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摘要:以自然資源安徽省衛(wèi)星應用技術中心建設為背景，分析了省級衛(wèi)星中心的建設意義與目標，闡釋了應用服務整體架構，構建了自然資源省級衛(wèi)星應用技術體系，探索了應用服務模式。

關鍵詞:自然資源;衛(wèi)星中心;應用服務;技術體系

0引言

機構改革和職能調整賦予了自然資源管理部門更多的使命和責任，切實履行“兩統(tǒng)一”職責，需要更全面的技術手段做支撐。衛(wèi)星遙感應用技術能夠客觀反映山水林田湖草的準確位置、分布范圍、面積大小、變化情況等真實信息，通過數(shù)字化、網絡化、可視化、智能化等手段對自然資源分布及變化情況進行展示、分析、評價和統(tǒng)計。［1］2019年12月，自然資源部下達《自然資源部辦公廳關于同意建設天津等10個自然資源省級衛(wèi)星應用技術中心的函》(自然資辦函〔2019〕2334號)［2］，同意建設自然資源安徽省衛(wèi)星應用技術中心，衛(wèi)星遙感在安徽省自然資源領域的應用進入了新時期。本文以自然資源安徽省衛(wèi)星應用技術中心建設為背景，探索在省級中心框架下自然資源衛(wèi)星應用技術體系的建設與應用，為全國范圍內省級衛(wèi)星中心建設提供一定參考。

1自然資源省級衛(wèi)星應用技術中心

1．1建設意義

衛(wèi)星遙感應用技術能夠針對山水林田湖草等自然資源觀測要素的不同特點，形成全覆蓋、全天候、全要素、全方位的遙感信息獲取能力，對提升省級自然資源管理水平，支撐省域經濟高質量發(fā)展有著重要的意義。自然資源省級衛(wèi)星應用技術中心可以極大地提高衛(wèi)星數(shù)據獲取和應用服務能力［3］，為國土空間規(guī)劃編制提供數(shù)據基礎，為生態(tài)紅線評估和劃定工作提供決策參考，為自然資源資源調查、利用評價、確權登記等工作提供資料來源，為土地、礦產、林業(yè)等執(zhí)法監(jiān)督檢查提供影像依據，為數(shù)字中國建設、地理國情監(jiān)測、城市基礎數(shù)據庫建設、國土空間規(guī)劃編制提供工作底圖，為國土空間用途管制、自然資源資產精準管護、國土空間生態(tài)修復和治理、地質災害防治預警提供動態(tài)信息［4］。

1．2建設目標

自然資源省級衛(wèi)星應用技術中心是國家自然資源衛(wèi)星應用體系中心的省級節(jié)點，建設應以應用為核心，以服務為導向，秉承“資源共享、務實管用”原則［5］，集數(shù)據管理、產品生產、主業(yè)應用和應用服務于一體，積極推進衛(wèi)星應用融入自然資源調查、監(jiān)測、監(jiān)管、評估、決策等主責主業(yè)，著力提高衛(wèi)星遙感服務經濟社會發(fā)展管理的應用水平，向社會公眾提供更加優(yōu)質的衛(wèi)星遙感應用產品服務。圍繞數(shù)據、產品、應用和服務，實現(xiàn)衛(wèi)星應用的產品服務標準化、技術服務精準化、綜合服務平臺化，服務生態(tài)文明建設，支撐區(qū)域重大發(fā)展戰(zhàn)略的實施。以自然資源安徽省衛(wèi)星應用技術中心為例，具體建設目標包括影像整合能力、應用服務能力和應用研發(fā)能力三大部分。1．2．1影像整合能力。建立面向國土、地礦、測繪、林業(yè)等自然資源領域以及其他行業(yè)的影像需求統(tǒng)籌機制，形成與省級應用需求相匹配的影像數(shù)據和各級產品的接收和管理能力，整合構建省級衛(wèi)星遙感應用數(shù)據庫。1．2．2應用服務能力。以應用為導向，提高面向自然資源主責主業(yè)的衛(wèi)星數(shù)據產品生產能力，建設與維護衛(wèi)星遙感應用服務系統(tǒng)。健全共享和應用服務機制，形成貫通部、省、市、縣(鄉(xiāng))的自然資源衛(wèi)星應用技術體系，培養(yǎng)一支結構合理、人員穩(wěn)定、經驗豐富、實力雄厚的衛(wèi)星應用與服務專業(yè)技術隊伍。1．2．3應用研發(fā)能力。提升高光譜、雷達等新型應用產品和專題應用產品的研發(fā)水平，探索深度學習、智能提取等新技術在衛(wèi)星遙感中的應用，推動應用服務模式的轉型升級，具備承擔省、部級衛(wèi)星遙感技術創(chuàng)新課題研究的能力。

