于建強(qiáng),呂志慧,談 帥

(江蘇省測繪研究所,江蘇 南京 210013)

0 引言

大力推進(jìn)信息化發(fā)展,已成為我國經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展新階段重要而緊迫的戰(zhàn)略任務(wù),我國信息化已進(jìn)入全方位多層次推進(jìn)的新階段。2019年11月,《自然資源部信息化建設(shè)總體方案》圍繞提升政府治理能力和推動(dòng)經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型升級大力促進(jìn)大數(shù)據(jù)發(fā)展,提出了推進(jìn)三維實(shí)景數(shù)據(jù)庫建設(shè)、構(gòu)建自然資源三維立體“一張圖”等明確要求[1-2]。2020年1月,自然資源部印發(fā)《自然資源調(diào)查監(jiān)測體系構(gòu)建總體方案》,方案提出要加快建立自然資源統(tǒng)一調(diào)查評價(jià)監(jiān)測體系,完善自然資源監(jiān)管體系,切實(shí)履行自然資源統(tǒng)一調(diào)查監(jiān)測職責(zé)[3]。

自然資源部辦公廳《關(guān)于開展2021年自然資源監(jiān)測工作的通知》、江蘇省自然資源廳《關(guān)于開展全省自然資源監(jiān)測試點(diǎn)工作的通知》等文件明確指出要構(gòu)建自然資源監(jiān)測技術(shù)方法,統(tǒng)籌利用最新航天、航空、無人機(jī)等遙感影像,采用影像比對、內(nèi)業(yè)解譯和外業(yè)核查等技術(shù)手段,結(jié)合監(jiān)測成果,開展系列遙感監(jiān)測工作,掌握各類自然資源以及人工建(構(gòu))筑物和城市要素的類型、面積、范圍、分布和變化等情況,并對重點(diǎn)區(qū)域、重要生態(tài)要素開展監(jiān)測分析[4]。

本文以全面掌握各類自然資源數(shù)量、質(zhì)量、空間分布狀況和變化情況為研究目的,立足現(xiàn)有自然資源數(shù)據(jù),建立統(tǒng)一的三維立體自然資源“一張圖”底圖,基于遙感影像智能解譯技術(shù)手段[5],構(gòu)建遙感影像變化監(jiān)測體系,建立常態(tài)化無人機(jī)按需保障機(jī)制,構(gòu)建自然資源立體動(dòng)態(tài)監(jiān)測平臺(tái)[6]。通過與人工智能的深度貫通,為自然資源管理工作提供“天、空、地、圖、數(shù)、智”立體融合的監(jiān)測監(jiān)管支撐服務(wù)[7],提升自然資源治理體系和治理能力現(xiàn)代化水平。

1 平臺(tái)設(shè)計(jì)

1.1 技術(shù)路線

本文的技術(shù)路線分為3個(gè)部分。(1)數(shù)據(jù)建設(shè):主要是統(tǒng)一遙感影像與自然資源數(shù)據(jù)空間框架和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)格式。(2)自然資源監(jiān)測:本文圍繞自然資源監(jiān)測實(shí)際需求,依托人工智能深度學(xué)習(xí),采用遙感影像自動(dòng)解譯技術(shù),實(shí)現(xiàn)建設(shè)用地、耕地和林草要素地表覆蓋的分類與識(shí)別,繼而采用兩兩逐期對比的方式,提取發(fā)現(xiàn)自然資源要素的動(dòng)態(tài)變化。(3)平臺(tái)建設(shè):平臺(tái)在自然資源二維空間數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上,疊加展示三維立體自然資源模型和傾斜攝影模型,推動(dòng)二三維數(shù)據(jù)集成整合,形成全域全要素自然資源三維立體“一張圖”,構(gòu)建自然資源遙感影像數(shù)據(jù)庫,實(shí)現(xiàn)對自然資源變化監(jiān)測的精準(zhǔn)呈現(xiàn),提高數(shù)據(jù)服務(wù)供給能力和建設(shè)用地動(dòng)態(tài)感知能力。平臺(tái)根據(jù)功能的集成劃分為4個(gè)子模塊,分別為三維立體自然資源“一張圖”、遙感影像數(shù)據(jù)中心、自然資源變化監(jiān)測、建設(shè)用地動(dòng)態(tài)監(jiān)管。平臺(tái)技術(shù)路線如圖1所示。

