“一帶一路”林業(yè)遙感監(jiān)測業(yè)務系統(tǒng)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(jīng)濟帶”和“21世紀海上絲綢之路”（簡稱“一帶一路”）構(gòu)想，寄托著多層次的區(qū)域合作愿景，展現(xiàn)了中國發(fā)展區(qū)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?cè)丝诩s44億，是世界上跨度最長的經(jīng)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(huán)境多變，沿線國家發(fā)展水平差異大，信息互聯(lián)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(yè)遙感應用需求，充分發(fā)揮互聯(lián)網(wǎng)+空間信息技術(shù)的優(yōu)勢，以國產(chǎn)遙感衛(wèi)星應用為核心，通過與“一帶一路”沿線國家開展緊密的技術(shù)和應用合作，建設“一帶一路”林業(yè)遙感監(jiān)測業(yè)務系統(tǒng)，形成“一帶一路”林業(yè)遙感綜合觀測應用網(wǎng)絡，廣泛開展森林資源與碳儲量、濕地、土地退化/土地沙化現(xiàn)狀與動態(tài)以及林業(yè)災害（林火與林業(yè)有害生物）監(jiān)測示范應用，為沿線國家提供長期、穩(wěn)定的林業(yè)監(jiān)測應用服務，為“一帶一路”基礎設施建設、資源開發(fā)、環(huán)境減災和安全應急提供林業(yè)生態(tài)環(huán)境信息支撐和保障。

二、需求分析

建設“一帶一路”區(qū)域林業(yè)遙感監(jiān)測系統(tǒng)，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(shù)和應用合作，可以滿足“一帶一路”沿線國家的林業(yè)遙感應用需求。

1.“一帶一路”沿線國家森林資源監(jiān)測亟需遙感技術(shù)支持

“一帶一路”沿線國家大多數(shù)屬于發(fā)展中國家，雖然多數(shù)國家已建立本國森林資源監(jiān)測系統(tǒng)，但現(xiàn)有系統(tǒng)的監(jiān)測能力和精度與發(fā)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(tǒng)及空間基礎建設規(guī)劃項目將進一步增強中國的森林監(jiān)測能力，將相關(guān)技術(shù)成果在“一帶一路”國家推廣應用，能夠極大提升“一帶一路”區(qū)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(jiān)測精度，有利于“一帶一路”區(qū)域發(fā)展中國家增強利用對地觀測技術(shù)監(jiān)測森林資源及生態(tài)要素的能力。

2.為我國企業(yè)境外森林資源開發(fā)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(tài)脆弱的國家，木材進口量超過全球貿(mào)易量的1/3，對外依存度接近50%。近些年來，我國森工企業(yè)響應國家“走出去”發(fā)展戰(zhàn)略，境外森林資源開采、木材加工出口等國際貿(mào)易發(fā)展迅速。為了使我國企業(yè)在境外森林資源開采與恢復項目競標、木材進出口貿(mào)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(qū)域國家亟需濕地監(jiān)測保護理論和技術(shù)支撐

通過對“一帶一路”區(qū)域濕地水文過程、生物／生態(tài)過程、生物地球化學過程研究，構(gòu)建濕地系統(tǒng)過程綜合模型，科學地觀察“一帶一路”區(qū)域國家濕地生態(tài)系統(tǒng)的變化、恢復和演替現(xiàn)象，了解和掌握當?shù)貪竦厣鷳B(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能體系，研究影響濕地資源動態(tài)變化自然和人為因素機理過程，建立健全濕地監(jiān)測指標和技術(shù)體系、濕地退化監(jiān)測指標和技術(shù)體系，退化濕地的生態(tài)修復／恢復的理論和技術(shù)研究，從生態(tài)安全、糧食安全和水安全層面，建立濕地保護與社會生產(chǎn)協(xié)調(diào)發(fā)展模式，從而為“一帶一路”區(qū)域國家提供濕地科學理論支撐。

