省级卫星应用技术体系建设与应用

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摘要:以自然资源安徽省卫星应用技术中心建设为背景，分析了省级卫星中心的建设意义与目标，阐释了应用服务整体架构，构建了自然资源省级卫星应用技术体系，探索了应用服务模式。

关键词:自然资源;卫星中心;应用服务;技术体系

0引言

机构改革和职能调整赋予了自然资源管理部门更多的使命和责任，切实履行“两统一”职责，需要更全面的技术手段做支撑。卫星遥感应用技术能够客观反映山水林田湖草的准确位置、分布范围、面积大小、变化情况等真实信息，通过数字化、网络化、可视化、智能化等手段对自然资源分布及变化情况进行展示、分析、评价和统计。［1］2019年12月，自然资源部下达《自然资源部办公厅关于同意建设天津等10个自然资源省级卫星应用技术中心的函》(自然资办函〔2019〕2334号)［2］，同意建设自然资源安徽省卫星应用技术中心，卫星遥感在安徽省自然资源领域的应用进入了新时期。本文以自然资源安徽省卫星应用技术中心建设为背景，探索在省级中心框架下自然资源卫星应用技术体系的建设与应用，为全国范围内省级卫星中心建设提供一定参考。

1自然资源省级卫星应用技术中心

1．1建设意义

卫星遥感应用技术能够针对山水林田湖草等自然资源观测要素的不同特点，形成全覆盖、全天候、全要素、全方位的遥感信息获取能力，对提升省级自然资源管理水平，支撑省域经济高质量发展有着重要的意义。自然资源省级卫星应用技术中心可以极大地提高卫星数据获取和应用服务能力［3］，为国土空间规划编制提供数据基础，为生态红线评估和划定工作提供决策参考，为自然资源资源调查、利用评价、确权登记等工作提供资料来源，为土地、矿产、林业等执法监督检查提供影像依据，为数字中国建设、地理国情监测、城市基础数据库建设、国土空间规划编制提供工作底图，为国土空间用途管制、自然资源资产精准管护、国土空间生态修复和治理、地质灾害防治预警提供动态信息［4］。

1．2建设目标

自然资源省级卫星应用技术中心是国家自然资源卫星应用体系中心的省级节点，建设应以应用为核心，以服务为导向，秉承“资源共享、务实管用”原则［5］，集数据管理、产品生产、主业应用和应用服务于一体，积极推进卫星应用融入自然资源调查、监测、监管、评估、决策等主责主业，着力提高卫星遥感服务经济社会发展管理的应用水平，向社会公众提供更加优质的卫星遥感应用产品服务。围绕数据、产品、应用和服务，实现卫星应用的产品服务标准化、技术服务精准化、综合服务平台化，服务生态文明建设，支撑区域重大发展战略的实施。以自然资源安徽省卫星应用技术中心为例，具体建设目标包括影像整合能力、应用服务能力和应用研发能力三大部分。1．2．1影像整合能力。建立面向国土、地矿、测绘、林业等自然资源领域以及其他行业的影像需求统筹机制，形成与省级应用需求相匹配的影像数据和各级产品的接收和管理能力，整合构建省级卫星遥感应用数据库。1．2．2应用服务能力。以应用为导向，提高面向自然资源主责主业的卫星数据产品生产能力，建设与维护卫星遥感应用服务系统。健全共享和应用服务机制，形成贯通部、省、市、县(乡)的自然资源卫星应用技术体系，培养一支结构合理、人员稳定、经验丰富、实力雄厚的卫星应用与服务专业技术队伍。1．2．3应用研发能力。提升高光谱、雷达等新型应用产品和专题应用产品的研发水平，探索深度学习、智能提取等新技术在卫星遥感中的应用，推动应用服务模式的转型升级，具备承担省、部级卫星遥感技术创新课题研究的能力。

