以張家口市為例看遙感技術在地方政府管理中的應用

徐雯佳

(1.河北省水文工程地質(zhì)勘查院,石家莊050021；2.河北省遙感中心,石家莊050021)

1 引言

遙感技術具有大面積同步觀測、實時、連續(xù)、客觀等優(yōu)點，是一種長期快速獲取信息的有效手段。近二十年來，我國航天遙感事業(yè)迅猛發(fā)展，截至2020年底，中國在軌衛(wèi)星總數(shù)已經(jīng)超過200 顆，排名世界第二，僅次于美國。氣象系列衛(wèi)星、資源系列衛(wèi)星、海洋系列衛(wèi)星、環(huán)境減災系列衛(wèi)星、高分系列衛(wèi)星等遙感衛(wèi)星的成功發(fā)射，使我國衛(wèi)星遙感實現(xiàn)了高空間分辨率、高時間分辨率、高光譜分辨率、多模式雷達影像的有機結合，形成了全天候、全天時、全球覆蓋的對地觀測能力[1]。與航天遙感相比，以無人機遙感為代表的航空遙感發(fā)展也毫不遜色。無人機遙感具有全天時、實時化、高分辨率、靈活機動、高性價比等優(yōu)勢[2]，可以很容易地獲取厘米級甚至更高分辨率的地面信息，在低成本的基礎上實現(xiàn)了空間和時間的辯證統(tǒng)一，與衛(wèi)星遙感形成了互補[3]。此外，以高塔、車、船等為平臺的地面遙感發(fā)展也非常迅速，比如車載激光雷達、地面便攜式光譜測量等的應用也越來越廣。

將天基、空基和地基等多元感知系統(tǒng)進行集成，當代遙感技術已具備了“天空地”一體化的立體感知能力，呈現(xiàn)大數(shù)據(jù)特征，在社會經(jīng)濟發(fā)展中發(fā)揮的作用越來越強。眾多遙感產(chǎn)品和技術已廣泛應用于自然資源、生態(tài)環(huán)境、農(nóng)牧業(yè)、氣象、水利、應急、城建、交通、旅游等多領域，成為了政府部門開展業(yè)務工作的重要支撐手段。本文以張家口市為例，以服務自然資源開發(fā)與監(jiān)管、生態(tài)環(huán)境保護與修復、農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)管理、防災減災、旅游資源開發(fā)為研究對象，分析介紹了遙感技術在支撐地方政府管理中的作用。

2 張家口市概況

張家口市地處河北省西北部，東臨首都北京、西連煤都大同、北靠內(nèi)蒙古高原，南接華北平原，總面積3.68 萬平方公里，總人口460 萬。市轄10 個縣（張北、康保、沽源、尚義、蔚縣、陽原、懷安、懷來、涿鹿、赤城），6 個區(qū)（橋東、橋西、宣化、下花園、萬全、崇禮），2 個管理區(qū)（察北、塞北），1 個高新區(qū)。地勢西北高、東南低，陰山山脈橫貫中部，將張家口市劃分為壩上、壩下兩大部分。境內(nèi)洋河、桑干河橫貫東西，匯入官廳水庫。屬于溫帶大陸性季風氣候，多年平均水資源總量為17.99 億m3。擁有較豐富的能源資源、森林資源、礦產(chǎn)資源、滑雪資源。區(qū)位交通優(yōu)越，是京津冀（環(huán)渤海）經(jīng)濟圈和冀晉蒙（外長城）經(jīng)濟圈的交匯點。

3 遙感在政府管理中的應用

3.1 在自然資源管理中的應用

“十四五”時期，全力做好資源要素保障、強化生態(tài)支撐，修改完善國土空間規(guī)劃，扎實做好耕地保護、礦山綜合治理、農(nóng)村亂占耕地建房清理規(guī)范等工作，助力經(jīng)濟社會高質(zhì)量發(fā)展，推進自然資源治理體系和治理能力現(xiàn)代化是張家口自然資源管理的重點工作。應用高分遙感數(shù)據(jù)，開展自然資源與土地利用調(diào)查監(jiān)測、礦產(chǎn)資源開發(fā)與環(huán)境監(jiān)測、綠色能源調(diào)查、國土生態(tài)修復監(jiān)測、地質(zhì)環(huán)境調(diào)查監(jiān)測等，可為地方自然資源監(jiān)管、國土空間優(yōu)化管理、國土空間生態(tài)修復、自然資源高效利用、自然資源治理等提供強有力的技術支撐。

