遙感大數(shù)據(jù)助力國(guó)家生態(tài)保護(hù)紅線監(jiān)管

文 史園莉 畢曉玲 王麗霞 邰文飛 肖桐 申文明

充分發(fā)揮衛(wèi)星遙感、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等技術(shù)優(yōu)勢(shì)，按照“事前嚴(yán)防、事中嚴(yán)管、事后嚴(yán)懲”的全過(guò)程嚴(yán)格監(jiān)管思路，建立保障生態(tài)保護(hù)紅線優(yōu)先地位，涵蓋監(jiān)測(cè)預(yù)警、評(píng)估考核、日常監(jiān)管、執(zhí)法處置、補(bǔ)償獎(jiǎng)勵(lì)、追責(zé)懲罰的管控體系。

劃定并嚴(yán)守生態(tài)保護(hù)紅線，功在當(dāng)代，利在千秋。黨中央和國(guó)務(wù)院高度重視生態(tài)保護(hù)紅線工作，十八大以來(lái)，習(xí)近平總書記多次就劃定并嚴(yán)守生態(tài)保護(hù)紅線做出重要批示，明確指出生態(tài)保護(hù)紅線是國(guó)家生態(tài)安全的底線和生命線，不能突破。2017年2月，中辦、國(guó)辦印發(fā)了《關(guān)于劃定并嚴(yán)守生態(tài)保護(hù)紅線的若干意見》（簡(jiǎn)稱《若干意見》），明確提出要嚴(yán)格管控生態(tài)保護(hù)紅線，建立國(guó)家生態(tài)保護(hù)紅線監(jiān)管平臺(tái)。2017年10月，國(guó)家發(fā)展改革委批復(fù)生態(tài)環(huán)境部衛(wèi)星環(huán)境應(yīng)用中心建設(shè)國(guó)家生態(tài)保護(hù)紅線監(jiān)管平臺(tái)，平臺(tái)將基于高分辨率衛(wèi)星遙感大數(shù)據(jù)，充分發(fā)揮“天—空—地”協(xié)同監(jiān)管、時(shí)空臺(tái)賬評(píng)估、大數(shù)據(jù)挖掘與集成分析等技術(shù)，支撐國(guó)家管理部門開展生態(tài)保護(hù)紅線監(jiān)測(cè)、評(píng)估、考核、執(zhí)法、監(jiān)督等工作，是生態(tài)環(huán)境部門履行職能管理的“千里眼”“順風(fēng)耳”和“預(yù)警機(jī)”。平臺(tái)建成之后，將實(shí)現(xiàn)第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)生態(tài)保護(hù)紅線內(nèi)的人類干擾活動(dòng)，第一時(shí)間推送破壞生態(tài)保護(hù)紅線的問(wèn)題清單，第一時(shí)間記錄臺(tái)賬信息，對(duì)生態(tài)保護(hù)紅線的監(jiān)管具有十分重要的意義。

生態(tài)保護(hù)紅線管控要求

管控目標(biāo)要求

生態(tài)保護(hù)紅線“劃”是基礎(chǔ)，“守”是關(guān)鍵，必須“嚴(yán)”字當(dāng)頭，一嚴(yán)到底，立法要嚴(yán)、執(zhí)法要嚴(yán)、追責(zé)要嚴(yán)，用最嚴(yán)格的制度保護(hù)紅線，決不允許有令不行、有禁不止?！度舾梢庖姟访鞔_提出了生態(tài)保護(hù)紅線管控目標(biāo)要求，即確保生態(tài)功能不降低、面積不減少、性質(zhì)不改變。

從技術(shù)上來(lái)說(shuō)，實(shí)現(xiàn)“三個(gè)不”的管控要求，核心是要加快推進(jìn)國(guó)家生態(tài)保護(hù)紅線監(jiān)管平臺(tái)建設(shè)，實(shí)現(xiàn)常態(tài)化監(jiān)管，及時(shí)預(yù)警生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)和發(fā)現(xiàn)破壞生態(tài)保護(hù)紅線行為。具體包括兩個(gè)方面的工作：一是建立和完善監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)。要結(jié)合有關(guān)部門和地方現(xiàn)有的監(jiān)測(cè)站點(diǎn)，查漏補(bǔ)缺，建立標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一、能力一致的監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)體系，快速、準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)獲取生態(tài)保護(hù)紅線的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)紅線監(jiān)測(cè)的全方位、實(shí)時(shí)化、信息化；二是強(qiáng)化數(shù)據(jù)共享。要加強(qiáng)與其他部門監(jiān)測(cè)監(jiān)管網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)互通，通過(guò)“互聯(lián)網(wǎng)+”、大數(shù)據(jù)等手段，整合各類數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。

