鲲鹏展翅九万里——珠海打造绿水青山的卫星技术应用

欧比特

2017 年10 月，“必须树立和践行绿水青山就是金山银山的理念”写入党的十九大报告，其后，“增强绿水青山就是金山银山的意识”写入《中国共产党章程》，至此，习近平总书记于2005 年8 月提出的“绿水青山就是金山银山”的理念正式成为我们党的重要执政理念之一。这一执政理念在中 国大地刮起“环保风暴”，迅速成为悬在各级城市管理者头上的“达摩克利斯之剑”。

服务于“绿水青山就是金山银山”理念，欧比特公司基于自主发射并运营的“珠海一号”卫星星座及高精度、高频次高光谱卫星遥感监测技术，提出“绿水青山一张图”服务平台解决方案。该方案利用卫星遥感、航空摄影、水下测量、人工智能、移动互联网络、遥感云服务、“互联网+”、大数据智能化处理等先进技术手段，融合国土资源“一张图”“多规合一”“数字水利”和污染源普查等基础成果，建设集卫星实时数据采集、行业需求、卫星大数据、大数据系统处理、实时共享、管控决策支持系统于一体的“绿水青山一张图”管理平台。

平台建成后，通过整合多源遥感数据和地理空间数据，提供时空大数据分析、信息挖掘，实现自然资源、生态环境、应急管理、精准农业等相关行业的数据采集、数据处理、数据查询分析、数据分发等功能，为政府部门（各厅局办）提供一体化的智能地理时空大数据管理平台，提供绿水青山一张图人工智能管控决策支持系统，提高政府管理的质量和效率，有效支撑政府精准决策、城市精细管理，进而满足人民日益增长的美好生活需要。

国土管理一张图

面对日益凸显的土地资源短缺问题，如何实现土地资源合理利用显得尤为重要。在国土资源管理领域，遥感影像技术的引入消除了以往国土资源管理领域的费时费力、误差大的弊端。为保证地尽其用和国土资源管理工作顺利开展，必须应用卫星遥感技术进行宏观调控，全面推广与完善土地测绘技术。

国土管理一张图解决地籍调查、界址权利、不动产登记、违法用地、土地税收等方面问题，对国土资料调查、更新及动态监测，以实现对地籍信息的动态管理。

土地利用/土地覆盖是区域规划和管理所要掌握的重要内容，同时也是开展其他遥感研究的基础信息。卫星遥感技术的发展为土地覆盖及变化监测提供了优越手段。国内外研究表明，周期性覆盖、准同步成像的卫星遥感技术是土地利用调查的有效手段，尤其是高分辨率和高光谱卫星数据不断涌现，可以在土地利用变化的调查和动态监测中发挥重要作用。

在打造国土管理一张图后，珠海市高新区利用不同时相的高分辨卫星与高光谱卫星数据，实现不同时期土地利用识别与分类，快速准确、大范围地获取土地资源状况，从而开展动态监测调查。遥感技术的应用节省了大量的人力物力，为快速准确地完成各项土地利用调查工作提供了强有力的技术支撑，为珠海市高新区有关部门的土地利用规划、管理与决策提供了科学依据。

城市管理一张图

随着我国城镇化进程不断加快，城市新建、改建和迁建工程项目数量快速增加。在各方经济利益驱使下，土地违反规划利用的问题日益突出，诸如侵占绿地，毁坏文物，突破城市规划控制线等违法、违规行为时有发生，严重影响城市的健康发展，急需及时有效的监测和监督。因此，动态实时监测跟踪城市重大项目建设进度情况，能够及时发现违法建筑，并对其实行拆违监控，对城市发展具有重要意义。

在现代化的城市管理中，实现市政设施建设的智慧化管理，需要多方努力，直接关系到社会公共利益，关系到人民群众的生活质量，关系到城市经济和社会的可持续发展。目前，在珠海市公用事业领域基础设施数量巨大、类型繁杂、隶属多部门，众多城市公用基础保障供给行业在建设、管理和运营方面，各自有一套相对独立又完善的管理体系，面临着资料分散、数据不完整所带来的协调管理难、运行效率低等问题。

珠海市的“城市管理一张图”，利用计算机辅助技术、地理信息技术、遥感技术建立城市基础地理信息管理平台,为市政设施的统一管理与维护提供图形展示、数据管理和辅助分析等功能，为市政设施建设、维护管理以及应急抢险提供了科学、便捷的信息化管理平台。

在城市规划设计管控方面，“城市管理一张图”以城市“一块地”为载体，以“项目化”的管理模式，将城市“一块地”上相关的业务办理归入一个“项目”，促进重大工程项目“全生命周期”的精细化管理，具有图文的全新场景特点，实现项目表单、进度、附件、图文参考信息自成一体的效果。

环境监测一张图

保护与治理生态环境是“绿水青山就是金山银山”的重中之重，良好生态环境是人和社会持续发展的根本基础。由于传统的生态环境监测与综合评价依然是以人工调查方法为主，耗资大、周期长，不能及时、准确反映环境变化信息，而遥感技术能够解决这些难题，因此在未来的生态环境发展中，将会成为中坚力量。

珠海“环境监测一张图”正是采用高分辨卫星与高光谱卫星实时遥感监测生态环境变化，包括空气质量、水质、污染源监控等，实现统一的信息可视化查询、统计、分析和展现，进而为环保部门提供生态数据服务。