在自然資源調(diào)查監(jiān)測方面，充分發(fā)揮現(xiàn)代國產(chǎn)衛(wèi)星遙感的“三高”優(yōu)勢，能夠快速、客觀、準確獲取山水林田湖草沙等自然資源的分布現(xiàn)狀與動態(tài)變化，為地方政府統(tǒng)籌開發(fā)與利用自然資源提供基礎數(shù)據(jù)。

在土地利用調(diào)查監(jiān)測方面，利用高分衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)，結合其他土地調(diào)查數(shù)據(jù)資料，按照土地利用現(xiàn)狀分類標準，開展相關土地利用調(diào)查與核查工作，可全面詳細掌握全市土地利用變化情況，實現(xiàn)支撐土地資源監(jiān)管，為建設用地批后監(jiān)管、耕地目標責任考核、土地執(zhí)法督察等相關工作提供客觀依據(jù)，服務節(jié)約集約用地和耕地保護。

在礦產(chǎn)資源開發(fā)與環(huán)境監(jiān)測方面，利用多源衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)，可查明礦山開發(fā)占地、礦山環(huán)境恢復治理和礦山地質(zhì)災害的變化情況、表現(xiàn)特征及變化趨勢，為管理部門準確摸清礦山環(huán)境底數(shù)、及時掌握礦山環(huán)境動態(tài)變化提供基礎數(shù)據(jù)，為推動露天礦山污染持續(xù)整治提供決策依據(jù)。

在綠色能源開發(fā)方面，張家口有豐富的風能資源、太陽能資源和地熱資源。利用可見光遙感和紅外遙感技術，結合數(shù)值模擬技術，開展太陽能遙感監(jiān)測和風能數(shù)值模擬，掌握風能太陽能資源分布狀況，估算風能太陽能的資源總量。利用熱紅外遙感技術，通過提取地表溫度的熱異常點開展地熱資源調(diào)查，獲取地熱資源的分布狀況。監(jiān)測成果可為合理科學地進行風能資源、太陽能資源和地熱資源等綠色能源區(qū)劃和開發(fā)利用提供支撐。

在國土空間生態(tài)修復監(jiān)測方面，應用衛(wèi)星遙感技術，可實現(xiàn)從項目申報、審批、工程部署、施工、竣工及驗收、治理效果的國土空間生態(tài)修復項目全過程跟蹤監(jiān)測，真實反映治理進展及效果，并輔助工程申報、審批與績效評價等工作。

在地質(zhì)環(huán)境調(diào)查監(jiān)測方面，基于遙感影像，可以直觀的識別出滑坡、崩塌、泥石流、采煤區(qū)的采空塌陷等災害體及其影響范圍、發(fā)生的地質(zhì)環(huán)境等，為地質(zhì)災害防治及處置提供決策支持；通過提取地貌、第四系、荒漠化、沙漠化、濕地、草場、林地等生態(tài)地質(zhì)環(huán)境因子，評價生態(tài)地質(zhì)環(huán)境狀況，為地質(zhì)環(huán)境保護與管理提供輔助信息；對礦產(chǎn)資源開發(fā)、地下水資源開采等原因造成的地面沉降進行動態(tài)監(jiān)測，為地面沉降防治和應對提供基礎數(shù)據(jù)。

3.2 在生態(tài)環(huán)境保護中的應用

張家口生態(tài)環(huán)境優(yōu)美，正在著力打造“京津后花園”。生態(tài)環(huán)境質(zhì)量事關張家口經(jīng)濟發(fā)展的命脈。應用遙感技術，實時獲取水環(huán)境、大氣環(huán)境、生態(tài)環(huán)境等變化信息可為生態(tài)環(huán)境保護提供數(shù)據(jù)支撐。

在水環(huán)境遙感監(jiān)測方面，張家口水體均為內(nèi)陸水體，水域面積相對小且污染類型多樣，需要應用哨兵二號、高分五號等具有較高光譜分辨率和空間分辨率的遙感影像。通過建立水質(zhì)定量反演算法，測定葉綠素a、懸浮物、可溶性有機物、水溫、透明度等環(huán)境要素來反映水體的質(zhì)量[4]。

