高分遙感在智慧城市新基建中的應用研究

金笑天，里 巍，張振川，夏志華

（1.遙導通（上海）信息有限公司，上海 210702；2.遙聚信息服務（上海）有限公司，上海 210702；3.上海市信息技術研究中心，上海 210702；4.上海簡順信息技術有限公司，上海 210702）

智慧城市概念最早起源于2009 年IBM 公司提出的“智慧地球”理念，以應對美國2008 年金融危機重啟經濟、產業、交通等技術升級需求，城市作為重振經濟、技術創新的中心，智慧城市這一概念逐漸被大眾接受。發展到現在，智慧城市的廣義概念和外延發生了深刻的變化，更加密切關聯于信息技術的革新，城市不僅是聳立的摩天大樓、繁忙的工業園區、密布的居民生活區和擁堵的道路網絡混雜而成，作為社會治理、人口集聚、經濟創新和文化生活的中心，智慧城市更需要信息技術的支撐，隨時應對各種變化和難題，信息將社會經濟、基礎設施、生態環境等精密地穿插在一起，為智慧城市管理和運營提供科學決策，這一趨勢越來越明顯。

智慧城市新基建主要包括信息基礎設施、融合基礎設施、創新基礎設施3 個方面內容，其中信息基礎設施主要指以新一代信息技術演化生成的基礎設施，如5G、物聯網、工業互聯網、衛星互聯網為代表的通信網絡基礎設施等[1]，衛星高分遙感屬于信息基礎設施的范疇。

智慧城市信息基礎設施新基建主要由3 個層面構成，即基礎信息感知層、中間數據處理中臺、界面應用層。其中信息感知層以各種ICT 技術為基礎，主要承擔場景感知和信息數據收集的使命；中間數據處理中臺則將通信網、互聯網、物聯網等渠道采集的信息進行分析處理；界面應用層是整個智慧城市信息化框架的終端，主要是面向政府、企業、個人以及公共服務需求。

城市作為諸多復雜要素組成的大規模時空協同系統，空間信息是智慧城市建設與應用的最重要的基礎信息之一，隨著城市建設和社會經濟的高速發展，政府在資源有效利用、環境保護、城市建設管理和公眾信息服務等方面面臨著巨大的挑戰，需要在多個空間尺度上全面及時地獲取動態信息，對于城市要素的空間位置、分布態勢、變動和趨勢進行掌握和監管[2]。

在智慧城市新基建的時代背景下，城市規劃與構建的主要任務之一是對信息數據資源的整合以及數據信息的開放共享，本文以高分遙感技術應用為切入點，探索智慧城市新基建的相關需求，旨在建設更加舒適、宜居的城市環境，促進我國智慧城市建設水平的全面提升。

基于衛星的高分遙感技術是一種重要的智慧城市的信息監測方法，尤其是可以實時動態獲取一個廣域的地形、地貌特征、自然資源、土地利用與覆蓋和城市與經濟等自然地理和經濟要素信息，高分遙感監測方式具有獨特的監測優勢，可作為支撐智慧城市新基建的技術手段和方法。通過對高分遙感數據的解譯和分析，可以為城市建成區監測、自然資源調查、國土生態修復、防災減災等提供監測數據，可以對國土利用、區域經濟、城市建設、交通規劃和生產建設等政策的實施效果進行監控和評價，這是一種重要的科學決策依據，是智慧城市新基建的重要組成部分[3]。

1 高分遙感數據的獲取

智慧城市新基建中需要用到多源的高分遙感數據，快速方便地獲取多源高分遙感數據并進行解譯分析處理，是遙感支撐智慧城市新基建的關鍵所在。2019 年國家航天局發布了《國家民用衛星遙感數據管理暫行辦法》，為民用遙感衛星數據開放共享提供政策保障，為我國遙感衛星數據的管理，推動數據共享、應用推廣和相關文化產業提供有力的政策保障。同年，國防科工局發布的《高分辨率對地觀測系統重大專項衛星遙感數據管理暫行辦法》，覆蓋高分數據接收、處理、存檔、分發和應用的全過程。

用戶獲取高分遙感影像數據主要有兩種途徑，受控類或公開類遙感數據可以通過國家、省級遙感中心以介質拷貝方式獲取；涉密遙感數據保護必須通過特用存儲介質獲取涉密數據，在獲取高分遙感影像數據后，應進行備份和歸檔。