圖1 生態(tài)保護(hù)紅線全過(guò)程管控要求

全周期管控要求

從全周期管控看，生態(tài)保護(hù)紅線要求源頭嚴(yán)防、過(guò)程嚴(yán)管、后果嚴(yán)懲。

第一，源頭嚴(yán)防。必須在源頭把關(guān)，堅(jiān)持生態(tài)保護(hù)紅線的“預(yù)防為主，保護(hù)優(yōu)先”原則。一是以切實(shí)有效的宣傳教育，在各級(jí)領(lǐng)導(dǎo)干部、企事業(yè)單位和個(gè)人心中形成守護(hù)生態(tài)保護(hù)紅線的意識(shí)；二是以全面嚴(yán)格的制度，嚴(yán)控在生態(tài)保護(hù)紅線區(qū)域內(nèi)的各項(xiàng)開發(fā)建設(shè)及資源利用活動(dòng)，切斷侵占破壞生態(tài)保護(hù)紅線的源頭。

第二，過(guò)程嚴(yán)管。要在過(guò)程中嚴(yán)格管理，堅(jiān)持生態(tài)保護(hù)紅線的過(guò)程防控原則。一是以“天—空—地”一體化監(jiān)測(cè)手段，實(shí)施常態(tài)化監(jiān)測(cè)，掌握第一手?jǐn)?shù)據(jù)資料；二是以全天候的自動(dòng)監(jiān)控與人工監(jiān)察執(zhí)法對(duì)生態(tài)保護(hù)紅線區(qū)域內(nèi)的各項(xiàng)活動(dòng)實(shí)施嚴(yán)密監(jiān)控。

第三，后果嚴(yán)懲。要在破壞后通過(guò)嚴(yán)懲形成震懾作用，堅(jiān)持生態(tài)保護(hù)紅線的責(zé)任擔(dān)當(dāng)原則。一是對(duì)決策損害生態(tài)保護(hù)紅線區(qū)域的各級(jí)領(lǐng)導(dǎo)干部依法依規(guī)嚴(yán)懲，決不姑息；二是對(duì)侵占破壞生態(tài)保護(hù)紅線區(qū)域的企事業(yè)單位和個(gè)人嚴(yán)肅追責(zé)，嚴(yán)懲不貸。

高分辨率對(duì)地觀測(cè)時(shí)代的環(huán)境遙感大數(shù)據(jù)

隨著國(guó)家高分專項(xiàng)、空間信息基礎(chǔ)設(shè)施的實(shí)施，國(guó)內(nèi)外衛(wèi)星商業(yè)化的前進(jìn)使得遙感數(shù)據(jù)資源極大的豐富。我國(guó)已先后發(fā)射了高分系列、資源系列、高景系列等具備先進(jìn)高分辨率觀測(cè)能力的民用衛(wèi)星，當(dāng)前在軌可用衛(wèi)星達(dá)20余顆，空間分辨率達(dá)亞米級(jí)。正在實(shí)施的國(guó)家重大專項(xiàng)“高分辨率對(duì)地觀測(cè)系統(tǒng)”提出，要建立天基、臨近空間、空基對(duì)地觀測(cè)系統(tǒng)，形成時(shí)空協(xié)調(diào)、全天時(shí)、全天候、全球覆蓋的對(duì)地觀測(cè)能力，到2020 年前后，與其他觀測(cè)手段結(jié)合，我國(guó)將全面建成陸地、大氣和海洋先進(jìn)高分辨率對(duì)地觀測(cè)系統(tǒng)。新一代高分辨率衛(wèi)星系統(tǒng)相繼投入應(yīng)用，我國(guó)遙感領(lǐng)域已經(jīng)正式步入了高分辨率影像的大數(shù)據(jù)時(shí)代。遙感數(shù)據(jù)具有鮮明的大數(shù)據(jù)特點(diǎn)。

第一，多衛(wèi)星源、體量大。新型衛(wèi)星傳感器不僅空間、時(shí)間和光譜分辨率高，而且成像方式多樣、波段數(shù)量多，單位時(shí)間內(nèi)獲取的數(shù)據(jù)量、存儲(chǔ)量和計(jì)算量都特別大。遙感大數(shù)據(jù)的體量大，不僅因?yàn)樗婕暗胶Ａ康臄?shù)據(jù)，還因?yàn)樗婕暗臄?shù)據(jù)集的高維性和數(shù)據(jù)集間的鏈接性。

第二，多尺度、類型多。遙感大數(shù)據(jù)具有多源異構(gòu)性，數(shù)據(jù)種類和來(lái)源多樣化。遙感大數(shù)據(jù)類型復(fù)雜多樣，格式不一，包括文檔、視頻、圖像和地理位置信息等結(jié)構(gòu)化、半結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。遙感大數(shù)據(jù)的維度越來(lái)越高，呈現(xiàn)出多尺度的特征，主要分為空間維度、時(shí)間維度、光譜維度、角度維度等。

