文|劉振 尚延玲 劉鹍 盧婷 徐濤

1.濟(jì)南大學(xué)（高分辨率對地觀測系統(tǒng)山東數(shù)據(jù)與應(yīng)用中心）2.日照市自然資源和規(guī)劃局

一、背景和意義

黨的二十大報告指出，要加快建設(shè)數(shù)字中國，要以信息化培育新動能，用新動能推動新發(fā)展?！稊?shù)字中國建設(shè)整體布局規(guī)劃》指出，要以數(shù)字化全面賦能經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展，山東省在《數(shù)字山東發(fā)展規(guī)劃（2018—2022 年）》和《山東省“十四五”數(shù)字強(qiáng)省建設(shè)規(guī)劃》（以下簡稱“數(shù)字強(qiáng)省規(guī)劃”）中強(qiáng)調(diào)，以大數(shù)據(jù)、云計算、人工智能等為代表的新一代信息技術(shù)蓬勃發(fā)展，數(shù)字化越來越成為推動山東省經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的核心驅(qū)動力。

山東省位于中國東部沿海、黃河下游，“山水林田湖”資源得天獨厚，境內(nèi)地貌和生態(tài)類型多樣，地礦、濕地等獨具稟賦，黃河流經(jīng)9 地市入海，7地市與海洋鄰接，歷史文化源遠(yuǎn)流長，優(yōu)秀的地物人文賦予了齊魯大地巨大的發(fā)展?jié)摿?。山東省數(shù)字化發(fā)展前景廣闊，目前，山東省正在實施黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展等一系列國家戰(zhàn)略，新舊動能轉(zhuǎn)換、鄉(xiāng)村振興、海洋強(qiáng)省等國家和省級戰(zhàn)略疊加發(fā)力，新基建和新一代信息技術(shù)發(fā)展成效顯著，為山東省數(shù)字化發(fā)展提供堅實的基礎(chǔ)和廣闊的發(fā)展前景，有力引領(lǐng)和助推著數(shù)字強(qiáng)省建設(shè)。山東省正加快推動經(jīng)濟(jì)社會各領(lǐng)域數(shù)字化轉(zhuǎn)型發(fā)展，讓數(shù)字賦能成為驅(qū)動高質(zhì)量發(fā)展的強(qiáng)勁引擎。

作為數(shù)字技術(shù)的重要組成部分，高分在山東省從數(shù)據(jù)、平臺、創(chuàng)新、產(chǎn)品、系統(tǒng)和機(jī)制等多個方面發(fā)力，不僅以空天信息技術(shù)支撐開放共融創(chuàng)新應(yīng)用，而且為山東省數(shù)字水利、數(shù)字政府、數(shù)字生態(tài)、數(shù)字社會等多個領(lǐng)域的數(shù)字賦能發(fā)展提供了重要的數(shù)據(jù)和技術(shù)支撐。特別是在全面落實“努力在發(fā)展海洋經(jīng)濟(jì)上走在前列”“打造鄉(xiāng)村振興的齊魯樣板”等方面助推山東數(shù)字海洋發(fā)展、數(shù)字農(nóng)業(yè)發(fā)展和數(shù)字鄉(xiāng)村建設(shè)，為山東省數(shù)字強(qiáng)省建設(shè)貢獻(xiàn)了高分力量。

二、數(shù)字山東建設(shè)中的高分應(yīng)用體系

高分辨率對地觀測系統(tǒng)山東數(shù)據(jù)與應(yīng)用中心（以下簡稱“高分山東中心”）于2016 年12 月由國家國防科工局批復(fù)設(shè)立、山東省工業(yè)和信息化廳（省國防科工辦）主管，中心依托濟(jì)南大學(xué)、山東省黃河計量研究院進(jìn)行建設(shè)，數(shù)據(jù)中心設(shè)在濟(jì)南大學(xué)。

