2019年構建全國地表形變一張圖助力城鄉災害風險管控.pdf

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1、構建全國地表形變一張圖，助力城鄉災害風險管控-遙感落地服務之路二零一九年十月十五日“三峽潰壩”辟謠：基礎設施健康監測東方至遠運用雷達衛星遙感技術對“三峽大壩已變形，潰堤在即”的言論進行了澄清，形成了“三峽潰壩？你信誰？”的科普抗謠文章，獲得了社會的廣泛關注（10萬以上閱讀量）。InSAR重大設施監測及應急辟謠城市風險：深圳&杭州同一天2019年8月28日上午10時許，杭州鬧市區的建國北路樹園小區門口路段突發地面塌陷，導致地下管道中燃氣泄漏，附近樹園小區31幢樓體沉降傾斜，出現多條裂縫。樹園小區31幢形變歷史曲線示意圖AB2019年8月28日11時20分許，深圳市羅湖區南湖街道漁邨社區和平新居單

2、身公寓樓發生沉降傾斜，事發前社區工作站已發現地下異響并撤離疏散居民。杭州深圳遙感技術(RS)導航定位技術(GNSS)地理信息技術(GIS)對地觀測是以地球為觀測對象，依托衛星、飛船、航天飛機、飛機以及近空間飛行器等空間平臺，利用可見光、紅外、高光譜和微波等多種探測手段，獲取信息并進行分析處理、形成產品的過程。根據承載平臺所處空域的不同可分為天基、空基和臨近空間三大類。具有獲取信息范圍大、速度快、周期短、信息量大等特點。太陽熱輻射光學圖像輻射與反射 無源系統，需要外部照明 保證無云工作條件 高精度地表實拍圖像雷達圖像不受氣象條件影響主動發射微波接收反射微波 有源系統，不需要外部照明 全氣候，穿透

3、云，雨，干沙和部分植被 可進行高精度形變測量成像機理圖像模式成像特點衛星遙感分類困惑明明信息量最大，影響力最廣，但產業化遠遠落后于另外的2個S，目前國內資本市場僅一家純粹遙感基因的上市公司（航天宏圖）。時間分辨率（及時性）、空間分辨率（精準度）技術層面解決之道SAR/InSAR能率先突破，雷達+光學？精準發射衛星？最后一公里落地的老大難問題，雷聲大、雨點小應用層面解決之道行業深度融合+主動學習+AI？無標準，難以大規模復制和推廣商業化層面解決之道平臺化？思考一：遙感現階段是事業不是產業對地觀測衛星在未來的發射將以10倍速增長，對地觀測衛星應用市場將涌現巨大的商業機會，對衛星數據需求將從數量向質

4、量發展，高分辨率光學和SAR數據機會明顯增加對地觀測衛星市場發展快速，但高分辨率的SAR衛星近期仍屬于稀缺資源技術背景：快速發展的對地觀測衛星在新一代信息技術的推動下，對地觀測衛星數據與物聯網數據、社會化數據融合技術背景：對地觀測衛星數據融合的發展趨勢星載SAR數據獲取原理示意圖星載SAR成像結果地基SAR數據獲取原理示意圖SAR成像結果成像結果地距向地距向 m方位向方位向 m-300-200-1000100200300550600650700750800850900地基SAR成像結果把雷達放在運動平臺上，獲得目標距離-方位二維高分辨微波圖像星載SAR、機載SAR、地基SAR星載SAR和地基S

5、AR適用于形變測量和變化檢測基本原理SAR系統分類特點SAR：合成孔徑雷達，Synthetic Aperture Radar技術起源：SAR技術T1.T2.TnRnRnR1PSno dataR2R12兩次觀測期間的移動變形量來測量地面形變雷達重復觀測期間目標發生移動 單次觀測，通過分析地面目標的反射信號，準確地測量衛星和地面目標之間的距離 衛星通過同一片區域，重復進行觀測.InSAR：Interferometry Synthetic Aperture Radar合成孔徑雷達干涉測量技術InSAR技術簡介全天時全天候監測 不受光照和天氣變化的影響寬覆蓋測量 每景數據的覆蓋范圍可達數百至上千平方公

