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建設背景

目前我國生態(tài)保護和開發(fā)之間的矛盾依然突出,96%的重點生態(tài)功能區(qū)存在礦產資源開發(fā)行為,77%的國家級自然保護區(qū)核心區(qū)存在人類活動。國家高度重視生態(tài)環(huán)境保護,2017年初,中共中央辦公廳、國務院辦公廳印發(fā)了《關于劃定并嚴守生態(tài)保護紅線的若干意見》

為了解決各地生態(tài)監(jiān)管人員少、監(jiān)管區(qū)域大的矛盾,南京云創(chuàng)大數據科技股份有限公司自主研發(fā)了生態(tài)保護紅線監(jiān)管系統。該系統采用亞米級的衛(wèi)星遙感影像數據,基于地理信息系統的生態(tài)保護紅線圖,在新建項目審批時,對項目所在位置的經緯度坐標與紅線圖范圍坐標進行對比,進行判定新建項目是否觸碰紅線;并利用卷積神經網絡,對采集到的前后兩個季度的生態(tài)圖像進行識別比對,找出兩個季度圖像中的不同斑點,再利用移動執(zhí)法終端的GPS和GIS技術進行現場核查,找出生態(tài)紅線區(qū)域內的人為變化。

方案簡介

生態(tài)保護紅線監(jiān)管平臺通過統--的地圖數據接入、處理以及相關專題數據的存儲和展示,為監(jiān)管部門提供各類監(jiān)管業(yè)務,本方案的實現主要是將已劃定的生態(tài)保護紅線進行信息化的應用。以提供對生態(tài)紅線保護的準確度和效率,其設計思路如下:

  • 以地理信息系統為基礎實現生態(tài)保護紅線的展示;
  • 基于地理信息系統的生態(tài)保護紅線圖,在新建項目審批時,對項目所在位置的經緯度坐標與紅線圖范圍坐標進行對比,進行判定新建項目是否觸碰紅線;
  • 通過智能識別技術對生態(tài)紅線衛(wèi)星圖像進行識別比對,找出圖像中的不同的斑點,配合移動執(zhí)法終端,進行現場核查,實現對生態(tài)紅線越線行為的自動識別,提高監(jiān)管部門對破壞生態(tài)紅線行為的查處和整治能力。

平臺采用三層設計架構,分別是數據采集層、數據中心層和業(yè)務應用層,其架構設計如下圖所示:

數據采集與傳輸

高分二號衛(wèi)星

高分二號衛(wèi)星是我國自主研制的首顆空間分辨優(yōu)于1米的民用光學遙感衛(wèi)星,搭載有兩臺高分辨率1米全色、4米多光譜相機,具有亞米級空間分辨率、高定位精度和快速姿態(tài)機動能力等特點,有效地提升了衛(wèi)星綜合觀測效能,達到了國際先進水平。這是我國目前分辨率最高的民用陸地觀測衛(wèi)星,星下點空間分辨率可達0.8米,標志著我國遙感衛(wèi)星進入了亞米級“高分時代”

衛(wèi)星影像數據處理

通過衛(wèi)星地面站獲取合適的覆蓋淮安市范圍的最新衛(wèi)星地圖影像數據,利用遙感圖像專業(yè)處理軟件對數據進行輻射校正、增強、融合、鑲嵌等處理,獲得高時空分辨率的生態(tài)影像數據。

數據存儲與計算

存儲系統
海量的影像數據集需要大容量的存儲。cStor云存儲系統是公司自主研發(fā)的、具有自主知識產權的高科技產品,整套系統包括軟件與硬件,是一個海量的云存儲平臺。
深度學習一體機
DeepRack深度學習一體機是南京云創(chuàng)大數據科技股份有限公司自主研發(fā)的深度學習軟硬件平臺,以GPU+CPU混合架構,實現對圖像數據的高性能并行處理,整機預裝TensorFlow. Caffe等主流深度學習軟件,配合MNIST. CIFAR- -10、ImageNet等 圖像數據集,完成數據的訓練,通過卷積神經網絡完成對兩次衛(wèi)星圖像的識別比對,從而發(fā)現地圖中的圖斑變化。

數據應用與展示

生態(tài)保護紅線GIS子系統

基于GIS系統的紅線劃定,在地圖上直觀地顯示生態(tài)保護紅線區(qū)域的位置、范圍及分布情況,實現生態(tài)保護紅線的展示和查詢。

生態(tài)保護紅線輔助審批子系統

生態(tài)保護紅線輔助審批子系統植入行政審批系統后,可以在項目審批時,通過輸入項目規(guī)劃位置的坐標,即能知曉是否觸碰生態(tài)紅線。

生態(tài)保護紅線圖像自動識別子系統

生態(tài)保護紅線圖像自動識別子系統每個季度更新一次衛(wèi)星地圖,通過深度學習技術(卷積神經網絡)將更新后的地圖與之前的衛(wèi)星地圖進行自動比對,以發(fā)現兩次地圖中的圖斑變化。

卷積神經網絡(Convolutional Neural Network, CNN) 是-種前饋神經網絡,它的人工神經元可以響應-部分覆蓋范圍內的周圍單元,對于大型圖像處理有出色表現。

生態(tài)保護紅線移動執(zhí)法子系統

生態(tài)保護紅線移動執(zhí)法子系統植入移動執(zhí)法終端(手機或Pad) 后,監(jiān)察人員借助GPS定位,將方便現場執(zhí)法人員準確判斷目標物在生態(tài)紅線內外的確切位置,實現移動執(zhí)法。

用戶價值

生態(tài)保護區(qū)域展示
通過GIS地圖進行生態(tài)保護紅線的分布以及每個保護區(qū)域的展示,包括各保護區(qū)域的面積、范圍、保護要求等以及相關圖文、視頻等形式的信息等。
輔助項目審批
監(jiān)管部門可以在項目審批時,通過輸入項目規(guī)劃位置的坐標或手持移動終端在項目現場,即能知曉是否觸碰生態(tài)紅線,大大的提升了監(jiān)管部門的審批效率。
輔助執(zhí)法決策
平臺能夠通過自動比對可發(fā)現生態(tài)保護紅線范圍內的建筑變化,然后自動預警,從而發(fā)現可能存在的違章建設,避免耗費大量的人力物力進行現場巡邏檢查工作,更加及時和高效率的完成生態(tài)保護工作。