“山水林田湖草”全要素调查监测！卫星遥感大显神通

生态文明建设进入快车道，如何摸清自然资源家底、及时掌握动态变化？对卫星遥感来说，是时代赋予的新命题。

依托光学、高光谱、雷达等在轨陆地卫星协同组网观测，我国遥感调查监测能力大幅度提升。从建设用地拓展为山水林田湖草全要素，由数量转变为数量、质量、生态三位一体，卫星遥感服务于自然资源调查监测、确权登记、所有者权益、开发利用、国土空间规划、用途管制、生态修复和督察执法等自然资源主责主业，同时支撑国家重大专项工程建设。一年多来，自然资源卫星遥感应用实现了良好的开局，破题自然资源调查监测监管。

摸清资源家底，构建山水林田湖草全要素监测体系

数量监测，是支撑自然资源督察和执法工作的基本需求。以往，卫星遥感监测以建设用地监测为主，进行年度监测。随着2019年在轨卫星数量的不断增加和类型的逐渐丰富，卫星组成星座协同观测能力不断增强，影像数据能做到当日获取、处理、质检、分发，遥感数据涵盖了光学、高光谱、干涉雷达、激光测高和重力等类别，形成了多元化的数据产品体系，首次实现了2米级卫星遥感数据全国全覆盖季度监测。

卫星遥感监测频次增加、精度提升，不仅对新增建设用地变化的“早发现”提供了实时有效的支撑，而且将覆盖全国的季度化常态监测对象扩展到耕地、森林、湿地、水域、红树林、冰川等类别。2019年，山水林田湖草全要素、全天候、全天时、全尺度的卫星遥感监测体系，已经初步构建。

红树林的遥感监测是常态化监测的一项重要内容。从广西防城港市一路北上到浙江省台州市，2米国产卫星影像覆盖了我国沿海121个区县的红树林地块。

“哪里增加了，哪里因为排污排废萎缩了，或者是养殖占用了，卫星看得一清二楚。”自然资源部国土卫星遥感应用中心（以下简称卫星中心）资源调查监测部主要负责人尤淑撑介绍，红树林的全面监测能够准确掌握我国红树林的现状和变化情况，为红树林的保护、生态修复提供动态的监管评估。在红树林监测的基础上，卫星中心正在积极推进全国湿地遥感监测技术体系建设。

全国三级以上河流及其关联水库、1平方公里以上湖泊地表水的变化状况，我国也在进行持续监测。同时，全要素监测任务还将冰川也纳入其中。

“以往只能监测到面积，然而对冰川来说，面积变大不意味着储量增多。现在我们结合高分7号等立体测绘卫星，对冰川体积和储量变化进行监测，监测结果更精准了。”尤淑撑表示，冰川监测是卫星中心对多元卫星遥感数据综合应用的一个典范。

随着农业结构调整和现代农业的发展，优质耕地“非粮化”趋势加剧，威胁我国粮食安全。对此，卫星中心今年开始探索开展耕地“非粮化”遥感监测。根据农作物的作物熟制、物候特征和种植制度等信息，通过长时序的监测，建立基于玉米、小麦、水稻、大豆等不同农作物物候特征的光谱曲线模型，提取出粮食作物、非粮食作物、粮食与非粮轮作和未耕种等4个种植类型信息，对全国耕地进行“非粮化”监测分析。

为了更好地满足新时期自然资源管理对各类遥感信息产品的需求，卫星中心积极开展技术创新，研发了自然资源常态化遥感监测平台，基于工作流方式实现影像自动优选、监测底图数据增量式更新、监测任务自动流转、数据模板化统计分析、信息自动入库、标准信息产品及监测日报、月报、季报自动生成等功能，基本实现监测全流程监控和成果自动化流转；首次实现了深度学习等人工智能技术的业务化应用，实现了2米分辨率影像变化信息的每日自动提取，每月数据处理面积约450万平方公里，通过人机交互方式逐图斑核实，显著提高了监测信息提取的效率，有效保障了各项遥感监测工作。

适应时代之需，开展数量、质量、生态三位一体监测

是什么？在哪里？有多少？数量监测只需要回答这3个简单的问题。生态文明时代，要更进一步了解山水林田湖草的存在状态及变化趋势。比如植被长势如何？水质是变好还是变坏？就必须开展质量监测，同时叠加长时间序列的观测，综合地理、气候、经济、人文等因素，进行生态状况变化和生态系统功能分析等工作。这就是质量、数量、生态三位一体的调查监测。

卫星中心生态调查监测部主要负责人肖晨超介绍，自然生态遥感监测是2019年刚开始的一项新任务。围绕自然资源管理“质量、生态”管控需求，他们综合利用大幅宽多光谱卫星的高重访能力和高光谱卫星的地物光谱探测能力，通过植被覆盖度、叶面积指数和净初级生产力（NPP）等指标来监测植被覆盖空间分布及变化特征，针对不同生态功能区、典型流域或生态单元开展大范围、长时序的宏观监测，同时通过叠加年际之间的变化，可有效获取区域的植被生态状况时空演变趋势信息。

“从时间维度上看，每年七、八、九3个月，三江源地区的植被指数达到峰值；从空间分布上看，三江源地区的中、东部多年月均值变化幅度较为明显，这与植被本底状况、气候及放牧等因素有关。”据肖晨超介绍，2013年以来，三江源地区植被生长季叶面积指数呈总体增长趋势，一定程度上也反映出政策对自然生态的积极作用。

