1“应用中心”建设背景中国高分辨率对地观测系统（简称为高分专项）是被列入我国国家中长期（2006年~2020年）科学技术发展规划纲要的16个重大科技专项之一，它整合了基于卫星、平流层飞艇和飞机的高分辨率对地观测系统，同时又与其他观测手段相结合，目前已具备由天基观测系统、临近空间观测系统、航空观测系统、地面系统及应用系统组成的全天候、全天时、全覆盖对地观测能力。该专项于2010年，由国务院批准开始逐步实施。2013年4月，我国使用“长征二号丁”运载火箭，在位于甘肃的酒泉卫星发射中心成功发射了全色分辨率为2 m的高分一号卫星。2013年6月，“高分辨率对地观测系统河北数据与应用中心”经过紧张筹建在河北挂牌运行，成为全国第一个“高分”应用分中心。时隔两月，又一高分中心——“高分辨率对地观测系统河北数据与服务中心”成为继“高分辨率对地观测系统河北数据与应用中心”之后的第二个高分中心，位于秦皇岛。“高分”数据网络在河北已经成功接通，高分辨率对地观测系统相关的数据区域应用工作在河北逐渐拉开了帷幕。2014年3月，为实现国产高分辨率对地观测系统卫星遥感数据在相关领域的业务化应用，省国防科工局与省环保厅、气象局、农业厅、住建厅等十几个单位就高分辨率对地观测系统在河北的推广应用，签订了《高分数据河北应用推广合作协议》。该协议的签订，有利于今后高分数据在河北省横向扩展延伸，能够为工农业发展、生态环境保护、智慧城市建设、国土空间规划等领域提供便捷、实惠、高效的数字信息服务与支撑。2建设“应用中心”的必要性我国于2013年4月在酒泉成功发射的“高分一号”卫星，是我国高分辨率对地观测系统（以下简称为高分专项）的首发星，同时也是我国首颗自主研发设计、规定使用寿命不少于5年的低轨道遥感卫星，不仅在国土资源调查、生态环境保护、乡村振兴等多领域发挥重要作用，还关系着国家安全、经济建设和大众民生等各方面，能为国家自然资源部、生态环境部等多个部门及相关领域提供示范性服务，有利于加快我国国土空间信息与应用技术发展，提升自主创新能力。张家口地区矿产资源尤其是煤炭资源较丰富，煤炭资源的开发利用以及煤化工产业的发展，促进了当地的经济发展的同时，也破坏了生态环境，加剧了地灾的发生，尤其是地形、地貌、地质构造复杂的山区，更是为崩塌、滑坡、泥石流等地质灾害频发创造了条件。拟建的高分辨率对地观测系统张家口市生态环境应用中心将为当地生态环境保护、地质灾害防治以及后矿山时代来临后面临的各种问题提供监测和预警服务，为保障人民生命财产安全和后冬奥时代冬奥遗产利用、冰雪产业发展、智慧城市、首都水源涵养区和生态环境支撑区建设保驾护航。拟建高分辨率对地观测系统张家口市生态环境应用中心将以省高分中心为数据支撑，坚持公益属性，建成集数据处理加工、资料管理分发、数据共享发布为一体的数字化资料管理平台，形成面向国土资源、环境保护、地灾防治等多领域的公共应用示范系统，致力于为市、县各行业提供公益性服务，进而整体推进城市空间基础设施的完善和相关产业链的发展。3“应用中心”建设方案高分辨率对地观测系统张家口市生态环境应用中心，以计算机硬件与网络通信技术为依托，以高分应用数据库为基础，以资料管理平台为枢纽，以应用示范系统为业务支撑环境，以网络平台为对外窗口。主要面向张家口市生态环境保护、首都水源涵养区与生态环境支撑区及智能城市建设对高分数据的重大应用需求，构建公共应用服务系统。具体包括基础设施建设、资料管理平台建设、应用示范系统建设和网络共享平台建设四个模块建设。“应用中心”模块建设如图1所示。10.19301/j.cnki.zncs.2023.03.018.F001图1“应用中心”模块建设3.1基础设施建设基础设施建设包括计算机基础网络设施、资料管理服务器、数据深加工服务器、计算机主机设备、存储设备等。高分生态环境应用中心逻辑上可分为数据生产区、资料管理区和应用管理区。（1）数据生产区。该区域是中心数据生产业务的核心区域，划分为集群数据生产区和单机数据生产区。其中集群数据处理依托多计算机节点进行GPU/CPU混合数据处理，可针对大规模海量遥感数据进行处理；单机数据处理则主要处理少量的批次作业。（2）资料管理区。该区域是中心数据管理业务的核心区域，资料管理主要有原始数据、高级产品及信息配置管理、作业任务管理、数据出、入库管理、数据服务发布管理、用户安全管理等。