摘 要:智慧城市涉及众多领域,国产高分卫星遥感数据为智慧城市建设和管理提供基础支撑。通过建设高分卫星遥感数据资源中心,构建数据丰富和功能强大的空间信息数据库,辅助解决智慧城市管理中各类难题。高分遥感卫星影像数据应从当地高分中心获取并符合国家规定要求,数据的管理和更新应能满足智慧城市建设中产业发展需求与国家战略部署要求。
关键词:高分卫星遥感数据;数据资源中心;智慧城市;三维地图;地理数据
中图分类号:P237;P208 文献标识码:A 文章编号:2096-4706(2020)16-0040-03
Research of GF-Satellite Remote Sensing Data in Smart City Construction
TIAN Yuji
(Xiamen Kingtop Information Technology Co.,Ltd.,Xiamen 361008,China)
Abstract:Smart city involves many fields. Domestic GF-satellite remote sensing data provide basic support for smart city management and management. Through the construction of GF-satellite remote sensing data resource center and the construction of spatial information database with rich data and powerful functions,various problems in smart city management can be solved. The GF remote sensing satellite image data should be obtained from the local GF center and meet the national requirements. The management and update of the data should meet the industrial development needs in the construction of smart city and meet the requirements of national strategic deployment.
Keywords:GF-satellite remote sensing data;data resource center;smart city;3D map;geographic data
0 引 言
由于智慧城市涉及众多领域,数据资源具有“多源、异构、动态、分散”的特点,其在“多源”方面,具有“空间、业务、专题、支撑”等不同类型的数据,以国产高分卫星遥感数据为主,建设以高分卫星为核心的遥感数据资源中心,数据即是服务,空间数据库和文件采用分布式结合方式,建立灵活的数据资源体系结构,使空间数据能充分共享,并具有良好的可扩展性,为海量数据的高效管理提供支撑。
建设多尺度、多时相、多分辨率的遥感数据资源共享体系,包括城区和人口密集区的高分辨率航空遥感数据,高-中分辨率卫星遥感数据、数字地形模型,融合叠加矢量电子地图数据、地名地址数据、三维地图数据、地理实体数据和城市管理专题数据,形成高分卫星综合应用数据集产品(融合和更新)多系列,建设“从全局到局部、从静态到动态、从室外到室内”智慧城市高分辨率全息空间数据集,为我国城市管理基础性领域的软基础设施建设提供强有力的支撑,同时也为智慧城市的深层次应用推广,提供良好的基础条件。
通过高分卫星遥感影像服务系统,结合传统的基础地理信息数据,通过数据提取等处理工作,提供通用高分遥感卫星数据增值产品系列(多尺度可见光、多光谱、热红外、微波系列)、面向典型行业的专题数据集及在线应用服务等三类产品或服务。高分卫星遥感影像服务系统的产品和服务通过建立高分卫星遥感数据源处理加工生产线,具备工业级影像数据源处理能力,具有自动化、并行处理、多种影像兼容性、远程管理等特点,可以在最短的时间内提供给用户最符合要求的数据。以高分卫星数据为基础,建设数据工厂实现数据的自动化处理,在少量人工成本的条件下,即可输出多种系列的高分卫星遥感数据应用产品以及技术服务产品[1]。