在大氣環(huán)境遙感監(jiān)測方面，應用衛(wèi)星遙感監(jiān)測技術，可以實時獲取PM2.5、PM10 等大氣污染物的空間分布和變化過程，動態(tài)監(jiān)控沙塵、秸稈焚燒等大氣污染來源，為防治霧霾提供重要依據(jù)；還可以實現(xiàn)氣溶膠、臭氧、二氧化硫、二氧化氮、二氧化碳、甲烷等氣體的動態(tài)監(jiān)測，為大氣污染防治提供決策依據(jù)[5]。

在生態(tài)環(huán)境遙感監(jiān)測方面，利用多源遙感信息，以宣化區(qū)、蔚縣、陽原縣、懷安縣、萬全區(qū)、懷來縣、涿鹿縣、赤城縣、崇禮區(qū)等重要生態(tài)功能區(qū)，小五臺山自然保護區(qū)、大海陀自然保護區(qū)等國家級自然保護區(qū)，壩上農(nóng)牧交錯帶，壩上生態(tài)脆弱區(qū)等區(qū)域為重點，開展土地利用/土地覆被分布現(xiàn)狀與動態(tài)監(jiān)測、生態(tài)環(huán)境質(zhì)量動態(tài)監(jiān)測和評價，為政府嚴守生態(tài)保護紅線、修復治理生態(tài)環(huán)境、保護管理重點生態(tài)功能區(qū)、監(jiān)督管理自然保護地提供基礎數(shù)據(jù)。

3.3 在農(nóng)牧業(yè)中的應用

張家口市已經(jīng)初步形成了畜牧、葡萄、無公害蔬菜、脫毒馬鈴薯、杏扁、專用玉米、食用菌、奶業(yè)八大特色主導產(chǎn)業(yè)和50 個縣級區(qū)域特色產(chǎn)業(yè)，各類農(nóng)產(chǎn)品市場化程度逐步提高。農(nóng)牧業(yè)是張家口經(jīng)濟的重要支柱之一。利用遙感技術，能夠客觀、準確、實時、長期獲取作物的分布、類型、長勢、田間作業(yè)等信息，應用于農(nóng)牧業(yè)資源調(diào)查、作物估產(chǎn)、災害監(jiān)測和精準管理等，為農(nóng)牧業(yè)管理部門確保糧食安全、優(yōu)化種植結構、布局特色產(chǎn)業(yè)、災害應急響應等提供技術支撐。

在農(nóng)牧業(yè)資源調(diào)查方面，可采用作物物候的時序NDVI 和面向?qū)ο蠓诸惖确椒?，進行作物識別，掌握主要作物種類與分布狀況，估算作物面積，分析張家口主要糧食作物、重要經(jīng)濟作物、牧草作物等的生產(chǎn)動態(tài)變化[6]。

在作物估產(chǎn)方面，通過反演植被指數(shù)、葉面積指數(shù)和葉綠素密度等能反映作物生長狀況的指標，實現(xiàn)作物長勢遙感監(jiān)測，估算農(nóng)作物產(chǎn)量和牧草作物產(chǎn)量。

在災害監(jiān)測方面，利用災情發(fā)生前后的遙感數(shù)據(jù)，通過對比分析兩種時期作物生長指數(shù)、植被指數(shù)、土壤水分、作物溫度等參數(shù)的差異，掌握作物病蟲害、干旱、洪澇、低溫冷凍等災害情況。

在精準管理方面，遙感可為精準農(nóng)牧業(yè)提供兩類空間分布信息。一類是基礎信息，包括基礎設施、地塊分布及土壤肥力狀況等信息；另一類是時空動態(tài)變化信息，包括作物產(chǎn)量、土壤熵情、作物養(yǎng)分狀況、病蟲害的發(fā)生發(fā)展狀況、雜草的生長狀況以及作物物候等信息。

3.4 在應急管理中的應用

遙感技術在應急管理中的主要服務對象包括森林草原火災、水災、旱災、地質(zhì)災害、地震等主要災害種類及其風險監(jiān)測預警，以及安全生產(chǎn)領域事故（尾礦庫、?；┑?。服務模式主要有常規(guī)監(jiān)測和應急監(jiān)測[7]。

