“遙感先行”服務(wù)自然資源調(diào)查技術(shù)變革與調(diào)整

李志忠，穆華一，劉德長，孫萍萍，黨福星，劉 拓，賈 俊，王建華，韓海輝，馬維峰，湯曉君，李文明，趙 君

1.中國地質(zhì)調(diào)查局 西安地質(zhì)調(diào)查中心，陜西 西安710054；2.中國地質(zhì)調(diào)查局 西部綠色發(fā)展研究院，陜西 西安710054；3.中國地質(zhì)調(diào)查局 自然資源航空物探遙感中心，北京100083；4.中國科學(xué)院空天信息創(chuàng)新研究院，北京100101；5.核工業(yè)北京地質(zhì)研究院，北京100029；6.中國地質(zhì)大學(xué)，湖北 武漢430074；7.西安交通大學(xué) 電氣工程學(xué)院，陜西 西安710049

0 引言

生態(tài)文明建設(shè)已被納入國家的戰(zhàn)略布局.為推進(jìn)生態(tài)文明體制改革，自然資源部把“山水林田湖草”作為一個生命共同體，以自然資源科學(xué)和地球系統(tǒng)科學(xué)理論為指導(dǎo)，逐步實現(xiàn)山水林田湖草的整體保護(hù)、系統(tǒng)修復(fù)和綜合治理，為保障國家生態(tài)安全提供基礎(chǔ)支撐，為實現(xiàn)國家治理體系和治理能力現(xiàn)代化提供服務(wù)保障.新時代國家糧食能源安全保障、水資源安全、重大區(qū)域發(fā)展戰(zhàn)略、重大工程建設(shè)、“一帶一路”倡議、海洋強國戰(zhàn)略、國土空間規(guī)劃和自然資源管理等都對自然資源調(diào)查工作提出新的要求，為自然資源調(diào)查體系的變革與調(diào)整提供了難得的發(fā)展機遇.遙感先行是自然資源事業(yè)發(fā)展的需要，是遙感科技創(chuàng)新的需要，是天空地遙感調(diào)查監(jiān)測技術(shù)體系發(fā)展的要求.

1 新時代自然資源調(diào)查的新變化

1.1 自然資源調(diào)查體系的指導(dǎo)思想發(fā)生重大變化

作為“統(tǒng)一行使全民所有自然資源資產(chǎn)所有者職責(zé)”的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，新時代自然資源調(diào)查工作更聚焦國家重大需求和戰(zhàn)略部署，服務(wù)方向從土地礦產(chǎn)資源為主向整個自然資源全要素轉(zhuǎn)變，指導(dǎo)理論由傳統(tǒng)土地和地質(zhì)學(xué)向地球系統(tǒng)科學(xué)和自然資源科學(xué)轉(zhuǎn)變，調(diào)查周期由階段性向持續(xù)性轉(zhuǎn)變，調(diào)查模式由專一調(diào)查向調(diào)查－監(jiān)測－評價一體化轉(zhuǎn)變，調(diào)查思維由注重資源開發(fā)利用價值向綜合考慮資源利用涉及的人地關(guān)系轉(zhuǎn)變，調(diào)查機制也由多部門分散組織向標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一、數(shù)據(jù)銜接、成果共享的統(tǒng)籌協(xié)調(diào)方式轉(zhuǎn)變.

1.2 自然資源調(diào)查體系的工作任務(wù)發(fā)生重大變化

為增強服務(wù)生態(tài)文明建設(shè)的能力和水平，新時代自然資源調(diào)查工作的重要任務(wù)將是建立以地下資源層、地表基質(zhì)層、地表覆蓋層和管理層為基礎(chǔ)的自然資源調(diào)查監(jiān)測體系，系統(tǒng)開展統(tǒng)一調(diào)查監(jiān)測評價，查清全國土地、礦產(chǎn)、森林、草原、水、濕地、海域海島等各類自然資源真實家底和變化情況，揭示自然資源要素相互關(guān)系和生態(tài)系統(tǒng)演替規(guī)律.目前，水資源調(diào)查已擴展到大氣水、地表水、地下水和海洋水的四水歸一的全覆蓋調(diào)查體系；地表基質(zhì)調(diào)查作為一項新的工作內(nèi)容，跨越了多門類自然資源業(yè)務(wù)體系和學(xué)科體系，需要不斷構(gòu)建能串聯(lián)地表和地下礦產(chǎn)、巖石、土壤等基礎(chǔ)物質(zhì)的調(diào)查技術(shù)流程和方法體系.關(guān)鍵帶是銜接地表基質(zhì)層和地表覆蓋層的重要紐帶［1］，生態(tài)地質(zhì)調(diào)查工作在關(guān)鍵帶分析研究中的作用已初步顯現(xiàn)，而健康地質(zhì)調(diào)查工作新體系的探索與創(chuàng)建，將不斷拓展自然資源調(diào)查監(jiān)測體系的內(nèi)容和應(yīng)用，更好地支撐地質(zhì)文化村、現(xiàn)代農(nóng)業(yè)富硒產(chǎn)業(yè)園、國家公園等建設(shè)，有效服務(wù)于健康中國戰(zhàn)略和鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略.