6、里高時間采樣頻率 時間采樣率最高可達平均4天/次InSAR技術特點高精度測量形變測量精度可達mm量級主動式監測無需在觀測區域設置接收站歷史存檔數據豐富可獲得長時間序列數據，研究形變歷史 2016年11月29日國務院發布“十三五”國家戰略性新興產業發展規劃;2017年1月25日國家發改委發布戰略性新興產業重點產品和服務指導目錄 涉及戰略性新興產業5大領域8個產業（相關服務業單獨列出）、40個重點方向下的174個子方向。作為國家發展戰略，衛星遙感應用與新一代信息技術的融合將大有作為2高端裝備制造產業1 新一代信息技術產業1.2信息技術服務1.5人工智能2.3衛星及應用產業1.2.1新興軟件及服務1

7、.2.2“互聯網+”應用服務1.2.3大數據服務1.5.1人工智能平臺1.5.2人工智能軟件1.5.4人工智能系統2.3.4衛星遙感應用系統2.3.5衛星技術綜合應用系統政策背景：遙感衛星產業成為戰略性新興產業2018年10月10日，習近平主持召開中央財經委員會第三次會議部署“九項重點工程”：1、災害風險調查和重點隱患排查工程，掌握風險隱患底數2、重點生態功能區生態修復工程，恢復森林、草原、河流、實地、荒漠、海洋生態系統功能3、海岸帶保護修復工程，建設生態海堤、提升抵御臺風、風暴潮等海洋災害能力4、地震易發區房屋設施加固工程，提高抗震防災能力5、防汛抗旱水利提升工程，完善防洪抗旱工程體系6、地

8、質災害綜合治理和避險移民搬遷工程，落實好“十三五”地質災害避險搬遷任務7、應急救援中心工程，建設若干區域性應急救援中心8、自然災害監測預警信息化工程，提高多災種和災害鏈綜合監測、風險早期識別和預報預警能力9、自然災害防治技術裝備現代化工程，加大關鍵技術攻關力度，提高我國救援隊伍專業化技術裝備水平2019年自然災害防治能力建設是國家投資重點；九大工程前期啟動；地質災害防治三年科技提升計劃的首年政策背景：中央高度重視自然災害防治工作1936561978年2015年中國過去近40年城市建設高速發展，未來發展的最大機會將轉向城市治理中國城鄉發展與治理的突出矛盾和重點問題是公共安全中國城市數量快速增加2

9、015年12月20日11時40分作為中國城市發展標桿的深圳，光明新區鳳凰恒泰裕工業園發生山體滑坡，造成73人死亡、4人下落不明、17人受傷市場背景：城市治理、公共安全問題亟待解決2011-2020年全國地面沉降防治規劃：中國發生地面沉降災害的城市超過50個，全國累計地面沉降量超過200毫米的地區達到7.9萬平方公里。地鐵施工、深大基坑等城市高強度建設成為引發城市地面沉降的重要原因，線狀工程的地鐵將城市重大風險源聯結成網，“城市地鐵越長，城市風險越高”。市場背景：以地鐵為代表的地下空間活動為主要安全隱患ABC 地鐵運營保障城市沉降監測高鐵線路監測高速公路滑坡建筑健康診斷儲油罐監測橋梁穩定性監測水

10、利大壩監測城市固廢場地提取洪澇預警海洋溢油監測海洋環境應急農業干旱調查臺風災損評估星載SAR（雷達）技術屬于前沿研究、技術小眾，但市場廣，正處于風口市場背景：SAR/InSAR 基礎應用場景廣泛三維市場滿足1:10000高精度測繪要求三維成像技術實現多云多雨三維城市快速建模，為城市測量與數字化應用提供基礎支撐水文地貌隨著地貌結構，水文過程，觀測生物發布的空間基礎數據的變化國土利用一帶一路對主要農產品、水體、居民點、交通設施、土地利用情況等進行識別與制圖海洋環境對海洋污染進行動態監測，為海洋水產養殖、海洋貨運等提供相關海洋環境信息服務船舶識別將SAR與AIS相結合，能對大型船只進行識別和動態跟蹤

