“天眼”監測下的國家級自然保護區資源環境變化

張亦卓 趙志芳 牛磊

摘 要：自然保護區的建設是衡量一個國家的自然保護事業、教科文事業發展水平的重要標志之一，國家級自然保護區更是重中之中。人們通常把攜帶有各種傳感器的航空、航天平臺所稱為“天眼”，本文介紹了“天眼”技術的特點，并介紹了“天眼”技術在自然保護區資源環境監測中的應用。

關鍵詞：資源環境變化;自然保護區;遙感監測;“天眼”

中圖分類號：Q958.1 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）23-0191-02

“天眼”就像人眼一樣在天空中監測著地球的變化。遙感是一種發展于20世紀60年代，通過航空、航天平臺上攜帶的各種傳感器遠距離接收地球表面被測物體的反射或輻射電磁波信息，然后經過信息加工處理，使其成為能夠識別的圖像，從中提取客觀世界的定性與定量信息，以揭示資源環境，如大氣、陸地、海洋等有關現象的輪廓、種類、性質及其變化規律的新型技術[2]。遙感技術作為一種新型的高空探測技術，由于其具有獲取信息速度快、周期短、能夠大面積同步觀測等特性，因此被人們稱為“天眼”[1]。資源環境遙感不僅對地區資源開發利用進行監測，同時研究引起環境變化的趨勢與原因[3]。遙感技術被應用在環境監測的方方面面，其監測手段具有多樣性[4]，其中遙感技術在水環境監測、大氣環境監測、工程監測、生態環境監測方面起到重要作用[5]。

自然保護區是在原始的自然狀態系統中，選擇具有代表性的地段，人為地劃定一個區域，并采取有效的保護措施，對其生態系統加以嚴格的保護。其中在國內外有典型意義、在科學上有重大國際影響或者有特殊科學研究價值的自然保護區，列為國家級自然保護區。國家級自然保護區的數量和占全國總面積的百分比，往往作為衡量一個國家的自然保護事業、教科文事業發展水平的重要標志之一[6]。

結合遙感技術實現資源環境監測，可以極大減少人力、物力、財力的消耗。因此如何利用“天眼”實現保護區生態資源環境變化進行監測具有極高的研究價值。

1 遙感技術的特點

1.1 大面積同步觀測

遙感平臺一般分為地面遙感平臺、航空遙感平臺、航天遙感平臺，后兩種平臺由于探測高度的優勢，能夠從空中乃至宇宙空間對大范圍地區進行同步觀測，并從中獲取所需要的信息。遙感技術解決了如何大面積獲取地表數據的問題，這種大面積同步觀測的能力，對研究地球資源和環境變化極為重要。

1.2 時效性、周期性

衛星遙感平臺長期運行在太空中，可以實時對地表實現監測，快速獲取地面數據。同時，相比傳統手段遙感技術周期短，因此可以在很短的時間內對同一地物進行重復觀測，通過對比不同時期的遙感數據可以對地面實現動態監測。

1.3 數據綜合性、探測手段多樣性

遙感技術可以同時獲得地表水文、植被、地貌、農業、礦產資源等多種信息，從宏觀角度揭示了地表景觀的分布，從微觀角度可以探索不同要素之間的關聯，相比其他手段更具綜合性。

遙感技術通過不同傳感器器與遙感平臺之間的組合，產生了多種探測手段和技術方法，提高了數據類型的多樣性。利用遙感技術的這種特性，可以形成不同數據之間的優勢互補。

1.4 經濟社會效益

性比傳統手段遙感技術所受的約束條件較小。由于遙感具有遠距離探測的特性，因此不受地面條件的限制，在自然條件較差的地區也能發揮作用，其相比與傳統手段能夠節約大量人力、財力、物力，從而間接產生經濟社會效益。

2 “天眼”在國家級自然保護區資源環境監測中的應用

2.1 在水資源環境監測中的具體應用

利用遙感技術可以遠距離的對國家級自然保護區涉及的整個流域進行監測，獲取區域內地表徑流信息、水質情況、水環境生態等信息，對國家級自然保護區內水域變化實現動態監測[7]。近年來無人機遙感技術快速發展，由于其成本低、靈活性高等特點，被廣泛應用于自然洪澇防汛監測中。