數(shù)字化建設(shè)不僅要全面賦能經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的方方面面，而且要立足區(qū)域突出特色。針對數(shù)字強(qiáng)省規(guī)劃，高分山東中心在高分地市機(jī)構(gòu)建設(shè)、數(shù)據(jù)分發(fā)服務(wù)、高分應(yīng)用平臺建設(shè)、智能創(chuàng)新技術(shù)研究、應(yīng)用系統(tǒng)示范推廣等方面構(gòu)建了高分服務(wù)數(shù)字山東建設(shè)的應(yīng)用體系。

1.組織模式

高分賦能數(shù)字化，需要從全省一盤棋的高度出發(fā)，整體謀劃、一體推動。為讓高分?jǐn)?shù)據(jù)更好地應(yīng)用和服務(wù)山東省內(nèi)眾多單位和用戶，高分山東中心首先從機(jī)構(gòu)建設(shè)著手，在日照、煙臺、威海、淄博、濰坊、泰安、臨沂、德州、聊城、東營、濱州等13個地市設(shè)立了高分?jǐn)?shù)據(jù)應(yīng)用中心，形成了“省中心+地市中心”協(xié)同推進(jìn)的高分應(yīng)用模式。地市中心作為區(qū)域高分?jǐn)?shù)據(jù)的應(yīng)用和推廣服務(wù)方，不僅在高分共性數(shù)據(jù)和技術(shù)在本地區(qū)的應(yīng)用推廣方面能夠提供高效、及時的服務(wù)，而且通過充分挖掘本地區(qū)單位和用戶的高分需求，做出了特色和成效。地市中心的設(shè)立對于打通高分?jǐn)?shù)據(jù)、技術(shù)和用戶之間的鴻溝起到了重要的作用。同時，高分山東中心基于現(xiàn)有省內(nèi)外衛(wèi)星遙感和測繪領(lǐng)域的研發(fā)應(yīng)用單位，組建了由70 余家會員單位組成的山東省高分應(yīng)用產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，形成了產(chǎn)學(xué)研用的高分應(yīng)用服務(wù)模式。

2.數(shù)據(jù)管理服務(wù)

為了有效實施高分賦能數(shù)字山東建設(shè)，高分山東中心研發(fā)并部署了山東省高分應(yīng)用服務(wù)平臺，高效管理高分?jǐn)?shù)據(jù)并面向單位部門和行業(yè)用戶提供高分衛(wèi)星數(shù)據(jù)分發(fā)服務(wù)。自高分山東中心設(shè)立以來，已存檔高分系列衛(wèi)星數(shù)據(jù)超過70TB，存儲處理數(shù)據(jù)和產(chǎn)品數(shù)據(jù)近100TB。在數(shù)據(jù)下載、入庫、管理、分發(fā)等業(yè)務(wù)中建立了自動化流程，通過分發(fā)系統(tǒng)、移動存儲等方式面向政府、科研院所、企事業(yè)單位等用戶分發(fā)數(shù)據(jù)5 萬余景，為數(shù)字山東建設(shè)提供了高分應(yīng)用平臺和數(shù)據(jù)支撐。

3.技術(shù)創(chuàng)新

高分山東中心充分發(fā)揮依托建設(shè)單位濟(jì)南大學(xué)在學(xué)科和科研方面的優(yōu)勢，為了讓高分?jǐn)?shù)據(jù)更快更好地服務(wù)部門和用戶，在基于人工智能的關(guān)鍵核心技術(shù)方面開展了系列研究，在遙感目標(biāo)檢測、遙感圖像分割、變化檢測、高光譜目標(biāo)分類和高效可視化等算法研究中取得創(chuàng)新成果，相關(guān)成果發(fā)表在領(lǐng)域內(nèi)頂級期刊和相關(guān)會議，申請和授權(quán)發(fā)明專利10 項、獲得軟件著作權(quán)20 余項，成果應(yīng)用產(chǎn)生了良好的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益，為數(shù)字山東建設(shè)提供了空間信息新動能驅(qū)動。