常規(guī)監(jiān)測是在災害事件未發(fā)生之前，利用穩(wěn)定的資源系列、高分系列、環(huán)境減災系列等衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)開展全域巡查，以及災害特征參數(shù)的監(jiān)測與分析，為災害風險識別、預警預報提供數(shù)據(jù)支撐，例如森林與草原煙火、地質(zhì)災害、干旱等，尤其是對高風險區(qū)重點目標的日常持續(xù)監(jiān)測。張家口市森林草原資源豐富，在春季、秋季、冬季等火災易發(fā)季，需重視火災的常規(guī)遙感監(jiān)測。此外，該市地貌類型豐富，地質(zhì)災害種類多，分布面積廣，在汛期需重視地質(zhì)災害的遙感日常排查。

應急監(jiān)測是在災害事件發(fā)生后，快速采集相關衛(wèi)星數(shù)據(jù)，并根據(jù)災情部署無人機、地面監(jiān)控車等將災害現(xiàn)場及衛(wèi)星數(shù)據(jù)實時傳送后臺指揮中心，為應急救助決策和恢復重建方案的制定提供數(shù)據(jù)支持；開展災害快速制圖、災害影響范圍、災害損失評估等為應急救助和恢復重建方案的制定提供支撐。

3.5 在旅游資源開發(fā)利用中的應用

張家口市擁有獨特的地理環(huán)境和濃郁的塞外風情，旅游資源豐富。遙感技術在旅游資源調(diào)查、旅游資源探索和拓展、旅游地圖和導游圖編制等方面擁有廣泛應用[8]，可為旅游管理部門開展旅游資源普查、監(jiān)測、開發(fā)、規(guī)劃和保護等提供支撐。

在旅游資源調(diào)查監(jiān)測方面，根據(jù)遙感多波段信息的差異，分類識別不同的旅游資源類型，進行各資源的數(shù)量、質(zhì)量和分布特征的分析評價，為旅游資源保護和合理開發(fā)提供科學依據(jù)。尤其是，張家口市具備豐富的滑雪資源，并且鄰近北京，為2022冬奧會舉辦城市之一。在滑雪資源遙感監(jiān)測中，應充分利用遙感優(yōu)勢，對重點滑雪場的積雪厚度以及周圍環(huán)境進行長期監(jiān)測，關注滑雪場的動態(tài)變化，為養(yǎng)護奧運場地提供依據(jù)，以確保冬奧會滑雪運動的順利開展。

在旅游資源探索和拓展方面，高空間分辨率遙感影像可直觀、全面、清晰獲取地物的色調(diào)、大小、形狀、紋理、陰影、結構等信息，便于發(fā)現(xiàn)和拓展新的旅游資源[9]。

在編制旅游地圖和導游圖方面，遙感影像具有豐富的光譜信息、空間信息和紋理信息，以遙感影像為背景的地圖圖面清晰易懂，色彩鮮明，旅游者能從圖上迅速而準確地判定所在位置，并直觀掌握景點的整體情況。

4 結語

經(jīng)過二十多年的發(fā)展，我國遙感數(shù)據(jù)類型數(shù)量日益增多且成體系化發(fā)展，“天空地”立體遙感監(jiān)測為地方政府管理提供了長期、穩(wěn)定的數(shù)據(jù)服務。而隨著遙感大數(shù)據(jù)時代的來臨，為實現(xiàn)海量遙感數(shù)據(jù)的快速處理分析和深度挖掘應用，遙感與大數(shù)據(jù)、人工智能、云計算、互聯(lián)網(wǎng)等新一代信息技術融合發(fā)展已成為了遙感應用智能升級的重大方向。遙感大數(shù)據(jù)與人工智能融合技術，可使遙感技術應用由信息獲取端向信息深加工端轉(zhuǎn)移，實現(xiàn)全面的、精準的、高效的、智能的數(shù)據(jù)服務，為地方政府精確決策、精準治理、精細管理提供全方位的技術支撐，助力地方社會經(jīng)濟高質(zhì)量發(fā)展及現(xiàn)代化經(jīng)濟體系建設。