1.3 自然資源調(diào)查體系的技術(shù)方法發(fā)生重大變化

目前，自然資源調(diào)查手段已由傳統(tǒng)調(diào)查方法向以依托科技創(chuàng)新和現(xiàn)代信息化建設(shè)為技術(shù)支撐的新方法轉(zhuǎn)變.在地質(zhì)調(diào)查過程中，已逐步形成應(yīng)用大數(shù)據(jù)、云計算、人工智能、5G技術(shù)、北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)為核心的信息技術(shù)，改造、引領(lǐng)和支撐地球物理、地球化學(xué)、遙感、鉆探、分析測試、地質(zhì)信息和資源利用等七大傳統(tǒng)地質(zhì)調(diào)查手段，提高未來地球演化的預(yù)警、預(yù)報和預(yù)測水平.新技術(shù)的加入將進(jìn)一步完善對自然資源開發(fā)利用和地質(zhì)災(zāi)害、土地荒漠化、水土流失等風(fēng)險問題的調(diào)查、評價和監(jiān)測預(yù)警體系，著力提升各類災(zāi)害隱患識別與風(fēng)險調(diào)查能力，構(gòu)建“天－空－地－網(wǎng)”的自然資源動態(tài)立體監(jiān)測預(yù)警體系，破解“隱患在哪里”“災(zāi)害何時發(fā)生”“危害程度如何”等關(guān)鍵問題，不斷增強防災(zāi)、減災(zāi)、抗災(zāi)的能力和水平.

1.4 自然資源調(diào)查體系的應(yīng)用需求發(fā)生重大變化

自1998年“數(shù)字地球”概念提出后，以整體的視野思考和統(tǒng)籌地球信息資源的開發(fā)利用模式正在逐步構(gòu)建。放眼全球，發(fā)展全息數(shù)字地球是必然趨勢，也具有重要的戰(zhàn)略意義.借助自然資源和地質(zhì)云平臺，以對全球環(huán)境具有重大影響的土壤、水、大氣、礦山環(huán)境、林草/濕地、荒漠化/沙化、污染狀況等地球健康要素為目標(biāo)，構(gòu)建地球數(shù)據(jù)的全新生態(tài)系統(tǒng)，發(fā)展地球系統(tǒng)科學(xué)，支撐國家數(shù)字地球系統(tǒng)建設(shè).實施國家區(qū)域發(fā)展戰(zhàn)略，推進(jìn)京津冀協(xié)同發(fā)展、長江經(jīng)濟帶發(fā)展、粵港澳大灣區(qū)建設(shè)、長江一體化發(fā)展，推動黃河流域生態(tài)保護(hù)高質(zhì)量發(fā)展，高標(biāo)準(zhǔn)、高質(zhì)量建設(shè)雄安新區(qū)，以及推進(jìn)新型城鎮(zhèn)化，需要充分發(fā)揮自然資源和國土空間綜合調(diào)查的基礎(chǔ)先行作用.

2 為什么要遙感先行

遙感在“山水林田湖草”自然資源“三測”（觀測、探測、監(jiān)測）中先行，具有明顯的現(xiàn)今其他技術(shù)方法無法替代的優(yōu)勢，主要體現(xiàn)在快速、多尺度、多角度、立體、動態(tài)、綜合等方面.

2.1 遙感可以快速觀測自然資源的分布特征

利用多目標(biāo)增強的遙感圖像，通過人工智能解譯，可以快速查明目標(biāo)區(qū)的山、水、林、田、湖、草等自然資源要素的類型、位置、形態(tài)和分布特征等信息.利用多空間分辨率的遙感圖像，不僅可以調(diào)查、監(jiān)測大區(qū)域乃至全球的山、水、林、田、湖、草等，而且還可以直觀顯示各要素的細(xì)節(jié)，甚至一棵樹冠.

2.2 遙感可以快速探測自然資源的物化特性

利用多光譜遙感，不僅能從可見光角度對山、水、林、田、湖、草進(jìn)行調(diào)查和監(jiān)測，而且可以從紅外、微波的角度進(jìn)行物化特性探測，尤其是發(fā)揮高光譜遙感圖譜合一的特點，不僅能高精度地識別山、水、林、田、湖、草的幾何形態(tài)及各要素的光譜特征，還可以通過識別其物質(zhì)成分進(jìn)行定量分析.利用航天遙感、航空遙感、地面遙感，可對山、水、林、田、湖、草形成天－空－地一體化的立體探測、調(diào)查和監(jiān)測，掌握資源的數(shù)量（面積、體積、儲量）、質(zhì)量和生態(tài)狀況.

2.3 遙感可以快速監(jiān)測自然資源的動態(tài)變化

利用不同時代、不同時相的遙感數(shù)據(jù)，可對山、水、林、田、湖、草進(jìn)行長序列動態(tài)監(jiān)測，研究其隨時間和季節(jié)的變化特征及規(guī)律，形成林草田占用破壞、水土流失、荒漠化、礦山開發(fā)治理等有關(guān)災(zāi)變風(fēng)險變化數(shù)據(jù).同時利用多源遙感數(shù)據(jù)，還可提取多年植被覆蓋度、凈初級生產(chǎn)力、葉面積指數(shù)、蒸散發(fā)等生態(tài)特征參量，支撐國土空間規(guī)劃、生態(tài)保護(hù)與修復(fù)、自然資源資產(chǎn)管理、耕地保護(hù)、自然資源開發(fā)利用、地質(zhì)礦產(chǎn)等工作.