4.成果和特色應(yīng)用

數(shù)字化賦能重在落地，高分山東中心立足山東，在傳統(tǒng)衛(wèi)星遙感應(yīng)用領(lǐng)域夯實優(yōu)勢，同時在新興領(lǐng)域和特色領(lǐng)域做出成效，共研發(fā)了面向十大領(lǐng)域的300 余個專題產(chǎn)品案例，部署7 個智能應(yīng)用系統(tǒng)，不僅在農(nóng)業(yè)、水利、生態(tài)保護(hù)等傳統(tǒng)遙感應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)揮了優(yōu)勢和作用，而且以高分融合山東省醫(yī)養(yǎng)健康大數(shù)據(jù)平臺、高分支持環(huán)保文保決勝千里之外等案例在衛(wèi)健領(lǐng)域和文保領(lǐng)域做出了特色。高分成果在支撐山東省數(shù)字水利、數(shù)字農(nóng)業(yè)、數(shù)字政府、數(shù)字社會、數(shù)字生態(tài)以及智慧黃河、智慧海洋等方面走在前列，為做大做強(qiáng)奠定了堅實基礎(chǔ)。

三、高分服務(wù)數(shù)字山東建設(shè)典型案例

高分山東中心基于山東省省情，聚焦“高分+AI”為特色優(yōu)勢的空間信息應(yīng)用和共性產(chǎn)品開發(fā)，同時統(tǒng)籌地市中心和聯(lián)盟單位資源，聚焦國家和山東省戰(zhàn)略，在數(shù)字農(nóng)業(yè)、數(shù)字水利、數(shù)字生態(tài)、數(shù)字政府以及智慧黃河等領(lǐng)域研發(fā)專題產(chǎn)品，有力支撐了山東省數(shù)字強(qiáng)省建設(shè)。

1.高分服務(wù)數(shù)字農(nóng)業(yè)——農(nóng)作物種植分布與長勢監(jiān)測

數(shù)字強(qiáng)省規(guī)劃提出，推進(jìn)種植業(yè)數(shù)字化、智能化發(fā)展，推動衛(wèi)星遙感、大數(shù)據(jù)分析等信息技術(shù)在大田種植等領(lǐng)域的深度融合應(yīng)用?；诟叻中l(wèi)星數(shù)據(jù)，可以通過智能解譯和指數(shù)反演技術(shù)提取大宗農(nóng)作物的種植面積和長勢情況。高分山東中心自2018 年開始，連續(xù)進(jìn)行年度山東省小麥種植分布遙感解譯、小麥長勢分析等專題圖生產(chǎn)，為指導(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和保障糧食安全提供了重要的數(shù)據(jù)支撐。圖1 顯示了基于高分一號、高分二號和高分六號的2022 年度小麥種植區(qū)域分布和長勢情況，小麥智能提取面積為6003 萬畝，與上一年度相比增加了12 萬畝；基于全省1600 個驗證點數(shù)據(jù)分析，識別準(zhǔn)確率大于93.1%。

圖1 2022 年山東省小麥種植區(qū)域分布圖和長勢分析圖

2.高分服務(wù)數(shù)字水利——河湖監(jiān)測

數(shù)字強(qiáng)省規(guī)劃要求推進(jìn)數(shù)字水利建設(shè)，提升對河湖水系的智能感知能力，建設(shè)“水利一張圖”。高分山東中心自2018 年開始，連續(xù)承擔(dān)山東省水利部門河湖遙感監(jiān)測項目，基于高分影像，通過專題圖和平臺（圖2）對省市級河湖劃界岸線利用情況進(jìn)行定期監(jiān)測，摸清河湖管理范圍內(nèi)存在的涉河湖各類違法行為，建立遙感監(jiān)測問題清單，協(xié)助全面核查整治河湖管理范圍內(nèi)存在的漏查漏報、新增反彈以及整改標(biāo)準(zhǔn)不高等涉河湖各類違法行為。平臺于2019 年上線運(yùn)行，對山東省境內(nèi)近2000 條省、市級河道進(jìn)行監(jiān)管，為河湖保護(hù)和水政執(zhí)法提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，有效服務(wù)于山東省河長制、湖長制工作。

