核心遥感技术让林业生态建设自主可控

尊龙备用网站-有态度的娱乐门户 /2019-02-14来源:中国科学报
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李增元供图


  林业是一项重要的公益事业和基础产业,承担着生态建设和林产品供给的重要任务。近年来,遥感技术在林业应用的广度和深度逐渐加大,尤其对高分辨率遥感数据和处理技术的需求与日俱增。然而,过去主要依赖国外的遥感数据不仅价格昂贵,数据获取能力也有限,而且难以满足林业发展的需求。
  一直以来,中国林科院资源信息研究所(以下简称资源所)副所长李增元研究员坚信,“只有彻底掌握林业遥感核心技术,才有可能说,我们的林业生态建设自给可控”。
  凭着这样的信念,李增元带领团队经过多年的协同攻关,攻克了高分辨率遥感林业调查和监测应用的8项关键技术,并建立了应用服务平台,填补了我国高分辨率遥感林业应用的空白。
  1月8日,由李增元主持完成的“高分辨率遥感林业应用技术与服务平台”获国家科技进步奖二等奖。
  高分数据主要依赖国外
  森林被誉为地球之肺,它不但为人类提供所需的资源经济产品,还提供了生物栖息场所、维持水资源质量、调节环境气候等生态系统服务。
  森林、湿地和荒漠化土地占国土总面积的54.6%,“面积大,监管任务重”。李增元告诉《中国科学报》。
  在李增元看来,在社会需求日益增长的情况下,以遥感为代表的森林管理技术能有效加强人类对森林碳、水、营养循环等自然科学过程的管理,拓展传统林业资源管理的区域和时效,节省成本。
  然而,目前我国林业遥感应用主要依赖国外遥感数据,数据购置和处理成本高;数据类型多,处理难度大,效率低。
  此外,遥感应用自动化程度低,调查周期长。以调查周期为例,森林资源“一类清查”5年1次、“二类调查”10年1次,湿地调查5年1次,荒漠化和沙化调查5年1次。
  记者在采访中了解到,遥感技术在林业资源调查、火情监控、病虫害监测等方面作用明显。
  以林业资源调查为例。黑龙江尚志国有林场管理局的于德龙曾撰文介绍,在运用遥感技术之前,开展林业资源调查工作时多是依赖航空图片、地形图等来分析,深入到户外制作调查图,借助对场地的勾绘等获知林区环境情况。
  很显然,该方法的缺陷较明显。“持续时间长,且需要投入非常多的人力资源,所需资金数量庞大。最主要的是精确性不高,无法满足工作需要。”于德龙说。
  于德龙同时指出,国内除森林火灾监测系统外,还未应用高分辨率的卫星建立起业务化的运行体系。
  协同攻关,填补应用空白
  2010年5月,“高分辨率对地观测系统重大专项”(以下简称高分专项)启动实施,这是《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006—2020年)》中部署的16个国家重大科技专项之一。高分林业遥感应用示范系统是高分专项中的行业应用项目之一。
  李增元向记者介绍,该项目针对我国高分专项计划发射的7颗民用高分卫星数据特点,围绕森林资源调查、湿地监测、荒漠化监测、林业生态工程监测和森林灾害监测等任务,开展高分遥感数据应用技术研究。
  多年来,经过多单位协同攻关,攻克了高分辨率遥感林业调查和监测应用的8项关键技术,很大程度上解决了高分辨率卫星遥感在林业中应用的技术瓶颈。
  与此同时,李增元团队首次建立基于高性能计算和云架构的高分林业应用服务平台,使遥感数据日处理能力可达到200~500景,可支持100个并发用户使用。
  值得一提的是,该平台在实现高分一号、高分二号、高分三号和高分四号等卫星数据生成的共性产品的基础上,研制了21种林业专题产品生产线。
  此外,平台具备支撑调查与监测能力由3~5年1次提高到1年1次,监测精度普遍提高5%~10%;同时,林业生态工程和石漠化监测中高分数据替代国外数据率达100%,森林资源调查与监测中替代率达69%。
  团队成员、资源所研究员高志海向《中国科学报》介绍,目前已向全国50多家应用单位分发高分数据和专题产品12万多景,推广应用于13项全国性和7项地方性林业调查与监测业务中。
  据统计,2013年以来,项目单位承担的全国性监测使用高分数据产品节约资金约1.2亿元。此外,国家林业局大兴安岭规划院等13家主要单位的应用证明统计,从减少数据购置支出、节约人力物力投入等方面核算,2013—2017年直接节支2651万元。因此,总计约节约1.5亿元。
  积累和应用互动共赢
  当前,我国林业行业约70%的卫星遥感分析数据来源于我国自己发射的卫星,且主要由资源所负责提供技术支持和服务。
  实际上,遥感技术在林业领域已有40年的应用历史,我国的林业遥感技术研究和应用大致走过三个阶段:局部范围的应用研究、基础高新技术研究和现如今的大范围应用。
  在李增元看来,每一个阶段都有一群科研工作者在埋头扎实工作,不断为后来人积累成果。
  20世纪80年代,以中科院院士徐冠华为代表的第一批林业遥感研究团队开启了卫星遥感林业信息智能提取的先河。1985年,140余名科技人员首次制定再生资源遥感综合调查技术规范,成为推动我国遥感技术进步和应用的里程碑。
  20世纪90年代,李增元、车学俭、陈尔学等人首次将合成孔径雷达技术引入我国的林业遥感应用中。自2000年起,以鞠洪波、李增元等为代表的林业遥感技术研究专家推进了遥感技术林业应用体系的建立。
  近年来,以陈尔学、高志海、武红敢、庞勇、覃先林等为代表的青年专家正在崛起,推动林业遥感技术向深发展。
  李增元说:“积累和应用不是对立存在的,而是互动共赢的关系。”刚开始研究林业遥感技术时,李增元等科研人员做的只是一个简单的桌面应用软件。
  到如今,“在硬件上我们拥有高端的数据处理服务器,在软件上我们可以根据行业专题产品需求快速定制出生产线,在团队上我们建立分工协作、特色鲜明的科研团队,这些成绩的取得需要一个过程”。李增元告诉《中国科学报》。
  虽然已攻克高分一号至高分五号5颗高分卫星数据在林业的应用技术,但李增元希望,“未来针对高分六号、高分七号等国产高分卫星数据特点,优化高分林业遥感应用系统的功能,提升系统处理高分数据和生产共性产品的能力”。
  随着新的国产高分数据在林业和草原调查和监测中的应用,“将为生态环境保护和建设、林业资源利用、防灾减灾、应对全球变化等提供新的技术手段”。李增元说。(记者 秦志伟)