随着遥感技术的不断发展和对水质参数光谱特征及算法研究的深入，遥感监测水质逐渐从定性发展到定量，并且通过遥感可监测的水质参数种类逐渐增加，包括叶绿素a 浓度、悬浮物浓度、黄色物质浓度等，反演精度也不断提高。

高光谱卫星可以快速掌握海洋、河流、湖泊的水质情况，获取水体富营养化、浑浊度等参数，从而判断水质等级。卫星观测得到的河流、湖泊水质等级数据，可以直接接入全国各地的河长制、湖长制管理系统，帮助实现低成本、高效快捷的水环境监测体系。同时，基于土地利用、水质监测等内容，还可以实现对饮用水源地用地以及水质状况的动态监测。根据水资源分布图以及饮用水水源地保护区范围矢量，对保护区范围提取土地利用类型和潜在污染源。

结合遥感监测、GIS 等原理与技术，设计并实现珠海市饮用水水源地遥感监测，实现水源地属性、矢量、影像、高程数据一体化管理，提供联动查询、异常区域标绘、DEM 导出等辅助监测分析，以及水源地遥感影像库构建与更新和专题制图等功能，满足对饮用水水源地信息一体化管理与辅助监测分析的需求，有助于建立更为完善的饮用水水源地监测网络，提高水源地监测效率，为水源地保护区的设立和划分提供科学依据。

在真彩色遥感图像上，正常水体呈现较纯的黑或绿色，黑臭水体一般呈现灰绿色。在可见及近红外谱段范围内，黑臭水体与其他正常水体在光谱特征及色度上存在明显差异，通过构建对应地区、对应类型的黑臭水体遥感识别算法，即可获取黑臭水体的分布乃至程度。卫星遥感手段可以克服传统地面监测手段的某些局限性，实现动态、快速、大范围的监测。遥感技术不仅可以筛查遗漏的黑臭水体，还可以进一步参与黑臭水体整治效果评估以及整治后评估，是黑臭水体监管的重要技术支撑，具有重要作用和研究价值。

海洋环境监测一张图

传统的海洋调查中，特别是在数据采集和信息处理方面有很大局限性。例如，难以进行多变量控制和复杂的海洋、沿海环境的观察以便及时处理。传统的海洋观测手段不能全面、深刻地了解海洋现象和变化，因此需要有一个新的海洋观测方法或补充传统的常规调查海洋资源的开发方法，监测全球环境变化，管理沿海和海洋资源综合开发。海洋遥感以大范围的实时同步，全天时、全天候利用多波段成像的优势，可以快速检测时间和空间变化的海洋表面的物理参数。

叶绿素a、悬浮物是主要的水体光学组分，其浓度的改变可引起水体光学性质和海水透明度的变化，进而引起卫星遥感器接收的水体光学信号的变化。因此，利用“珠海一号”高光谱卫星数据以及高分系列卫星数据等，通过辐射定标、大气校正等数据处理，利用统计回归模型或半分析反演模型，卫星数据与地面同步监测数据，可实现叶绿素a 浓度、悬浮物浓度、透明度、总氮和总磷的定量遥感监测。

在“绿水青山一张图”项目中，对海洋的监测周期可以为一个季度、一个月甚至一周，并且提供监测结果分析报告。

利用遥感影像数据确定海岸线位置是海洋遥感监测的一个重要组成部分，目前基于海陆特征的海岸线自动提取手段已经比较常见。常用方法如利用阈值分割和边界追踪技术可以从SAR 数据上提取海岸线，利用密度分割法提取水陆边界线，利用Sobel 算子滤波方法对不同时相的SAR-TM 融合图像进行边缘检测，使水陆边界更加清晰。另外，利用小波变换技术进行海岸线提取的方法，在缺乏潮位和地形资料的情况下，能够取得较好效果。

海上溢油是在石油勘探、开发及运输过程中，由于意外事故或操作失误，造成原油或油品外泄，流向海面，同时由于油质成分的不同，形成薄厚不等的油膜。海面油膜在可见光影像上的表现不尽相同，呈现为亮或暗的影像特征。同时，油膜平滑海表面的微尺度波，使得遥感图像中油膜与海水的纹理存在差异，蓝色波段和绿色波段的油水反差最为明显，都表现为油膜的辐亮度值低于海水的辐亮度值，图像中油膜呈现暗色，但是，绿色波段较蓝色波段而言，油水在曲线上表现的分离度更好；反射红外波段与前3 个波段不同，溢油区域的辐亮度值高于海水辐亮度值，图像中油膜呈现亮色。上述光谱和纹理特征是溢油遥感监测常用的物理和统计特征，原油等重质油与普通水体的光谱特征差异明显。

此外，利用雷达数据也可以对海上溢油进行监测。油膜会对海上波浪产生影响，相对无油膜的海面，海上波浪的差异能够表现在雷达卫星数据上，从而确定海上溢油的影响范围。

“绿水青山一张图”以卫星遥感数据为基础，融合航空摄影、地面物联网以及社会人文等多源大数据，对自然资源、生态环境、城市管理、农业农村、应急管理等领域实施高频次高精度大视野的监测，并提供精细化的专题信息服务，首次实现了定量遥感与城市综合监测服务的全面覆盖以及实质性应用，可快速搭建满足省、市、县各级政府业务需求的定制化系统，将极大地丰富“数字政府”和“智慧城市”的服务内涵，有效支撑“数字政府”和“智慧城市”更加高效运行，是其不可或缺的重要组成部分。