1 建设高分卫星遥感数据资源中心
实现高分辨率卫星遥感数据共建共享的核心是要建设一个数据丰富、更新及时、功能强大的空间信息数据库。在解决智慧城市管理中的各类难题时,尤其是信息化领域存在的问题,利用高分卫星遥感数据能够起到显著效果。高分卫星数据具备的动态可视、实时宏观等特性,使得基于高分卫星遥感数据形成从信息收集到数据处理,再到数据分析、辅助决策和应用的多领域、多视角、多层次的观测系统。在智慧城市建设领域中,高分卫星遥感数据已成为不可缺少的基础性数据源[2]。
随着高分系列卫星的不断研发和升空,卫星影像已经覆盖了多光谱、全色、高光谱等多种色谱,影像采集方式覆盖光学和雷达,卫星的轨道包括地球同步轨道和太阳同步轨道等多种类型,已经构成了具有多种光谱分辨率、多时间和空间分辨率的对地观测系统。综合三维地图数据、矢量电子地图数据、地理实体数据、地名地址数据等辅助数据,通过我国自主的高分辨率卫星遥感数据,建设高分卫星遥感数据资源中心。在建立高分卫星遥感数据资源中心的过程中,需要建立对数据资源中心的长效管理机制,对数据进行管理、维护及更新,以保证数据库的准确性和先进性。如图1所示,从高分卫星遥感数据资源中心获取的各类数据,应用于智慧城市建设的不同领域。数据资源中心的建设为智慧城市的管理,提供了高空信息动态图,为相关服务和资源规划奠定了良好的基础[3]。
2 高分卫星遥感数据获取
2.1 高分卫星数据
国家先后印发《高分辨率对地观测系统重大专项卫星遥感数据管理暂行办法》(科工高分办〔2015〕2号)、《高分辨率对地观测系统重大专项数据应用推广指导意见》(科工高分办〔2016〕3号)、《国防科工局 发展改革委 财政部关于印发的通知》(科工一司〔2018〕1866号),智慧城市建设过程中的高分影像数据,从当地的高分中心获取[4]。
高分应用综合信息服务共享平台(简称“高分共享平台”)接收影像后,将对影像进行辐射校正和系统几何纠正处理,形成初级产品分发给省级数据与应用中心。初级产品的类型主要包括涉密类、受控类、公开类三种。
获取高分遥感影像数据的途径主要途径有两种。若是受控类或是公开类数据,通过国家电子政务网、介质拷贝方式获取。按照国家规定的涉密数据保护规定,必须通过存储介质获取涉密数据。无论是受控数据、公开数据,还是涉密数据,在获取高分遥感影像数据后,均须进行备份和归档。
厦门精图信息技术有限公司承担了多地的智慧城市建设项目,项目中通过共建共享机制,整合各部门现有卫星或航拍的遥感影像资源,获取不同分辨率、不同类型遥感影像资源,形成多尺度多时相内容丰富的遥感影像资源池。笔者在项目中参与了基于高分影像数据的城市规划与精细化管理方面工作的实施,积累了丰富的高分卫星数据应用经验。
2.2 辅助数据
在智慧城市建设中,辅助数据是指与城市规划和管理相关的数据,主要有五部分,分别是影像地图数据、地理实体数据、地名地址数据、三维地图数据、矢量电子地图数据。
其中的影像地图数据,包含了影像技术集和影像电子地图数据。针对在线浏览和标注的需求,通过影像电子地图,对矢量数据、影像数据进行筛选,最终形成影像地图数据集。影像地图数据集包含行政区划边界、地名、道路、水系、绿地、居民等数据。
其中的地名地址数据,包含了标准地址数据、地址位置数据、地址代码数据、地址时态信息数据,还包括了与地名地址相关的地理实体名称数据与实体标识码数据。
其中的地理实体数据,须依据GB/T 37118—2018《地理实体空间数据规范》,以现有的基础地理空间数据库为数据源,提取通用性公共数据,这些数据包括边界数据、行政区划数据、交通数据、水系数据、居民居所数据等通用性数据。
其中的三维地图数据,分为三维场景模型数据和三维建筑模型数据。利用三维基础平台软件,将影像数据和DEM数据进行压缩处理,最终生成三维场景模型。三维建筑模型是将现实中的房屋建筑构建成虚拟的三维建筑模型,目前全国多省市内有部分地市采集了多层的精细建筑模型。
其中的矢量电子地图,均属于以高程数据和矢量数据组合而成的线划地图数据,线划地图数据包括行政区划边界数据、地名数据、绿地数据、水系数据、道路数据、居民居所等数据。矢量电子地图中,将矢量数据以5×5格网进行十级展示,并将第五级矢量数据和DEM数据压缩做成晕染图[5]。