圖2 基于高分?jǐn)?shù)據(jù)的山東省河湖岸線監(jiān)測專題圖（左）和系統(tǒng)（右）

3.高分服務(wù)數(shù)字政府——政府決策與治理

針對數(shù)字政府建設(shè)，數(shù)字強(qiáng)省規(guī)劃提出以數(shù)據(jù)創(chuàng)新應(yīng)用驅(qū)動治理理念、治理手段、治理模式變革，在政府決策、生態(tài)治理協(xié)同化等方面發(fā)揮數(shù)據(jù)和技術(shù)優(yōu)勢。面向耕地保護(hù)需求，高分山東中心建立了耕地違法占監(jiān)管的智能解譯模型和系統(tǒng)軟件；針對自然資源和國土空間利用治理需求，高分山東中心進(jìn)行了濱海濕地、城市綠地、土地利用等專題圖制作；針對“實景三維山東”建設(shè)需求，提出了基于高程數(shù)據(jù)和高分影像的三維建模算法；面向森林火災(zāi)監(jiān)測預(yù)警需求，開發(fā)了林火實時監(jiān)測平臺系統(tǒng)（圖3）。其中，渤海濱海濕地中出現(xiàn)了圍海水面、圍涂養(yǎng)殖和圍涂鹽田等情況，其中圍海水面面積達(dá)156.04 km2，圍涂養(yǎng)殖面積達(dá)127.91 km2，為濕地保護(hù)提供了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)；林火實時監(jiān)測平臺系統(tǒng)已在縣域示范應(yīng)用2022 年9 月到10 月間報告火點12 個，核查確認(rèn)10 個危險火點，對森林防火起到了重要作用。

圖3 山東渤海濱海濕地專題圖（左）和衛(wèi)星監(jiān)測森林火點系統(tǒng)圖（右）

4.高分服務(wù)生態(tài)保護(hù)——黑臭水體和水質(zhì)分析

數(shù)字強(qiáng)省規(guī)劃針對生態(tài)保護(hù)提出了構(gòu)建天地一體的生態(tài)環(huán)境監(jiān)測、實現(xiàn)對污染源和生態(tài)狀況的感知和監(jiān)控。高分衛(wèi)星數(shù)據(jù)具有多光譜、高光譜的優(yōu)勢，高分山東中心基于黑臭水體遙感識別算法結(jié)合目視解譯，對余姚市河段黑臭水體分布進(jìn)行了遙感監(jiān)測（圖4），結(jié)果表明，余姚市內(nèi)水體2821處，總水體面積64.075km2，利用遙感手段獲得黑臭水體848 段，總面積為5.133km2，面積占比為8%；其中黑臭水體以坑塘居多，為644 個，占比為76%；河流數(shù)量其次，為193 個，占比為23%。對南四湖葉綠素濃度反演發(fā)現(xiàn)，葉綠素濃度較高部分主要分布于南四湖湖畔及河流水道入湖處、湖水流動性較弱區(qū)域，造成葉綠素濃度偏高的主要原因為湖畔淡水魚養(yǎng)殖池塘的設(shè)立，附近村莊及工廠生活、工業(yè)污水由水道向湖水的排放等，造成湖泊水體藻類植物的繁衍與擴(kuò)散。

圖4 黑臭水體監(jiān)測（左）和葉綠素濃度反演圖（右）

5.高分服務(wù)災(zāi)害應(yīng)急——地質(zhì)災(zāi)害和海洋災(zāi)害監(jiān)測

面向山東省災(zāi)害應(yīng)急需求，高分山東中心基于高分等數(shù)據(jù)開展了地質(zhì)、海洋等領(lǐng)域的災(zāi)害調(diào)查監(jiān)測研究，以遙感數(shù)據(jù)助力山東經(jīng)濟(jì)社會穩(wěn)定發(fā)展（圖5）。山東省地礦資源豐富，采礦導(dǎo)致區(qū)域地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜化，高分山東中心針對濟(jì)寧市采煤沉陷區(qū)和采煤塌陷地現(xiàn)狀，進(jìn)行了濟(jì)寧市采煤塌陷地動態(tài)監(jiān)管系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫更新，將InSAR 監(jiān)測結(jié)果與高分辨率影像融合，為當(dāng)?shù)夭擅核莸刂卫砉ぷ魈峁┝嘶A(chǔ)數(shù)據(jù)支撐；面向山東海洋強(qiáng)省建設(shè)需求，針對智慧海洋生態(tài)保護(hù)連續(xù)進(jìn)行山東沿海滸苔災(zāi)情監(jiān)測，圖5 中右圖顯示了滸苔從2022 年6 月初到7 月底的分布區(qū)域和面積情況，為海洋旅游和養(yǎng)殖業(yè)提供了數(shù)據(jù)支撐。