4.滿足“一帶一路”區(qū)域荒漠化/土地退化監(jiān)測評估需要

“一帶一路”區(qū)域，特別是“絲綢之路經(jīng)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(huán)境特點，了解其荒漠化/土地退化的程度以及發(fā)生和發(fā)展過程，對“一帶一路”實施中協(xié)調(diào)基礎設施建設與生態(tài)環(huán)境保護的關(guān)系尤為重要。

另外，基于自主高分數(shù)據(jù)的荒漠化遙感監(jiān)測應用系統(tǒng)也需要在不同的區(qū)域檢驗系統(tǒng)的適應能力。“一帶一路”區(qū)域沙漠國家的獨特環(huán)境客觀上提供了極好的應用推廣區(qū)域。

5.為我國政府參與氣候談判及開展環(huán)境外交提供支撐

中國政府是《聯(lián)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(xiàn)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(fā)布《中國應對氣候變化國家方案》。2009年11月，國家林業(yè)局發(fā)布《應對氣候變化林業(yè)行動計劃》，確立“堅持林業(yè)發(fā)展目標和國家應對氣候變化戰(zhàn)略相結(jié)合、堅持增加碳匯和控制排放相結(jié)合”原則，積極開展林業(yè)碳匯計量與監(jiān)測體系建設，針對全球氣候變化提出林業(yè)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(fā)展規(guī)劃，參與國際社會制定碳貿(mào)易標準和技術(shù)體系，整合符合我國國家利益的碳貿(mào)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(nèi)容

“一帶一路”林業(yè)遙感監(jiān)測系統(tǒng)由一個平臺和三個專題應用子系統(tǒng)構(gòu)成（圖1）。

圖1 “一帶一路”林業(yè)遙感監(jiān)測業(yè)務系統(tǒng)組成

“一帶一路”林業(yè)遙感監(jiān)測系統(tǒng)平臺基于一站式行業(yè)應用平臺、巴基斯坦遙感衛(wèi)星系統(tǒng)及“瀾滄江-湄公河空間信息共享服務平臺”，是“一帶一路”林業(yè)遙感監(jiān)測業(yè)務系統(tǒng)的核心與基礎，整合林業(yè)遙感監(jiān)測業(yè)務相關(guān)的各類計算資源、存儲資源、數(shù)據(jù)資源、軟件資源和專家資源，形成為“一帶一路”林業(yè)遙感監(jiān)測業(yè)務提供遙感數(shù)據(jù)共享服務以及支撐“一帶一路”林業(yè)遙感監(jiān)測系統(tǒng)開發(fā)與運行服務的基礎平臺。整合高分系列衛(wèi)星、資源衛(wèi)星、風云衛(wèi)星等國內(nèi)衛(wèi)星數(shù)據(jù)為主，兼顧國外SPOT、MODIS、Landsat、Radarsat等衛(wèi)星數(shù)據(jù)，針對多源遙感森林分類、森林變化監(jiān)測、濕地監(jiān)測和土地退化/土地沙化監(jiān)測等林業(yè)遙感監(jiān)測業(yè)務需求，提供遙感應用產(chǎn)品生產(chǎn)和專題制圖功能，對多衛(wèi)星、多級別、多類型的遙感數(shù)據(jù)和產(chǎn)品進行統(tǒng)一存儲、管理、調(diào)度、檢索和分發(fā)，并提供遙感數(shù)據(jù)產(chǎn)品查詢和服務。

森林資源監(jiān)測業(yè)務分系統(tǒng)：綜合利用多源遙感平臺[衛(wèi)星、航空（包括無人機）、地基等新型遙感觀測數(shù)據(jù)（激光雷達、多角度立體攝影測量、極化干涉SAR等）]的森林結(jié)構(gòu)信息自動化、定量化提取技術(shù)，依托平臺構(gòu)建森林資源監(jiān)測業(yè)務分系統(tǒng)，開展大區(qū)域和國家兩個尺度的森林類型、面積現(xiàn)狀和動態(tài)監(jiān)測應用，提供森林資源專題產(chǎn)品的業(yè)務化生產(chǎn)和服務。