2.3 数据更新
在数据更新工作中,按照“统一标准、分建共享、更新协同”的数据建设方法,建立数据联动更新和分建共享的数据体系,充分共享国家高分卫星应用数据库、省测绘地理信息局、市县自然资源和规划局、商业地图公司等各类地理信息数据资源,通过利用多源和异构的数据融合方法,建立地理信息数据集。基于Oracle、NoSQL等数据库及文件管理系统,解决了电子地图缓存文件、地理实体数据、地名地址和兴趣点、实景三维等不同类型、不同格式的二、三维数据统一管理,实现对二、三维数据及其历史版本数据等海量数据的统一管理。
高分卫星数据资源中心建成后,对于高分卫星遥感数据库的更新可根据应用的实际情况和经济发展需要制定一个合适的更新周期和更新范围。针对重点区域,数据更新的相对频率要快。
2.3.1 数据更新形式
跟踪数据源单位的数据生产情况,保证专题数据的正常获取和更新。为了保证各类数据的现势性,需要不断地获取新的信息。
为了确保能够对数据进行准确、快速的更新,根据更新周期可分为即时更新、日度更新、月度更新、年度更新等类别。对于不同类别的数据,可采用不同的更新手段(如通过专题数据更新高分卫星遥感数据的空间框架数据,通过测量或调查更新)和更新方式(按区域更新,按要素更新)。
数据更新过程中需要注意已有资料的充分利用,同时需要进行纵向(不同比例尺)和横向(不同数据产品)的关联更新。在管理数据工作中,将老数据进行版本管理,并自动保存在历史数据库后,再导入更新的数据。
2.3.2 数据更新技术
在数据属性字段要进行标记处理,同时对元数据进行范围标记,以监测数据的变化情况,作为数据的变化因子。对于交换而来的数据,或者更新到发布库中的生产库数据,都标记有变化因子,以使数据更新具备操作性。
元数据变化范围以及数据字段的更新时间,均是变化因子。框架数据库的生产到发布,是以增量开发的方式,解决少量数据变化时的数据更新,所以各库之间的联动关系会比较复杂。数据管理方式应该达到要素级别,每个图元(要素)都要做好时间标记。生产库和发布库等数据的更新,其增量数据需要经过时间戳的筛选,增量更新的过程即数据的导出、拷贝及导入。地理框架数据的更新,使得电子地图也需要同步更新。采用地图缓存技术,实现电子地图的网络快速浏览。根据变化区域的数据更新,更替相应电子地图瓦片,以实现局部电子地图数据的实时更新[6]。
3 结 论
通过建设高分卫星遥感数据资源中心,为城市中各个部门提供了一站式高分卫星综合应用服务,为各层次用户提供标准化、普适性、网络化的高分卫星遥感信息与应用服务。国家高分卫星遥感数据资源中心的建设,在解决智慧城市管理中各类难题过程中积累了大量经验,为地方高分中心的核心建设指明了方向,推进了高分专项数据在各地的深度推广应用,推进新型智慧城市建设。
高分卫星遥感数据的应用及研究,为国家面向全球的战略部署提供了重要支撑,满足了国家新型城镇化与经济转型升级发展规划中对自主高分卫星遥感数据推广应用的迫切需求。通过研究高分卫星遥感数据获取技术及应用技术,推动我国卫星应用技术走在国际发展前沿,促进我国快速建立高分辨率卫星遥感数据产学研用技术服务体系和高分产品体系,特别是在城市规划与精细化管理领域,对国家智慧城市的建设做出了重要贡献。
参考文献:
[1] 赵赤书.交通信息共享交换平台的研究与实现 [D].长沙:湖南大学,2013.
[2] 胡艳玲.大数据联盟数据聚合服务模式研究 [D].哈尔滨:哈尔滨理工大学,2019.
[3] 李慧姝,廖文锋,彭小河.基于ArcGIS平台制作矢量电子地图的方法探讨 [J].测绘与空间地理信息,2014,37(7):144-146.
[4] 赵海龙,兰晓峰,吴洁,等.遥感技术助力智慧城市建设 [J].建设科技,2017(13):30-32.
[5] 庞之浩.人造卫星当空舞 [J].航天技术与民品,2000(4):22-25.
[6] 陈德清,马建威,崔倩.高分三号卫星水利应用及示范应用系统设计开发 [J].卫星应用,2018(6):22-27.
作者简介:田瑜基(1986.09—),女,汉族,山西吕梁人,中级测绘工程师,毕业于上海海洋大学农业信息化专业,硕士研究生,研究方向:测绘、GIS和信息化技术研究。