遙感技術助力生態保護紅線監管平臺建設嚴守陸地海洋“雙紅線”

◎本刊記者 崔悅 實習生 劉暢

大規模、高強度的工業化和城鎮化開發，致使水土流失、生物生境破壞，嚴守生態保護紅線，將從源頭上扭轉生態環境惡化的趨勢。生態保護紅線劃定后，如何管得住，守得嚴是生態保護紅線發揮作用的關鍵。為此，生態環境部正在建設國家生態保護紅線監管平臺，該平臺是嚴守生態保護紅線的重要手段，是生態環境部門履行職能管理的“千里眼”“順風耳”和“預警機”。近日，《環境與生活》記者來到該平臺的建設管理單位——生態環境部衛星環境應用中心，采訪了相關專家。

國家生態保護紅線監管平臺項目是國家發展改革委于2017年10月正式批復的中央投資能力建設項目，其業務大樓的建筑總面積為10130平方米，總投資2.86億元。2018年10月31日，大樓正式開工建設，于2019年8月封頂。近日，《環境與生活》記者來到國家生態保護紅線監管平臺的管理單位——生態環境部衛星環境應用中心，采訪了該中心生態保護紅線監管中心的李靜博士和馬萬棟博士，他們分別從生態保護紅線監管平臺建設和海岸帶遙感監測兩個方面，介紹了遙感技術在生態保護紅線監管中的應用。

平臺系統包括300多個模塊

生態環境部在近日（2018年9月29日）召開的新聞發布會上表示，目前我國有15個省份已完成生態保護紅線的劃定，生態保護紅線總面積約占其國土面積的24.85%。目前，這些省份正在進行勘界定標試點工作。

李靜博士告訴《環境與生活》記者，早在2000年，高吉喜研究員就提出劃定“生態紅線”、優化國土生態安全格局的構想，經過十余年的探索和努力，目前生態保護紅線即將在全國完成劃定。但生態保護紅線劃定面積龐大，如果單靠人工來進行監測，工作量之大是難以想象的，生態保護紅線劃定區域都是一些生態非常好的區域，這樣的區域多為高山、峽谷、森林，憑借人力很難到達，利用遙感就能發揮其快速、低成本、多次重復監測的優勢，確保在任何區域都能得到遙感數據。生態保護紅線監管平臺的建設將基于多源遙感數據，在地面調查、野外觀測、行業背景等數據支撐下，定期評估生態保護紅線生態系統狀況，將實現第一時間發現紅線內的人類干擾活動，第一時間推送破壞紅線的問題清單，第一時間記錄臺賬信息，對生態保護紅線的監管具有十分重要的意義。

據李靜博士介紹，國家生態保護紅線監管平臺項目主要建設內容包括：業務應用系統、航空遙感監測系統、計算機支撐系統、地面觀測系統和業務大樓。其中，業務應用系統是開展生態保護紅線監管的核心，也是平臺發揮效益的關鍵。生態保護紅線監管平臺業務應用系統一共包括五大系統，內有300多個模塊，分別是星地協同與調度、數據處理與加工、移動核查與執法、生態保護紅線監管，以及綜合會商與服務系統。

星地協同與調度系統是整個生態保護紅線監管平臺管理和運行調度的中樞，統一管理軟硬件系統。數據處理與加工系統利用云計算等技術實現海量遙感數據的高速處理、生態產品的批量生產以及多源數據的智能挖掘分析。移動核查與執法系統主要針對業務系統里生產的遙感產品，進行野外的核查、驗證，對疑似違法的問題進行野外取證。生態保護紅線監管系統是生態保護紅線監管平臺的核心，主要圍繞紅線監管業務，開展人類活動監控、生態狀況監測、生態功能評估、生態資產核算、生態風險預警和保護成效評估，以全面掌握生態保護紅線內生態系統構成、分布與動態變化，及時評估和預警生態風險，實時監控人類干擾活動，及時發現破壞生態保護紅線的行為，提高生態保護紅線管理決策科學化水平。

生態環境部衛星環境應用中心李靜博士

衛星環境應用中心監管部門工作人員向記者介紹國家生態保護紅線監管平臺

國家生態保護紅線監管平臺服務器終端界面

綜合會商與服務系統構建生態保護紅線“一張圖”，發布各級各類生態保護紅線產品與服務，實現各類監管信息的綜合與展示，在生態環境管理部門、生態保護紅線技術部門以及社會公眾之間構建信息服務與交流的通道。李靜博士說：“一張圖系統集成了大量數據，包括紅線和各類保護地邊界數據、各區域遙感影像數據、視頻監控數據，以及生態保護紅線監管業務成果數據，以便于管理部門及時獲取關注的數據、產品及服務，并依此做出管理決策，并針對重點問題，啟動會商服務。

