嚴守陸地海洋“雙紅線”

◎本刊記者 崔悅 實習生 劉暢

大規(guī)模、高強度的工業(yè)化和城鎮(zhèn)化開發(fā)，致使水土流失、生物生境破壞，嚴守生態(tài)保護紅線，將從源頭上扭轉(zhuǎn)生態(tài)環(huán)境惡化的趨勢。生態(tài)保護紅線劃定后，如何管得住，守得嚴是生態(tài)保護紅線發(fā)揮作用的關鍵。為此，生態(tài)環(huán)境部正在建設國家生態(tài)保護紅線監(jiān)管平臺，該平臺是嚴守生態(tài)保護紅線的重要手段，是生態(tài)環(huán)境部門履行職能管理的“千里眼”“順風耳”和“預警機”。近日，《環(huán)境與生活》記者來到該平臺的建設管理單位——生態(tài)環(huán)境部衛(wèi)星環(huán)境應用中心，采訪了相關專家。

國家生態(tài)保護紅線監(jiān)管平臺項目是國家發(fā)展改革委于2017年10月正式批復的中央投資能力建設項目，其業(yè)務大樓的建筑總面積為10130平方米，總投資2.86億元。2018年10月31日，大樓正式開工建設，于2019年8月封頂。近日，《環(huán)境與生活》記者來到國家生態(tài)保護紅線監(jiān)管平臺的管理單位——生態(tài)環(huán)境部衛(wèi)星環(huán)境應用中心，采訪了該中心生態(tài)保護紅線監(jiān)管中心的李靜博士和馬萬棟博士，他們分別從生態(tài)保護紅線監(jiān)管平臺建設和海岸帶遙感監(jiān)測兩個方面，介紹了遙感技術在生態(tài)保護紅線監(jiān)管中的應用。

平臺系統(tǒng)包括300多個模塊

生態(tài)環(huán)境部在近日（2018年9月29日）召開的新聞發(fā)布會上表示，目前我國有15個省份已完成生態(tài)保護紅線的劃定，生態(tài)保護紅線總面積約占其國土面積的24.85%。目前，這些省份正在進行勘界定標試點工作。

李靜博士告訴《環(huán)境與生活》記者，早在2000年，高吉喜研究員就提出劃定“生態(tài)紅線”、優(yōu)化國土生態(tài)安全格局的構想，經(jīng)過十余年的探索和努力，目前生態(tài)保護紅線即將在全國完成劃定。但生態(tài)保護紅線劃定面積龐大，如果單靠人工來進行監(jiān)測，工作量之大是難以想象的，生態(tài)保護紅線劃定區(qū)域都是一些生態(tài)非常好的區(qū)域，這樣的區(qū)域多為高山、峽谷、森林，憑借人力很難到達，利用遙感就能發(fā)揮其快速、低成本、多次重復監(jiān)測的優(yōu)勢，確保在任何區(qū)域都能得到遙感數(shù)據(jù)。生態(tài)保護紅線監(jiān)管平臺的建設將基于多源遙感數(shù)據(jù)，在地面調(diào)查、野外觀測、行業(yè)背景等數(shù)據(jù)支撐下，定期評估生態(tài)保護紅線生態(tài)系統(tǒng)狀況，將實現(xiàn)第一時間發(fā)現(xiàn)紅線內(nèi)的人類干擾活動，第一時間推送破壞紅線的問題清單，第一時間記錄臺賬信息，對生態(tài)保護紅線的監(jiān)管具有十分重要的意義。

據(jù)李靜博士介紹，國家生態(tài)保護紅線監(jiān)管平臺項目主要建設內(nèi)容包括：業(yè)務應用系統(tǒng)、航空遙感監(jiān)測系統(tǒng)、計算機支撐系統(tǒng)、地面觀測系統(tǒng)和業(yè)務大樓。其中，業(yè)務應用系統(tǒng)是開展生態(tài)保護紅線監(jiān)管的核心，也是平臺發(fā)揮效益的關鍵。生態(tài)保護紅線監(jiān)管平臺業(yè)務應用系統(tǒng)一共包括五大系統(tǒng)，內(nèi)有300多個模塊，分別是星地協(xié)同與調(diào)度、數(shù)據(jù)處理與加工、移動核查與執(zhí)法、生態(tài)保護紅線監(jiān)管，以及綜合會商與服務系統(tǒng)。