2省级自然资源卫星应用技术体系

省级自然资源卫星应用技术中心，除了提供丰富的数据共享服务外，更重要的是要提供应用技术服务保障。本文以自然资源安徽省卫星应用中心为例，详细阐述省级卫星应用技术体系的组成结构和工程实践。

2．1整体技术架构

省级自然资源卫星应用技术体系由网络层、数据层、业务运行支撑层以及业务软件系统层四部分组成(如图1所示)。网络层包括涉密网、互联网以及由计算、存储、网络安全等设备组成的公有云基础设施，支撑影像数据传输、存储、加工、管理、服务等业务的运行。数据层是所有业务运行的基础，为所有业务提供稳定的输入和输出，数据层包含本系统所需要的所有数据，包括影像数据、基础地理数据、业务数据等。运行支撑层由数据服务、基础服务、接口服务、应用服务等组成，支持各种方式的业务应用。系统软件层是整个系统对外提供服务和交互的出口，包括影像数据接收与管理平台、卫星影像应用数据库管理系统、遥感数据高性能处理系统、遥感影像共享服务系统以及卫星遥感技术创新基础平台等。通过这些系统实现遥感卫星数据在需求征集、数据接收、生产、应用以及技术研发等方面的统筹管理。

2．2网络基础设施

建立支撑省级卫星遥感应用服务体系的基础设施运行环境，包括服务器、存储系统、安全系统等。基于大数据、云计算等新一代信息技术，积极推进集需求、数据、知识和智能驱动为一体的遥感影像智能服务体系建设，不断提升数据收发、数据生产、影像解译等方面的能力和效率。采用最新的分布式存储系统，满足多节点大块数据读写的性能要求，保障文件系统业务的流畅性，兼具可靠性和可扩展性。面向虚拟化平台设计的网络基础设施环境，除了可以对接私有云平台的文件系统，还具备无缝对接公有云平台，承载大数据、深度学习等其他各类新业务系统与应用的能力。纵向通过自然资源业务网或者互联网接收自然资源部提供的各类数据，横向通过互联网与环保、农业、水利等相关部门实现网络互通。在卫星中心网络环境中设立数据推送区、生产区和共享服务区，满足对各类遥感卫星数据的接收、处理、存储、共享需求。数据推送区部署自然资源卫星数据云服务平台，负责接收来自自然资源部的遥感卫星影像数据以及向市、县(乡)中心和行业应用节点推送的非涉密遥感影像数据及产品。数据生产加工区部署卫星影像应用数据库管理系统、遥感数据高性能处理系统以及卫星遥感技术创新的基础平台相关的软硬件设备，此区域为涉密网区域，实现遥感影像数据的处理、生产、加工。对外服务区部署遥感影像共享服务系统，通过互联网分别对外提供遥感影像查询服务和非涉密遥感影像数据服务。

2．3卫星遥感应用数据库

建立统一空间基准、精度和分类标准的省级卫星遥感应用数据库，并按照产品类型分类、分级存储，实现数据存储规范化、数据查询高效化、数据使用便捷化［6］。同时，建立数据更新机制，接入其他政府部门共享数据库，持续丰富基础数据。全面梳理各类遥感影像和自然资源空间数据资源，按照统一标准和分类，以近5年来的优于2．5m的卫星影像数据及其元数据作为本底数据库，纳入全区土地资源、地质矿产、林草等多比例尺自然资源调查监测业务基础数据库，用于全区遥感监测的专题数据库和生态环境保护、应急管理遥感监测业务数据库，以及控制点成果库、数字高程模型成果库，形成数据内容全面、分类合理、应用广泛的全省卫星遥感应用数据库。卫星遥感应用数据库组成见表1。影像本底数据库是卫星遥感应用数据库的基础，可以划分为原始影像数据库、产品数据库和专题影像数据库3个独立的子数据库。原始影像数据库采用文件形式存储于数据库存储服务器。在物理设备上，根据影像区域、传感器类型、采集日期构建三级文件目录结构，根据原始影像的元数据信息将原始影像文件自动存入相应的目录中。产品/专题影像数据库主要存储原始影像数据经处理后形成的各级产品成果，以景为单位的多传感器数据和以图幅为单位的影像数据。在物理设备上，根据产品名称、制作日期和覆盖区域构建三级文件目录结构，根据产品影像的元数据信息将产品影像文件自动存入相应的目录中。对于不同的产品项目，分别创建以景为单位和以图幅为单位的影像数据镶嵌数据集，以实现快速检索。