圖1 平臺(tái)技術(shù)路線

1.2 平臺(tái)架構(gòu)

平臺(tái)采用BS架構(gòu),采用ArcgisServer作為地圖服務(wù)引擎,使用PostgresSQL數(shù)據(jù)庫進(jìn)行空間數(shù)據(jù)管理,以Tomcat作為系統(tǒng)后臺(tái)服務(wù)器,以Nginx作為前端服務(wù)器。

平臺(tái)架構(gòu)分為運(yùn)行支撐層、數(shù)據(jù)層、服務(wù)支撐層、服務(wù)層、業(yè)務(wù)層、表現(xiàn)層,總體架構(gòu)如圖2所示。

圖2 平臺(tái)架構(gòu)

運(yùn)行支撐層包括平臺(tái)運(yùn)行的軟硬件設(shè)施及網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。數(shù)據(jù)層包括遙感影像瓦片數(shù)據(jù)、第三次全國國土調(diào)查數(shù)據(jù)、地理國情數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)、實(shí)景三維數(shù)據(jù)、用戶數(shù)據(jù)等。服務(wù)支撐層是支撐平臺(tái)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、切片、發(fā)布、程序運(yùn)行的支撐環(huán)境,包括GeoServer、PostgreSQL、MySQL、Tomcat、Nginx、ArcgisServer等。服務(wù)層包括數(shù)據(jù)資源服務(wù)與平臺(tái)通用接口服務(wù)。數(shù)據(jù)資源服務(wù)以兼容開放空間數(shù)據(jù)協(xié)議為核心,提供具備接口互操作能力數(shù)據(jù)管理服務(wù)、數(shù)據(jù)處理服務(wù)、要素查詢服務(wù)、瓦片服務(wù)、權(quán)限服務(wù)。平臺(tái)通用接口用于對通用性基礎(chǔ)功能進(jìn)行統(tǒng)一封裝,包括面向前端業(yè)務(wù)功能開發(fā)的查詢與分析接口和面向數(shù)據(jù)訪問定制的資源服務(wù)接口。業(yè)務(wù)層,平臺(tái)基于業(yè)務(wù)劃分,針對功能開展專題性業(yè)務(wù)建設(shè),分別為三維立體自然資源一張圖、遙感影像數(shù)據(jù)中心、自然資源變化監(jiān)測、自然資源動(dòng)態(tài)監(jiān)管。表現(xiàn)層,用戶通過瀏覽器訪問自然資源立體動(dòng)態(tài)監(jiān)管平臺(tái)。

2 平臺(tái)實(shí)現(xiàn)

本文使用Vue和Cesium相結(jié)合的Web端三維可視化技術(shù),依托Vue便捷靈活的組件式界面,很好地呈現(xiàn)Cesium在Web端的三維可視化優(yōu)勢[8],并基于平臺(tái)在數(shù)字化表達(dá)、數(shù)據(jù)融合、可視化呈現(xiàn)、三維空間分析等的優(yōu)勢和能力,充分結(jié)合自然資源業(yè)務(wù)應(yīng)用需求,構(gòu)建三維立體自然資源數(shù)字底圖,根據(jù)遙感影像自動(dòng)解譯技術(shù)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)化、智能化自然資源變化監(jiān)測,并形成建設(shè)用地動(dòng)態(tài)監(jiān)管體系,最終根據(jù)功能的解耦與集成形成如下4個(gè)子模塊,如圖3所示。

圖3 平臺(tái)首頁

2.1 三維立體自然資源“一張圖”