2.4 遙感可以快速分析自然資源利用涉及的人地關(guān)系

遙感圖像是地物信息綜合體的真實反映，不僅可以掌握山、水、林、田、湖、草之間的相互轉(zhuǎn)化關(guān)系，還可以分析其所處的地質(zhì)背景、地形地貌、氣溫降水、人類活動等，從而進(jìn)行“水－土－氣－生－人”綜合作用分析，從源頭上為國土空間優(yōu)化和生態(tài)保護(hù)修復(fù)提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐.

2.5 遙感先行已具備較好的實施基礎(chǔ)

目前，中國基于天－空－地一體化的遙感綜合觀測系統(tǒng)已形成，建成了以遙感、傳感器、物聯(lián)網(wǎng)等為主體的調(diào)查監(jiān)測觀測技術(shù)體系，實現(xiàn)了調(diào)查數(shù)據(jù)的采集、傳輸、處理、應(yīng)用、服務(wù)全流程信息化.地質(zhì)云、大數(shù)據(jù)、人工智能與調(diào)查業(yè)務(wù)深度融合，以數(shù)據(jù)驅(qū)動助推轉(zhuǎn)型發(fā)展，形成了完善的地學(xué)信息服務(wù)體系.此外，自然資源部遙感技術(shù)裝備力量雄厚，形成了航空遙感飛機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，擁有高精度攝影相機、高光譜成像儀和水深激光測量儀等先進(jìn)裝備，構(gòu)成12顆遙感衛(wèi)星天網(wǎng)，已獲取全球450萬景國產(chǎn)衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)，為遙感先行奠定了堅實基礎(chǔ).

綜上，隨著國家經(jīng)濟實力的提高、遙感技術(shù)發(fā)展以及應(yīng)用需求的不斷增多，遙感應(yīng)用正在發(fā)生巨大的變化.通過先行觀測、先行探測、先行監(jiān)測，可以發(fā)現(xiàn)更多新現(xiàn)象，提出更多新問題，為后續(xù)地表結(jié)構(gòu)破壞的修復(fù)、治理提供科學(xué)依據(jù).遙感先行理念的實行，是切實體現(xiàn)構(gòu)建以遙感監(jiān)測為主要手段的自然資源調(diào)查監(jiān)測技術(shù)體系的重要使命.通過遙感先行加強自然資源數(shù)據(jù)獲取，提高對多源數(shù)據(jù)的處理速度以及應(yīng)用產(chǎn)品的深加工能力，提升自然資源遙感調(diào)查能力，實現(xiàn)對自然資源全要素、全覆蓋、全天候、全尺度的調(diào)查監(jiān)測，切實服務(wù)自然資源中心工作，以適應(yīng)生態(tài)文明建設(shè)和自然資源管理的需要.

3 如何做到遙感先行

3.1 精準(zhǔn)對接國家重大需求

根據(jù)國家制定的“十四五”規(guī)劃和2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)，逐項分解涉及自然資源調(diào)查的工作任務(wù)，發(fā)揮遙感調(diào)查監(jiān)測技術(shù)的優(yōu)勢，找出切入點，以地球科學(xué)為指導(dǎo)，以解決重大資源環(huán)境問題為核心，聚焦影響能源安全、糧食安全、生態(tài)安全的自然資源要素，以及鄉(xiāng)村振興、城鎮(zhèn)化推進(jìn)、綠色發(fā)展、國家公園建設(shè)等要素保障需求，以系統(tǒng)思維開展自然資源保護(hù)、開發(fā)、利用、恢復(fù)成效的調(diào)查、監(jiān)測和評估，尤其是在西北承受力脆弱地區(qū)先開展遙感綜合“三測”.

3.2 聚焦典型資源環(huán)境問題

以核心科學(xué)體系戰(zhàn)略和天－空－地一體化監(jiān)測體系為基礎(chǔ)，通過多要素綜合研究、多學(xué)科交叉融合和系統(tǒng)論應(yīng)用，聚焦新領(lǐng)域中的新任務(wù)、新難點，解決重大資源環(huán)境問題，科學(xué)推進(jìn)荒漠化、石漠化、水土流失、黑土地保護(hù)、凍土消融災(zāi)變、礦產(chǎn)環(huán)境恢復(fù)治理等典型問題，加強全球氣候變暖和人類活動對資源環(huán)境變化帶來的驅(qū)動效應(yīng).

3.3 創(chuàng)新遙感技術(shù)方法體系

研發(fā)智能化遙感填圖技術(shù)、基于大數(shù)據(jù)和云計算的生態(tài)環(huán)境遙感綜合監(jiān)測技術(shù)、高精度遙感地體解譯技術(shù)，占領(lǐng)地球觀測制高點.加強地質(zhì)智能感知體系建設(shè)，建立星空地觀測、地面綜合實時監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)體系.按照地質(zhì)云、大數(shù)據(jù)、智能化“三位一體”總體布局，加快遙感技術(shù)與5G、區(qū)塊鏈、知識圖譜、空間信息等新一代信息技術(shù)的融合應(yīng)用，將自然資源調(diào)查監(jiān)測數(shù)據(jù)打造成建設(shè)“數(shù)字地球”的核心資源，使調(diào)查、監(jiān)測、評價、區(qū)劃、科研等數(shù)據(jù)在提升地質(zhì)調(diào)查現(xiàn)代化工作能力和社會化服務(wù)水平中發(fā)揮重要作用.

