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基于时空大数据的城市群建设与管理空间信息服务——“城市群经济区域建设与管理空间信息重点服务及应用示范”项目成果
2020-09-11
城市群经济区是一类复杂区域发展模式。目前我国整体上还缺乏“跨城市、全链条、自适应、多目标”的支撑城市群经济区规划、建设与管理的空间信息应用模式、技术体系和有效的空间信息综合服务系统，无法满足城市群经济区“科学规划空间布局，实现紧凑集约、高效绿色发展”对空间信息服务的需求。
在国家重点研发计划项目支持下，武汉大学吴华意教授牵头开展了“城市群经济区域建设与管理空间信息重点服务及应用示范”（项目编号：2017YFB0503800）项目研究。项目拟突破现代对地观测与导航技术支撑城市群经济区可持续发展的空间信息动态监测评估、时空大数据融合分析与服务技术，构建城市群经济区时空大数据融合分析、城市群综合交通一体化规划建设运行监管、城市群地质环境演化、公共设施形变监测预警、灾害风险防范与智能决策、城市群空间开发规划与综合服务等空间信息的新应用模式和完整的技术体系，建立“跨城市、全链条、自适应、多目标”的城市群经济区建设与管理空间信息综合应用系统，为我国城市群经济区发展的规划、建设与管理服务。
1 研究成果
项目初步构建了面向城市群经济区建设与管理中空间信息服务的时空大数据应用技术体系，如图1所示，包括面向城市群经济区建设与管理中空间信息服务的时空大数据体系、时空大数据驱动的城市群规划建设与协同管理的新技术体系和城市群经济区建设与管理空间信息综合应用集成的新模式。
1.1 面向城市群经济区建设与管理中空间信息服务的时空大数据体系
项目构建了城市群经济区协同发展综合监测与评价指标体系，制定了监测评价指标集成规范，基于城市群经济区协同发展综合监测与评价指标体系，面向城市群建设与管理中的区域规划与实施评价、产业协同发展、交通一体化等主题应用，从主题-事件-要素三个层次来研究时空大数据多维关联描述的形式化表达、关联关系动态建模与多尺度关联分析，构建基于主题-事件-要素的时空大数据标准化数据体系。
1.2 时空大数据驱动的城市群规划建设与协同管理的新技术体系
项目提出利用航空航天对地观测网络（卫星、无人机）、地面传感网络、社交媒体网络，组成空天地网一体化的虚拟立体协同观测网络，支持异构感知资源动态集成，实现对城市群交通、地质、生态等领域的多层次立体观测；从地质环境、空间结构、综合交通、生态环境、社会经济等方面开展了城市群规划建设与管理的多维度综合评价；在立体监测技术汇聚的时空大数据的数据支持下，多维度综合评价的指标支撑下，从空间结构、交通网络、地质环境三方面开展城市群规划建设与管理辅助决策和多目标优化。
1.3 城市群经济区建设与管理空间信息综合应用集成的新模式
项目构建了面向城市群科学规划与决策的数据/模型智能服务模式，建立了数据智能服务模式，解决了海量空间数据筛选困难的问题，实现了特定区域、特定主题、特定粒度数据的快速筛选和智能提取，搭建了面向城市群综合决策的集成应用平台，包括京津冀综合应用服务系统、京津冀数据集成管理系统、城市群经济区建设与管理模型管理系统、城市群经济区建设与管理应用集成管理平台，最后，项目开展了多源空间信息集成的城市群综合应用示范。
2 亮点成果
2.1 跨城市的空天地网一体化的立体虚拟协同观测网络
利用空/天对地观测网络、地面传感网络、社会感知网络，组成空天地网一体化的立体虚拟协同观测网络（图2），实时获取跨城市、多源动态的时空大数据，实现对城市群地质环境、自然环境、生态环境、人类活动等要素的全面、多粒度、多角度监测，解决过去局部、单片面的观测，有力支撑后续多维度综合评价、多目标决策优化。该项目在国际上率先系统性地总结和归纳了当前和未来地理空间传感网的原理、方法、技术框架和应用。
2.2 时空大数据支撑长株潭城市群交通监管
在长株潭城市群区域，融合遥感影像、两客一危（从事旅游的包车、三类以上班线客车和运输危险化学品、烟花爆竹、民用爆炸物品的道路专用车辆）、断面监测等高时效性、高分辨率的多源时空大数据，该项目建立了道路特征提取-时序对比分析-一张图集成展示等技术体系，实现了路网、附属设施的精准核查，清理了历史数据中的存疑问题，对量大、面广、路况复杂的城市群道路交通监管效果尤为显著，为下一步规划建设和精准扶贫提供了科学的决策依据。
2.3 时空大数据支持的京津冀城市群建设与管理应用集成平台
为满足业务部门用户开展城市群经济区业务生产需要，搭建了面向城市群综合决策的集成应用平台，通过数据集成管理系统、模型集成管理系统、应用集成管理平台，形成一个集合模型、框架、功能、数据、应用等层面的综合集成应用平台，提供一个更综合、全面的平台来统一管理各应用系统，彻底改变了过去空间信息支撑城市群规划决策的模式。
参照京津冀协同发展综合监测与评价指标体系，完成了2017年度人口、经济、医疗、教育、就业、交通等多张专题图制作。实现了对京津冀协同发展规划高分遥感影像图集的有力补充（图3），已上报京津冀协同发展领导小组，为京津冀发展规划决策提供了重要的信息支撑。
2.4 京津冀平原地面沉降监测
InSAR监测成果持续支撑《京津冀平原地面沉降综合防治总体规划》的编制，并明确将以InSAR年度监测成果作为京津冀各地区地面沉降防治状况的考核依据。同时，InSAR地面沉降监测作为京津冀地区地质环境综合监测的因素之一，指导地区地质环境监测与管理重点区的区划，支撑京津冀地区地质环境综合监测方案，促进了地质环境综合监测水平提升。京津冀地区地址环境检测分区图见图4。
2.5 面向雄安新区的城市群层面空间开发规划遥感动态监测
通过对雄安新区黑臭水体监测、交通水利基础设施建设监测、新增建设用地监测等多专题遥感动态监测（图5和图6），实现了雄安新区建设情况以及变化趋势的及时掌控，为相关部门开展雄安新区城市设计、文化脉络梳理、建筑设计管理等工作提供了技术支撑，为雄安新区建设发展精准决策提供了有力依据。
