基于RS、GIS的城市康體設施動態信息獲取技術體系

伍容容 盧敬德

1.引言

為推動全面健身的普及，切實提高國民身體素質，國務院在2016年印發了《國務院關于印發全民健身計劃(2016—2020年)的通知》(以下簡稱《計劃》)。《計劃》指出，實施全民健身計劃是國家的重要發展戰略。《計劃》明確，到2020年，群眾體育健身意識普遍增強，參加體育鍛煉的人數明顯增加，每周參加1次及以上體育鍛煉的人數達到7億，經常參加體育鍛煉的人數達到4.35億。《計劃》提出了7個方面的主要任務，包括弘揚體育文化，促進人的全面發展；開展全民健身活動，提供豐富多彩的活動供給；推進體育社會組織改革，激發全民健身活力；統籌建設全民健身場地設施，方便群眾就近就便健身；發揮全民健身多元功能，形成服務大局、互促共進的發展格局；拓展國際大眾體育交流，引領全民健身開放發展；強化全民健身發展重點，著力做好基本公共體育服務均等化和重點人群、項目發展等。《計劃》還圍繞目標任務的完成，從體制機制創新、加大資金投入、評價激勵方式、科技創新引領、人才隊伍培養等方面提出了保障措施。

2.需求的提出

為落實《計劃》中提出的“開展全民健身活動，提供豐富多彩的活動供給”及“加大科技創新引領”兩大目標，廣州市體育局在2017年初發布了科技引領全民健身計劃，計劃提出了一攬子運用新科技技術手段促進全民健身的概念性指導意見，其中包括了運用遙感、地理信息新技術對全民健身基礎設置的摸底調查及其空間布局研究的子課題(以下簡稱“課題”)。課題的提出旨在優化基礎康體設施布局，使康體基礎設置布設的投入最大化發揮其作用和價值，實實在在為廣大群眾提供全面、完善、優質的健身基礎支撐。

據不完全統計，改革開放以來廣州市通過市政投入和民間集資興建的康體設施共有2831處，但由于年代久遠，很多康體設施已經處于失修狀態。另外，由于早期建設的絕大部分康體設施都只記錄了部分非空間屬性數據，康體設施地理信息數據的缺失使這些設施的維護、綜合利用以及新康體設施的綜合建設規劃變得困難重重。為了破局上述問題，提高以后康體設施的利用率、維護率，合理規劃新設置的部署，必須對原有設施進行全面的普查，充分掌握其空間大數據。

3.技術思路

3.1 城市康體設施“天地一體化”動態信息獲取技術體系

城市康體設施“天地一體化”動態信息獲取技術是根據城市康體設施信息采集、分析、管理的需求，基于多尺度遙感、GIS、空間定位、無人機、移動通信、快速測繪、互聯網、多媒體等技術應用的信息化集成技術。其中，“天”主要指基于多種航天、航空平臺的多尺度遙感技術，為區域設施宏觀調查提供時空信息采集、分析的手段；“地”主要指基于GIS、空間定位、快速測繪、多媒體等技術集成的移動信息采集技術，為康體設施現場調查提供信息采集、管理、分析的手段；“一體化”主要指在GIS、互聯網、移動通信等技術的支持下，對“天”“地”采集、處理的多源時空信息進行集中管理、分析、傳輸等，實現多角度調查手段之間、內外業各工作環節之間的信息實時交互、共享、協同操作，為城市康體設施“天地一體化”動態信息獲取提供一體化支持。

城市康體設施“天地一體化”動態信息獲取技術主要流程如圖1所示，該關鍵技術體系可分為兩大部分：空天調查分析技術、地面調查分析技術。

圖1 城市康體設施“天地一體化”動態信息獲取技術流程圖

3.1 空天調查分析技術

3.1.1 遙感數據源

表1對目前城市康體設施調查適用的國內外衛星遙感數據參數、特點和適用范圍進行了分析。分析表明，不同數據源有不同適用范圍，可根據需要選擇合適的數據源組合。遙感調查頻次由重訪周期、幅寬及天氣等因素決定，實際應用中很難按理論重訪周期獲取數據。根據經驗，云雨天氣影響較大的南方地區縣域尺度，一般每年可重復獲取4次以上中分辨率遙感影像，高分辨率遙感影像一般僅能保證獲取2次。因此，“天地一體化”技術路線中，為兼顧區域調查的高頻次和項目調查的精細化，采用了中分辨率與高分辨率組合使用的方式。