除了三江源之外，全国其他一些主要生态功能区植被生态状况遥感监测，长江经济带重点湖库水质变化遥感监测与趋势分析等工作，也是去年生态监测的重点任务。

高光谱遥感能够获取内陆水体中各种物质的光谱特征，可以反演叶绿素a、悬浮物、黄色物质等3种典型的水质参数，并进一步获取水体透明度、浑浊度、营养状态级别等水质要素参量，为卫星监测水质创造了良好的技术条件。

借助多源卫星联合应用在水质参数反演方面的突出优势，卫星中心对长江经济带范围内水域面积大于25平方公里的主要湖库开展了水质监测，包括洱海、抚仙湖、洞庭湖、鄱阳湖、千岛湖、太湖等近50个湖库的浑浊程度和富营养化程度，结果显示情况不容乐观，主要湖库整体水质有待改善。

长江流域大小湖库星罗棋布，水域丰富，水文格局复杂。为了详细了解长江经济带水资源的生态状况，肖晨超他们调取了从2000年到2019年的监测数据。“不仅是水质，在大生态背景下，只有将时间的维度拉长，合理选取生态单元和监测尺度，生态状况变化分析才能有效开展。”

不仅如此，生态遥感监测有时还需兼顾气象、社会、经济、政策等方面的因素。肖晨超举例：“卫星遥感监测显示，某个地区的植被覆盖率突然降低、植被长势有退化趋势，且部分生态空间转换为农业空间，此时需要结合气象数据分析生态系统功能甚至价值的变化，并且尽可能探寻这些变化是气候导致、人类活动因素或是政策影响。”

“今年我们启动黄河流域的生态调查监测分析，将更多采用空间分辨率更高的卫星遥感影像，对重点区域开展更加精细化的监测，如此可以将宏观与区域特点叠加分析，满足不同场景的应用需求。”

夯实主责主业根基，服务保障国土空间规划、用途管制和重大工程重大战略实施

科学绘就国土空间规划“一张图”，统筹国土空间保护、开发与利用，合理确定开发利用强度，科学划定3条红线，这些自然资源管理工作的“摩天大楼”，都需要借助卫星遥感技术来夯实基础。

“比如支撑国土空间规划，卫星遥感技术能够从3个阶段进行服务保障。在规划设计前期，卫星遥感提供基础底图数据作为规划基础；在规划实施过程中，卫星遥感可以对实施效果进行监测监管；规划实施后，卫星遥感可以对规划结果进行宏观的评估评价。”卫星中心综合调查监测部高级工程师王光辉介绍，综合调查监测就是围绕空间规划、用途管制、综合治理、重大战略和工程等需求，在数量、质量和生态监测的基础上，结合社会、经济、文化、历史及相关行业管理等数据，建立综合分析评估评价模型，开展符合性分析、适宜性评估、综合性评价等监测与分析评估。

通过自然保护区的人类活动符合性分析，掌握全国各地自然保护区人类活动干扰情况，为保护区监管提供依据；通过对风力发电和光伏发电设施适宜性评估，为全国绿色能源设施布局提供参考；通过对全国新增建设用地的综合性评价，挖掘重点城市发展态势、分析全国经济发展格局均衡状况，为国家宏观经济调控提供决策支持——这些都是去年以来综合调查监测的主要任务。

“2019年，我们把整个长江经济带的所有城市机场、运动场、沿江化工厂、沿岸码头，通过卫星遥感做了信息提取，将数据提供给部空间规划局。”王光辉说，在长江经济带数量和生态监测的基础上，通过对地表温度、植被覆盖、经济发展、生产生活要素等多方面进行综合分析，全面揭示长江经济带的自然、人文、经济的空间分布及时序演变过程和规律，为空间规划以及长江经济带高质量发展作参考。

城市热岛效应，也是城市发展的一个重要关注方向。利用热红外遥感影像数据，对武汉等30多个重点城市的热岛效应实施监测，通过长时序的动态分析，掌握城市热岛效应演变过程，分析原因，并结合植被指数、水体指数等，找出问题症结。“利用卫星遥感监测，可以找出以前规划存在的问题，提供给新一轮的国土空间规划来解决。”王光辉说。

“利用光学、热红外遥感影像开展钢铁、煤炭等去产能季度遥感监测，通过构建全国钢铁企业本底数据库，监测企业内部设施变化以及生产状况，可以为有关部门全面掌握我国钢铁企业数量及产能变化情况提供重要数据和技术支持。此外，化工围江等国家重大工程遥感监测与分析，以及贵州六盘水滑坡、青海盐湖水位上涨等应急监测，都是自然资源卫星遥感监测监管服务体系建设、保障服务国家重大专项工程监测的重要成果。”王光辉说。

受新冠肺炎疫情影响，“复工复产”成为今年上半年的一个关键词。同样利用热红外遥感影像，卫星中心对51个国家级经济技术开发区进行监测分析，2月下旬就看到多个经济技术开发区逐渐恢复“热度”。

一年多来，自然资源卫星遥感应用实现了良好的开局破题，但要更好地支撑自然资源管理能力现代化，还需练好“答难题、解新题”的硬功夫。（i自然全媒体）