星地協(xié)同與調(diào)度系統(tǒng)是整個生態(tài)保護紅線監(jiān)管平臺管理和運行調(diào)度的中樞，統(tǒng)一管理軟硬件系統(tǒng)。數(shù)據(jù)處理與加工系統(tǒng)利用云計算等技術實現(xiàn)海量遙感數(shù)據(jù)的高速處理、生態(tài)產(chǎn)品的批量生產(chǎn)以及多源數(shù)據(jù)的智能挖掘分析。移動核查與執(zhí)法系統(tǒng)主要針對業(yè)務系統(tǒng)里生產(chǎn)的遙感產(chǎn)品，進行野外的核查、驗證，對疑似違法的問題進行野外取證。生態(tài)保護紅線監(jiān)管系統(tǒng)是生態(tài)保護紅線監(jiān)管平臺的核心，主要圍繞紅線監(jiān)管業(yè)務，開展人類活動監(jiān)控、生態(tài)狀況監(jiān)測、生態(tài)功能評估、生態(tài)資產(chǎn)核算、生態(tài)風險預警和保護成效評估，以全面掌握生態(tài)保護紅線內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)構成、分布與動態(tài)變化，及時評估和預警生態(tài)風險，實時監(jiān)控人類干擾活動，及時發(fā)現(xiàn)破壞生態(tài)保護紅線的行為，提高生態(tài)保護紅線管理決策科學化水平。

生態(tài)環(huán)境部衛(wèi)星環(huán)境應用中心李靜博士

衛(wèi)星環(huán)境應用中心監(jiān)管部門工作人員向記者介紹國家生態(tài)保護紅線監(jiān)管平臺

國家生態(tài)保護紅線監(jiān)管平臺服務器終端界面

綜合會商與服務系統(tǒng)構建生態(tài)保護紅線“一張圖”，發(fā)布各級各類生態(tài)保護紅線產(chǎn)品與服務，實現(xiàn)各類監(jiān)管信息的綜合與展示，在生態(tài)環(huán)境管理部門、生態(tài)保護紅線技術部門以及社會公眾之間構建信息服務與交流的通道。李靜博士說：“一張圖系統(tǒng)集成了大量數(shù)據(jù)，包括紅線和各類保護地邊界數(shù)據(jù)、各區(qū)域遙感影像數(shù)據(jù)、視頻監(jiān)控數(shù)據(jù)，以及生態(tài)保護紅線監(jiān)管業(yè)務成果數(shù)據(jù)，以便于管理部門及時獲取關注的數(shù)據(jù)、產(chǎn)品及服務，并依此做出管理決策，并針對重點問題，啟動會商服務。

紅線監(jiān)管平臺有三大特點

衛(wèi)星環(huán)境應用中心馬萬棟博士在廣東進行水體光譜實驗

據(jù)了解，紅線監(jiān)管平臺大約用了近三年時間立項，李靜回憶：“整個立項過程太復雜了，前前后后經(jīng)歷了很多意想不到的問題，在此過程中，部領導和中心領導親自對工作進行指導，對紅線監(jiān)管平臺項目立項起到了很大的促進作用。”一座大樓平地而起，離不開監(jiān)測人的兢兢業(yè)業(yè)，紅線監(jiān)管平臺也是生態(tài)保護紅線監(jiān)管的重要里程碑。

李靜博士介紹，國家生態(tài)保護紅線監(jiān)管平臺主要有三大特點，第一是緊緊圍繞紅線監(jiān)管業(yè)務，第二是機房等能力建設，第三是產(chǎn)品和會商服務。她說：“整個紅線監(jiān)管平臺圍繞“面積不減少、性質(zhì)不改變、功能不降低”的紅線管控目標，在人類活動快速識別、生態(tài)功能監(jiān)測評估，以及大數(shù)據(jù)分析等能力上精心設計和打磨，建成后將能夠全面支撐我國生態(tài)保護紅線監(jiān)管業(yè)務。同時，機房等能力建設也很有看點，監(jiān)管平臺建成后，具有海量數(shù)據(jù)存儲能力，除了衛(wèi)星、無人機、地面等基礎數(shù)據(jù)，還包括紅線邊界、勘界定標以及大量的業(yè)務應用成果。因此，大樓一共有五層，其中兩層是機房，既考慮了現(xiàn)在的業(yè)務，也考慮了未來的發(fā)展，建成后，其計算機存儲能力將是生態(tài)環(huán)境部最大的，可以保障紅線監(jiān)管以及其他相關生態(tài)環(huán)境遙感監(jiān)測業(yè)務的開展。此外，新大樓建設中會有一層的空間來進行無人機系統(tǒng)建設，將大大拓展中心無人機遙感監(jiān)測能力。第三個特點就是紅線業(yè)務線及會商服務，從數(shù)據(jù)收集到數(shù)據(jù)生產(chǎn)，再到數(shù)據(jù)解譯、應用和服務，這個完整的業(yè)務鏈條都會布置在紅線大樓內(nèi)，能夠很好地保障全國紅線監(jiān)管業(yè)務大規(guī)模開展、一張圖展示和綜合會商等服務?！?/p>