森林火情監(jiān)測業(yè)務分系統(tǒng)：依托平臺構(gòu)建“一帶一路”森林火情監(jiān)測業(yè)務系統(tǒng)，集成我國的風云四號、日本葵花八號等地球靜止軌道衛(wèi)星數(shù)據(jù)，以高分系列、巴基斯坦遙感衛(wèi)星一號為輔助，可以每10min更新一次監(jiān)測服務數(shù)據(jù)，開展國家尺度的火點空間監(jiān)測、溫度監(jiān)測及位置監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)火情第一時間預報預警。實現(xiàn)火災前的火點實時監(jiān)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(jiān)測業(yè)務分系統(tǒng)：利用多源、長時間序列衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)以及地面森林資源調(diào)查數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)、土壤信息等，集成現(xiàn)有的植被參量反演、空間統(tǒng)計與光譜分析，依托平臺構(gòu)建森林病蟲害預測監(jiān)測業(yè)務系統(tǒng)，在“一帶一路”區(qū)域開展國家和感興趣區(qū)兩個尺度的森林病蟲害預測監(jiān)測示范應用，實現(xiàn)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(jiān)測的需求，前期以“巴基斯坦遙感衛(wèi)星系統(tǒng)”、“瀾滄江-湄公河空間信息共享服務平臺”等項目，綜合利用衛(wèi)星遙感技術(shù)，結(jié)合地理信息系統(tǒng)、地面調(diào)查等先進技術(shù)手段，建設典型應用遙感監(jiān)測軟件系統(tǒng)，形成從數(shù)據(jù)獲取、數(shù)據(jù)預處理、產(chǎn)品生產(chǎn)、精度驗證以及結(jié)果分析于一體的示范應用體系，先期實現(xiàn)森林分類、變化監(jiān)測等功能，獲取相應的產(chǎn)品成果，包括示范區(qū)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(jié)果可廣泛應用到林業(yè)經(jīng)營管理領(lǐng)域，為該區(qū)域國家林業(yè)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(qū)域進行技術(shù)應用與示范，開展森林類型信息提取技術(shù)的推廣、應用與示范，獲取“一帶一路”區(qū)域的東南亞區(qū)和中亞區(qū)的典型森林資源特征，并為拓展到其他“一帶一路”區(qū)域國家森林資源監(jiān)測奠定技術(shù)基礎和科學數(shù)據(jù)。通過示范應用形成口碑效應，積極向“一帶一路”區(qū)域國家推廣遙感應用服務平臺，推動衛(wèi)星產(chǎn)品信息化發(fā)展，形成集硬件產(chǎn)品和軟件服務于一體的綜合應用產(chǎn)業(yè)鏈條（圖2）。

圖2 東盟地區(qū)典型林業(yè)遙感監(jiān)測產(chǎn)品圖

五、結(jié)論

“一帶一路”林業(yè)遙感監(jiān)測業(yè)務系統(tǒng)可以將空間數(shù)據(jù)和應用領(lǐng)域數(shù)據(jù)有機地結(jié)合在一起，它提供的數(shù)據(jù)和信息將在“一帶一路”國家的宏觀決策和科學管理、林業(yè)資源利用、生態(tài)環(huán)境規(guī)劃及建設、災害監(jiān)測、全球變化、生態(tài)系統(tǒng)以及水文循環(huán)系統(tǒng)等方面得到廣泛的應用，實現(xiàn)“一帶一路”國家林業(yè)資源的永續(xù)合理利用，實現(xiàn)社會、經(jīng)濟高速發(fā)展和自然、生態(tài)環(huán)境的有效保護，保證可持續(xù)發(fā)展。開展“一帶一路”林業(yè)遙感監(jiān)測業(yè)務系統(tǒng)的建設，不僅可以節(jié)省人力物力，同時還可以為“一帶一路”國家國民經(jīng)濟發(fā)展、林業(yè)生態(tài)環(huán)境建設等提供科學的決策依據(jù)，促進“一帶一路”國家科技的發(fā)展，從而產(chǎn)生巨大的生態(tài)效益和社會效益。