草原或森林火灾过火区域、地震滑坡泥石流影响区域，以及大区域实时监测农业旱灾、草原或森林虫害、农作物病虫害等自然灾害现象，为河南省黄河流域生态治理和内河航运复兴工程提供智慧信息服务。

三、空间信息在内河航运及黄河治理中的应用建设考虑

交通运输部印发的《内河航运发展纲要》（交规划发〔2020〕54 号文）要求：“到2035 年，基本建成人民满意、保障有力、世界前列的现代化内河航运体系。内河航运基础设施、运输服务、绿色发展、安全监管等取得重大突破，在综合交通运输中的比较优势得到充分发挥，服务国家战略的保障能力显著增强。”要求物联网、人工智能等新一代信息技术在内河航运领域广泛应用。以一流港航基础设施、一流航运技术装备、高品质航运服务、智能化安全监管，全面实现治理体系和治理能力现代化，服务社会主义现代化强国建设。因此，必须集中精力走空间信息产业助推发展之路，坚持军民融合、产学研用金融合、产服用融合、多种所有制融合发展的“四个融合”方针，打牢基础、建立网络、挖掘数据、分类实施。

（一）打牢空间信息应用基础设施建设

将北斗卫星导航系统应用及高分遥感技术作为行业信息化建设的标准配备，统一时空基准，落实空间基准，使用2000 国家大地坐标系，提出标准规范，分管部门自行负责落实，统一使用国家认可的地理信息数据。

将现有CORS 站全部升级为支持“北斗三号”的终端，同时进行终端检测认证，确保工作精度和可靠性。统筹规划调配省内CORS 站建设，避免重复建设、重复投入；在省内地基增强基准站的基础上，增建覆盖黄河流域，沙颍河、淮河、唐河等省内主要内河航道的带状地基增强网络，为库区边坡、码头等基础设施建设和航道测绘、航标遥测、河道巡检等提供服务。

基于高分遥感、北斗、5G、大数据，强化内河航运生态保护修复，严守生态保护红线，将资源节约和保护环境的理念贯穿于黄河综合治理和内河航运规划、设计、施工、养护和运营全过程，推进绿色航道、绿色港口建设。

升级改造现有的北斗（河南）信息综合服务平台，统一数据库和时空基准，连接公安、自然资源、交通运输、水利、气象等业务系统，构建集约高效功能协同、经济高效衔接融合的空间信息航运综合信息服务大数据中心。以高分遥感数据、北斗应用数据为重点，为航道、港口、库区、流域沿线提供高精度位置、短报文通信、授时、态势感知等服务，充分运用云计算、大数据等先进技术，以“云网合一、云数联动”为构架，提供安全可靠的资源云平台，物理部署于现有大数据中心，实现基础设施共建共用、信息系统整体部署、数据资源汇聚共享、业务应用有效协同，满足空间信息基础设施的应用需求。

数据中心要构建统一的空间信息大数据智能分析平台，利用先进的机器学习、神经网络、深度学习等技术，结合黄河综合治理及内河航运中的视频采集能力，以海量跨业务部门、跨系统数据为基础，以大数据挖掘分析为手段，以业务规划、决策支撑、发展评估等业务需求为导向，对黄河治理、内河航运船舶监管、水文气象监测、应急救援、联运管理等场景进行数据分析，提供一站式AI 训练、AI 智能分析和任务管理，提升地质灾害、林草火灾等灾害监测评估能力，为各类应急管理、调查监测提供立体化、智能化服务保障。

（二）开展基于卫星导航等多技术感知网络建设

开展端-网-云架构下货物“集、疏、运”设备研究与应用，以船舶自动驾驶、智能组织和协同调度为目标的智能航运核心技术研究，实现智能综合信息高效便捷服务；对接公安、自然资源、交通运输、水利、气象等资源业务系统信息数据，建立集水域、堤岸、湿地等数据汇聚、管理、大数据分析、可视化展示为一体的监测评估信息系统，推动数据深度挖掘（如基于遥感影像的水域范围及水质变更监测、病虫害监测、草地产量评估监测等专题应用），为突发事件应急救援、应急管理综合保障等提供支撑；在重点水域、通航建筑物及港口加快新一代移动通信、卫星通信（北斗）等部署，整合内河航运的基础信息、监测信息、业务信息等，为内河航运业务应用提供数据保障。

完善感知网络建设，采取物联感知、卫星感知、航空感知、视频感知和全民感知手段，获取空间实体位置、变化信息，形成多源异构海量信息数据，服务安全生产、自然灾害、综合防范领域和应急情况处置。提出标准规范，在现有气象水文监测站、火情预警观测点、地质监测示范点、危化品监测点等一线观（监）测站点4G 通信手段基础上，增加5G、北斗短报文及卫星通信功能，提升应急情况下通导遥一体化保障能力。

开展基于北斗等综合技术的船舶监管系统、黄河治理与内河航运应急救援系统、多式联运管理系统等空间信息产业重点示范工程的通导一体化建设。形成规模不少于10 万套的各型空间信息应用配套终端的示范规模，推动黄河治理和内河航运创新化、规模化、体系化、产业化应用。

（三）分类实施推进空间信息产业化推广应用

从产业发展角度，将黄河治理和内河航运空间信息用户分为公益性用户、半公益半商业性用户和商业性用户三类。公益性用户，即传统的行业部委和地方省级政户，以及军方总部级、各军兵种和战区用户等，对产业有传统的宏观、大面积、快速等应用需求，是国家基础应用部分。半公益半商业性用户，包括科研院所、高等学校等用户，对空间信息有精准、快捷、廉价、易用等应用需求，可快速推动空间信息技术发展。商业性用户，主要为政府应用用户、企业公司和商业应用用户群，对空间信息的应用需求强大，是空间信息产业助推黄河流域和内河航运的主体。

（四）加强组织领导，多部门合作

深入学习习近平总书记重要讲话精神，以省融办牵头，多方合作，统筹使用中央和地方财政资金，加强航道等公益性基础设施建设养护以及符合高质量发展、服务民生需求等重点领域的资金支持。加强与自然资源、生态环境、水利、农业农村等部门的协调，争取用地、用林、环评、水资源综合利用等政策支持。针对高分、北斗、大数据等信息化的绿色水运、航运文化服务、智能服务等新模式、新业态，开展试点示范，及时总结和推广经验，科学引导内河航运高质量发展。