2省級自然資源衛(wèi)星應用技術體系

省級自然資源衛(wèi)星應用技術中心，除了提供豐富的數(shù)據共享服務外，更重要的是要提供應用技術服務保障。本文以自然資源安徽省衛(wèi)星應用中心為例，詳細闡述省級衛(wèi)星應用技術體系的組成結構和工程實踐。

2．1整體技術架構

省級自然資源衛(wèi)星應用技術體系由網絡層、數(shù)據層、業(yè)務運行支撐層以及業(yè)務軟件系統(tǒng)層四部分組成(如圖1所示)。網絡層包括涉密網、互聯(lián)網以及由計算、存儲、網絡安全等設備組成的公有云基礎設施，支撐影像數(shù)據傳輸、存儲、加工、管理、服務等業(yè)務的運行。數(shù)據層是所有業(yè)務運行的基礎，為所有業(yè)務提供穩(wěn)定的輸入和輸出，數(shù)據層包含本系統(tǒng)所需要的所有數(shù)據，包括影像數(shù)據、基礎地理數(shù)據、業(yè)務數(shù)據等。運行支撐層由數(shù)據服務、基礎服務、接口服務、應用服務等組成，支持各種方式的業(yè)務應用。系統(tǒng)軟件層是整個系統(tǒng)對外提供服務和交互的出口，包括影像數(shù)據接收與管理平臺、衛(wèi)星影像應用數(shù)據庫管理系統(tǒng)、遙感數(shù)據高性能處理系統(tǒng)、遙感影像共享服務系統(tǒng)以及衛(wèi)星遙感技術創(chuàng)新基礎平臺等。通過這些系統(tǒng)實現(xiàn)遙感衛(wèi)星數(shù)據在需求征集、數(shù)據接收、生產、應用以及技術研發(fā)等方面的統(tǒng)籌管理。

2．2網絡基礎設施

建立支撐省級衛(wèi)星遙感應用服務體系的基礎設施運行環(huán)境，包括服務器、存儲系統(tǒng)、安全系統(tǒng)等?；诖髷?shù)據、云計算等新一代信息技術，積極推進集需求、數(shù)據、知識和智能驅動為一體的遙感影像智能服務體系建設，不斷提升數(shù)據收發(fā)、數(shù)據生產、影像解譯等方面的能力和效率。采用最新的分布式存儲系統(tǒng)，滿足多節(jié)點大塊數(shù)據讀寫的性能要求，保障文件系統(tǒng)業(yè)務的流暢性，兼具可靠性和可擴展性。面向虛擬化平臺設計的網絡基礎設施環(huán)境，除了可以對接私有云平臺的文件系統(tǒng)，還具備無縫對接公有云平臺，承載大數(shù)據、深度學習等其他各類新業(yè)務系統(tǒng)與應用的能力。縱向通過自然資源業(yè)務網或者互聯(lián)網接收自然資源部提供的各類數(shù)據，橫向通過互聯(lián)網與環(huán)保、農業(yè)、水利等相關部門實現(xiàn)網絡互通。在衛(wèi)星中心網絡環(huán)境中設立數(shù)據推送區(qū)、生產區(qū)和共享服務區(qū)，滿足對各類遙感衛(wèi)星數(shù)據的接收、處理、存儲、共享需求。數(shù)據推送區(qū)部署自然資源衛(wèi)星數(shù)據云服務平臺，負責接收來自自然資源部的遙感衛(wèi)星影像數(shù)據以及向市、縣(鄉(xiāng))中心和行業(yè)應用節(jié)點推送的非涉密遙感影像數(shù)據及產品。數(shù)據生產加工區(qū)部署衛(wèi)星影像應用數(shù)據庫管理系統(tǒng)、遙感數(shù)據高性能處理系統(tǒng)以及衛(wèi)星遙感技術創(chuàng)新的基礎平臺相關的軟硬件設備，此區(qū)域為涉密網區(qū)域，實現(xiàn)遙感影像數(shù)據的處理、生產、加工。對外服務區(qū)部署遙感影像共享服務系統(tǒng)，通過互聯(lián)網分別對外提供遙感影像查詢服務和非涉密遙感影像數(shù)據服務。

