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建设背景

目前我国生态保护和开发之间的矛盾依然突出,96%的重点生态功能区存在矿产资源开发行为,77%的国家级自然保护区核心区存在人类活动。国家高度重视生态环境保护,2017年初,中共中央办公厅、国务院办公厅印发了《关于划定并严守生态保护红线的若干意见》

为了解决各地生态监管人员少、监管区域大的矛盾,南京PG电子大数据科技股份有限公司自主研发了生态保护红线监管系统。该系统采用亚米级的卫星遥感影像数据,基于地理信息系统的生态保护红线图,在新建项目审批时,对项目所在位置的经纬度坐标与红线图范围坐标进行对比,进行判定新建项目是否触碰红线;并利用卷积神经网络,对采集到的前后两个季度的生态图像进行识别比对,找出两个季度图像中的不同斑点,再利用移动执法终端的GPS和GIS技术进行现场核查,找出生态红线区域内的人为变化。

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方案简介

生态保护红线监管平台通过统--的地图数据接入、处理以及相关专题数据的存储和展示,为监管部门提供各类监管业务,本方案的实现主要是将已划定的生态保护红线进行信息化的应用。以提供对生态红线保护的准确度和效率,其设计思路如下:

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  • 以地理信息系统为基础实现生态保护红线的展示;
  • 基于地理信息系统的生态保护红线图,在新建项目审批时,对项目所在位置的经纬度坐标与红线图范围坐标进行对比,进行判定新建项目是否触碰红线;
  • 通过智能识别技术对生态红线卫星图像进行识别比对,找出图像中的不同的斑点,配合移动执法终端,进行现场核查,实现对生态红线越线行为的自动识别,提高监管部门对破坏生态红线行为的查处和整治能力。

平台采用三层设计架构,分别是数据采集层、数据中心层和业务应用层,其架构设计如下图所示:

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数据采集与传输

高分二号卫星

高分二号卫星是我国自主研制的首颗空间分辨优于1米的民用光学遥感卫星,搭载有两台高分辨率1米全色、4米多光谱相机,具有亚米级空间分辨率、高定位精度和快速姿态机动能力等特点,有效地提升了卫星综合观测效能,达到了国际先进水平。这是我国目前分辨率最高的民用陆地观测卫星,星下点空间分辨率可达0.8米,标志着我国遥感卫星进入了亚米级“高分时代”

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卫星影像数据处理

通过卫星地面站获取合适的覆盖淮安市范围的最新卫星地图影像数据,利用遥感图像专业处理软件对数据进行辐射校正、增强、融合、镶嵌等处理,获得高时空分辨率的生态影像数据。

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数据存储与计算

存储系统
海量的影像数据集需要大容量的存储。cStor云存储系统是公司自主研发的、具有自主知识产权的高科技产品,整套系统包括软件与硬件,是一个海量的云存储平台。
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深度学习一体机
DeepRack深度学习一体机是南京PG电子大数据科技股份有限公司自主研发的深度学习软硬件平台,以GPU+CPU混合架构,实现对图像数据的高性能并行处理,整机预装TensorFlow. Caffe等主流深度学习软件,配合MNIST. CIFAR- -10、ImageNet等 图像数据集,完成数据的训练,通过卷积神经网络完成对两次卫星图像的识别比对,从而发现地图中的图斑变化。
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数据应用与展示

生态保护红线GIS子系统

基于GIS系统的红线划定,在地图上直观地显示生态保护红线区域的位置、范围及分布情况,实现生态保护红线的展示和查询。

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生态保护红线辅助审批子系统

生态保护红线辅助审批子系统植入行政审批系统后,可以在项目审批时,通过输入项目规划位置的坐标,即能知晓是否触碰生态红线。

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生态保护红线图像自动识别子系统

生态保护红线图像自动识别子系统每个季度更新一次卫星地图,通过深度学习技术(卷积神经网络)将更新后的地图与之前的卫星地图进行自动比对,以发现两次地图中的图斑变化。

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卷积神经网络(Convolutional Neural Network, CNN) 是-种前馈神经网络,它的人工神经元可以响应-部分覆盖范围内的周围单元,对于大型图像处理有出色表现。

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生态保护红线移动执法子系统

生态保护红线移动执法子系统植入移动执法终端(手机或Pad) 后,监察人员借助GPS定位,将方便现场执法人员准确判断目标物在生态红线内外的确切位置,实现移动执法。

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用户价值

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生态保护区域展示
通过GIS地图进行生态保护红线的分布以及每个保护区域的展示,包括各保护区域的面积、范围、保护要求等以及相关图文、视频等形式的信息等。
辅助项目审批
监管部门可以在项目审批时,通过输入项目规划位置的坐标或手持移动终端在项目现场,即能知晓是否触碰生态红线,大大的提升了监管部门的审批效率。
辅助执法决策
平台能够通过自动比对可发现生态保护红线范围内的建筑变化,然后自动预警,从而发现可能存在的违章建设,避免耗费大量的人力物力进行现场巡逻检查工作,更加及时和高效率的完成生态保护工作。