新发展理念下空间信息创新应用实践

文|谭靖 张富华

北京航天泰坦科技股份有限公司

一、前言

空间信息应用产业是基于空间信息网络面向各行业提供信息应用服务的集合，主要指卫星应用产业，是航天产业与信息技术产业的交叉方向之一，涉及遥感地理信息、卫星通信、卫星导航与位置服务三大领域，是我国战略性新兴产业的重要组成部分，是典型的高技术产业，与传统信息技术产业相比，该产业具有需求旺盛、服务面广、产业带动系数大、就业机会多、产出附加值高、综合效益好、市场前景广阔等特点,极具发展空间和潜力。

十八届五中全会上，以习近平同志为核心的党中央从经济发展长周期和全球政治经济大背景出发，提出“创新、协调、绿色、开放、共享”的新发展理念；2020年10月，中国共产党第十九届中央委员会第五次全体会议通过《中共中央关于制定国民经济和社会发展第十四个五年规划和二〇三五年远景目标的建议》(以下简称《建议》），明确要求“坚持新发展理念，把新发展理念贯穿发展全过程和各领域”，吹响了我国发展新征程的新号角。空间信息应用产业作为我国战略性新兴产业的重要组成部分，在新发展时代，如何把握新发展理念，助力我国经济社会高质量发展成为当前整个产业面临的重要课题。

二、“十四五”新发展理念解读

“创新、协调、绿色、开放、共享”五大发展理念，是针对我国发展中的突出矛盾和问题提出来的。“创新发展”着力解决发展动力问题，依靠科技进步和创新推动经济发展；“协调发展”着力解决发展不平衡问题，注意调整关系，注重发展的整体效能；“绿色发展”着力解决人与自然关系和谐问题，坚持节约资源和保护环境的基本国策，形成人与自然和谐发展现代化建设新格局；“开放发展”着力解决发展内外联动问题，发展更高层次的开放型经济；“共享发展”着力解决社会公平正义问题，坚持发展为了人民、发展依靠人民、发展成果由人民共享的理念。

《建议》对今后一段时期我国进一步贯彻新发展理念提出了一系列新的要求。在创新发展方面，《建议》在第三章明确提出：要“把科技自立自强作为国家发展的战略支撑”，要“面向世界科技前沿、面向经济主战场、面向国家重大需求、面向人民生命健康，深入实施科教兴国战略、人才强国战略、创新驱动发展战略，完善国家创新体系，加快建设科技强国”，根据上述要求，《建议》围绕强化国家战略科技力量、提升企业技术创新能力、激发人才创新活力、完善科技创新体制机制作了系统部署；在绿色发展方面，《建议》在第十章明确提出：要“坚持绿水青山就是金山银山理念，坚持尊重自然、顺应自然、保护自然，坚持节约优先、保护优先、自然恢复为主，守住自然生态安全边界。深入实施可持续发展战略，完善生态文明领域统筹协调机制，构建生态文明体系，促进经济社会发展全面绿色转型，建设人与自然和谐共生的现代化”，并围绕加快推动绿色低碳发展、持续改善环境质量、提升生态系统质量和稳定性、全面提高资源利用效率等做了全面部署。

新发展理念为我国空间信息应用产业指明了“十四五”时期的发展思路，一是空间信息应用产业要提升自主创新能力，突破关键核心技术，依靠创新驱动实现高质量发展；二是以强化国土空间规划和用途管控、深入打好污染防治攻坚战、完善中央生态环境保护督察制度、碳达峰与碳中和、实施生物多样性保护重大工程、推行林长制、山水林田湖草系统治理等热点问题为核心，服务于我国绿色发展。

三、空间信息应用技术创新与模式创新

空间信息应用产业作为我国战略性新兴产业重要组成，根据《建议》要求，“十四五”期间一方面要推动互联网、大数据、人工智能等同各产业深度融合，另一方面要培育新技术、新产品、新业态、新模式。

1.空间信息应用技术发展趋势

随着中国高分辨率对地观测系统、北斗卫星导航系统工程等重大专项的不断推进，以遥感、北斗为代表的空间信息应用产业实现了跨越式发展，从工程应用阶段向大众化应用阶段迈进，空间信息应用产业呈现出“通导遥一体化、天空地一体化、服务智能化、生态平台化、数字产业化”等趋势。

“通导遥一体化”即由通导遥卫星单一应用向综合应用发展，针对我国现有的遥感、导航、通信卫星系统各成体系、信息分离、服务滞后的问题，建立多源感知、精准定位、时空互联的综合应用技术体系及产品体系，实现高速通信、实时遥感图像服务、精准定位服务，推动空间信息从专业应用走向军民应用和大众服务。