3.4 加速遙感產(chǎn)品研發(fā)與轉(zhuǎn)化應(yīng)用

面向自然資源調(diào)查領(lǐng)域工作需求，加快遙感地質(zhì)科技創(chuàng)新成果的轉(zhuǎn)化，將遙感地質(zhì)調(diào)查技術(shù)成果應(yīng)用于自然資源綜合調(diào)查評價.應(yīng)用優(yōu)勢的遙感勘查技術(shù)，服務(wù)經(jīng)濟社會建設(shè)主戰(zhàn)場，服務(wù)生態(tài)文明建設(shè)和自然資源管理中心工作.

4 在哪些領(lǐng)域遙感可以先行

在自然資源調(diào)查監(jiān)測許多領(lǐng)域中，遙感發(fā)揮了重要先行作用，為資源三測、生態(tài)文明建設(shè)和自然資源管理工作提供了重要決策依據(jù).

4.1 西部干旱少植被區(qū)礦產(chǎn)資源調(diào)查

在西部干旱少植被區(qū)，遙感地質(zhì)調(diào)查是地質(zhì)基礎(chǔ)調(diào)查中的基礎(chǔ)，先行中的先行.為保障礦產(chǎn)資源安全，中國地質(zhì)調(diào)查局在中國西部干旱少植被區(qū)實施了一系列重大項目.通過西部重要成礦帶部署礦產(chǎn)資源遙感綜合調(diào)查項目，創(chuàng)造性地將高分辨率遙感數(shù)據(jù)與多光譜、高光譜遙感數(shù)據(jù)相結(jié)合，開展多層次遙感解譯，形成了一套高分遙感地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查技術(shù)方法體系，實現(xiàn)了多元、多層次遙感技術(shù)的綜合應(yīng)用，編制了工作區(qū)的巖性構(gòu)造圖、遙感異常圖、遙感找礦預(yù)測圖等基礎(chǔ)性圖件，開展成礦信息的綜合分析和預(yù)測，新發(fā)現(xiàn)一大批遙感異常和上百處礦化點、礦化線索、地質(zhì)找礦線索.西部干旱少植被區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查，充分發(fā)揮了遙感地質(zhì)的基礎(chǔ)和先行作用，為實現(xiàn)地質(zhì)找礦快速突破提供了技術(shù)支撐.2018年，中國地質(zhì)調(diào)查局建立了高寒深切割區(qū)遙感＋地質(zhì)＋地球化學(xué)“空地一體”快速勘查技術(shù)方法體系，引領(lǐng)昆侖－阿爾金地區(qū)快速取得鋰礦找礦重大突破［2］，南疆逐步成為中國戰(zhàn)略性礦產(chǎn)大型資源基地.此外，利用多源遙感數(shù)據(jù)和多特征匹配濾波技術(shù)，在西昆侖準(zhǔn)確識別鉛鋅礦賦礦地層信息，結(jié)合地球化學(xué)、電阻率測深信息，快速實現(xiàn)和田甜水海地區(qū)薩岔口、五峰山一帶鉛鋅找礦新發(fā)現(xiàn).針對蝕變礦物遙感信息與地質(zhì)背景臨界閾值的定量化問題，建立了分維變點模型，形成高光譜標(biāo)志性蝕變礦物組合找礦預(yù)測方法，實地驗證顯示高光譜蝕變異常提取精度達(dá)82%，奠定高光譜遙感技術(shù)在地質(zhì)調(diào)查領(lǐng)域的推廣基礎(chǔ)，推動高分、高光譜遙感調(diào)查技術(shù)在西北地區(qū)礦產(chǎn)勘查中的規(guī)?；瘧?yīng)用.

4.2 地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查監(jiān)測

地質(zhì)災(zāi)害遙感調(diào)查監(jiān)測主要是采用多頻段、多參數(shù)的天－空－地一體化觀測技術(shù)，有效判讀地質(zhì)災(zāi)害孕災(zāi)背景、災(zāi)害特征、變形速率和發(fā)展趨勢等信息，進(jìn)一步為地質(zhì)災(zāi)害識別、監(jiān)測、防治、評價以及突發(fā)地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急處置等提供基礎(chǔ)資料與決策依據(jù)［3-5］.以衛(wèi)星為主的天基層面，主要采用光學(xué)遙感、高光譜等手段，揭示孕災(zāi)背景、災(zāi)害范圍以及影響因素等，運用InSAR技術(shù)獲取地表形變信息；以無人機、有人機為主的航空層面，主要采用無人機航攝、LiDAR、貼近攝影等手段，獲取地質(zhì)災(zāi)害災(zāi)變形態(tài)特征、位移變化特征等.隨著遙感觀測技術(shù)的快速發(fā)展，在地質(zhì)災(zāi)害早期識別、隱患排查、監(jiān)測以及災(zāi)情評估等方面，“遙感先行”這一理念得到了廣泛應(yīng)用.2018年10月和11月金沙江白格滑坡、2019年7月貴州水城滑坡等災(zāi)害應(yīng)急處置中，采用綜合遙感技術(shù)準(zhǔn)確獲取了災(zāi)害規(guī)模、變形速率等關(guān)鍵信息，為地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急指揮、搶險救災(zāi)以及科學(xué)決策提供了重要的技術(shù)支撐［6-7］.在黃土高原地區(qū)，通過建立基于人工智能的地質(zhì)災(zāi)害遙感識別技術(shù)，實現(xiàn)了隱蔽性黃土地質(zhì)災(zāi)害的早期識別和監(jiān)測預(yù)警［8-9］.2016年以來該技術(shù)已成功實現(xiàn)天水、延安和沿黃公路沿線大面積強降雨引發(fā)的黃土地質(zhì)災(zāi)害災(zāi)情的多次預(yù)警，有效降低了地質(zhì)災(zāi)害造成的生命財產(chǎn)損失.