（3）应用管理区。该区域是中心行业业务应用的核心区域，主要针对不同行业应用需求，定制行业专题产品及应用系统，从而为各行各业提供专业应用环境。3.2资料管理平台建设（1）资料库建设。资料库建设主要包括遥感影像数据库、行业专题数据库、综合数据库以及元数据库四个库建设。（2）资料管理系统建设。数据深加工系统定位于海量、多源遥感影像数据的快速生产处理，能够实现全过程自动化、批量化的进行影像高级产品的制作。系统支持基于集群的并行分布式处理和基于单机的轻量级数据处理[1]；影像配准是指将不同时间、不同探测器或不同条件下获取的两幅或多幅影像，通过相互间对应关系及几何变换参数的确立，进而进行影像间匹配、叠加的影像数据处理技术。正射校正是针对机载和星载等不同传感器获得的影像，提供基于卫星轨道参数信息的无控制点图像几何校正算法[2]。影像融合是指按照一定的规则，对在时间、空间、波谱上冗余的多源遥感数据信息进行变换处理，提取出比单一数据在精度、清晰度、可靠性和使用率等各方面都更优质的合成影像数据信息。它不同于简单的数据组合相加，而是更强调信息的整合优化，旨在突出重点信息，抑制无用信息，增强解译精度，克服信息模糊。影像镶嵌是指将两幅、多幅甚至大批量的正射影像自动镶嵌，无缝拼接在一起，构成一幅整体影像的影像数据技术处理过程。该过程主要包括几何位置镶嵌（对应物体几何位置严格对应，无错位）和色彩镶嵌。接缝线网络作为一种成熟的无缝影像镶嵌手段，能够有效确保镶嵌处理灵活高效，被广泛应用于大范围、大批量的无缝影像镶嵌处理；匀光匀色由于传感器特性不同，拍摄时间不同、不同季节太阳高度角不同以及地形地势不同，因此，遥感影像色调差异也不同，如影像内部的亮度和颜色、影像镶嵌分布不均等，这些都为影像准确判读、后续影像处理增加难度，造成影像后期使用在效果和美观上的不足，进而影响专业融合和行业应用效果[3]；影像重采样是指基于数字摄影测绘和遥感数据处理，根据各相邻的原图像元内插出新采样点的过程。内插的方法主要有几何精度较好的双线性插值法和双三次卷积法以及几何精度虽低但简单快捷且不破坏原始影像灰度信息的最邻近像元法。（3）资料管理分发系统。资料管理分发系统定位于解决海量遥感影像原始数据、高级影像产品、专题监测产品、基础地理信息产品等数据的集中存储、统一管理问题。数据库内容包括原始影像库、影像产品库、专题产品库、综合资料数据库、元数据库等[4]。数据管理分发系统主要应用于包括元数据、快视图、影像数据实体在内的多级影像产品，多源原始影像数据以及基础地理数据等的集成建库、分布式存储、编目组织、管理和维护。系统可以提供各类数据浏览、预处理（元数据和快视图采集）、数据查询、数据资源分发提取、库存统计、分发信息统计等数据信息服务。数据入库提供工程化入库管理方式，建立入库任务，批量进行同类数据的快速入库管理，系统支持基础地理数据、原始影像数据、影像标准产品、专题产品数据、行业监测产品以及元数据的入库管理。查询浏览系统可以进行利用关键字查询、地理空间查询、属性查询及组合查询等多种查询方式进入数据库的查询浏览，同时也支持矢量、影像数据的叠加浏览以及元数据的查询浏览。提取分发系统支持按查询结果提取、按数据分布范围提取、按目录树节点提取等多种提取方式，影像数据提取输出格式支持GeoTIFF和Image，矢量数据提取输出格式支持shp、mdb等，元数据提取输出格式支持txt、xls等[5]。数据预处理主要指对入库数据的整理，包括元数据采集、快视图采集、转换数据格式等。元数据采集主要针对不同类型影像数据元数据进行收集整理，而元数据信息是在充分利用影像数据反馈的相关文件中提取的，所提取的元数据文件要涵盖卫星影像、航空影像、各级各类成果影像及相关专题产品且符合入库要求；快视图采集则是指为了快视图能准确无误地落在相应的空间位置上，通过采用JPG、TIF、BMP格式的快视图输出方式，对快视图进行坐标配准的数据预处理方式。存储配置系统主要是对系统正常运行所需数据的存储进行存储管理及合理配置。其中，空间数据源管理支持Oracle、SQL server、PGDB、FGDB等，支持数据集和栅格目录创建功能；影像存储管理实现了海量影像数据管理，提供了文件目录共享、FTP等多种存储管理方式。