全国政协委员高吉喜：今年将拓展全国“五基”生态协同监测布点
编辑时间：2023-03-09
来源：山西省生态环境厅
生态环境监测是生态环境保护的基础。《“十四五”生态环境监测规划》提出，建立天地一体的生态质量监测网络，指标涵盖生态格局、生态功能、生物多样性等。生态环境部卫星环境应用中心设计“五基”协同生态遥感监测体系，集天基卫星、空基遥感、航空无人机、移动巡护监测车和地面观测设备五种手段为一体，可以实现近实时360°高精度监测。在全国政协十四届一次会议期间，全国政协委员、生态环境部卫星环境应用中心主任高吉喜接受新京报记者采访时表示，今年将围绕减污降碳和应对气候变化等重点工作需求，拓展 “五基”协同立体监测在全国的监测范围。
新京报：去年9月，“五基”协同生态遥感监测体系亮相“奋进新时代”主题成就展，受到了广泛关注。作为提出者和设计者，请谈谈生态环境部卫星环境应用中心为何要设计这一体系？高吉喜：卫星遥感监测是一种大范围、快速响应、客观准确的技术手段，已经在生态环境监测和监管执法等领域发挥了重要作用。经过近5年的建设，国家生态保护红线监管平台于去年通过了专家评审验收，标志着国家生态保护红线监管平台在经历了从设计、建设两大阶段后，正式进入运行阶段，也标志着国家在生态环境监管能力建设方面取得里程碑式成果。随着社会经济快速发展，生态环境保护监管必须要满足“高精度、全方位、短周期”的需求，天基卫星较好地解决了大面积周期性生态环境监管问题，但其存在空间分辨率与重访周期相互制约的问题。米级分辨率的卫星，重访周期至少在1个月，而重访周期短的卫星，大多空间分辨率在千米级以上。为满足对重点区域的实时监测，并突破云雾等限制因素，我们从2019年开始，在实践中研发了巡护监测车和空基遥感监测平台，与天基卫星、无人机和地面监测逐步形成了五位一体的“五基”协同生态遥感监测体系。空基遥感可以根据监测目标不同，实时调整监测周期，更加灵活机动。形成这样的近实时360°高精度监测后，监测周期可以缩短到半小时，监测精度可达到亚米级。在这一精度下，能看清保护区内的一只野生动物。新京报：“五基”体系集天基卫星、空基遥感、航空无人机、移动巡护监测车和地面观测设备五种手段为一体，能否举个应用场景的例子，介绍它们是如何优势互补的？高吉喜：生态保护红线作为维护国家生态安全的底线和生命线，严格禁止开发性、建设性活动。卫星环境应用中心持续开展了自然保护区、生态保护红线的人为干扰活动和生态破坏问题遥感监测，为中央环保督察、国家级自然保护区绿盾行动提供了数千条典型问题线索。以人为活动监测为例，天基卫星是当前较为成熟的监测手段，具有监测范围广、数据空间连续、监测指标多等优势，是人为活动遥感监测的基础。我们通过国家生态保护红线监管平台建设，建成了疑似人为活动变化图斑的自动检测能力，精度可以达到90%，效率比人工作业提高了3-5倍。我们将这些疑似人为活动变化图斑推送至移动巡护监测车进行实地核查，一方面检查遥感监测结果的准确性，另一方面对细小图斑作进一步核查。对于一些人、车无法到达的区域，可利用移动巡护监测车配备的无人机进行核查。对于核查结果，我们会反馈到天基卫星，优化人类活动快速变化解译模型，减少误判，提升解译精度。同时，在开发建设活动频发、重要道路出入口等敏感地区部署空基遥感系统，搭载超远距离红外监视系统、高清透雾相机等设备，重点监测工程车辆、人员和牲畜活动等内容。一旦发现区域工程车辆、人员出现频次增加，表明这个区域可能有新的开发建设活动，同时启用移动巡护监测车开展实地核查。