第三，多組網(wǎng)、時(shí)效強(qiáng)。隨著大量的高分辨率遙感衛(wèi)星的運(yùn)行，建立高分辨率星座組網(wǎng)應(yīng)用，使得遙感觀測(cè)的采樣間隔在縮短，數(shù)據(jù)獲取的頻率大幅度增加，通過(guò)地面?zhèn)鞲芯W(wǎng)等手段獲取數(shù)據(jù)的頻率則更高。另外，紅外、微波衛(wèi)星的發(fā)展，解決了夜晚、陰雨多霧情況下的全天時(shí)和全天候的遙感觀測(cè)。

第四，多用途、用戶廣。遙感信息感知無(wú)處不在，信息海量，潛值巨大，應(yīng)用廣泛。生態(tài)、環(huán)境、國(guó)土、林業(yè)、農(nóng)業(yè)等各領(lǐng)域在傳統(tǒng)衛(wèi)星影像應(yīng)用的基礎(chǔ)上，均不斷通過(guò)先進(jìn)的計(jì)算機(jī)算法來(lái)挖掘隱藏在遙感大數(shù)據(jù)背后的各種有價(jià)值的信息。

圖2 國(guó)家生態(tài)保護(hù)紅線監(jiān)管平臺(tái)建設(shè)思路

國(guó)家生態(tài)保護(hù)紅線監(jiān)管手段多樣化

國(guó)家生態(tài)保護(hù)紅線監(jiān)管平臺(tái)是嚴(yán)守生態(tài)保護(hù)紅線的重要手段。充分發(fā)揮衛(wèi)星遙感、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等技術(shù)優(yōu)勢(shì)，按照“事前嚴(yán)防、事中嚴(yán)管、事后嚴(yán)懲”的全過(guò)程嚴(yán)格監(jiān)管思路，建立保障紅線優(yōu)先地位，涵蓋監(jiān)測(cè)預(yù)警、評(píng)估考核、日常監(jiān)管、執(zhí)法處置、補(bǔ)償獎(jiǎng)勵(lì)、追責(zé)懲罰的管控體系。

“天—空—地”協(xié)同調(diào)度助力生態(tài)保護(hù)紅線監(jiān)管

常規(guī)的環(huán)境監(jiān)管方法具有較強(qiáng)的滯后性。針對(duì)生態(tài)保護(hù)紅線分布范圍廣、面積大等特點(diǎn)，構(gòu)建天—空—地一體化生態(tài)保護(hù)紅線區(qū)監(jiān)管技術(shù)體系方法，建成國(guó)家生態(tài)保護(hù)紅線監(jiān)管平臺(tái)，以遙感數(shù)據(jù)為主要驅(qū)動(dòng)，綜合利用衛(wèi)星遙感觀測(cè)、航空遙感觀測(cè)、實(shí)地核查、固定地面臺(tái)站監(jiān)測(cè)和固定樣地樣方監(jiān)測(cè)等技術(shù)手段，集成行業(yè)專題調(diào)查統(tǒng)計(jì)、公眾舉報(bào)和社會(huì)監(jiān)督等數(shù)據(jù)，基于物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸、生態(tài)模型模擬和大數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)分析等關(guān)鍵技術(shù)，即時(shí)開展生態(tài)保護(hù)紅線區(qū)人類活動(dòng)變化監(jiān)測(cè)，實(shí)時(shí)采集生態(tài)系統(tǒng)狀況參數(shù)和發(fā)現(xiàn)生態(tài)保護(hù)紅線動(dòng)態(tài)變化，定期開展生態(tài)系統(tǒng)狀況、生態(tài)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)和成效評(píng)估等。各種手段相互配合，優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，提高全方位監(jiān)管效率，服務(wù)于生態(tài)保護(hù)紅線區(qū)的實(shí)時(shí)監(jiān)管、預(yù)報(bào)預(yù)警、監(jiān)督執(zhí)法等生態(tài)保護(hù)管理，并及時(shí)向社會(huì)公眾公開和發(fā)布相關(guān)信息。

