高分辨率对地观测系统湖北数据与应用网

高分应用

您当前的位置:首页 > 高分应用 > 示范项目
天门交通运输部科技示范工程

  1 项目实施背景

  湖北省所辖各市、县交通运输局每年一项工作是对农村的公路数据采集以及生命安全防护工程的调查。从市、县现有应用基础来看,用户现有系统不支持空间影像数据的显示,没有地形、地物、地名参照,从而不能详细、直观的反映所在区域交通设施的状态。在将原有系统的矢量数据纳入到本项目应用的基础上,将高分影像数据和1:10000地形图作为背景参考进行叠加和显示,可以给数据采集人员提供真实、直观的公路参照和对比。

  高分影像具有高空间分辨率、高清晰度、信息量丰富及数据时效性强等优点,可在大范围内观察和监测公路维护和保养情况,特别是在城乡结合部和农村灰色地带,缺乏原始公路数据,更新测量困难,利用高分影像可以定期快速更新农村公路及生命安全防护工程和维修养护数据,缩小公路管理的粒度和增强城乡接合部的政府管辖能力。高分湖北中心在湖北省国防科学工业办公室的指导下积极开展国产高分卫星数据在湖北省各个行业的推广应用工作,既可以将高分数据应用融入到用户日常业务中,又能对用户现有业务进行补充和升级。

  通过手机等智能终端随时浏览城市高分影像数据,及时发现城市变化,并随时对比、拍照、定位、上传,可极大的伸展交通公路触角,是交通公路精细化管理模式的有益探索。

  2 技术推广的主要内容与规模

  内容:

  (1)基于移动智能终端应用开发,建立简单易用的手机数据采集系统,将拍照、音视频、设施描述文字以及时间等多种类型的数据自动在高分影像上与空间位置形成关联,并与在手机上显示的高分影像进行套合,具备编辑、存储、上传等功能;

  (2)基于多时态的高分影像数据库及公路安保及养护设施数据库的建设,并提供通用的空间数据服务以及自定义的公路安保和养护设施操作服务,并提供相应的开发接口;

  (3)在高分影像的支持下,直观的以三维真实环境展现公路及附属设施情况,并能进行特定要求的量测、通视分析、断面分析,满足中小市县公路交通规划要求;

  (4)基于高分影像数据的市县公路安保和养护数据采集、处理规范的建设,形成一套满足基层作业人员数据生产的流程和规范。

  规模:

  (1)3年内,项目至少在4-5个市县交通、旅游等部门得到应用;

  (2)高分数据服务,数据+软件在全省范围推广,用户数达到4-5个;

  (3)手机终端数据采集APP用户数三年内到1-2千;

  (4)高分1号全省一张图数据产品在全省各部门免费发放;5)从高分数据获取、处理、发布、应用、定制的整个应用链提供至少4-5个案例供各行业参考,部分功能实现源代码公开,推动专业人员的定制及扩展。

  3 技术推广方案

  3.1技术方案

  根据需求及功能实现,系统建设拟采用如下结构,主要分为三部分:智能终端数据采集、公路养护及安保数据管理、数据和应用服务三部分。

图片7.png

  图3-1 系统逻辑结构

  智能终端数据采集系统通过将GPS/北斗/基站的定位功能与拍照、摄影、录音以及文字输入等功能进行集成,让终端用户在采集公路安保及养护设施数据时候将位置、时间等信息集成到相应数据中去,并实时定位到高分影像数据上,简化过去内业人工位置匹配的过程。在智能手机上,可以对同一地区不同时期的安保和养护数据进行对比和分析,查看该区域数据随时间变化的趋势,以检查数据是否需要更新。采集完成后,通过专门的数据导入软件直接导入到公路安保和养护设施管理系统中,也可以通过存储卡拷贝的方式,由公路安保和养护设施管理系统直接读取来完成导入。数据采集过程中高分影像数据以及已有的公路养护和安保数据需要随时浏览和查询,为了提高数据采集系统的运行效率和减少网络流量,可以针对指定工作区域的高分影像数据和公路设施数据进行数据缓存。实际工作中,工作组的工作范围是相对固定的,工作组任务提交和审核具有一定的时间间隔,所以数据缓存可以从两个来源(见上图)进行最新数据的缓存。为了加强空间位置的参照,在小比例尺上可以叠加百度或天地图来进行辅助定位,所以采集系统将提供访问这类空间数据服务的功能。但在农村地区特别是偏远地区,百度和天地图基本无法提供清晰的影像,采集系统必须依靠缓存的高分影像数据来提供空间参考。