“天空地一体化”即面向行业需求，从提高效能、效费比以及可持续发展的角度出发，集成卫星传感器、飞艇及无人机传感器、地面物联网感知设备等手段，形成立体化、无缝、空天地一体的综合应用能力。“天”是利用卫星提供的数据筛查事件，发现问题存在的可能性；“空”主要是利用无人机遥感提供最及时、可靠、专业的高分辨率影像确认事件；“地”是在地面采用多种监测手段，实现精细化的综合监测。

“服务智能化”即与新一代信息技术融合，形成从空间信息获取、存储、管理、处理、分析、决策全链条的智能化服务能力，基于人工智能的信息解译体系加快遥感数据知识发现速度，基于云计算的数据存储和计算体系能够提高遥感信息服务水平，为用户提供资源共享、按需使用的服务模式。

“生态平台化”即针对当前空间信息应用产业化发展存在的包括数据获取难、技术共享难、软件推广难、定量应用难、产业突破难等瓶颈问题，打造一个资源集成与共享的空间信息应用产业生态系统，对全产业链资源进行“云化”“活化”“进化”，从而实现降低行业门槛、创新服务模式、提升产业整体效率、促进大众应用、进一步激活市场活力的目标。

“数字产业化”即充分发挥海量空间信息数据及其丰富的应用场景优势，促进空间信息应用技术及新一代信息技术与实体经济深度融合，通过空间信息赋能传统产业转型升级，催生新产业新业态新模式，为数字经济发展注入新动能。

2.空间信息应用模式创新趋势

当前我国空间信息服务模式是以数据服务为主体，行业用户和省级中心用户初步具备了一定的数据接收、管理、处理、分发和应用的能力，但整体应用还处在“在线获取数据、离线加工产品、垂直行业领域应用”的阶段。近年来，在科技与产业深度融合以及政府战略投资方式发生转变的背景下，空间信息应用模式不断创新与发展，在以数据服务为主体的应用模式的基础上，催生出了区域级/行业级空间数据中心、智慧城市时空信息底座、空间信息数字经济应用、空间信息数字乡村应用等新模式。

“区域级/行业级空间数据中心应用模式”是在我国区域及行业监管提出了更加实时、精准、高效要求的背景下，建立更加贴合需求的区域级/行业级空间数据中心，为促进区域经济发展、提升地方政府现代化治理能力提供空间信息服务支撑。

“智慧城市时空信息底座应用模式”即面向智慧城市建设需求，一方面建设支撑城市时空数据接收、汇聚、存储、分发和使用等环节的时空信息云平台，为城市管理、交通运输、公共安全、生活服务、应急救援、自然资源、生态环境、灾害防控、传染病防治等领域提供时空信息服务，另一方面打造智慧城市的管控、整合、治理、协同、服务、运营、运维能力，以时空信息应用助力智慧城市发挥其增量效应。

“空间信息数字经济应用模式”是指发挥对地观测技术对政府治理和“三产”升级的带动作用，通过空间信息赋能，推动传统产业向中高端迈进，不断催生新产业、新模式、新业态，为数字经济发展注入新动能。

“空间信息数字乡村应用模式”是以空间信息应用技术推进农业农村现代化，推进县、乡、村级部门业务资源、空间地理信息、遥感影像数据等涉农政务信息资源共享开放、有效整合，助力建立数字乡村体系，探索乡村数字经济新业态及乡村数字治理新模式，使空间信息服务从城市向县、乡、村延伸。

四、空间信息创新应用实践

“十四五”期间，我国行业管理、政府治理的技术手段到了转型升级的临界点,空间信息应用产业通过“通导遥一体化”“天空地一体化”“服务智能化”等技术创新手段将在我国远洋渔业、应急管理、环境保护、生物多样性保护、自然资源监管、碳汇能力评估、林长制等领域发挥重要作用。

1.通导遥一体化系统远洋渔业应用

基于电磁频谱技术建设船舶识别系统（AIS）监测船只位置，保证船只行驶安全并分析渔船的经纬度位置、作业航向、航速等信息，估算实际投入的捕捞努力量，为渔场渔情预测提供决策支持；基于高通量卫星通信导航技术为渔民提供通信导航服务，解决渔民出海时间较长、上网娱乐需求较大的问题；基于卫星遥感技术获取海水表面温度、叶绿素等海洋环境数据，结合历时渔场数据建立渔场渔情预测模型，对渔场位置、渔汛汛期及资源量进行预测。通过通导遥一体化技术为我国远洋渔船捕捞生产、渔业管理等提供无缝覆盖全球海域的远洋渔场数字化信息服务，为我国发展远洋渔业提供高新技术支撑，提高我国远洋渔业在国际上的竞争力和话语权。基于卫星数据的海洋渔场环境数据反演系统如图1所示。