同時，還要繼續重視來源于國際遙感數據的收集和整理，例如USGS Earth Explorer 擁有的始于1972 年的Landsat 遙感衛星影像系列，美國地質調查局（USGS，United States Geological Survey）對此提供完全的免費空間數據源，數據質量非常高，數據積累周期已近50 年，在科學研究當中應用非常廣泛；NASA 著名的ASTER GDEM，SRTM（航天雷達地形測繪）等遙感影像是城市規劃和國土空間調查等重要的數據來源，也是目前覆蓋最廣的高精度全球高程數據來源。

對于我國當前的“高分專項”來講，為了更好地獲取和處理高分遙感數據，有必要建設高分遙感數據及應用服務中心，參照上述兩個管理辦法、建設區域高分遙感一站式數據及應用服務平臺，建議搭建“長三角高分遙感數據及應用服務云平臺”，服務長三角區域，助力長三角一體化發展。通過搜集、整合各部門現存遙感影像數據，建設共享機制，為不同分辨率、不同時相、不同類型遙感影像需求服務，建設高空間分辨率、高時相分辨率，高光譜分辨率，融合多源遙感數據及應用服務中心。

2 長三角高分遙感數據及應用服務云平臺

長三角高分遙感數據及應用服務云平臺的主要建設內容是搭建一個影像數據資源豐富、及時更新、界面服務友好的空間信息數據云平臺。在面對長三角經濟和社會發展面臨的突出問題時，通過衛星影像全時域的特征，為科學決策提供信息支撐。

高分遙感數據及應用服務中心建設的最大難點在于如何處理遙感大數據問題，大數據現象的出現對于高分遙感的應用既是全新的挑戰也是發展機遇。如圖1 所示，從高分遙感數據中心獲取的各類數據，為智慧城市新基建的實施，提供可視化信息動態圖，為相關服務和規劃打好基礎。

圖1 長三角高分遙感數據及應用服務云平臺架構圖

該云平臺的特點主要有以下幾點：

（1）對遙感影像數據量劇增：由MB 發展到GB、TB再到現在的PB 數量級；高分遙感影像處理、分析技術需要從人工解譯走向智能化解譯。

（2）多源遙感數據：航空、航天、無人機、SAR、Lidar等成像類型的多樣化，成像機理多、影像獲取方式的多樣、時空分辨率的多樣性和高光譜特征造成影像類型的多樣化。多源遙感數據與異構數據增加了遙感數據信息的整合難度，但這也正是智慧城市建設的新需求，研究開發多源遙感數據融合技術與產品，是高分遙感應用產品的重要方向。

（3）時效性差異：遙感數據來源的多樣化，帶來影像時效性的高低也有所差異，有的要求時效性高，比如天氣預報等數據的發布與反饋是實時或準實時的；有的數據時效性要求較低，比如地面覆被變化、路網提取等則需要一段時期或一定時序的長期對地觀測數據。

（4）應用需求個性化：將應用遙感數據轉化為服務具有很高的應用價值和優勢，但應用需求更加個性化，比如“山、水、林、田、湖、海、草”等自然資源調查需求與智慧城市和城鄉規劃需求差異非常大。

3 長三角高分遙感云平臺支撐智慧城市建設

3.1 高分遙感助力智慧城市建設

目前已有300 多個大中城市開始智慧城市建設，“一網統管”和“數字政府”是政府、機構向服務型社會轉型的重要體現，長三角地區的智慧城市建設的技術創新和應用都走在全國前列。通過將高分遙感數據運用到城市大腦的“一網統管”平臺上，可以實現城市綜合宏觀全貌和微觀圖像的場景并現，同時，也可以通過遙感數據分析模型反演城市擴張建設歷史，提取城市土地覆被、環境監測等數據，為智慧城市建設、生態環保、防災減災等提供決策支持。

高分遙感影像是智慧城市空間規劃的重要數據來源，在智慧城市的規劃與建設中首先應該考慮的是如何將城市社會經濟活動中可能存在的多種不同類型數據信息進行整合，這就需要智慧城市的規劃與布局要從頂層設計理念出發，考慮不同的目標與需求，將智慧城市規劃與布局新基建分為業務架構、基礎設施架構、數據架構以及安全體系架構等主要方面，高分遙感智慧城市云服務產品的設計通過對接城市新基建的頂層需求入手，來建設一個更加清晰、智能、完善和安全的系列產品。