  为降低今后系统推广费用,本方案拟采用自主研发的GIS引擎——VQGIS来完成公路安保及养护管理系统的开发。VQGIS是一个基于QT架构的跨平台GIS软件,能在Windows、Linux等多种平台上运行,支持绝大部分的空间数据源,可根据需要灵活的加载所需功能插件,系统运行效率高。为满足用户实际应用需求,公路安保及养护管理系统同时支持单机和网络两种操作模式。单机模式适合用户在外业条件下独立完成数据的处理和管理;网络模式下,各个用户组(工作组)能方便的进行数据汇总和复核。高分影像数据、安保和养护等数据在服务器上统一存储,各工作组可以根据工作任务的分配情况在本地缓存所需数据。公路安保及养护系统除了能够导入现存系统的空间交换数据外(如:公路规划数据、河流、湖泊、地形图、城市规划图等),还负责将智能终端采集的数据导入到本系统中,自动在高分影像数据上进行定位匹配、编辑、查询、分析、对比以及数据同步,并能汇总上报以满足上级部门对公路采集数据的要求。

  在公路重点区域,通过在VQGIS中嵌入项目组开发的VirualGlobeWorld三维建模和显示模块,进行公路三维建模和量测,直观的以三维真实环境展现公路及附属设施情况,并能进行特定要求的量测、通视分析、断面分析,满足中小市县公路交通规划要求。

  数据和应用服务器首先是个存储服务器,因为各工作组完成的采集数据最终需要汇总和复核,各个时段的高分影像数据、公路设施的历史数据都需要通过统一的方式进行管理。在本项目中软件提供的OGC等标准服务可以将高分影像数据、公路采集数据以服务的形式向相关部门进行发布。同时,项目组针对公路安保和养护数据的特点开发特定的管理、查询、更新等服务以满足业务要求。高分影像数据除了以文件形式存放外,还在数据库中以影像金字塔的形式进行存放,以满足快速访问及按空间范围提取进行缓存数据的目的。

  整个系统的逻辑结构从数据采集、缓存、处理、存储、更新、同步、共享等设计角度来满足用户的业务需求,通过下面的可行性分析也可以验证这点。

  3.2成果应用及服务的对象、规模及推广性

  成果应用及服务的主要对象是天门市交通运输局、天门市规划局、天门市旅游局,已经调研具有使用对象有保康县、襄樊、建始等各政府部门。由于全国大部分市县交通局、旅游局在高分数据的应用上具有一定的相似性,因此其应用规模可以扩展到全国市县交通运输局和旅游局。

  从市、县现有应用基础来看,很多用户已经存在和正在使用的两个从交通运输部、省交通运输厅推广下来的系统,但不具备对影像数据支持。新系统可在不改变已有系统使用的情况,与这两个系统进行快速灵活的数据交换,切实满足用户实际工作需求,因而用户容易接受,推广和使用阻力小。尽管用户已经有现成的业务系统,但通过本项目建设以及长期、稳定的高分数据支持,能够对现存业务系统进行很好的补充和完善,同时借助现存系统在各个市、县的市场应用基础,本项目建设能够起到非常好的应用示范效果,市场推广价值高。

  在智能终端手机上将各种智能设备(定位、拍照、录音、摄影)与高分数据应用进行一体化集成来满足用户业务需求,根据我们的调研,还没有出现一个类似的具有较好推广性的产品,该软件的开发将进一步推动高分数据应用普及的发展。

  3.3项目成果转化

  本项目除了能够向用户提供稳定的高分数据产品外,更重要的是挖掘了用户潜在需求,将高分数据切实融入到用户的业务范畴中,使得高分数据的应用成为用户一种常态化工作,其成果转化主要体现在以下几个方面:

  (1) 尽管用户已经有现成的业务系统,但通过本项目建设以及长期、稳定的高分数据支持,能够对现存业务系统进行很好的补充和完善,同时借助现存系统在各个市、县的市场应用基础,本项目建设能够起到非常好的应用示范效果,市场推广价值高。

  (2) 可以极大地简化公路安保和养护数据采集、更新和整理的工作流程,减轻数据采集的工作量。通过将数据采集终端与高分影像数据进行应用集成,作业人员在外业采集数据的同时就可以对采集到的数据进行空间定位匹配、对比展示、更新和归档,从而简化数据采集、更新和整理的流程。通过多时态的高分影像数据对比,可以在内业中判断和分析出公路及附属设施的大致变化程度,结合公路通行状况等信息,可以对数据采集、更新的内容、范围及频率制定合理、科学的工作计划,减少数据采集、更新的盲目性。

  (3) 智能终端上多种设备的功能集成满足了高分数据应用形式多样化需求。智能终端手机上的高分应用是高分数据满足大众化、个性化和多样化需求发展的一种途径,在智能终端手机上将各种智能设备(定位、拍照、录音、摄影)与高分数据应用进行一体化集成来满足用户业务需求。根据我们的调研,还没有出现一个类似的具有较好推广性的产品,将有利于系统APP的应用推广。

  (4) 系统建设基于自主研究的GIS引擎,有利于今后系统推广和升级。尽管用户有操作ArcGIS软件的经验,但ArcGIS庞大,对硬件要求高,必须具有合法的license。基于自主研发的GIS引擎开发的工作量增加很多,但定制灵活,运行效率高、安装和维护简单方便,适合用户野外作业的要求。