2．4业务软件系统

影像数据接收与管理系统是在现有数据接收和数据建库系统的基础上进行整合、优化、升级而成，具备支撑影像数据和各级产品的接收和管理能力，实现卫星影像数据、产品与自然资源主体管理业务的统筹管理和整合融合。卫星影像应用数据库管理系统对多源异构遥感影像数据和产品实施统一管理，向其他系统提供统一数据库访问接口和数据的统一访问服务。对海量卫星标准产品、增值产品、专题产品及其他产品进行分类分级存储和高效管理，实现卫星数据和产品的归档、查询、统计、维护和可视化展示等，满足对多源、多尺度、海量卫星遥感空间大数据的管理需求。应用服务系统架构如图2所示。遥感数据高性能处理系统在多源遥感数据管理系统的调度下，依托计算资源和存储资源，利用并行处理、负载均衡、控制点自动匹配等算法，实现对标准产品的快速、集群式生产加工，批量输出单景正射、镶嵌匀色、裁切、制图等不同处理深度的增值产品。遥感影像共享服务系统包含需求提交与统筹、采集计划、数据目录、非涉密数据推送等方面的功能，针对全省自然资源管理部门及其他相关业务部门的遥感应用业务和产品需求，统筹管理卫星数据产品。［7］在线电子地图资源，供行业用户及公众用户在线浏览和调用。卫星遥感技术创新基础平台由遥感解译样本库、深度学习训练引擎、智能解译生产系统、分析服务与产品制作系统等部分构成。为研发新型应用产品、提升产品研发能力建立基础性研究平台。

3应用服务模式

自然资源省级卫星应用技术中心的采用“横向到边、纵向到底”的应用服务模式，在服务自然资源主责主业的同时，拓展面向本省(市、区)其他政府机关、行业部门的应用渠道和共享服务模式，实现实用化、高效化的应用服务。应用服务模式如图3所示。横向服务自然资源主责主业及社会各行业应用。以提供影像数据或产品的方式，服务于省自然资源厅自然资源主责主业，包括调查监测、空间规划、用途管制、耕地保护、生态修复、执法督察、开发利用等业务应用。围绕发改、环保、水利、农业等部门的相关业务需要，提供影像数据共享服务或影像数据。纵向形成贯通省、市、县三级的应用技术体系。以业务专网或互联网为载体实现安徽中心与国土卫星遥感应用中心、市、县(乡)节点在影像数据的实时互通和业务联动，向上接收自然资源部卫星影像云服务平台推送的影像数据以及业务指令，向下为市、县(乡)节点推送包括影像产品目录、原始影像数据、标准产品、地图服务、专题产品等在内的各型数据。

4结束语

当前，我国已经进入了遥感卫星发展的快速时期［8］，发展卫星应用对自然资源主体业务有着重要意义。自然资源安徽省卫星应用技术体系围绕影像整合能力、应用服务能力和应用研发能力三大目标，配置了高性能网络基础设施，构建了卫星遥感应用数据库，研发了多样化的业务软件系统，形成了“纵向到底、横向到边”的服务模式。这一体系在自然资源安徽省卫星应用技术中心建设中得到了充分体现，省内各级中心、各行业应用单位、研发机构以及应用服务机构共同形成应用生态，在业务上实现对上下游产业链的全覆盖。

作者:朱清 陈春晖 单位:安徽省第二测绘院 安徽省基础测绘信息中心