“空間臺(tái)賬+表單臺(tái)賬”助力生態(tài)保護(hù)紅線評(píng)估與考核

在空間維度上，以生態(tài)保護(hù)紅線斑塊為基本單元，每個(gè)生態(tài)保護(hù)紅線斑塊按照規(guī)則編制唯一編碼，建立以生態(tài)保護(hù)紅線劃定及其本底狀況為主的紅線基礎(chǔ)空間臺(tái)賬。在統(tǒng)計(jì)表單上，以縣域?yàn)榛窘y(tǒng)計(jì)單元，以縣級(jí)行政區(qū)劃代碼為唯一編碼，建立以生態(tài)保護(hù)紅線劃定及其本底狀況為主的紅線基礎(chǔ)表單臺(tái)賬。依托“天—空—地”一體化監(jiān)測(cè)獲取的生態(tài)保護(hù)紅線監(jiān)管人類活動(dòng)、生態(tài)狀況、保護(hù)成效等各類產(chǎn)品。以此為基礎(chǔ)，集成分析生態(tài)保護(hù)紅線監(jiān)測(cè)評(píng)估結(jié)果，定量核算生態(tài)保護(hù)紅線的各種生態(tài)系統(tǒng)類型面積和用地性質(zhì)的變化，分析自然生態(tài)空間“生態(tài)盈虧”及其流向；定量統(tǒng)計(jì)生態(tài)保護(hù)紅線主導(dǎo)服務(wù)功能的變化情況，分析生態(tài)服務(wù)功能“生態(tài)盈虧”及其變化原因。對(duì)于生態(tài)保護(hù)紅線邊界調(diào)整的情況，進(jìn)行生態(tài)保護(hù)紅線面積空間對(duì)比和臺(tái)賬變更。

劃定并嚴(yán)守生態(tài)保護(hù)紅線，功在當(dāng)代，利在千秋。CNSphoto供圖

大數(shù)據(jù)挖掘與分析助力生態(tài)環(huán)境破壞預(yù)測(cè)預(yù)警

大數(shù)據(jù)的核心就是預(yù)測(cè)。大數(shù)據(jù)環(huán)境下，遙感大數(shù)據(jù)的空間、時(shí)間、光譜、角度等維度越來(lái)越高，對(duì)生態(tài)環(huán)境的多粒度、多時(shí)相、多方位和多層次的全面反映數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合信息挖掘，能揭示更多的生態(tài)環(huán)境知識(shí)和變化規(guī)律，實(shí)現(xiàn)生態(tài)安全監(jiān)測(cè)預(yù)警。遙感大數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)預(yù)警不必局限于研究生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生背后的原因，更多地依靠對(duì)大數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)關(guān)系分析，不會(huì)受到偏見和成見的影響。遙感大數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)需要找出與風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生相關(guān)性較強(qiáng)的可遙感指標(biāo)，通過(guò)監(jiān)測(cè)關(guān)聯(lián)指標(biāo)來(lái)預(yù)測(cè)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生的概率，關(guān)聯(lián)指標(biāo)相關(guān)性越強(qiáng)，生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生率越高。隨著遙感技術(shù)的發(fā)展，各類遙感參數(shù)產(chǎn)品的分辨率得到進(jìn)一步提高，植被類型、植被生物參量、土壤理化特征等更易通過(guò)遙感數(shù)據(jù)獲取，輔以更加科學(xué)的數(shù)據(jù)分析模型，遙感大數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)預(yù)警將更實(shí)時(shí)、更具前瞻性。

大數(shù)據(jù)可視化助力生態(tài)保護(hù)紅線管理決策

一圖勝千言。密切結(jié)合生態(tài)保護(hù)紅線管理需求，加強(qiáng)實(shí)時(shí)在線和可視化交互能力。借助人機(jī)交互式分析方法和交互技術(shù)，將大數(shù)據(jù)以直觀的可視化的圖形形式進(jìn)行展示，使管理者能夠更為直觀和高效地洞悉大數(shù)據(jù)背后的信息、知識(shí)與智慧。利用遙感大數(shù)據(jù)進(jìn)行生態(tài)保護(hù)紅線監(jiān)管，涉及重要生態(tài)功能區(qū)、生態(tài)敏感區(qū)和脆弱區(qū)等不同區(qū)域類型，涵蓋人類干擾活動(dòng)、生態(tài)系統(tǒng)狀況、生態(tài)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)、生態(tài)保護(hù)成效等不同主題，數(shù)據(jù)成果體系龐大，同時(shí)數(shù)據(jù)尺度不一、應(yīng)用多樣化。通過(guò)可視化交互和數(shù)字地球技術(shù)，對(duì)海量生態(tài)保護(hù)紅線遙感監(jiān)管數(shù)據(jù)進(jìn)行多角度、多層次、多維度在線立體分析，構(gòu)建監(jiān)測(cè)、預(yù)警、評(píng)估成果的綜合展示和應(yīng)用集成場(chǎng)景，實(shí)現(xiàn)主題、地圖、圖表的一體化展現(xiàn)與交互聯(lián)動(dòng)，直觀、快捷的傳遞數(shù)據(jù)背后的決策價(jià)值信息，為生態(tài)保護(hù)紅線管理決策提供強(qiáng)大技術(shù)支持。