4.3 地表生態(tài)植被和水、土資源監(jiān)測

地表生態(tài)植被調(diào)查，需要疊加長時序的遙感觀測，綜合地理、氣候、經(jīng)濟、人文等因素，進(jìn)行植被生態(tài)狀況變化、生態(tài)系統(tǒng)功能分析和質(zhì)量監(jiān)測等工作，是數(shù)量、質(zhì)量、生態(tài)三位一體的調(diào)查監(jiān)測.

目前，自然生態(tài)植被遙感監(jiān)測圍繞自然資源管理“質(zhì)量、生態(tài)”管控需求，綜合利用大幅寬多光譜衛(wèi)星的高重訪能力和高光譜衛(wèi)星的地物光譜探測能力，通過監(jiān)測植被覆蓋度、葉面積指數(shù)和凈初級生產(chǎn)力（NPP）等指標(biāo)，分析植被覆蓋空間分布及變化特征.針對不同生態(tài)功能區(qū)、典型流域或生態(tài)單元開展大范圍、長時序的宏觀監(jiān)測，可有效獲取區(qū)域的植被生態(tài)狀況時空演變趨勢信息.2017年，中國地質(zhì)調(diào)查局在南疆焉耆盆地實現(xiàn)無人機高光譜遙感技術(shù)與土壤地球化學(xué)調(diào)查技術(shù)協(xié)同，建立了鹽漬化強度遙感反演模型，實現(xiàn)耕地鹽漬化的快速、精準(zhǔn)監(jiān)測識別，揭示了1998—2017年鹽漬化演化規(guī)律，為地方政府開展生態(tài)保護(hù)與治理提供決策依據(jù)①劉拓，等.西北五省耕地區(qū)1∶25萬土地質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查.中國地質(zhì)調(diào)查局西安地質(zhì)調(diào)查中心，2019..2019年以來，在西北的黃河源頭、祁連山黑河流域、賀蘭山、陜北毛烏素以及南疆塔河流域，利用多源遙感技術(shù)開展生態(tài)地質(zhì)調(diào)查和環(huán)境地質(zhì)調(diào)查，宏觀掌握了2000年以來西北主要生態(tài)功能區(qū)的植被變化狀況，定量分析了氣溫、降水、土壤等因素對生物量和生態(tài)環(huán)境變化的影響，揭示出不同區(qū)域植被生態(tài)狀況時空演變趨勢與差異.

在自然資源部水資源監(jiān)測中，遙感先行作用主要表現(xiàn)為：具有全國頂級的衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)接收、航空遙感數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理與應(yīng)用等能力，實現(xiàn)了對一到三級河流、面積1 km2以上湖泊和水庫每年兩次動態(tài)監(jiān)測，降水量、下墊面等水循環(huán)要素的監(jiān)測，冰川、江河湖庫塘體積、儲量的監(jiān)測.

4.4 土地動態(tài)變化監(jiān)測

土地利用動態(tài)遙感監(jiān)測是以土地變更調(diào)查的數(shù)據(jù)及圖件為基礎(chǔ)，運用遙感圖像處理與識別技術(shù)，從遙感圖像上提取變化信息，從而達(dá)到對耕地及建設(shè)用地等利用變化情況的定期監(jiān)測的目的.

目前開展的全球黑土地關(guān)鍵帶地質(zhì)生態(tài)天－空－地一體化調(diào)查與評價工作，是以地球系統(tǒng)科學(xué)理論為指導(dǎo)，以黑土地關(guān)鍵帶相關(guān)理論體系為核心，形成了以高光譜遙感為代表的多手段聯(lián)合勘查技術(shù)體系.2018年，中國地質(zhì)調(diào)查局在黑龍江省海倫地區(qū)開展航空高光譜遙感土壤調(diào)查數(shù)據(jù)1500 km2，航空高光譜遙感農(nóng)作物監(jiān)測600 km2，提取了土壤地球化學(xué)指標(biāo)包括有機碳、全氮、堿解氮、全磷、全鉀、硒、鉻等12種元素；土壤物理指標(biāo)包括陽離子交換能力、全鹽量、pH值、地表溫度等；農(nóng)作物生長狀態(tài)指標(biāo)包括植被葉綠素含量、葉面積指數(shù).依據(jù)高光譜反演得到的影響土地質(zhì)量的養(yǎng)分、有益元素、有害元素等含量數(shù)據(jù)，對黑土地質(zhì)量進(jìn)行了綜合評價［10-14］.黑土地動態(tài)變化監(jiān)測示范是遙感精準(zhǔn)對接黑土地調(diào)查監(jiān)測的重要體現(xiàn)，支撐了黑土地保護(hù)和科學(xué)開發(fā)利用.后續(xù)還將通過長時序監(jiān)測，建立基于玉米、小麥、水稻、大豆等不同農(nóng)作物物候特征的光譜曲線模型，提取出糧食作物、非糧食作物、糧食與非糧輪作和未耕種等4類信息，對重要產(chǎn)糧區(qū)耕地進(jìn)行“非糧化”“非農(nóng)化”監(jiān)測分析.