三維立體自然資源“一張圖”旨在對自然資源進(jìn)行全面、立體的展示和管理。本模塊基于統(tǒng)一的空間框架,充分考慮自然資源分布在地上、地下以及陸地與海洋間的立體化特征,通過技術(shù)手段和算法,實(shí)現(xiàn)自然資源調(diào)查監(jiān)測成果數(shù)據(jù)的立體呈現(xiàn),并完成三維可視化、查詢與定位、統(tǒng)計(jì)報(bào)表生成、分析評價(jià)以及成果共享等功能。這一模塊在自然資源管理領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值,用戶可以直觀地查看和了解資源的分布情況,從而更好地進(jìn)行資源規(guī)劃和管理,這對提高資源的可持續(xù)開發(fā)利用以及輔助政策制定具有重要意義,三維立體“一張圖”實(shí)現(xiàn)如圖4所示。

圖4 三維立體“一張圖”

2.2 遙感影像數(shù)據(jù)中心

遙感影像數(shù)據(jù)中心旨在滿足遙感影像管理需求,為自然資源、重大項(xiàng)目和重點(diǎn)活動(dòng)提供全面、高效、實(shí)時(shí)的監(jiān)測數(shù)據(jù)。本模塊采用了“常態(tài)+應(yīng)急+實(shí)時(shí)”的多種頻度相結(jié)合的全覆蓋、全業(yè)務(wù)、全天候監(jiān)測模式,通過收集衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)和無人機(jī)監(jiān)測數(shù)據(jù),實(shí)現(xiàn)了對遙感影像的高效管理和應(yīng)用。

2.3 自然資源變化監(jiān)測

自然資源變化監(jiān)測是將變化圖斑作為分析對象,完成監(jiān)測圖斑分庫,實(shí)現(xiàn)面向?qū)ο蟮姆治雠c設(shè)計(jì),從根本上解決了GIS軟件與監(jiān)測結(jié)合時(shí)的耗時(shí)費(fèi)力問題。同時(shí),以圖斑為基本的操作單元,在界面中通過對圖形的操作輕松實(shí)現(xiàn)“所見即所得”。

監(jiān)測圖斑分庫技術(shù)提供標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的監(jiān)測圖斑分類方法與圖斑自動(dòng)化分庫,方便快捷地引導(dǎo)平臺(tái)中各類監(jiān)測圖斑信息的數(shù)據(jù)入庫,最終實(shí)現(xiàn)各類自然資源專項(xiàng)監(jiān)測的快速建設(shè),如建設(shè)用地監(jiān)測、耕地監(jiān)測、林草監(jiān)測。本模塊實(shí)現(xiàn)如圖5所示。

2.4 建設(shè)用地動(dòng)態(tài)監(jiān)管

以遙感影像自動(dòng)解譯、GIS等技術(shù)手段為支撐,完成建設(shè)用地復(fù)墾監(jiān)測、供后監(jiān)管、違法用地監(jiān)管、重大項(xiàng)目監(jiān)管、臨時(shí)用地監(jiān)管、變化監(jiān)測和圖斑分析等功能,實(shí)現(xiàn)建設(shè)用地精細(xì)化、一體化管理。本模塊具體實(shí)現(xiàn)如圖6所示。

圖6 建設(shè)用地動(dòng)態(tài)監(jiān)管

3 結(jié)語

面對自然資源管理和治理能力現(xiàn)代化需求,本文實(shí)現(xiàn)了各類自然資源調(diào)查監(jiān)測數(shù)據(jù)的三維可視化管理,保障自然資源各業(yè)務(wù)科室對調(diào)查監(jiān)測成果的共享和應(yīng)用。利用遙感自動(dòng)解譯技術(shù)實(shí)現(xiàn)了建設(shè)用地、耕地和林草要素地表覆蓋變化的自動(dòng)監(jiān)測與分析,同時(shí)支持多年度、多批次變化圖斑的統(tǒng)一管理,提供了全面的地類分析、區(qū)域分布和總體概況展示,實(shí)現(xiàn)了監(jiān)測圖斑數(shù)據(jù)和建設(shè)用地項(xiàng)目數(shù)據(jù)、重大項(xiàng)目數(shù)據(jù)等業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)之間的自動(dòng)化分析。但同時(shí),在自然資源動(dòng)態(tài)監(jiān)管過程中如何保證監(jiān)測成果的時(shí)效性還需要進(jìn)一步的探索與完善。