高分遙感影像是智慧城市生態環境建設的重要來源，服務于智慧城市新基建以低碳經濟和生態環保為主的發展理念。在高分遙感大數據云服務平臺的支撐下，智慧城市建設將能滿足對生態環境的全新要求。比如，內澇是我國城市發展面臨的一大棘手問題，每年夏、秋季節長江中下游城市和沿海多數城市都會發生內澇，且隨著城市擴展、地面硬化，內澇問題愈加嚴重。研究城市地面覆被變化，建設海綿城市，規劃和設計城市給水、排水系統等都需求完整的城市地面和地下空間模型。高分遙感數據需要滿足米級-亞米級空間分辨率才能為城市公共管線設施、地下交通設施等城市空間模型提供精準服務，我國陸續發射的“高分專項”系列衛星將可以滿足智慧城市生態環境建設需求。

高分遙感數據是智慧城市建設多源數據匯合的主要載體，智慧城市建設與運管每天都會從不同的來源產生海量大數據，選擇大數據匯集的載體至關重要，例如：智慧交通市政領域就會對收集的巨量的數據信息重建，智慧園區和平安社區運管在實現政府數字化治理職能的過程中需要結合多種數據來源和異構數據，高分遙感云服務平臺提供“一張圖”產品，將各種信息數據落實到城市現實時空之中，從而實現對多源數據信息的有效整合（比如：安防、交通、氣象、政務、商業、醫療、家居、物業和資產等），為智慧城市社會活動提供高質量的社區環境，進而為智慧城市新基建賦能服務的類型應用提供新的方向。

通過生產高分遙感數據常規產品和專題產品，還可以應用于城鄉建設用地動態監測、國土規劃分析與指引等。高分遙感數據助力智慧城市建設項目形成的成果包括多種數據庫、應用系統、專題信息報告等，成為支撐智慧城市規劃管理工作的管理手段和監測評價工具，提高城市精細化管理水平。

3.2 高分遙感數據及產品的共享和分發

2018 年，國務院辦公廳、中央軍委辦公廳印發遙感衛星數據開放共享管理相關文件。依據該文件，高分遙感數據及應用服務中心可以調整共享適用范圍，制定管理辦法和規范，支持智慧城市新基建中有關民用遙感衛星數據的獲取、管理和分發，從需求采集、數據獲取、管理分發、共享服務、成果匯交和用戶反饋等高分遙感數據的全流程。

3.3 高分遙感數據的更新機制

我國“高分專項”工程負責開展高分遙感系列衛星地面系統建設和運行管理工作及技術支持，統籌協調高分專項地面站網的建設和運行管理。目前主要承擔高分遙感影像科學研究用途，以及應急委托影像處理和服務，是開展高分遙感影像國際交流與合作的主要途徑之一。

建設長三角高分遙感數據應用云服務平臺，提供我國高分遙感衛星地面站自1986 年接收的城市遙感衛星存檔數據及目錄信息查詢，以及商業化遙感云服務數據產品服務，滿足智慧城市新基建需求。整合美國陸地遙感衛星系列影像（LANDSAT-5/7/8）、歐空局遙感影像（ENVISAT-1）和法國SPOT 遙感衛星系列影像（SPOT-1/2/4/5/6）等，實現遙感影像的查詢、下載和訂購服務。

通過對接我國遙感衛星地面接收中心的影像生產情況，保證高分遙感常規數據產品的正常獲取和更新。為保障對遙感影像進行準確、快速的更新，根據更新周期可分為即時更新、日更新、月度更新和年度更新等類別。通過高分遙感數據及應用服務云平臺，將舊數據進行版本更替，并自動保存在歷史數據庫后，再導入更新后的數據。這樣可以有力支撐智慧城市所需要的高分遙感數據。

4 結束語

智慧城市新基建是城市現代化發展的新階段，通過高分遙感、北斗/GPS、AIoT、云計算等技術創新與各行業應用實踐等獲取智慧城市大數據，利用高分遙感、空間信息等技術手段對智慧城市大數據進行分析、研究、應用，使智慧城市具備較強的感知和適應能力，促進信息資源的集約化、可視化，通過這些信息資源的整合與共享，實現智慧城市科學管理，支持智慧城市的數字化轉型和高質量發展的目標。