2．3衛(wèi)星遙感應用數(shù)據庫

建立統(tǒng)一空間基準、精度和分類標準的省級衛(wèi)星遙感應用數(shù)據庫，并按照產品類型分類、分級存儲，實現(xiàn)數(shù)據存儲規(guī)范化、數(shù)據查詢高效化、數(shù)據使用便捷化［6］。同時，建立數(shù)據更新機制，接入其他政府部門共享數(shù)據庫，持續(xù)豐富基礎數(shù)據。全面梳理各類遙感影像和自然資源空間數(shù)據資源，按照統(tǒng)一標準和分類，以近5年來的優(yōu)于2．5m的衛(wèi)星影像數(shù)據及其元數(shù)據作為本底數(shù)據庫，納入全區(qū)土地資源、地質礦產、林草等多比例尺自然資源調查監(jiān)測業(yè)務基礎數(shù)據庫，用于全區(qū)遙感監(jiān)測的專題數(shù)據庫和生態(tài)環(huán)境保護、應急管理遙感監(jiān)測業(yè)務數(shù)據庫，以及控制點成果庫、數(shù)字高程模型成果庫，形成數(shù)據內容全面、分類合理、應用廣泛的全省衛(wèi)星遙感應用數(shù)據庫。衛(wèi)星遙感應用數(shù)據庫組成見表1。影像本底數(shù)據庫是衛(wèi)星遙感應用數(shù)據庫的基礎，可以劃分為原始影像數(shù)據庫、產品數(shù)據庫和專題影像數(shù)據庫3個獨立的子數(shù)據庫。原始影像數(shù)據庫采用文件形式存儲于數(shù)據庫存儲服務器。在物理設備上，根據影像區(qū)域、傳感器類型、采集日期構建三級文件目錄結構，根據原始影像的元數(shù)據信息將原始影像文件自動存入相應的目錄中。產品/專題影像數(shù)據庫主要存儲原始影像數(shù)據經處理后形成的各級產品成果，以景為單位的多傳感器數(shù)據和以圖幅為單位的影像數(shù)據。在物理設備上，根據產品名稱、制作日期和覆蓋區(qū)域構建三級文件目錄結構，根據產品影像的元數(shù)據信息將產品影像文件自動存入相應的目錄中。對于不同的產品項目，分別創(chuàng)建以景為單位和以圖幅為單位的影像數(shù)據鑲嵌數(shù)據集，以實現(xiàn)快速檢索。

2．4業(yè)務軟件系統(tǒng)