目前，衛(wèi)星環(huán)境應用中心已單獨成立了一個20人的部門，主要從事紅線監(jiān)管平臺建設、監(jiān)管技術研發(fā)及業(yè)務應用等相關工作。

衛(wèi)星遙感支持海岸帶環(huán)境管理

海岸帶是海洋和陸地相互作用的地帶，即由海洋向陸地的過渡地帶。氣候變化和人類活動給海岸帶環(huán)境帶來了巨大壓力，導致其生態(tài)環(huán)境不斷惡化。近年來，遙感技術已成為海岸帶生態(tài)環(huán)境監(jiān)測的重要手段之一，在海岸帶規(guī)劃、管理和保護中扮演著舉足輕重的角色。

自2010年進入衛(wèi)星環(huán)境應用中心工作，馬萬棟博士就從事海岸帶遙感監(jiān)測，傳統(tǒng)的海岸帶是向陸地延伸10公里，向海洋延伸到水深10至15米的等深線這么一個范圍，為此，馬萬棟博士將海岸帶遙感監(jiān)測分成了三個部分：一是陸域，二是海陸交互帶，三是近岸海域。馬萬棟博士向記者介紹，陸域的遙感監(jiān)測主要做生態(tài)格局監(jiān)測，即土地利用情況監(jiān)測。海陸交互帶遙感監(jiān)測的主要監(jiān)測對象是環(huán)境風險源。在對入海河流、入海排污口、市政和養(yǎng)殖排水口、泄洪口等所有入海水流的監(jiān)測工作中，遙感都能發(fā)揮其宏觀、瞬時、客觀的優(yōu)勢。近岸海域的遙感監(jiān)測工作主要包括三方面：一是環(huán)境應急監(jiān)管、二是環(huán)境污染監(jiān)管、三是環(huán)境破壞監(jiān)管。當有緊急環(huán)境事件發(fā)生時，遙感能為應急處理提供技術支持。

2018年1月6日，巴拿馬籍油輪“桑吉”號和中國香港籍散貨船“長峰水晶”號在上海長江口以東約160海里處發(fā)生碰撞，導致“桑吉”號油輪全船失火燃燒。1月14日，燃燒多日的“桑吉”號發(fā)生爆炸并沉沒。在應對這起事故時，遙感技術發(fā)揮了不可或缺的作用，實時監(jiān)測溢油位置、分布面積和擴散趨勢，為事故的應急處理提供及時、客觀、全面的數(shù)據(jù)支持。

不過，近岸海域的遙感水質(zhì)反演會受到太陽光、大氣等多種因素的影響，遙感監(jiān)測的水質(zhì)信息精度與調(diào)查采樣的信息精度相比往往表現(xiàn)不佳，但遙感在時效性和宏觀反映海域整體情況上占據(jù)極大優(yōu)勢。

說起遙感水質(zhì)監(jiān)測的精度問題，馬萬棟博士說：“一些監(jiān)測專家總是不認可遙感水質(zhì)監(jiān)測的精度。但地面監(jiān)測是布點監(jiān)測，遙感監(jiān)測整個‘面’的情況，我們希望通過數(shù)學模型或情景模擬等手段，反映遙感在監(jiān)測地面整體趨勢上的優(yōu)勢，證實遙感技術的可行性，扭轉(zhuǎn)一些人對遙感在水質(zhì)監(jiān)測上的傳統(tǒng)認識?！?/p>

“三查系統(tǒng)”緊扣生態(tài)監(jiān)管

地面監(jiān)測能提取監(jiān)測點的具體信息，遙感監(jiān)測能把控區(qū)域的整體趨勢，如何將點面結合，在環(huán)境監(jiān)測工作中有效發(fā)揮兩者的優(yōu)勢？在“天地一體化”的思想指導下，“三查系統(tǒng)”應運而生。

“三查系統(tǒng)”是一套從發(fā)現(xiàn)環(huán)境問題到確認異常再到核實驗證的完整流程，是服務于環(huán)境監(jiān)測應急管理的系統(tǒng)?！叭椤敝傅氖黔h(huán)境監(jiān)測工作的三步驟：巡查、詳查、核查。

建立三查系統(tǒng)是為了及早發(fā)現(xiàn)環(huán)境事件，讓生態(tài)破壞和環(huán)境污染事件得到盡快處理。2015年，“三查系統(tǒng)”開始建設，經(jīng)過兩年的不斷摸索和完善，于2017年正式投入運行。