图1 基于卫星数据的海洋渔场环境数据反演系统

2.天空地一体化林草火灾监测预警应用

森林防火工作仍存在信息化水平不高，监测预警体系有待完善的问题，一是受地形地貌影响，地面监测站点覆盖率低、数据来源单一；二是监测结果以人工判读为主，劳动强度大，且误报率高，影响扑火救灾效率。融合卫星遥感技术与人工智能技术，实现边缘计算、人脸/车辆/烟火识别，打造天空地一体化森林火灾监测预警平台（图2），在天基利用极轨卫星和定轨卫星，提供火情监控服务，实现24小时全天候监测，监测频率10分钟一次；在空基通过无人机拍摄并实时回传视频至地面指挥中心，辅助其进行扑火救火指挥调度；在地基利用高清摄像头和热成像摄像头，实现24小时监控并自动识别火情。

图2 卫星林火监测预警系统

3.天地一体化水环境监测预警应用

在云南省滇池蓝藻水华监测预警工作中综合利用空间信息应用、物联网、互联网和数据库技术，创新性地集成卫星遥感、地基遥感、常规水质监测网络、气象水文监测网络等手段，构建了滇池蓝藻水华天地一体化预警监测体系，实现了滇池水体的污染源数量、藻类覆盖面积、水质的叶绿素a浓度、藻蓝蛋白浓度、悬浮物浓度、水体透明度的反演以及蓝藻水华时空分布规律的分析，有效支撑了滇池蓝藻水华的监测预警工作。图3为基于高分一号的滇池水环境监测成果图。

图3 基于高分一号的滇池水环境监测成果图（2020年7月29日）

4.空间信息亚洲象智能化监管服务

亚洲象的监测预警一直以来是个难题，及时掌握亚洲象种群数量及行踪，是缓解人象冲突最有效的措施之一。在云南景洪市亚洲象监管工作中，将空间信息与人工智能、云计算、物联网、边缘计算等技术进行融合，建立亚洲象动态监管系统实现“服务智能化”，系统通过红外相机、摄像头捕捉到的信息进行AI识别亚洲象，系统依据坐标信息进行地图标记，提供亚洲象时空轨迹分析，并通过手机、智能喇叭,向所在区域和预计路线上的村民发出警报，支持亚洲象预警处置。系统从2019年6月上线以来，累计发布亚洲象预警信息800余次，并在2021年8月对云南省北移大象处置工作指导提供了技术支持，有效缓解了人象冲突（图4）。

图4 景洪市亚洲象动态监管系统

5.空间信息森林资源智能监管应用

近年来，随着经济高速发展，在土地资源供应日趋紧张的形势下，如何有效保护森林资源，并准确、实时、快速履行森林资源高效监管显得尤为重要和紧迫。云南省景洪市林业和草原局通过空间信息技术手段创新政府管理手段，创造性地采用二三维GIS和视频数据联动技术，将森林资源、林地征占、林地采伐数据与视频监控画面进行实时联动，既可在地图上查看森林资源的空间分布及其属性信息，又可根据林地小班位置搜索最近距离的视频监控点，并可将视频自动对焦到林地小班进行实时画面查看，辅助森林资源监管人员对采伐开矿、未批先建、违法占用等破坏森林资源的违法活动进行监管，降低了政府监管工作成本。图5为云南省景洪市森林资源数据与视频监控实时联动系统。

图5 云南省景洪市森林资源数据与视频监控实时联动系统

6.生态系统碳汇能力评估应用

碳排放导致全球气候变化加剧，极端天气事件增加，我国由此提出“碳达峰”和“碳中和”目标。减缓碳排放的途径之一是通过森林、草原、湿地等保护修复措施增加对温室气体的吸收，即“碳汇”。利用遥感数据对生态系统碳汇能力进行评估，结合无人机航空遥感数据、地面核查数据，建立生态系统碳汇能力评估模型，支撑量化、评估、预测国家、区域生态系统碳汇情况，为我国“碳达峰”和“碳中和”目标提供支撑。图6为森林碳汇监测系统。

图6 森林碳汇监测系统

7.空间信息技术助推我国林长制改革

基于“一张图”的概念，通过建立林长制信息化管理平台（图7），将林业资源数据、专题数据、林长、涉林事件等统筹纳入“一张图”，实现森林资源一张图管理、监测设备一张图控制、林业事件一张图显示，一览林长制制度下森林所有情况，可以加载三维地理信息，实现信息可视化管理，实现横向管到面，纵向管到点，为各级林长和林长办以及林业、水利、环保等各行业协调办公、联合执法提供工作平台，大大提升林地管控效率，有助于落实协调联动、精细化管理的森林管理长效运行机制。

图7 林长制信息化管理平台

五、结束语

面向“十四五”，空间信息应用产业必须从国家迫切需要解决的热点问题出发，通过技术创新和模式创新，围绕提高效率、降低成本、提升能力这个根本出发点，逐步融入行业业务，提升行业管理水平和管理效能。本文从新发展理念出发分析了当前空间信息技术创新和模式创新趋势，并阐述了场景化的空间信息创新应用实践，以期为我国“十四五”期间的空间信息应用产业发展提供可借鉴思路。