基于市级高分遥感应用服务平台的设计与实现——以河北省保定市高分中心为例*

梁彦平 郭兴平 冯仕超 骆延青 张旭敏

华北地质勘查局五一九大队（河北九华勘查测绘有限责任公司） 河北 保定 071000

引言

高分遥感对地观测主要利用天基、临近空间和航空平台的多种观测手段，实现对陆地、海洋、大气等各类对地观测信息的获取，其数据广泛应用于国家安全、国土、高分遥感等众多领域[1-3]。高分辨率对地观测系统河北保定数据应用中心（以下简称高分保定中心）作为高分对地观测系统的区域市级分中心，高分保定中心立足专业技术服务，将自身技术融入政府治理能力和治理体系现代化建设中，促进相关部门及各行各业对遥感数据的应用。

但是目前国内有通用的高分遥感管理软件，但此类软件与高分管理单位等业务契合度较低，不能完全满足各单位的需求。而定制化开发的高分管理软件，可以结合具体业务工作需求进行针对性的开发，但是整个过程持续时间长，并且成本投入大，同时维护难度也相对较高。因此，为了实现城市高分遥感管理水平的有效提升，针对每个地区不同的高分应用情况，需要一个更加具有针对性的平台来进行管理。因此本研究，研发更加具有针对性的市级高分综合管理平台，有助于进一步提高高分遥感管理的服务水平和运行效能，更好地为提供高质量高分遥感应用服务。项目的实施能有效地解决遥感数据的共享服务效率，提升应用效能，辅助政府决策。

1 国内外研究现状分析

遥感技术最早出现在20世纪60年代，其主要是建立在电磁波理论的基础之上，利用传感仪器实现对相关目标物电磁波反射辐射信息的采集收集之后再以此为基础，形成相应的图像，进而就能够对相关地面物体、景象等进行识别和探测。在当下军事演练、气象观测、测绘测量、农业调查、污染监测等多领域中遥感技术都发挥了极其重要的作用[4-7]。

1.1 国外研究现状

国外关于遥感卫星的研究已经极其成熟，比如美国的“陆地卫星”（Landsat）系统、俄罗斯“资源-DK”（Resurs-DK）卫星、欧盟的欧洲遥感卫星（ERS）等都是当下极其先进的遥感卫星系统。美国在1960年把世界上第一颗遥感卫星—“TIROS-1”气象卫星准确地送入轨道，随即揭开了人们通过遥感技术观测地球的序幕。

随着遥感技术的发展，对地观测系统分辨率得到不断提升。美国光学影像技术在世界上一直是最为先进的。到1999年美国率先发射了遥感传感器对地观测分辨率为1m的IKONOS卫星，其获取遥感影像分辨率在当时世界上是最高的。到目前为止，美国拥有世界上民用最高分辨率（全色波段0.31m）的WorldView系列商业光学卫星影像数据。

互联网时代到来，为遥感技术发展提供了新的方向，遥感技术将进行地面、航空、航天等多方面结合构建地球卫星观测网络，通过光学-电子计算机混合处理技术完成对图像信息的高效精准处理，自动识别和对相应景向物体进行分类，大大促进了遥感技术精确度和效率的提升，同时也有效促进遥感分析定量化的发展。

1.2 国内研究现状、存在问题和发展趋势

自然资源部发布的《城市地质调查总体方案（2017-2025年）》提出，要聚焦城市规划、建设、运行管理的重大问题，大力推进“空间、资源、环境、灾害”多要素的城市地质调查，开展重大科技问题攻关，建立城市地质信息服务与决策支持系统。高分数据与应用中心作为“高分专项”中集高分数据接收、数据加工处理、数据管理、数据共享为一体的综合数据管理平台，已经陆续在全国各省市中铺展开来。

与西方发达国家相比，我国在高分辨率遥感技术上的研究相对落后，但发展速度较快。我国自1986年首次发射了用于监测国家土地资源卫星，从而解决了我国国土部门在管理国家土地过程中对遥感影像的需求。随后我国自主研制出了一系列高分辨率遥感卫星，并应用于各行各业[8-11]。2020年12月6日，高分十四号卫星发射获得圆满成功，其作为光学立体测绘卫星，其能够对全球进行覆盖，精准获得全球范围内各地区的立体景象，这就为数字地图绘制、高程模型制作等提供了便利， 同时也能够为一带一路等战略的实施提供相应的地理信息基础支撑。尤其在现阶段，国内航空航天技术发展极其迅速，航天对地观测技术体系在不断完善和进步，已经形成了全方位、多层次、全天候的技术体系，每天都会产生大量遥感数据，并且呈现持续增长趋势。