11、80億200億400億90億110億100億90億1200億110億200億監測應急SAR安全風險InSAR城市安全對地鐵、地下采水、大型建筑的地面沉降和建筑變形，進行動態監測和風險評估災害數據庫提供影響數據作為決策和救援依據地質災害對滑坡、地陷、地裂等地質災害動態監測，快速獲取災害地區影像數據，為救災減災提供應急數據支持交通安全對高速公路、高鐵、橋梁、隧道、大型車站等交通設施進行沉降和形變監測安全生產對礦山作業、煤氣開采等高危專業進行生產安全動態檢測和風險評估市場前景：2500億元市場規模產業化不會自動過來，我們如何去做去落地？平臺化將遙感數據和信息搭載于服務平臺，讓更多的人能夠方便、便宜地

12、用到遙感信息的服務，解決“易用的問題”。最后一公里需要從業人員主動去學習行業的知識，掌握一定行業的語言，讓各行業的應用者能主動用到遙感的數據，從而將遙感數據的深度挖掘出來，把數據的價值放大出來，解決“想用的問題”。思考二：似乎萬事俱備了？通過構建云服務模式，實現用戶對遙感大數據資源，及設施健康診斷資源：數據及分析軟件網絡接入；按需彈性化資源應用；模塊化可計量的服務；在線訂單服務與付費，使得用戶無需再采購軟硬件和數據資源。至遠云-全球首個基于InSAR的建筑物智能診斷云服務系統地表形變在線分析REST API報告房屋風險評估主要功能擁有豐富的數據可為城市體檢、地災風險早期識別提供支撐至遠云支持面

13、向工程設施的形變風險在線辨識，可提供全國主要城市的InSAR數據成果在線瀏覽與初步形變分析，快速實現對建筑物、地鐵、道路、高鐵、電力、水利、能源等工程設施的風險篩查、分析、預防等。安全云云診斷云計算至遠云L A R K V I E W實現常規標準體檢引入超算和云計算+自主算法實現定制體檢引入AI及地質、建筑結構、水文氣象等大數據和行業專家資源實現設施云診斷城市：多年來，向深圳市政府提供不間斷綜合服務，已成為行業應用典范。根據地方特點，為北京、上海、天津、佛山、武漢、嘉興等幾十個城市以及四川、山西等多個省份提供了大量、個性化、屬地服務。行業：根據行業專屬需求，為國家電網、中石化、鐵總、中建、中交

14、建提供了特色定制服務。保險：參與相關險種標準制定，與中國平安財險、太平洋保險和PICC三大保險公司簽署合作協議，持續提供云服務。至遠云LARKVIEW2018年6月底2019年初 2019年底 未來云服務業務規劃 從建筑物墻角的裂縫看來，樓房存在一定程度的傾斜數據挖掘城市地鐵施工形變監測普查SAR利用充足數據積累，引入人工智能深度學習算法，實現了近期地表沉降預測、地質災害識別，取得一定的領先優勢。智能解譯深度學習引入AI，助力數據深度挖掘2018年10月11日，西藏自治區昌都市江達縣和四川省甘孜藏族自治州白玉縣境內發生山體滑坡，堵塞金沙江干流河道，形成堰塞湖。2018年11月3日，波羅鄉白格村

15、原山體滑坡點發生二次滑坡。金沙江滑坡應急響應地災方向 數據：ALOS衛星，日本，東方至遠代理 處理：D-InSAR技術 分析：該滑坡一直在持續發生形變1、ALOS-2衛星監測分析(災前歷史數據分析)2017年7月-11月：斜坡上部形變特征明顯，中部失相干嚴重，可能是該時段內形變量過大所致(圖a)2017年11月-2018年5月：斜坡形變特征依然明顯，形變量大(圖b)2018年5月-7月：整個斜坡出現嚴重失相干，是斜坡體持續快速形變所致(圖c)與Sentinel-1衛星監測結論一致，較好反映出該斜坡在更早期就在發生持續形變快速形變導致的失相干，D-InSAR僅能獲取形變體邊緣形變信息，引入可檢測