4.5 地表重大工程建設(shè)

地表重大工程建設(shè)遙感調(diào)查主要是緊密結(jié)合地表重大工程建設(shè)安全評價需求，通過遙感先行解譯，進(jìn)行構(gòu)造地貌調(diào)查，綜合地球物理探測、鉆孔聯(lián)孔剖面與斷層位移監(jiān)測等技術(shù)方法，開展地表重大工程區(qū)域活動斷裂調(diào)查，查明活動斷裂的位置、活動方式與最新活動時代，揭示主要活動斷裂對近地表不良工程地質(zhì)問題的控制作用，評價工程區(qū)及鄰區(qū)地殼穩(wěn)定性，服務(wù)于重大工程規(guī)劃建設(shè).

4.6 城鄉(xiāng)規(guī)劃調(diào)查和生態(tài)文明評價

遙感技術(shù)為城鄉(xiāng)空間規(guī)劃提供了解決問題的有力工具，利用不同分辨率的遙感影像提取城鄉(xiāng)空間規(guī)劃所需要的信息以及資源、環(huán)境、生態(tài)、災(zāi)害等要素信息.在規(guī)劃前期，衛(wèi)星遙感提供基礎(chǔ)底圖數(shù)據(jù)作為規(guī)劃基礎(chǔ)；在規(guī)劃實施中，衛(wèi)星遙感可以對實施效果進(jìn)行監(jiān)測監(jiān)管；規(guī)劃實施后，衛(wèi)星遙感可以對規(guī)劃結(jié)果進(jìn)行宏觀評估.遙感先行同時也有助于城鄉(xiāng)國土空間規(guī)劃的質(zhì)量和管理效率的提高，如圍繞空間規(guī)劃、用途管制等需求，在遙感監(jiān)測的基礎(chǔ)上，結(jié)合社會、經(jīng)濟、文化、歷史及相關(guān)行業(yè)管理等數(shù)據(jù)，建立綜合分析評估評價模型，開展適宜性分析評估，為明確城鎮(zhèn)建設(shè)最大合理規(guī)模和適宜空間提供依據(jù).

通過自然保護(hù)區(qū)的人類活動符合性分析，掌握全國各地自然保護(hù)區(qū)人類活動干擾情況，為保護(hù)區(qū)監(jiān)管提供依據(jù)；通過對風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電設(shè)施適宜性評估，為全國綠色能源設(shè)施布局提供參考；通過對全國新增建設(shè)用地的綜合性評價，挖掘重點城市發(fā)展態(tài)勢，分析全國經(jīng)濟發(fā)展格局均衡狀況，為國家宏觀經(jīng)濟調(diào)控提供決策支持——這些都是2020年以來綜合調(diào)查監(jiān)測的主要任務(wù).

在生態(tài)文明評價中，通過遙感先行，獲取多尺度生態(tài)地質(zhì)和生態(tài)狀況調(diào)查成果，支撐了生態(tài)地質(zhì)調(diào)查體系的建立；獲取防護(hù)林退化、湖泊萎縮、土地沙化、石漠化等生態(tài)變化重要信息和數(shù)據(jù)，為破解重大生態(tài)問題機理、支撐科學(xué)保護(hù)修復(fù)提供服務(wù).每年定期開展全國新增礦山恢復(fù)治理面積監(jiān)測，長江經(jīng)濟帶、京津冀、汾渭平原廢棄礦山修復(fù)工程進(jìn)展監(jiān)測，水環(huán)境保護(hù)與整治、低質(zhì)低效林改造、水土流失治理、礦山環(huán)境修復(fù)、土地整治與土壤改良等生態(tài)保護(hù)與修復(fù)工程實施成果監(jiān)測，為服務(wù)國家綠色發(fā)展指數(shù)和生態(tài)保護(hù)修復(fù)重大工程監(jiān)測監(jiān)管起到支撐作用.