圖5 地面沉降監(jiān)測（左）和滸苔災(zāi)情監(jiān)測（右）

6.高分服務(wù)數(shù)字鄉(xiāng)村建設(shè)——美麗鄉(xiāng)村和鄉(xiāng)村治理

山東省數(shù)字強(qiáng)省建設(shè)提出推動新一代信息技術(shù)在農(nóng)村各領(lǐng)域廣泛深入應(yīng)用,推進(jìn)鄉(xiāng)村數(shù)字治理，高分山東中心制作了山東省2020 年度美麗鄉(xiāng)村驗收村莊分布圖，對300 個美麗鄉(xiāng)村村莊的空間位置進(jìn)行了標(biāo)記，同時輔以高分辨率衛(wèi)星影像和航拍正射影像，為美麗鄉(xiāng)村建設(shè)提供地理數(shù)據(jù)支撐。針對鄉(xiāng)村振興和鄉(xiāng)村治理中存在的土地利用調(diào)查需求，中心對縣域、鎮(zhèn)域進(jìn)行了土地利用變化圖斑提取，監(jiān)測非建設(shè)用地變?yōu)榻ㄔO(shè)用地的區(qū)域，圖6 中右圖是基于高分二號衛(wèi)星影像對梁山縣變化圖斑的監(jiān)測結(jié)果，共提取出197 個變化圖斑，為當(dāng)?shù)剜l(xiāng)村建設(shè)和治理提供了監(jiān)測數(shù)據(jù)。

圖6 美麗鄉(xiāng)村村莊分布圖（左）和縣域鄉(xiāng)村建設(shè)用地監(jiān)測結(jié)果圖（右）

7.高分服務(wù)智慧黃河——黃河安瀾和生態(tài)保護(hù)

面向國家黃河戰(zhàn)略，山東省制定了《山東省黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展規(guī)劃》，并在數(shù)字強(qiáng)省規(guī)劃中著重提出了“智慧生態(tài)黃河”的建設(shè)目標(biāo)，高分山東中心圍繞黃河安瀾、生態(tài)保護(hù)等方向，以黃河流域山東段“一張圖”為基礎(chǔ)，研發(fā)“智慧黃河創(chuàng)新平臺”、黃河三角洲濕地分析專題圖等產(chǎn)品（圖7）。其中，黃河三角洲自然濕地面積近10 年呈現(xiàn)增加趨勢，2021 年較2010年增加364.8km2，自然濕地主要分布于黃河口國家公園。此外，中心創(chuàng)新地將高分影像和黃河流域文化相融合，建立了“高分+文物”“高分+思政課程”的服務(wù)模式。

圖7 智慧黃河創(chuàng)新平臺（左）和黃河三角洲濕地分析圖（右）

四、結(jié)論與討論

數(shù)字中國建設(shè)和山東省數(shù)字強(qiáng)省建設(shè)對高分應(yīng)用提出了更高的要求，基于高分衛(wèi)星大數(shù)據(jù)優(yōu)勢和以人工智能為核心的空天信息技術(shù)的創(chuàng)新研究，高分在山東省建立了服務(wù)數(shù)字化的山東模式，同時帶動了山東衛(wèi)星遙感和地理信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。在持續(xù)助力數(shù)字全面賦能經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的過程中，高分將在數(shù)據(jù)統(tǒng)籌、科技創(chuàng)新和應(yīng)用示范等方面培育新動能，推進(jìn)高分成為數(shù)字中國建設(shè)的重要引擎。