3.1.2 基于遙感處理技術應用的關鍵技術：

多光譜遙感影像真彩色融合增強技術：利用植被光譜信息豐富的近紅外波段和紅、綠、藍波段，采用多光譜融合算法，實現影像真彩色增強。融合增強處理能夠減少冗余、增加有效信息量、突出影像層次和細節信息，增強目標對象的影像特征，并削弱因時相、傳感器等造成的影像解譯標志特征差異，提高后續目視解譯或自動識別的準確率。

多期遙感影像變化檢測技術：不同分辨率影像采用不同的方法。對中分辨率影像，采用多期影像進行檢測計算，可自動獲取大范圍康體設施的新增、減少等變化信息。對高分辨率影像，可通過擾動特征自動提取后的矢量圖層空間計算，獲取圖斑的精確變化信息，并對圖斑距離、面積等進行空間量算。

城市康體設施特征自動提取技術：對融合增強后的高分辨率影像，以具有生產建設項目擾動特征的像元集合為分類對象，采用“面向對象”方法自動提取擾動圖斑，可以有效減少因豐富的光譜信息而產生的“椒鹽效應”。

表1 多分辨率遙感數據的適用性

3.2 地面調查分析技術

主要包括：基于移動GIS的城市康體設施信息移動采集關鍵技術、多源數據管理和無人機調查等幾項關鍵技術。

3.2.1 基于移動GIS的城市康體設施信息移動采集關鍵技術

基于移動平臺，集成GIS、衛星定位與導航、激光測距儀、陀螺儀、音視頻采集、移動通信、互聯網、便攜打印機等技術和設備，開發城市康體設施移動GIS信息采集系統，可以實現現場多源空間信息采集、定位、導航、快速測量、現場辦公、存儲管理和分析等功能，為城市康體設施現場調查提供專業工具。

3.2.2 多源數據管理技術

針對該工作涉及遙感和現場調查數據、體育設施健身歷史數據等海量、多結構、多時間版本的空間數據和屬性數據，應用GIS、互聯網和云計算技術，通過集群應用、網絡技術或分布式文件系統等技術，構建從移動采集到云端存儲的一體化平臺，實現云端與移動采集端實時交互、空間數據庫與業務管理系統之間的數據共享。

3.2.3 無人機調查技術

無人機調查主要是利用攝影測量技術，按照相關測繪規范，對高空連續拍攝一定量重疊度的照片，利用無人機遙感圖像處理軟件，通過幾何處理、多視匹配、三角網(TIN)構建、自動賦予紋理等處理，獲取1:500、1:1000、1:2000等比例尺的三維模型、正射影像和DEM數據。對空間數據進行量測、分析，可準確、高效的康體設施面積、類型、數量、甚至是可用性等指標。

4.城市康體設施調查實驗性示范應用

課題小組在2015年～2016年連續兩年在基于RS、GIS的城市康體設施動態信息獲取技術體系下對廣州市11區康體設施數據進行了實驗性示范應用，通過遙感解譯，共發現康體設施2662個，課題組對其中的1167個進行了現場信息采集。就2015、2016年實驗性示范應用情況來看，通過遙感調查，有效掌握了11區康體設施總體現狀，發現了一批殘舊不可用的、違規未批先建、的康體項目和幾個康體設置相對真空區域。基于RS、GIS的城市康體設施動態信息獲取技術的應用，有效提高了城市康體設施信息的獲取效率，加強了康體設施信息持續利用率、維護率，通過對康體設施空間大數據的采集，使后續合理規劃新設置的部署成為可能。

5.結語

考慮到全國各地城市康體發展水平和需求不盡相同，基于RS、GIS的城市康體設施動態信息獲取技術的推廣應用應統一規劃、分步推進。

5.1 后續應充分評估和挖掘該技術在全民健身領域的價值，并由相關部門制定相關的配套標準、規程、規范的制訂及相應業務創新管理制度建設，有計劃地在不同區域、不同級別體育管理機構中開展技術應用和管理模式的試驗和示范。

5.2 根據當前的迫切需求，推進各級體育管理機構對本級負責的康體項目管理和建設發展中的應用。在各級部門基本具備工作模式和技術應用基礎的條件下，可推進基于RS、GIS的城市康體設施動態信息獲取技術在各級體育管理部門上的應用。

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