“北斗+高分”在自然保護區生態環境巡護執法中的應用

文|魏茂盛 姜麗麗 高磊 潘拓 王眾嬌

1.哈爾濱航天恒星數據系統科技有限公司 2.哈爾濱宇馳環境檢測有限公司

大成效，探索高效便捷的新興科技逐漸取代傳統的人工監測技術成為自然保護區生態環境巡護執法工作發展的必然趨勢。

二、自然保護區生態環境巡護執法的現狀與特點

1.數據獲取手段單一，融合應用程度較差

自然保護區具有區域遼闊、地廣人稀等特點，數據獲取手段相對單一，大多以傳統地面監測為主，站點相對數量、典型性不足、分布不均，且缺乏大范圍連續監測的能力。同時，對獲取各類業務數據互聯、融合和共享深度不夠，難以實現更好的協同聯動，不能更好地為自然保護區生態環境監管、生態狀況評估提供有效的業務支撐。

2.信息類型多樣分散，數據可追溯性不足

自然保護區管理部門目前掌握的信息從形式上以文本、紙質報告、數據文件等多元異構的形式存在，并分散存儲于各相關業務單位，沒有在時間和空間上的統一融合、分析。同時，所獲取的數據可追溯性不足，導致在可用性分析、數據間輔助驗證分析等方面還存在諸多問題，不能有效地為自然保護區監管監測、巡護執法等工作提供數據基礎。

3.巡護監管手段傳統，監測管理效率偏低

傳統的自然保護區生態監測巡護監管手段缺乏對園區內人類活動的影響范圍分析、建設規模評估、違建發現以及野生動物活動半徑、出現頻率、遷移軌跡等識別。管理人員大多按照既定線路巡護，同時受視線通暢性、道路通過條件等客觀因素的影響，不能準確、全面地對保護區內違法事件進行現場查證整改，嚴重制約園區監測管理效率。

三、基于“北斗+高分”的生態環境巡護執法體系

結合自然保護區生態環境巡護執法的現狀與特點，搭建基于“北斗+高分”的生態環境巡護執法體系（圖1—2），充分發揮高分遙感廣域、大尺度、準實時等技術特點，為生態環境巡護執法提供宏觀大面積監測手段，依托生態環境巡護執法系統平臺，整合業務系統及外部關聯數據，強化不同信息的共享和業務協同服務，開展面向自然保護區人類活動監管、生態環境綜合評估和生態環境巡護執法的數據挖掘處理。

圖2 基于“北斗+高分”的生態環境巡護執法系統組成

其中，基礎數據資源管理為自然保護區巡護執法系統提供空間地理信息數據管理和應用配置管理；人類活動斑塊監測主要利用遙感時序對比分析技術，通過固定周期的監測提早發現違法現象，同時為生態系統保護與治理提供數據和決策支撐；土地利用/土地覆被變化監測、生態紅線保護監管以自然保護區本底數據和生態紅線為基礎，對自然保護區范圍內的土地利用現狀及未來變化趨勢提供輔助決策，更好地指導自然保護區整體生態環境的保護和治理；巡護人員/車輛管理主要對巡護人員信息、巡護車輛信息、車輛所屬單位信息、車輛管理權限信息等內容進行綜合管理及配置；巡護指揮調度管理通過人員手持RDSS 和巡護車輛安裝北斗導航車載終端，對巡護車輛的狀態、巡護軌跡、巡護區域、巡護完成情況等信息進行綜合管理及展示，為巡護指揮調度提供可靠且準確的依據；巡護執法績效評價可以對巡護執法員、有關部門、有關區域的立案數量、辦理時限、未辦結案件等情況進行綜合評價；移動APP 即為巡護人員手持終端，提供巡護事件上報、巡護路徑分析和生態信息采集回傳功能。

生態環境巡護執法系統在對高分遙感影像和北斗定位信息進行融合的基礎上，對海量異構數據進行數據整合，形成自然保護區環境資源的統一管理和服務。采用人工智能深度學習算法，對農業用地、居民點、公礦用地、能源設施、旅游設施、交通設施等人類活動監測要素及生態環境監測要素（如草地、林地、水體等）進行智能提取與分析。同時，利用先進的大數據智能挖掘和分析技術，將存儲的各種異構數據進行數據融合、分析和預測，為違法事件追溯提供客觀的歷史時序數據支撐，提高監測與管理效率的同時，也為園區生態環境監督管理和智能決策提供重要的數據支撐和依據。

四、基于“北斗+高分”的生態環境巡護執法系統典型應用

1.生態環境巡護執法

使用生態環境巡護執法系統的人類活動斑塊監測、土地利用/土地覆被變化監測和生態紅線保護監管功能，開展自然保護區的宏觀大面積監測，識別有影響的自然資源開發利用活動、環境污染事故和生態破壞事件等違法行為案件圖斑。通過巡護調度指揮的路線分析功能，結合北斗導航終端位置信息、GIS 空間數據、地圖服務數據、違法行為案件圖斑，根據巡護人員、巡護區域給出最佳巡護路徑。巡護執法人員到達現場后，通過手持APP 終端回傳違法行為位置信息、現場照片或視頻監測數據，對執法案件進行遙感歷史時序數據追溯（圖3）。

圖3 生態環境巡護執法系統

2.人類活動監管

人類活動監管主要通過北斗導航信息和高分遙感數據，對自然保護區內的工程建設、資源開發、生態破壞、環境污染等人類活動進行監測，發現和定位存在生態環境破壞的人類活動，并根據所屬區域下發到各巡護執法人員進行核查、處置和反饋，最后對保護區內整體人類活動進行分析和評估（圖4）。

圖4 人類活動變化前后圖斑識別

3.生態環境綜合評估

生態環境綜合評估利用多年高分遙感數據，對生態環境過去、現在、未來進行客觀演繹，通過計算生物豐富度指數、植被覆蓋指數、水網密度指數、土地退化指數、環境質量指數，將指數賦予不同權重，進行生態環境綜合評價，指導科學保護（圖5）。

圖5 土地覆被遙感監測成果

五、總結

“北斗+高分”生態環境巡護執法體系的建立，推動了生態環境監管、執法與環境應急等數據共享應用，有效支撐自然保護區生態環境狀況評價和變化趨勢分析及綜合監督。通過監測信息共享和業務協同，提升自然保護區重大生態保護建設工程成效評估和政府協同治理和公共服務能力的同時，也實現了自然保護區生態環境巡護執法工作“帶圖作戰”，實現點對點精準到達，使巡護執法工作目標更有針對性，同時高分遙感時序歷史追溯數據為巡護執法工作提供了客觀依據。