水色異常遙感三查“巡查—詳查—核查”業(yè)務流程

巡查是環(huán)境監(jiān)測應急管理工作的第一步。首先利用低空間分辨率、高時間分辨率的遙感數(shù)據(jù)巡查整體情況。雖然這類數(shù)據(jù)的遙感圖像空間分辨率較低，但時效快，一天可以獲得兩次數(shù)據(jù)，能方便獲取整體的環(huán)境狀況。巡查結束后，如果篩查出水色異常、生態(tài)破壞等環(huán)境事件的情況，就進入到下一步的詳查階段。

在詳查階段，系統(tǒng)會調(diào)取設定區(qū)域內(nèi)同一天的高分辨率的遙感數(shù)據(jù)，利用特定算法獲取更高精度的分布范圍，以此獲取環(huán)境事件的精確位置和分布范圍。

詳查確定位置和范圍后，就需要地面數(shù)據(jù)核查，看看遙感發(fā)現(xiàn)的環(huán)境異常情況是否存在，面積與位置是否準確。在最后的核查階段就需要用到無人機、監(jiān)測船和布點采樣獲取的精確數(shù)據(jù)。

這樣一套從低空間分辨率遙感數(shù)據(jù)巡查，到高空間分辨率遙感數(shù)據(jù)詳查，再到地面數(shù)據(jù)驗證核查，最后監(jiān)測結果服務于環(huán)境事件應急管理的三查系統(tǒng)，將遙感數(shù)據(jù)立體化，把遙感監(jiān)測與地面監(jiān)測結合，為應急管理提供高效、精準的技術支持。

三查系統(tǒng)的巡查與詳查階段在無人干預的模式中也能實現(xiàn)自動化。在設置指定區(qū)域后，系統(tǒng)能從服務器上尋找目標區(qū)域的數(shù)據(jù)進行預處理，再進行巡查，如果發(fā)現(xiàn)水色異?；蛏鷳B(tài)破壞等情況，系統(tǒng)會自動依據(jù)巡查的結果去尋找高空間分辨率的遙感數(shù)據(jù)，并對異常位置開展詳查，得出的詳查結果再交給人為干預進行地面核查。

在有專家干預的模式下，如果已經(jīng)發(fā)現(xiàn)環(huán)境異常事件，系統(tǒng)可以直接進入詳查，利用算法初步判斷異常類型，得到水色異常等環(huán)境事件的分布位置、面積等信息，為地面人員的詳細核查工作和環(huán)境突發(fā)事件的管理提供技術服務。

水色異常提取技術有待加強

在梳理了三查系統(tǒng)的流程后，馬萬棟博士發(fā)現(xiàn)，要想提高精度，最核心的還是水色異常提取的技術。未來還需要研發(fā)更多提取的關鍵技術，填補未知的水色異常提取的算法空白。這就需要經(jīng)過許多數(shù)學、物理、計算機、模式識別等領域的專家攻堅克難，不斷提高水色異常的提取精度，真正將技術應用于生態(tài)環(huán)境管理。同時他還強調(diào)，可以將三查系統(tǒng)的業(yè)務運行模式作為海洋紅線監(jiān)管的范式，讓三查系統(tǒng)繼續(xù)發(fā)揮作用。

全國生態(tài)保護紅線監(jiān)管平臺組成

生態(tài)環(huán)境部生態(tài)環(huán)境監(jiān)管大樓

馬萬棟博士還向記者介紹了目前海洋生態(tài)保護紅線監(jiān)管指標體系構建情況。在海洋生態(tài)保護紅線監(jiān)管過程中，制定監(jiān)管指標體系是最基礎的工作，監(jiān)管指標體系包括監(jiān)測指標、評估指標等。在確定了監(jiān)管內(nèi)容、監(jiān)管任務后，才能有序開展監(jiān)管工作。目前，全國生態(tài)保護紅線監(jiān)管平臺已經(jīng)初具雛形，2020年底即將投入運行，屆時借助全國生態(tài)保護紅線平臺的五大系統(tǒng)對海洋人類活動、自然岸線、海洋水環(huán)境、典型海洋生態(tài)系統(tǒng)等方面進行全方位的監(jiān)管，確保海洋生態(tài)保護紅線監(jiān)管工作落到實處，切實保護海洋生態(tài)環(huán)境。

馬萬棟博士還介紹說后期的工作重點，應該是從海洋生態(tài)環(huán)境監(jiān)測逐漸向海洋生態(tài)環(huán)境監(jiān)管、海洋生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價及海洋生態(tài)功能評估等方面上來。用什么方法、指標客觀正確評估監(jiān)管工作，將會是以后工作的重點。

三查系統(tǒng)服務器終端界面