基于“天空地一体化”的技术实现国家生态保护红线监管

问：高分五号卫星有哪些技术特点？在生态环境领域中如何应用？

答：高分五号卫星又称高光谱观测卫星，其优势是搭载了系列环境应用特色高光谱载荷，包括可见短波红外高光谱相机、全谱段光谱成像探测仪、痕量气体差分吸收光谱仪、大气主要温室气体探测仪、大气气溶胶多角度偏振探测仪、大气环境红外甚高分辨率探测仪6台遥感载荷，其中分为两台水体陆地探测载荷和4个大气载荷，这些载荷指标在国际都是非常先进的。比如，可见短波红外高光谱相机光谱分辨率高达5纳米；全谱段光谱成像探测仪的热红外波段空间分辨率为40米，这在国际上将是热红外波段空间分辨率最高的民用卫星。这两个载荷可以高精度监测陆地和水体环境要素，包括水体污染物浓度、水体热污染、城市热岛、生物多样性、地表精细分类等。4个大气载荷中，痕量气体差分吸收光谱仪的光谱分辨率高达0.5纳米，主要探测二氧化硫、氮氧化物、臭氧等，大气主要温室气体探测仪的光谱分辨率达0.27个波束，主要探测二氧化碳、甲烷等。大气气溶胶多角度偏振探测仪有3个偏振通道、9个偏振角度，主要监测气溶胶光学厚度、灰霾污染等。大气环境红外甚高分辨率探测仪光谱分辨率高达0.03个波束，主要用于探测高层大气中污染气体、温室气体等痕量气体。

生态环境领域中，高分五号卫星可有效探测大气污染气体、港口/船舶大气污染、温室气体等。可高精度监测叶绿素、浮游生物、溶解的有机质，以及各种悬浮物、水生植物等。还可用于水色遥感大气校正、湖泊蓝藻水华监测预警、核电厂温排水、浒苔遥感监测等，以及流域非点源污染遥感监测、饮用水水源地遥感监测等水生态环境。可以高精度识别地物类型、植被类型，进行地表温度、土壤水分、城市热岛效应、生物多样性、自然保护区、大型工程生态环境破坏等监测。

未来主要应用潜力如下：在大气污染防治工作中，可用于全国灰霾及颗粒物监测/分析与预警、扬尘等监测与分析、全国挥发性有机物监测与分析等工作。在水污染防治工作中，可用于重点湖库水质、全国饮用水水源监测与分析、近岸海域水环境监测与分析等工作。在土壤污染防治工作中，可用于全国土壤污染场地/污染源动态监测与评估、城市及其周边区域土壤环境监测与风险评估等工作。在生态环境监测中，可用于全国生态状况变化调查与评估、全国生态保护红线监管、自然保护区监测与评估等工作。另外，还可用于中央环保督察及环境专项执法检查技术支持、污染偷排环境监管执法、项目环评事中事后监管/排污许可信息获取、核电站建设情况动态监控、“一带一路”沿线国家生态环境遥感监测与调查评估等重要工作。

问：与高分五号卫星紧密相关的有国家高分辨率对地观测专项，卫星中心是如何参与的？目前有哪些主要进展？

答：高分辨率对地观测系统重大专项（以下简称高分专项）是《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006~2020年）》确定的16个重大专项之一，于2010年经国务院批准启动实施。其目标是形成时空协调、全天候、全天时的对地观测系统，提高我国空间数据自给率，形成空间信息产业链，保障环境保护、现代农业、防灾减灾、资源调查、国家安全等重大战略需求。高分专项包含7颗民用卫星，我们环保作为牵头用户和主用户的有两颗。其中，高分一号卫星为2米/8米分辨率光学卫星，主要用户是自然资源部、生态环境部、农业农村部；高分五号卫星为高光谱观测光学卫星，主要用户是生态环境部、自然资源部、中国气象局。目前，高分一号、二号、三号、四号、五号卫星已经发射。

生态环境部在高分专项中占有重要地位，是高分五号卫星的牵头用户、高分一号卫星的主用户，环保是高分专项18个行业应用示范中资金超过1亿元的4个重大应用领域之一，体现了国家对高分环保应用的高度重视。