2.2 在森林資源環境監測中的具體應用

國家級自然保護區傳統森林生物量的研究是先選取樣地，通過測量樣地內林木的特征因子，建立相關模型，從而估計其生物量。但是，利用傳統方法需要大量實測數據，并消耗大量人力、財力、物力，很難大范圍推廣。利用衛星遙感技術大面積同步觀測的優勢，可以對國家級自然保護區森林資源實現很好的監測，目前主要采用衛星遙感對森林葉片結構波譜反演實現森林生物量監測、通過健康植被近紅外段具強烈反射紅光波段具強烈吸收特征等判病蟲害并對其防治、通過著火點在熱紅外波段具有高反射特征進行森林火災監測[8]。

2.3 在土地資源環境監測中的具體應用

土地資源是人類賴以生存的重要物質基礎，也是不可再生資源之一。由于土地資源的開發利用具有動態性等特點，所以調查國家級自然保護區內土地利用現狀、監測土地的動態變化是合理利用土地、保持良好的土地生態環境的重要環節。多時相衛星及無人機遙感技術由于具有時間分辨率高、數據獲取方便等特性，因此可以實現不同時期國家級自然保護區土地利用類型空間分布特征判識進行土地資源狀況對比，從而實現國家級自然保護區內土地資源變化進行實時、動態監測。

2.4 在地質礦產資源監測中的具體應用

隨著高分辨率遙感衛星的發展，遙感技術被利用于全國陸域礦產資源開發利用狀況、礦山地質環境、礦山環境恢復治理、重點礦集區礦產資源開發狀況、礦山地質環境等動態變化遙感監測和實時監測，為我國礦政管理、國土空間用途管制、礦山地質環境保護等提供基礎數據和技術支撐。在國家級自然保護區內可能存在著違法開采現象，主要通過高分辨率衛星遙感等可以快速、精準發現違法礦山分布及開發狀況，并對其破壞的環境進行評估，對礦山監管提供幫助。

3 未來展望

隨著遙感影像分辨率不斷提升，高分辨率遙感數據保障及高精度圖像解譯技術亦將得一明顯提升。未來資源環境監測將是由航空、航天、地面觀測等一系列系統組成，通過與地理信息技術的結合，可以實現對資源環境的數字化管理。通過神經網絡技術可以實現圖像的自動解譯，極大減少人為工作量。“天眼”技術預期在未來國家級自然保護區監測得到更為廣泛的應用，并對國家級自然保護區內資源可持續開發利用及生態環境保護提供重要的支撐。

4 結語

2017年10月18日，習近平同志在十九大報告中指出，堅持人與自然和諧共生。必須樹立和踐行綠水青山就是金山銀山的理念，堅持節約資源和保護環境的基本國策。國家級自然保護區的建設是我國生態保護政策中的重要一環，利用“天眼”不僅可以快速、準確獲得國家級自然保護區的建設現狀，通過對水資源、森林資源、土地資源、礦產資源的多方位監測，對比多時期監測結果，實現對國家級自然保護區的全方位、動態監測，并對政府部門國家級自然保護區治理提供數據支持，也是響應國家“生態文明建設”政策號召的具體落實。

參考文獻

[1] 姚維嶺，楊金中，王曉紅.“天眼”望礦山：十年磨一劍[J].國土資源科普與文化，2018（02）：24-27.

[2] 馮筠，黃新宇.遙感技術在資源環境監測中的作用及發展趨勢[J].遙感技術與應用，1999（04）：59-70.

[3] 舒麗紅.試論遙感技術在環境監測中的應用[J].江西化工，2019（04）：132-134.

[4] 馮筠，黃新宇.遙感技術在資源環境監測中的作用及發展趨勢[J].遙感技術與應用，1999（04）：59-70.

[5] 張建亮，錢者東，徐網谷，張慧，王智.國家級自然保護區生態系統格局十年變化（2000-2010年）評估[J].生態學報，2017，37（23）：8067-8076.

[6] 楊定云.資源環境監測中遙感技術的作用[J].低碳世界，2019，9（07）：26-27.

[7] 阮蘭君，楊燕瓊.遙感在森林生物量監測的應用[J].林業與環境科學，2016，32（02）：94-98.

[8] 曹銀璇，燕琴，趙爭，劉玉紅.SAR與光學遙感影像融合在土地資源監測中的應用[J].測繪通報，2007（08）：23-25.