影像數(shù)據接收與管理系統(tǒng)是在現(xiàn)有數(shù)據接收和數(shù)據建庫系統(tǒng)的基礎上進行整合、優(yōu)化、升級而成，具備支撐影像數(shù)據和各級產品的接收和管理能力，實現(xiàn)衛(wèi)星影像數(shù)據、產品與自然資源主體管理業(yè)務的統(tǒng)籌管理和整合融合。衛(wèi)星影像應用數(shù)據庫管理系統(tǒng)對多源異構遙感影像數(shù)據和產品實施統(tǒng)一管理，向其他系統(tǒng)提供統(tǒng)一數(shù)據庫訪問接口和數(shù)據的統(tǒng)一訪問服務。對海量衛(wèi)星標準產品、增值產品、專題產品及其他產品進行分類分級存儲和高效管理，實現(xiàn)衛(wèi)星數(shù)據和產品的歸檔、查詢、統(tǒng)計、維護和可視化展示等，滿足對多源、多尺度、海量衛(wèi)星遙感空間大數(shù)據的管理需求。應用服務系統(tǒng)架構如圖2所示。遙感數(shù)據高性能處理系統(tǒng)在多源遙感數(shù)據管理系統(tǒng)的調度下，依托計算資源和存儲資源，利用并行處理、負載均衡、控制點自動匹配等算法，實現(xiàn)對標準產品的快速、集群式生產加工，批量輸出單景正射、鑲嵌勻色、裁切、制圖等不同處理深度的增值產品。遙感影像共享服務系統(tǒng)包含需求提交與統(tǒng)籌、采集計劃、數(shù)據目錄、非涉密數(shù)據推送等方面的功能，針對全省自然資源管理部門及其他相關業(yè)務部門的遙感應用業(yè)務和產品需求，統(tǒng)籌管理衛(wèi)星數(shù)據產品。［7］在線電子地圖資源，供行業(yè)用戶及公眾用戶在線瀏覽和調用。衛(wèi)星遙感技術創(chuàng)新基礎平臺由遙感解譯樣本庫、深度學習訓練引擎、智能解譯生產系統(tǒng)、分析服務與產品制作系統(tǒng)等部分構成。為研發(fā)新型應用產品、提升產品研發(fā)能力建立基礎性研究平臺。

3應用服務模式

自然資源省級衛(wèi)星應用技術中心的采用“橫向到邊、縱向到底”的應用服務模式，在服務自然資源主責主業(yè)的同時，拓展面向本省(市、區(qū))其他政府機關、行業(yè)部門的應用渠道和共享服務模式，實現(xiàn)實用化、高效化的應用服務。應用服務模式如圖3所示。橫向服務自然資源主責主業(yè)及社會各行業(yè)應用。以提供影像數(shù)據或產品的方式，服務于省自然資源廳自然資源主責主業(yè)，包括調查監(jiān)測、空間規(guī)劃、用途管制、耕地保護、生態(tài)修復、執(zhí)法督察、開發(fā)利用等業(yè)務應用。圍繞發(fā)改、環(huán)保、水利、農業(yè)等部門的相關業(yè)務需要，提供影像數(shù)據共享服務或影像數(shù)據?？v向形成貫通省、市、縣三級的應用技術體系。以業(yè)務專網或互聯(lián)網為載體實現(xiàn)安徽中心與國土衛(wèi)星遙感應用中心、市、縣(鄉(xiāng))節(jié)點在影像數(shù)據的實時互通和業(yè)務聯(lián)動，向上接收自然資源部衛(wèi)星影像云服務平臺推送的影像數(shù)據以及業(yè)務指令，向下為市、縣(鄉(xiāng))節(jié)點推送包括影像產品目錄、原始影像數(shù)據、標準產品、地圖服務、專題產品等在內的各型數(shù)據。

4結束語

當前，我國已經進入了遙感衛(wèi)星發(fā)展的快速時期［8］，發(fā)展衛(wèi)星應用對自然資源主體業(yè)務有著重要意義。自然資源安徽省衛(wèi)星應用技術體系圍繞影像整合能力、應用服務能力和應用研發(fā)能力三大目標，配置了高性能網絡基礎設施，構建了衛(wèi)星遙感應用數(shù)據庫，研發(fā)了多樣化的業(yè)務軟件系統(tǒng)，形成了“縱向到底、橫向到邊”的服務模式。這一體系在自然資源安徽省衛(wèi)星應用技術中心建設中得到了充分體現(xiàn)，省內各級中心、各行業(yè)應用單位、研發(fā)機構以及應用服務機構共同形成應用生態(tài)，在業(yè)務上實現(xiàn)對上下游產業(yè)鏈的全覆蓋。

作者:朱清 陳春暉 單位:安徽省第二測繪院 安徽省基礎測繪信息中心