4.7 碳源匯時空分布狀況的調(diào)查反演

“十四五”規(guī)劃中明確提出我國要加快推動綠色低碳發(fā)展，促進(jìn)人與自然和諧同生.在區(qū)域尺度，衛(wèi)星遙感技術(shù)是探測大氣中碳濃度的有效手段，在國內(nèi)外已取得一定應(yīng)用效果.遙感監(jiān)測結(jié)果顯示，2018年全球大氣CO2濃度同比增長率從2016年的0.72%下降到了0.48%.與此同時，全球生態(tài)系統(tǒng)固碳能力逐年增加，減緩了CO2濃度增速.中國于2016年發(fā)射了首顆二氧化碳科學(xué)觀測實驗衛(wèi)星，成為全球第3個可提供碳衛(wèi)星數(shù)據(jù)的國家.這顆“碳衛(wèi)星”搭載的高光譜溫室氣體探測儀可以高精度地反演大氣中CO2濃度，動態(tài)監(jiān)測大氣CO2濃度分布和變化情況，可為應(yīng)對全球氣候變化提供準(zhǔn)確依據(jù).目前，研究人員已通過該衛(wèi)星獲取的全球葉綠素?zé)晒夥囱輬D來監(jiān)測和分析地球的“綠色生產(chǎn)力”.“十四五”期間，自然資源調(diào)查監(jiān)測中，也應(yīng)優(yōu)先構(gòu)建先進(jìn)的天地一體化碳衛(wèi)星監(jiān)測技術(shù)體系，加快推進(jìn)人為源和自然源引起的溫室氣體排放衛(wèi)星監(jiān)測技術(shù)及應(yīng)用，協(xié)助國家林草局等機構(gòu)建立國家溫室氣體排放清單獨立核算技術(shù)體系和相關(guān)國際標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，形成用于應(yīng)對全球氣候變化研究的中國方法和中國數(shù)據(jù)，引領(lǐng)全球碳排放監(jiān)測技術(shù)能力.2019年，中國地質(zhì)調(diào)查局在配合國家林草局開展的全國泥炭碳庫調(diào)查研究中，也逐步探索了基于地面鉆探－遙感反演－實驗測試一體化的碳源匯時空分布調(diào)查反演技術(shù)體系，期望通過遙感技術(shù)快速掌握泥炭發(fā)育區(qū)碳源匯時空分布格局，分析泥炭的形成時代、對應(yīng)成炭期、氣候背景來研究青藏高原等典型區(qū)域泥炭發(fā)育中碳循環(huán)過程及對氣候變化的影響，為逐步提升中國在國際氣候變化方面的話語權(quán)提供科學(xué)支撐.

5 “遙感先行”推動西部地區(qū)自然資源精準(zhǔn)快速調(diào)查

中國西部自然資源豐富，尤其是礦產(chǎn)資源豐富.西部地區(qū)的自然資源調(diào)查工作應(yīng)緊密圍繞國家新發(fā)展格局，精準(zhǔn)對接“十四五”地質(zhì)工作的十大需求，積極踐行遙感先行的理念，結(jié)合西部地區(qū)自然資源、社會經(jīng)濟等狀況，科學(xué)謀劃，合理部署遙感地質(zhì)調(diào)查工作.

5.1 推動西部地區(qū)能源礦產(chǎn)資源精準(zhǔn)快速調(diào)查

圍繞國家清潔能源和戰(zhàn)略性礦產(chǎn)資源保障安全需求，在戰(zhàn)略性礦產(chǎn)遠(yuǎn)景區(qū)、西部重要油氣盆地地區(qū)，利用遙感技術(shù)對地?zé)?、天然氣和?zhàn)略性礦產(chǎn)資源進(jìn)行精細(xì)化調(diào)查，摸清地表熱異常、油氣滲漏異常和蝕變礦物異常分布規(guī)律，為新一輪地質(zhì)找礦行動提供支撐.

5.2 推動西部地區(qū)水土氣生資源精準(zhǔn)快速調(diào)查

圍繞服務(wù)綠色發(fā)展、鄉(xiāng)村振興，保障國家糧食安全，推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)需求，認(rèn)真貫徹落實“讓黃河成為造福人民的幸福河”的精神，樹立“山水林田湖草”生命共同體理念，以地球科學(xué)系統(tǒng)理論為指導(dǎo)，結(jié)合西部地區(qū)已有自然資源、社會經(jīng)濟等資料，利用天－空－地一體化技術(shù)開展遙感綜合調(diào)查，摸清西部地區(qū)土地、水、生物等資源和地質(zhì)災(zāi)害等生態(tài)環(huán)境，形成產(chǎn)－學(xué)－研－用“四位一體”協(xié)同機制與模式.堅持優(yōu)勢互補、互惠合作、協(xié)同攻關(guān)的原則，依托西部綠色發(fā)展研究院平臺，聯(lián)合多家單位，形成跨區(qū)域整裝成果.

5.3 推動西部地區(qū)典型關(guān)鍵帶的精準(zhǔn)快速調(diào)查和技術(shù)創(chuàng)新

圍繞健康中國和平安中國建設(shè)需求，組織開展西部健康地質(zhì)調(diào)查應(yīng)用示范.可選擇以陜南秦嶺地區(qū)和黃河“幾字彎”陜西、甘肅、寧夏、內(nèi)蒙、山西段為示范區(qū)，重點圍繞土壤、水系和山體關(guān)鍵帶監(jiān)測需求，充分利用航天、航空、地面高光譜遙感及地球化學(xué)調(diào)查等技術(shù)，以“水資源＋生態(tài)環(huán)境”為核心，統(tǒng)籌考慮“地上與地下”空間格局，數(shù)量、質(zhì)量、生態(tài)“三位一體”工作思路，建立面向地球健康狀況調(diào)查的地質(zhì)工作體系.結(jié)合秦嶺礦山環(huán)境恢復(fù)治理監(jiān)測、黃河水土流失動態(tài)監(jiān)測成果及黃土高原局部地區(qū)治理經(jīng)驗，開展黃河流域水土流失防治和秦嶺生態(tài)修復(fù)方法技術(shù)研究，推進(jìn)區(qū)域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展.