以河北为例，其现阶段存储的航空航天遥感影像数据达到了几百个TB。并且随着今后遥感技术的进一步发展以及不同行业对于遥感影像数据的需求增多，遥感影像数据的总量将会出现爆发性的指数增长态势。但是在此过程中，虽然能够高效迅速地完成遥感影像的获取，但是在具体应用和相关数据共享方面，却存在着一定的问题，关于数据的管理应用及共享都没有进行有效的结合，并形成系统整体有效的管理体系和管理机制，其中最为突出的就在于重复建设，这就导致在各项资源支出方面存在较大浪费，对于遥感影像的利用率相对较低。为了有效解决以上问题，在现阶段大量专家以及影像数据管理部门机构都围绕实际工作需求构建了相应的影像管理服务平台。

本研究中的高分遥感应用服务系统研发针对数据分辨率较低，动态监测数据的获取技术、自动提取技术、影像技术相对落后等技术瓶颈，通过建立综合分析辅助决策系统、提供三维数字地球框架服务，开发一套针对“星—机—地”遥感数据与多源数据融合的分析并辅助决策一站式遥感应用服务平台，为各层次用户提供标准化、普适性、网络化的遥感信息与应用服务，逐步提升空间遥感应用能力。积极推进高分数据的覆盖范围，通过融合行业信息资源，开展高分数据示范应用并推动深度应用，为促进保定市、河北省乃至全国的空间信息产业发展贡献力量。

2 平台设计与实现

2.1 主要研究内容

本研究中，以业务为导向，以数据为核心，以集成为重点，以应用为目的，采用面向服务、组件化和构件化等技术方法，构建出了完整科学、架构统一、开放性强、安全度高的遥感影像应用服务平台。

系统采用B/S体系结构，实现数据集中存储，系统建设主体框架由数据层、访问层、表示层三部分组成。此外，标准规范制度体系和安全保障体系作为系统的支撑体系，也是系统建设必不可少的部分。系统主要完成功能如下所示：①数据层是平台的基础和核心，主要包括基础地理信息数据和高分遥感数据及其他专题数据，通过GeoServer服务器将各类数据发布为可供调用的数据服务。②访问层主要实现对数据的“增删改查”等操作，为表示层提供满足需求的数据服务。③表示层完成对数据的浏览、展示和查询分析。④后台管理主要完成对系统访问用户的安全认证、各种发布专题的管理等功能。

2.2 平台设计及关键技术研发

系统采用B/S架构，基于Cesium三维地球引擎。通过调用GeoServer服务、关系数据库信息，可视化方面通过引入控件等达到界面美化、图表展示等效果；数据层以数据库为主，将空间、属性数据同时储存其中；后台服务层则以GeoServer为前端，以此为基础进行数据传输。系统的具体功能模块有以下几部分：①空间信息管理模块：对于各行政区域内的图层数据展开管理，比如图层间切换；同一行政区域内各不同时段数据图层的生成以及时间轴的生成和切换；围绕用户需求，为其提供数据查询统计等功能。②基础信息展示模块：地图的放大、测量、导航等功能，以及矢量图与影像图的切换，多层目录树的区域选择等，同时还可以对某一区域内不同时段的数据展开对比。③系统管理模块：主要包括系统用户、角色、菜单以及数据服务的管理配置，实现不同用户的访问权限可灵活配置。

在系统研发过程中采用了以下关键技术：①开发基于高分遥感数据综合分析辅助决策系统。采用面向服务的SOA架构，基于Web技术提供三维数字地球框架服务：实现遥感影像等多源异构数据的可视化集成，在此基础上紧贴政府部门管理的需求和流程，进行底图数据展示、开发基于数据的信息综合分类进行辅助决策。②空间数据库技术。该技术将数据库和GIS系统相关的，从实现对空间以及非空间数据的统一管理，并且能够同时为多用户提供访问服务，在空间数据索引机制以及数据并发访问性能方面都具有较大优势。

2.3 系统实现

高分遥感应用服务系统打造具有自主知识产权的遥感展示及应用系统，可提供时间序列的影像查询，同时针对各管理部门，开发专题应用。该项目可以满足各行业不同用户对高分遥感数据的使用需求，进一步提升高分遥感应用服务能力。

3 结束语

在今后发展中，遥感技术的发展速度会进一步加快，能够为用户提供更加功能丰富的对地观测服务。遥感图像在空间、光谱以及时间等方面的分辨率都会迅速提高。并且随着空间技术的不断成熟和进步，也会进一步拓宽遥感技术的应用领域，尤其是GIS和GPS技术的发展和互相渗透，将会越来越广泛，成为地方经济新的增长极。高分辨率对地观测系统应用与推广项目的主要研究是基于遥感影像进行的，包含高分卫星影像、无人机航拍影像和地面三维激光扫描数据。遥感作为空间数据采集手段，已成为自然资源地理信息系统的主要信息源与数据更新途径。把遥感数据与其他数据结合和统一分析，将为高分遥感产业化推广和行业应用带来更加广阔的前景。