  4 建设单位概况

  4.1天门市交通运输局

  天门市交通运输局负责全市公路(桥梁)、水路、物流及客运站场建设、养护管理,负责全市公路、水路运输市场监管,负责全市行政辖区内港口、码头、渡口和内河通航水域交通安全监督,协调公、铁、水综合运输。一直以来,依托GPS线路采集完成了天门市电子地图,在公路(桥梁)、水路线位规划及站点设置,公路建管养(包括农村公路)监管,危险路段隐患排查,项目验收、公路(桥梁)基础数据的统计、生命安全防护设施建设、测设点定位等方面应用广泛,不断依托科技手段提高管理水平。同时,利用电子地图先后完成全市国省道线网规划调整,每年电子地图与统计年报同步更新,农村公路生命安全防护工程采集与验收、通村公路线路采集、验收、计划监管以及桥梁管理系统,我们还将北斗卫星监控系统覆盖长途客车、农村客运车、危化品运输车、公交车、出租车、校车,为群众安全出行保驾护航。

  天门市农村公路管理处主要负责全市农村公路规划、计划、建设、养护管理,具体有通村公路计划安排、建设质量监督及验收、农村公路桥梁建设和危桥改造、农村公路安保设施配套、农村公路日常养护。在公路统计及计划过程中,全市农村公路线路的采集任务均由农路处担当,任务重、环境艰苦,设备简陋,亟需提升科技应用水平,提高服务质量。

  4.2武汉大学(高分湖北中心

  武汉大学(高分湖北中心)组建了以张过教授为核心的研发团队。2014年度团队的研发队伍壮大到十余人。截至2015年2月底,团队的研发队伍壮大到近二十人,核心技术开发人员均是博士学历,大部分成员都毕业于武汉大学,团队成员曾获得国家科学技术进步奖一等奖、测绘科技进步奖、国土资源部科技进步奖一等奖、教育部科技进步奖一等奖、中国人民解放军科学技术进步奖三等奖、资源三号测绘卫星工程研制先进个人二等功等奖励,能为团队的技术提供坚实的技术支撑。

  团队承接了星载SAR和InSAR几何检校与信息提取技术、南极洲地表覆盖分类产品图斑处理与样本研究、资源三号应用系统项目、玉溪-磨憨铁路线RAPIDEYE卫星数据处理、重大工程区地表形变遥感调查与监测、川西南重点矿集区矿山开发遥感调查与监测数据处理与信息提取、琼州海峡跨海工程规划研究影像图镶嵌等项目,这些项目均受到用户单位和验收单位的好评。通过前期相关项目积累,团队已开发了一系列具有核心自主知识产权的产品,形成了较为完整的产品体系。另外初步构建了统一的遥感数据服务平台和分布式空间计算平台,市场前景广阔,团队有信心在这两块领域取得突出的成绩。已经完成了国产军用和民用绝大部分光学遥感卫星的几何处理和辐射处理等基础工作。包括:“资源三号”、“高分一号”、“高分二号”、“资源一号02C号等,可生成1-5级影像产品。同时研发的产品已经在湖北省公安厅的警用地理信息系统、湖北省气象局的风电资源监测系统、湖北电力科学院的基于卫星遥感和气象数据的输电系统典型风险分析及防灾关键技术研究、湖北省国防工办船舶处船舶制造监管等应用项目。除此之外,产品还在湖北省旅游局、农业厅、林业厅、粮食局、环保厅、地质局、地震局、水利厅、民政厅等部门得到广泛应用。预期在未来2~3年,将上述行业应用产品和应用模式推广到全国范围。团队已经在项目中积累了很多经验。这些基础工作的完成和完善,将对该项目的产品的产业化起到极大的推动作用。依靠武汉大学的高分湖北分中心成员具有十几年的的软件开发经验和基础,承担了大批横向和纵向课题,在空间数据处理、GIS软件开发等方面具有雄厚的技术和管理能力,近三年承担的高分数据处理及GIS软件开发项目主要有:

  (1) 2015年 长光卫星技术有限公司:民商应用系统视频影像数据检校预处理和处理系统软件研制;

  (2) 2015年 北京空间飞行器总体设计部:图像定位精度综合仿真软件;

  (3) 2015年 公益性专项项目:国产InSAR卫星指标论证与仿真技术;

  (4) 2014年 公益性行业科研专项项目:大区域无缝立体影像正向构建与星载可见光激光联合测绘及其精度验证技术;

  (5) 2014年 地调项目: 国产卫星地质数据质量改进关键技术研究;

  (6) 2013年 几何校正仿真软件开发;

  (7) 2013年 CORS服务平台设计与开发;

  (8) 2013年 云计算架构的空间信息数据中心建设;

  (9) 2013年 基于国产卫星的地质灾害调查监测项目;

  (10) 2013年 基于北斗卫星的公安巡逻车辆监控系统;

  (11) 2013年 北斗地基增强系统;

  (12) 2013年 地理信息共享平台设计与开发;

  (13) 2013年 栅格矢量一体化数字电子地图发布;

  (14) 2013年 电力传输设置的网络动态发布等。