5.4 建立和完善西北特殊景觀區(qū)的自然資源調(diào)查監(jiān)測體系

以地球系統(tǒng)科學(xué)和自然資源科學(xué)為理論基礎(chǔ)，以技術(shù)融合和科技創(chuàng)新為支撐基礎(chǔ)，跟蹤調(diào)查監(jiān)測技術(shù)發(fā)展的方向，聚焦短板問題，健全自然資源監(jiān)測體制.尤其是針對西北特殊景觀區(qū)自然資源管理的需求，建立和完善適用于西北高寒深切割區(qū)、戈壁荒漠區(qū)、綠洲平原區(qū)、高山峽谷區(qū)、黃土高原區(qū)等不同景觀區(qū)的自然資源與災(zāi)害遙感調(diào)查監(jiān)測技術(shù)體系.

6 遙感先行支撐宜居地球與地球體檢計劃

目前，全球突出的環(huán)境問題主要有空氣污染、水污染、土壤侵蝕、土地退化、濕地草場及天然森林不斷減少等［15］.面對眾多的環(huán)境問題，世界自然基金會（WWF）從2012年開始每兩年發(fā)布一次《地球生命力報告》，持續(xù)關(guān)注地球生命力狀況.報告顯示，人類活動正在不斷地給地球累積壓力，地球環(huán)境惡化，生物多樣性持續(xù)喪失，生態(tài)系統(tǒng)健康遭破壞，地球生命力指數(shù)持續(xù)下降，且下降趨勢正在加劇.面對此狀況，急需對地球進(jìn)行一次總體環(huán)境的評估.侯增謙院士通過分析美國、德國、英國等科技發(fā)達(dá)國家的地球系統(tǒng)科學(xué)戰(zhàn)略及1980年以來實施的多項全球大科學(xué)研究計劃，指出人類活動與自然環(huán)境的交互作用已逐漸成為地球表層系統(tǒng)演化的主要驅(qū)動力，通過建立強大的調(diào)查與評價、探測與觀測、模擬與預(yù)測全流程技術(shù)體系，開展圈層相互作用研究，可以更好地理解宜居地球的時空演變［16］.王焰新院士引入“同一健康”概念，探討了醫(yī)學(xué)地質(zhì)研究需要為預(yù)防、監(jiān)測和控制全球性傳染病提供地學(xué)理論、數(shù)據(jù)和方法支撐，進(jìn)而研究在人類活動影響下，地球物質(zhì)循環(huán)、生態(tài)系統(tǒng)韌性變化與疾病出現(xiàn)和傳播的成因聯(lián)系［17］.

針對全球尺度問題，基于天－空－地一體化的遙感綜合觀測技術(shù)是最佳體檢手段，可在全球范圍內(nèi)開展多圈層、多尺度、多角度、多探測介質(zhì)的一體化監(jiān)測與評估，對地球健康狀況進(jìn)行全面體檢，可對地球現(xiàn)狀進(jìn)行系統(tǒng)科學(xué)的認(rèn)識、分析與評價.

以地球關(guān)鍵帶理論為指導(dǎo)，系統(tǒng)開展地球體檢，實現(xiàn)宜居地球目標(biāo)，以遙感先行，利用衛(wèi)星、遙感等現(xiàn)代信息技術(shù)為支撐，建立對全球環(huán)境具有重大影響的土壤、水環(huán)境、大氣環(huán)境、礦山環(huán)境、林草/濕地、荒漠化/沙化、污染狀況的地球健康檢查要素，融合地球表層系統(tǒng)科學(xué)、公共衛(wèi)生、生態(tài)環(huán)境等領(lǐng)域的權(quán)威專家，建立地球健康檢查指標(biāo)體系，結(jié)合光譜影像的高效處理和人工智能解譯對每項指標(biāo)進(jìn)行專家評分，并根據(jù)各項指標(biāo)的權(quán)重對地球健康進(jìn)行總體評價，從而形成地球體檢報告.

7 結(jié)論

1）遙感先行理念的實行，是構(gòu)建以遙感先行技術(shù)體系重要使命的切實體現(xiàn).通過遙感先行，可進(jìn)一步促進(jìn)遙感技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化，使其在“山水林田湖草”自然資源三測中發(fā)揮更大的作用.

2）中國西部自然資源調(diào)查工作應(yīng)緊密圍繞國家新發(fā)展格局，結(jié)合區(qū)內(nèi)自然資源、社會經(jīng)濟狀況等，積極踐行遙感先行的理念，科學(xué)謀劃，合理部署遙感地質(zhì)調(diào)查工作.

3）隨著中國航天事業(yè)獲得快速發(fā)展，遙感衛(wèi)星的數(shù)量和種類已滿足全球監(jiān)測的需要，輔之北斗導(dǎo)航衛(wèi)星的精準(zhǔn)定位，無論在數(shù)據(jù)還是技術(shù)方面都可支撐地球體檢計劃的嘗試與探索，且隨著技術(shù)體系的成熟和發(fā)展，有望直接推送遙感地球體檢工作的規(guī)?；瘧?yīng)用.