16、快速形變的POT技術。地災方向2017072720180723201707272017112720171127201805282018052820180723形變量形變量(m)6.3311.706.95時間時間(d)12618256速率速率(mm/d)50.2464.29124.11 分析滑坡前形變加速特征非常明顯累積形變量與光學遙感測得的形變相符合InSAR應急響應2、ALOS-2衛星監測分析(災前歷史數據分析)1米分辨率米分辨率：2018年10月14日、2018年10月22日拍攝2景3米分辨率：單景：2018年10月22日開始一直至11月27日，共7景條帶7景：2018年11月11日開始一

17、直至11月27日，共三期InSAR應急響應3、COSMO-SkyMed衛星監測分析雷達數據集低分辨率 DEM輔助數據最終用戶產品平均速率+PS點位置-50-45-40-35-30-25-20-15-10-50510152022/02/200801/06/200809/09/200818/12/200828/03/200906/07/200914/10/200922/01/2010Time(day)Displacement(mm)沉陷時間演化PSP-IFSAR 測量值測量值數據庫數據庫其它信息圖層洞悉數據的價值，放大數據的價值基于高性能計算系統（HPC）的PSP-IFSAR 處理高性能平行處理計

18、算機系統+InSAR算法開發（包括信號處理和相關的數學問題）的專家支持GIS +插件程序：分析和解譯+InSAR解譯專家和建模(地質,巖土,特殊應用.)專家的支持國內最全高分辨率雷達衛星數據積累和全國形變一張圖公司已建成雷達衛星數據覆蓋全球、累積超過8-10年的中國城市健康大數據庫，其中包括我國400多座城市的高精度數據庫?？烧{動覆蓋全國的中分辨率雷達數據?！叭珖乇硇巫円粡垐D”正在構建，到目前為止，已經投入近億元人民幣，自主積累了全國上百個城市的原始數據及處理結果，這些都為將來的業務打下良好的基礎。公司遙感監測歷史數據覆蓋情況存檔數據覆蓋3米存檔數據覆蓋6米存檔數據覆蓋10米COSMO-Sk

19、yMed衛星數據覆蓋關于構建全國地表形變一張圖的思考需要考慮采用的技術和工藝流程、采用的數據、時間段、更新機制等問題。還要考慮更新成果于已有成果在時間位置和時間序列的一致性問題。需要考慮產品內容和形式、產品精度指標和驗證方法、同軌和異軌成果拼接等問題。需要考慮成果展現和快速分發的方式。生產流程規范化，以及更新處理機制產品規范化成果表達和分發握手交棒合作生態遙感落地服務之路的感想：探索和開放產業鏈合作全球頂級衛星群落運營商在華獨家或一級代理中國資源衛星應用中心、e-GEOS、DigitalGlobe、航天科技、PASCO/博宇智圖、歐比特、SIIS北京建筑大學聯合孵化組建北京建大至遠科技有限公司

20、河南大學牽頭組建河南省時空大數據產業技術研究院有限公司深圳城市公共安全技術研究院共同組建城市工程InSAR技術研究中心意大利空間局e-GEOS公司合作成立數據分析應用研發中心“至遠云”推出1個月內，戰略合作協議紛紛簽署中國平安財產保險股份有限公司中交基礎設施養護集團有限公司中冶建筑設計研究總院 科研合作北京大學治理體系研究、管理政策研究、咨詢決策服務北京大學政府管理學院至遠城市風險治理實驗室北京大學至遠獎學金清華大學數據信息技術、工程規劃技術、工程應用技術神威太湖之光計劃武漢大學和國家重點實驗室成立InSAR地質災害研究中心武漢大學至遠獎學金NGO理事及會員單位中國測繪地理信息學會特別支持單位中國區域科學協會理事單位中國保險學會理事單位中國災害防御協會理事單位中國城市治理創新聯盟常務理事單位中關村新型城鎮化大數據技術服務聯盟理事單位清華大數據產業聯盟理事單位中國地理信息產業協會委員單位中國遙感應用協會專家委員廣東省國產衛星產業技術創新聯盟理事單位全力推動“共建 共享 賦能”的時空大數據生態圈形成生態圈面向全國推出城市健康診斷合伙人計劃共建共享賦能發展布局-生態圈使命：為明天 更安全愿景：地球健康大數據專家價值觀：精誠所至 無遠弗屆北京東方至遠科技股份有限公司 基于時空大數據技術的設施健康診斷平臺公司 國內雷達遙感技術應用的推動者