新京报：“五基”体系中有哪些黑科技？突破了哪些技术难题？高吉喜：“五基”体系并不是由多种监测平台、载荷和技术方法简单罗列、堆积构建的监测体系，而是从生态遥感监测需求出发，通过装备、数据和应用等多种协同技术，将监测过程中每个节点相互联结，构建形成的多维度、多节点、非线性的复杂监测网络。以空基遥感中的技术研发为例，我们将卫星上用的载荷“落地”高空平台，由垂直监测改为360°旋转倾斜观测，这个过程中有两个关键技术需要解决。一个是虽然相比垂直观测，倾斜观测可以展示更多的信息，譬如树木高度、胸径等，但也面临着角度畸变、几何偏移等问题，需要通过技术研发解决以上问题。另一个需攻克的技术问题是如何在复杂背景的情况下，实现工程车辆、放牧、人员等移动目标的精准识别和跟踪，这些都是需要通过技术攻关来解决。“五基”协同监测体系的建立，并不是追求什么黑科技，更重要的是追求实用化，为生态保护红线等重要生态空间监测监管工程化、业务化运行提供实用性技术手段和所需装备。新京报：“五基”体系有利于生物多样性观测，是如何实现的？高吉喜：生态环境部卫星中心很早就利用卫星遥感和地面观测数据开展了全国生态状况遥感调查评估，基本掌握了国家重点保护动植物栖息地分布格局。在此基础上，我们联合有关科研院所，进一步开展了生物多样性遥感监测方面的研究攻关和实践应用，将生物多样性观测从单一的生态系统多样性发展到物种多样性和生态系统多样性并重。利用“五基”协同监测体系，一是谋求对森林、草地等植被的更精细立体监测，获取树高、树冠、胸径、生物量等参数，精细化评估植被类型以及生长状况，特别是探索利用无人机监测草原物种类型。对生态系统来讲，短周期的监测可以更好地了解植物的生长变化规律，可以更准确地了解植物的光合作用和二氧化碳吸收变化规律。另外，基于机器学习研发野生动物智能识别模型，可以实时观测和识别大型野生动物。目前在四川宝兴，我们部署的设备已经发现了2次大熊猫、7次林麝、18次小熊猫以及百余次其他野生动物的活动。再者，空基遥感和移动巡护监测车中搭载声纹识别仪器，通过鸟类声纹技术，可实时识别和辨析鸟类类型，分析鸟类分布热点地区以及生活习性。
新京报：目前，“五基”体系已在通辽开展应用，为什么选择这里？应用取得了哪些成效？高吉喜：通辽市有一个国家山水林田湖草沙一体化保护和修复工程，进行先期部署示范有重要的意义，可以对项目修复成效实时评估。我们利用高分辨率卫星遥感数据解译，获得通辽市土地利用和生态系统分布数据，在此基础上部署空基遥感，开展走航监测。利用空基遥感开展植被指数、植被覆盖度、叶面积指数、人车移动、鸟类等监测，通过车载激光雷达对保护区开展移动扫描，获取株高、冠幅、胸径、郁闭度等精确的植被三维信息，最后通过地面观测数据对空基遥感、移动巡护产品进行验证。目前监测产品具有较好的稳定精度，与天基卫星观测相比，空基遥感能够获得最高达分米级、天/小时级的高光谱观测信息，移动监测车可以获得精确的植被三维信息。结合空基、走航监测成果，可以显著提升对生态系统空间细节变化的监测能力。在人类活动监测方面，通过移动目标检测追踪技术开展多视角、多距离（百米到公里级）、多焦距（短焦、中焦、长焦）人类活动监测，在可视条件优良情况下实现5公里范围内牲畜、行人及车辆的发现与跟踪，具备了精准、快速发现人类干扰活动能力。高吉喜：国家生态保护红线监管办法已明确利用“五基”体系监测监管人类活动。因此，未来必然会按照深入打好污染防治攻坚战的总体要求，围绕减污降碳和应对气候变化、生态保护红线监管、生态环境监督执法等重点工作需求，进一步拓展 “五基”协同立体监测在全国的布设。届时将结合试点地区的生态环境特征、风险和管理需求，建立“五基”协同生态环境立体遥感监测技术体系，然后在全国进行更大范围应用推广。
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