“一帶一路”林業遙感監測業務系統與示范應用

文 ∣ 方舟 孫勇 郭偉 李寶明 航天恒星科技有限公司

一、概述

“絲綢之路經濟帶”和“21世紀海上絲綢之路”（簡稱“一帶一路”）構想，寄托著多層次的區域合作愿景，展現了中國發展區域共贏合作的新理念、新藍圖、新途徑和新模式。

“一帶一路”沿線涉及約65個國家，總面積約5200萬平方千米，總人口約44億，是世界上跨度最長的經濟大走廊。“一帶一路”涉及的國家眾多、地域廣闊、地緣政治復雜、自然環境多變，沿線國家發展水平差異大，信息互聯互通基礎設施薄弱，信息獲取、傳輸、利用能力不足，并存在較大的安全風險。

在“‘一帶一路’空間信息走廊建設與應用工程（一期）（2015-2017年）”項目框架下，面向“一帶一路”沿線國家的林業遙感應用需求，充分發揮互聯網+空間信息技術的優勢，以國產遙感衛星應用為核心，通過與“一帶一路”沿線國家開展緊密的技術和應用合作，建設“一帶一路”林業遙感監測業務系統，形成“一帶一路”林業遙感綜合觀測應用網絡，廣泛開展森林資源與碳儲量、濕地、土地退化/土地沙化現狀與動態以及林業災害（林火與林業有害生物）監測示范應用，為沿線國家提供長期、穩定的林業監測應用服務，為“一帶一路”基礎設施建設、資源開發、環境減災和安全應急提供林業生態環境信息支撐和保障。

二、需求分析

建設“一帶一路”區域林業遙感監測系統，并開展示范應用，通過與“一帶一路”沿線國家開展緊密的雙邊和多邊技術和應用合作，可以滿足“一帶一路”沿線國家的林業遙感應用需求。

1.“一帶一路”沿線國家森林資源監測亟需遙感技術支持

“一帶一路”沿線國家大多數屬于發展中國家，雖然多數國家已建立本國森林資源監測系統，但現有系統的監測能力和精度與發達國家相比還有很大的差距。

正在建設中的我國高分對地觀測系統及空間基礎建設規劃項目將進一步增強中國的森林監測能力，將相關技術成果在“一帶一路”國家推廣應用，能夠極大提升“一帶一路”區域林地及森林類型、樹高、生物量、碳儲量及森林溫室氣體吸收/排放量的監測精度，有利于“一帶一路”區域發展中國家增強利用對地觀測技術監測森林資源及生態要素的能力。

2.為我國企業境外森林資源開發利用提供準確及時的資源信息

我國是全球第二大木材消耗國和第一大木材進口國，然而我國是一個缺林少綠、生態脆弱的國家，木材進口量超過全球貿易量的1/3，對外依存度接近50%。近些年來，我國森工企業響應國家“走出去”發展戰略，境外森林資源開采、木材加工出口等國際貿易發展迅速。為了使我國企業在境外森林資源開采與恢復項目競標、木材進出口貿易談判等競爭中獲得最大利益，迫切需要及時掌握境外森林資源信息。

3.“一帶一路”區域國家亟需濕地監測保護理論和技術支撐

通過對“一帶一路”區域濕地水文過程、生物／生態過程、生物地球化學過程研究，構建濕地系統過程綜合模型，科學地觀察“一帶一路”區域國家濕地生態系統的變化、恢復和演替現象，了解和掌握當地濕地生態系統的結構和功能體系，研究影響濕地資源動態變化自然和人為因素機理過程，建立健全濕地監測指標和技術體系、濕地退化監測指標和技術體系，退化濕地的生態修復／恢復的理論和技術研究，從生態安全、糧食安全和水安全層面，建立濕地保護與社會生產協調發展模式，從而為“一帶一路”區域國家提供濕地科學理論支撐。

4.滿足“一帶一路”區域荒漠化/土地退化監測評估需要

“一帶一路”區域，特別是“絲綢之路經濟帶”上的中亞和西亞國家，大部分都是沙漠國家，掌握這些國家的沙漠氣候與環境特點，了解其荒漠化/土地退化的程度以及發生和發展過程，對“一帶一路”實施中協調基礎設施建設與生態環境保護的關系尤為重要。

另外，基于自主高分數據的荒漠化遙感監測應用系統也需要在不同的區域檢驗系統的適應能力。“一帶一路”區域沙漠國家的獨特環境客觀上提供了極好的應用推廣區域。

5.為我國政府參與氣候談判及開展環境外交提供支撐

中國政府是《聯合國氣候變化框架公約》和《京都議定書》的簽約國。在應對氣候變化方面表現出積極和負責任的大國形象，制定了一系列國家政策。2007年6月中國政府發布《中國應對氣候變化國家方案》。2009年11月，國家林業局發布《應對氣候變化林業行動計劃》，確立“堅持林業發展目標和國家應對氣候變化戰略相結合、堅持增加碳匯和控制排放相結合”原則，積極開展林業碳匯計量與監測體系建設，針對全球氣候變化提出林業的適應與減緩對策，積極參與國際氣候談判中的涉林問題，并取得了積極效果。