紅線監管平臺有三大特點

衛星環境應用中心馬萬棟博士在廣東進行水體光譜實驗

據了解，紅線監管平臺大約用了近三年時間立項，李靜回憶：“整個立項過程太復雜了，前前后后經歷了很多意想不到的問題，在此過程中，部領導和中心領導親自對工作進行指導，對紅線監管平臺項目立項起到了很大的促進作用。”一座大樓平地而起，離不開監測人的兢兢業業，紅線監管平臺也是生態保護紅線監管的重要里程碑。

李靜博士介紹，國家生態保護紅線監管平臺主要有三大特點，第一是緊緊圍繞紅線監管業務，第二是機房等能力建設，第三是產品和會商服務。她說：“整個紅線監管平臺圍繞“面積不減少、性質不改變、功能不降低”的紅線管控目標，在人類活動快速識別、生態功能監測評估，以及大數據分析等能力上精心設計和打磨，建成后將能夠全面支撐我國生態保護紅線監管業務。同時，機房等能力建設也很有看點，監管平臺建成后，具有海量數據存儲能力，除了衛星、無人機、地面等基礎數據，還包括紅線邊界、勘界定標以及大量的業務應用成果。因此，大樓一共有五層，其中兩層是機房，既考慮了現在的業務，也考慮了未來的發展，建成后，其計算機存儲能力將是生態環境部最大的，可以保障紅線監管以及其他相關生態環境遙感監測業務的開展。此外，新大樓建設中會有一層的空間來進行無人機系統建設，將大大拓展中心無人機遙感監測能力。第三個特點就是紅線業務線及會商服務，從數據收集到數據生產，再到數據解譯、應用和服務，這個完整的業務鏈條都會布置在紅線大樓內，能夠很好地保障全國紅線監管業務大規模開展、一張圖展示和綜合會商等服務。”

目前，衛星環境應用中心已單獨成立了一個20人的部門，主要從事紅線監管平臺建設、監管技術研發及業務應用等相關工作。

衛星遙感支持海岸帶環境管理

海岸帶是海洋和陸地相互作用的地帶，即由海洋向陸地的過渡地帶。氣候變化和人類活動給海岸帶環境帶來了巨大壓力，導致其生態環境不斷惡化。近年來，遙感技術已成為海岸帶生態環境監測的重要手段之一，在海岸帶規劃、管理和保護中扮演著舉足輕重的角色。

自2010年進入衛星環境應用中心工作，馬萬棟博士就從事海岸帶遙感監測，傳統的海岸帶是向陸地延伸10公里，向海洋延伸到水深10至15米的等深線這么一個范圍，為此，馬萬棟博士將海岸帶遙感監測分成了三個部分：一是陸域，二是海陸交互帶，三是近岸海域。馬萬棟博士向記者介紹，陸域的遙感監測主要做生態格局監測，即土地利用情況監測。海陸交互帶遙感監測的主要監測對象是環境風險源。在對入海河流、入海排污口、市政和養殖排水口、泄洪口等所有入海水流的監測工作中，遙感都能發揮其宏觀、瞬時、客觀的優勢。近岸海域的遙感監測工作主要包括三方面：一是環境應急監管、二是環境污染監管、三是環境破壞監管。當有緊急環境事件發生時，遙感能為應急處理提供技術支持。

2018年1月6日，巴拿馬籍油輪“桑吉”號和中國香港籍散貨船“長峰水晶”號在上海長江口以東約160海里處發生碰撞，導致“桑吉”號油輪全船失火燃燒。1月14日，燃燒多日的“桑吉”號發生爆炸并沉沒。在應對這起事故時，遙感技術發揮了不可或缺的作用，實時監測溢油位置、分布面積和擴散趨勢，為事故的應急處理提供及時、客觀、全面的數據支持。

不過，近岸海域的遙感水質反演會受到太陽光、大氣等多種因素的影響，遙感監測的水質信息精度與調查采樣的信息精度相比往往表現不佳，但遙感在時效性和宏觀反映海域整體情況上占據極大優勢。