目录组织是一种可以实现数据库中各类数据逻辑分类管理的数据目录配置管理逻辑组织形式，它支持目录树的增、删、改、修等基本配置功能。系统配置是指可以实时跟踪客户的系统操作日志信息，保障数据库信息万无一失。该系统主要通过对数据访问权限和系统功能操作权限进行严密控制，进而实现对数据角色和功能角色两个层面系统的安全有效管理。（4）数据共享服务系统。数据共享服务系统主要服务于数据中心基础地理信息数据产品及各类遥感影像产品等数据的共享发布。旨在通过共享发布系统建设，对数据中心各类数据资源进行统一管理，并将这些数据资源共享发布到政务内网、外网，为各行各业用户提供浏览、检索、订单管理等优质服务。数据共享服务系统支持各类数据资源（元数据）的注册、数据资源发布、数据或底图展示、数据目录管理、数据查询浏览、数据订购管理等应用。数据资源注册通过连接数据库，系统可将已入库的元数据信息注册至共享服务系统。数据资源发布对于已经注册至共享服务系统的元数据，管理员可根据相关数据管理要求，选择相应的元数据信息进行共享发布。同时，系统支持公共电子地图服务的接入，作为系统访问底图。数据浏览展示是指通过系统进行各类注册数据的浏览查询，并可叠加底图展示。数据目录管理是指系统支持根据业务需要对已注册数据信息进行多种类型的编目组织，以方便不同行业用户访问。数据订购管理是指系统数据订购通过订单的方式进行相应数据及产品的订购。用户通过在门户网站查询数据，可将感兴趣的影像数据及相关产品放入收藏夹，统一以“订单”方式申请数据。3.3应用示范系统建设（1）国土遥感应用监测系统。土地利用变化（执法）遥感监测系统应用高分影像进行土地利用变化遥感监测，通过对比两期影像数据及土地利用数据库，提取变化图斑，同步更新土地利用数据库。通过高分影像所提供的信息，可真实客观地反映土地利用情况，从而为相关部门执法监察工作提供最可靠的证据。矿山治理与遥感监测系统以高分数据为数据源，通过对矿石物质成分、固体废弃物物质成分、采场固体废弃物空间分布、地形地貌、地面破坏程度等矿山地质环境遥感监测因子的监测与分析，实现对矿山地质环境的动态监测，辅助进行矿山地质环境修复治理。（2）环保遥感应用监测系统。水环境遥感监测系统以高分遥感数据为主要数据源，结合地面水环境数据，提取水环境信息。旨在通过对高分遥感影像的分析，获得水资源的分布、有机质、化学污染等状况和水深、水温等要素信息，实现主要水体污染指标的遥感动态监测和水环境遥感数据产品的生产，从而快速、准确、全面地评价流域水体污染状况及其变化特征，为流域水体生态监测与管理提供遥感信息与技术支撑。土壤环境遥感监测系统以高分遥感数据为主要数据源，结合地面水环境数据，以提取水环境信息。通过综合考虑地表径流及水漏斗分布情况进行土壤污染监测及水土保持分析，包括纵向的水体污染或水分分布对土壤不同深度的影响程度、横向的水体污染或水分分布对沿河道周边水平向的不同距离影响程度。生态环境遥感监测系统以高分遥感数据为主要数据源，通过分析地面生态监测、社会经济、环境污染等数据，实现森林、草原、农业、湿地、荒漠等生态系统宏观结构信息提取；为生态系统自然条件、生态系统生产力、生态系统人类胁迫提供监测；进行生态系统结构变化、生态系统压力状态响应变化评价、生态环境质量和变化分级评价、生态环境质量监测评价等，最终为生态环境保护提供准确信息和决策支持。防灾减灾遥感监测系统，由于遥感信息具有多分辨率、多波段、多时相的特性，防灾减灾遥感监测系统充分利用这个特性对遥感信息和区域地质、构造地质、物探化探信息进行专业融合，再通过进一步专业解译，识别出影响灾害评价的影响因子。对这些因子分门别类，细划出不同等级的次因子，按照各种因子对区域稳定性的贡献确定相应的系数，综合全部系数贡献值，对不同等级的稳定区域进行评价。3.4网络共享平台建设网络共享平台建设主要指拟建的高分辨率对地观测系统张家口市生态环境应用中心的门户网站建设，主要功能是为数据共享服务系统提供对外窗口，实现各专业应用产品的对外共享，加强与各行业部门的互联互通，并接受各行业部门用户的在线服务申请。4结语“应用中心”建成后，将具备遥感影像数据快速存储能力、遥感影像产品快速处理能力、遥感影像数据管理分发能力、遥感影像产品共享服务能力、专题数据产品定制服务能力、行业业务应用定制服务能力，将为现代城市的可持续发展提供最优解决方案，将促进城市绿色、协调、健康发展。