生态环境部高分专项工作主要包括高分五号卫星研制、环境应用示范项目实施、高分卫星环境应用、数据分发与技术培训等方面。主要进展如下：一是由卫星中心承担的高分环境应用示范项目取得明显进展。项目经费约1.2亿元，分先期攻关、一期工程和二期工程3个阶段实施。目前先期攻关项目已完成并于2013年10月顺利通过验收。一期工程项目已完成高分一号、二号卫星应用示范和高分三号、四号、五号卫星应用关键技术攻关，形成19项高分应用技术标准并于2017年4月国家航天日期间公开发布，环境应用示范系统已开始运行并在环境遥感日常监测中发挥了重要作用，2018年4月完成项目预验收和审计。卫星中心承担的两个高分五号卫星共性应用技术项目（441万元）正在积极开展项目成果总结，二期工程项目将按科工局要求积极推进立项。二是高分环境应用取得显著成效，卫星中心利用高分一号、二号、四号卫星等数据，在大气环境方面对京津冀、长三角、珠三角等地区大气污染源、气溶胶光学厚度等进行了遥感监测，在水环境方面对太湖流域水华、叶绿素a、悬浮物、透明度等进行了遥感监测，在生态环境方面对三江源等自然保护区人类活动干扰、矿产开发生态破坏、生境信息等进行了遥感监测，在环境监察执法方面对涉及饮用水水源保护区和自然保护区的全国28家取缔退出的高尔夫球场进行遥感监测，为环境管理提供了重要技术支撑。三是遥感数据分发和技术培训扎实开展。累计向全国环保系统40多家单位免费分发高分一号卫星16米遥感数据41.6TB，培训地方环保部门相关技术人员110人，有力推动了地方高分环境遥感监测与应用。

下一步，将全力做好卫星发射前的各项准备和发射后的在轨测试、交付使用等工作。积极做好高分专项环境应用示范一期项目验收和二期项目立项，扎实开展高分系列卫星环境应用示范，继续加强卫星数据分发服务和技术培训，全面支撑服务大气、水、土壤污染防治及环境监管等环保重点工作。

问：为什么主要基于“天空地一体化”的技术来实现国家生态保护红线监管？

答：生态保护红线区域划定后，将按照禁止开发区域进行管理，实行最为严格的生态环境保护和用途管制，严禁不合理开发建设活动。然而，生态保护红线区域不仅面积大、分布广，而且还多分布于偏远的深山密林和高山峡谷，人迹罕至，全靠人工去严防死守是不可行的。

因为卫星与航空遥感技术具有大范围、快速动态、客观准确等技术优势，监测区域不受地形地貌和交通条件等限制，时效性强，总成本低。卫星、无人机和地面相结合的“空天地一体化”监测，卫星将“拍片”记录下生态保护红线划定时刻的生态环境状况，相当于是生态环境“底片”，之后发生的任何生态环境变化都可以通过遥感解译、反演和比对及时发现；无人机则是通过分辨率超过50厘米的各种相机，对卫星发现的变化进行核实和确认，减少误判错判；最后通过地面实地核查和鉴别，完成对违法生态破坏行为的取证，从而实现及时、快速、准确的生态保护红线监测监管，使各种生态破坏行为第一时间发现、第一时间处置、第一时间恢复。

问：国家生态保护红线监管平台项目主要目标和建设任务是什么？

答：项目总体建设目标为：围绕新时期国家发展和生态保护战略需求，按照划定并严守生态保护红线的要求，集成利用卫星遥感、云计算、地理信息系统等技术，建成“天—空—地一体化”的国家生态保护红线监管平台，形成监管平台和业务大楼共同支撑下的生态保护红线监管能力，服务于生态保护红线区的实时监管、预报预警、监督执法等，及时向社会公众公开和发布相关信息。

国家生态保护红线监管平台主要建设任务包括：一是建立全国生态保护红线台账与监管数据库；二是研发包括红线监管业务系统、移动核查与执法系统、综合会商与服务系统、数据处理与加工系统、星地协同与调度系统在内的五大业务系统；三是建设包括主机系统、存储系统、网络系统、安全系统、终端设备、系统软件等计算机软硬件支撑平台；四是在中央本级配置5套无人机航空遥感监测系统；五是结合既有野外站点在全国六大区域各建设1个地面定位观测站和配套定位观测系统；六是新建业务用房建筑面积10130平方米，用于业务科研、系统运营、监控会商、无人机库房、机房及其业务支撑用房需要。

国家生态保护红线监管平台建成后，将建立中低分辨率卫星巡查、高分辨率卫星详查、无人机和地面核查相结合的监测监管技术体系，形成多尺度、多时相、多类型、多专题生态红线监管数据的快速处理和综合分析能力，实现对国家生态保护红线区人类干扰活动、生态系统状况、生态环境风险、生态系统资产和生态保护成效等及时监测、预警和评估，为国家生态保护红线监管、评估与考核，保障国家和区域生态安全提供全方位技术支撑。