說起遙感水質監測的精度問題，馬萬棟博士說：“一些監測專家總是不認可遙感水質監測的精度。但地面監測是布點監測，遙感監測整個‘面’的情況，我們希望通過數學模型或情景模擬等手段，反映遙感在監測地面整體趨勢上的優勢，證實遙感技術的可行性，扭轉一些人對遙感在水質監測上的傳統認識。”

“三查系統”緊扣生態監管

地面監測能提取監測點的具體信息，遙感監測能把控區域的整體趨勢，如何將點面結合，在環境監測工作中有效發揮兩者的優勢？在“天地一體化”的思想指導下，“三查系統”應運而生。

“三查系統”是一套從發現環境問題到確認異常再到核實驗證的完整流程，是服務于環境監測應急管理的系統。“三查”指的是環境監測工作的三步驟：巡查、詳查、核查。

建立三查系統是為了及早發現環境事件，讓生態破壞和環境污染事件得到盡快處理。2015年，“三查系統”開始建設，經過兩年的不斷摸索和完善，于2017年正式投入運行。

水色異常遙感三查“巡查—詳查—核查”業務流程

巡查是環境監測應急管理工作的第一步。首先利用低空間分辨率、高時間分辨率的遙感數據巡查整體情況。雖然這類數據的遙感圖像空間分辨率較低，但時效快，一天可以獲得兩次數據，能方便獲取整體的環境狀況。巡查結束后，如果篩查出水色異常、生態破壞等環境事件的情況，就進入到下一步的詳查階段。

在詳查階段，系統會調取設定區域內同一天的高分辨率的遙感數據，利用特定算法獲取更高精度的分布范圍，以此獲取環境事件的精確位置和分布范圍。

詳查確定位置和范圍后，就需要地面數據核查，看看遙感發現的環境異常情況是否存在，面積與位置是否準確。在最后的核查階段就需要用到無人機、監測船和布點采樣獲取的精確數據。

這樣一套從低空間分辨率遙感數據巡查，到高空間分辨率遙感數據詳查，再到地面數據驗證核查，最后監測結果服務于環境事件應急管理的三查系統，將遙感數據立體化，把遙感監測與地面監測結合，為應急管理提供高效、精準的技術支持。

三查系統的巡查與詳查階段在無人干預的模式中也能實現自動化。在設置指定區域后，系統能從服務器上尋找目標區域的數據進行預處理，再進行巡查，如果發現水色異常或生態破壞等情況，系統會自動依據巡查的結果去尋找高空間分辨率的遙感數據，并對異常位置開展詳查，得出的詳查結果再交給人為干預進行地面核查。

在有專家干預的模式下，如果已經發現環境異常事件，系統可以直接進入詳查，利用算法初步判斷異常類型，得到水色異常等環境事件的分布位置、面積等信息，為地面人員的詳細核查工作和環境突發事件的管理提供技術服務。

水色異常提取技術有待加強

在梳理了三查系統的流程后，馬萬棟博士發現，要想提高精度，最核心的還是水色異常提取的技術。未來還需要研發更多提取的關鍵技術，填補未知的水色異常提取的算法空白。這就需要經過許多數學、物理、計算機、模式識別等領域的專家攻堅克難，不斷提高水色異常的提取精度，真正將技術應用于生態環境管理。同時他還強調，可以將三查系統的業務運行模式作為海洋紅線監管的范式，讓三查系統繼續發揮作用。

全國生態保護紅線監管平臺組成

生態環境部生態環境監管大樓

馬萬棟博士還向記者介紹了目前海洋生態保護紅線監管指標體系構建情況。在海洋生態保護紅線監管過程中，制定監管指標體系是最基礎的工作，監管指標體系包括監測指標、評估指標等。在確定了監管內容、監管任務后，才能有序開展監管工作。目前，全國生態保護紅線監管平臺已經初具雛形，2020年底即將投入運行，屆時借助全國生態保護紅線平臺的五大系統對海洋人類活動、自然岸線、海洋水環境、典型海洋生態系統等方面進行全方位的監管，確保海洋生態保護紅線監管工作落到實處，切實保護海洋生態環境。

馬萬棟博士還介紹說后期的工作重點，應該是從海洋生態環境監測逐漸向海洋生態環境監管、海洋生態環境質量評價及海洋生態功能評估等方面上來。用什么方法、指標客觀正確評估監管工作，將會是以后工作的重點。

三查系統服務器終端界面