全面掌握境外森林資源及碳儲量分布格局，有利于制定更加科學的森林資源發展規劃，參與國際社會制定碳貿易標準和技術體系，整合符合我國國家利益的碳貿易資源，在應對氣候變化與履行國際公約中更好地維護我國利益。

三、建設內容

“一帶一路”林業遙感監測系統由一個平臺和三個專題應用子系統構成（圖1）。

圖1 “一帶一路”林業遙感監測業務系統組成

“一帶一路”林業遙感監測系統平臺基于一站式行業應用平臺、巴基斯坦遙感衛星系統及“瀾滄江-湄公河空間信息共享服務平臺”，是“一帶一路”林業遙感監測業務系統的核心與基礎，整合林業遙感監測業務相關的各類計算資源、存儲資源、數據資源、軟件資源和專家資源，形成為“一帶一路”林業遙感監測業務提供遙感數據共享服務以及支撐“一帶一路”林業遙感監測系統開發與運行服務的基礎平臺。整合高分系列衛星、資源衛星、風云衛星等國內衛星數據為主，兼顧國外SPOT、MODIS、Landsat、Radarsat等衛星數據，針對多源遙感森林分類、森林變化監測、濕地監測和土地退化/土地沙化監測等林業遙感監測業務需求，提供遙感應用產品生產和專題制圖功能，對多衛星、多級別、多類型的遙感數據和產品進行統一存儲、管理、調度、檢索和分發，并提供遙感數據產品查詢和服務。

森林資源監測業務分系統：綜合利用多源遙感平臺[衛星、航空（包括無人機）、地基等新型遙感觀測數據（激光雷達、多角度立體攝影測量、極化干涉SAR等）]的森林結構信息自動化、定量化提取技術，依托平臺構建森林資源監測業務分系統，開展大區域和國家兩個尺度的森林類型、面積現狀和動態監測應用，提供森林資源專題產品的業務化生產和服務。

森林火情監測業務分系統：依托平臺構建“一帶一路”森林火情監測業務系統，集成我國的風云四號、日本葵花八號等地球靜止軌道衛星數據，以高分系列、巴基斯坦遙感衛星一號為輔助，可以每10min更新一次監測服務數據，開展國家尺度的火點空間監測、溫度監測及位置監測，發現火情第一時間預報預警。實現火災前的火點實時監測、探測，火災中的火情預報、火災蔓延分析與輔助救援指揮，火災后的災害定損。

森林病蟲害預測監測業務分系統：利用多源、長時間序列衛星遙感數據以及地面森林資源調查數據、氣象數據、土壤信息等，集成現有的植被參量反演、空間統計與光譜分析，依托平臺構建森林病蟲害預測監測業務系統，在“一帶一路”區域開展國家和感興趣區兩個尺度的森林病蟲害預測監測示范應用，實現森林病蟲害預測、蔓延模擬、危害程度分析等服務。

四、應用示范

為滿足森林資源情況定量監測的需求，前期以“巴基斯坦遙感衛星系統”、“瀾滄江-湄公河空間信息共享服務平臺”等項目，綜合利用衛星遙感技術，結合地理信息系統、地面調查等先進技術手段，建設典型應用遙感監測軟件系統，形成從數據獲取、數據預處理、產品生產、精度驗證以及結果分析于一體的示范應用體系，先期實現森林分類、變化監測等功能，獲取相應的產品成果，包括示范區森林資源覆蓋情況以及由于火災、亂砍亂伐等大型活動造成的森林擾動情況，結果可廣泛應用到林業經營管理領域，為該區域國家林業主管部門提供輔助決策支持。通過本次示范，對相應算法進行驗證，并且建立應用流程及精度驗證流程。

選取東盟四國（印度尼西亞、泰國、緬甸、柬埔寨）和巴基斯坦的典型森林區域進行技術應用與示范，開展森林類型信息提取技術的推廣、應用與示范，獲取“一帶一路”區域的東南亞區和中亞區的典型森林資源特征，并為拓展到其他“一帶一路”區域國家森林資源監測奠定技術基礎和科學數據。通過示范應用形成口碑效應，積極向“一帶一路”區域國家推廣遙感應用服務平臺，推動衛星產品信息化發展，形成集硬件產品和軟件服務于一體的綜合應用產業鏈條（圖2）。

圖2 東盟地區典型林業遙感監測產品圖

五、結論

“一帶一路”林業遙感監測業務系統可以將空間數據和應用領域數據有機地結合在一起，它提供的數據和信息將在“一帶一路”國家的宏觀決策和科學管理、林業資源利用、生態環境規劃及建設、災害監測、全球變化、生態系統以及水文循環系統等方面得到廣泛的應用，實現“一帶一路”國家林業資源的永續合理利用，實現社會、經濟高速發展和自然、生態環境的有效保護，保證可持續發展。開展“一帶一路”林業遙感監測業務系統的建設，不僅可以節省人力物力，同時還可以為“一帶一路”國家國民經濟發展、林業生態環境建設等提供科學的決策依據，促進“一帶一路”國家科技的發展，從而產生巨大的生態效益和社會效益。