國家公園大家談 | 時空智能助力國家公園依法監(jiān)測管理

《國家公園法》第二十四條提出：“國家加強(qiáng)國家公園監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)體系建設(shè)，充分發(fā)揮各類監(jiān)測站點(diǎn)的作用，運(yùn)用信息化手段加強(qiáng)監(jiān)測數(shù)據(jù)集成分析、共享和綜合應(yīng)用?！?/p>

國家林草局高度重視國家公園監(jiān)測工作，批復(fù)了首批5個國家公園的監(jiān)測體系建設(shè)方案，規(guī)范了監(jiān)測工作的總體框架、技術(shù)路線和應(yīng)用手段。多年來，各有關(guān)科研院所、高等院校、企業(yè)和社會組織加強(qiáng)國家公園科研監(jiān)測技術(shù)基礎(chǔ)研究，積極探索高新技術(shù)與國家公園生態(tài)保護(hù)、智慧管理等領(lǐng)域的深度融合，為破解國家公園當(dāng)前面臨的監(jiān)測難題提供了新的解決思路，為國家公園建設(shè)注入科技新動能。時空智能等監(jiān)測前沿技術(shù)的持續(xù)迭代，將進(jìn)一步推動國家公園監(jiān)測管理向“智能化、精細(xì)化、全域化”轉(zhuǎn)型。

時空智能：解讀世界的智能時空信息體系

時空智能的誕生，源于對物質(zhì)世界運(yùn)動規(guī)律的精準(zhǔn)把握與技術(shù)革新的持續(xù)推動。世界是物質(zhì)的，物質(zhì)是運(yùn)動的，而運(yùn)動著的物質(zhì)世界必須依靠時空信息進(jìn)行描述。在當(dāng)今技術(shù)浪潮下，時空數(shù)據(jù)的獲取、處理、信息提取與知識挖掘不再停留于傳統(tǒng)模式，而是朝著智能化方向加速演進(jìn)，時空智能學(xué)由此應(yīng)運(yùn)而生。

從技術(shù)內(nèi)涵來看，時空智能是融合定位、導(dǎo)航、授時、遙感與通信的“通導(dǎo)遙一體化”體系，即從傳統(tǒng)PNT（定位、導(dǎo)航、授時）技術(shù)向PNTRC（定位、導(dǎo)航、授時、遙感、通信）技術(shù)跨越。它通過整合衛(wèi)星、無人機(jī)、地面?zhèn)鞲衅鞯榷嘣丛O(shè)備，構(gòu)建起空天地海全域一體化的智能傳感網(wǎng)絡(luò)，能夠精準(zhǔn)回答“何時、何地、何種目標(biāo)、有何種變化、機(jī)理、何種決策”這6個核心問題，為不同領(lǐng)域提供“規(guī)定的時間、所需要地點(diǎn)、正確的數(shù)據(jù)信息和知識、送給需要的人”的4個精準(zhǔn)服務(wù)。

從技術(shù)演進(jìn)來看，時空智能經(jīng)歷了工業(yè)化時代的基礎(chǔ)探索、信息化時代的技術(shù)積累，如今已進(jìn)入智能化時代的全面應(yīng)用階段。其應(yīng)用場景覆蓋深空、空天、空地、水下、社會經(jīng)濟(jì)、醫(yī)學(xué)等多個領(lǐng)域，例如深空時空智能支撐月球與火星智能探測；空天時空智能依托通信衛(wèi)星、導(dǎo)航衛(wèi)星和遙感衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)通導(dǎo)遙一體化服務(wù)，珞珈三號01星等衛(wèi)星可實(shí)現(xiàn)全球范圍遙感數(shù)據(jù)從獲取到應(yīng)用終端的分鐘級高效服務(wù)；空地時空智能通過無人機(jī)與移動測量機(jī)器人，完成城鎮(zhèn)三維無縫全息時空信息獲取、林間三維測繪等任務(wù)；水下時空智能則利用水下光學(xué)探測技術(shù)、水下GPS與DVL定位測速技術(shù)，實(shí)現(xiàn)海底地形精準(zhǔn)測量、水生態(tài)監(jiān)測等功能，為多領(lǐng)域發(fā)展提供堅實(shí)時空技術(shù)支撐。

國家公園建設(shè)的核心挑戰(zhàn)：監(jiān)測與管理的多重難題

國家公園作為生態(tài)保護(hù)的核心載體，其首要功能是重要自然生態(tài)系統(tǒng)的原真性、完整性保護(hù)，但在實(shí)際監(jiān)測管理中，卻面臨著諸多難以突破的挑戰(zhàn)，傳統(tǒng)監(jiān)測手段已無法滿足可持續(xù)發(fā)展需求。

首先，大范圍高動態(tài)監(jiān)測難度大。國家公園普遍地廣人稀，環(huán)境與氣象條件復(fù)雜多樣，人工調(diào)查效率低，難以實(shí)現(xiàn)無人化高動態(tài)的大范圍監(jiān)測與管理。核心難點(diǎn)集中在“天空地一體化”“通導(dǎo)遙一體化”“大與精的一體化”三個方面。如何整合天基、空基、地基監(jiān)測資源，如何打通通信、導(dǎo)航、遙感系統(tǒng)的信息壁壘，如何在覆蓋大范圍區(qū)域的同時保證監(jiān)測數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)性，成為制約監(jiān)測效率的關(guān)鍵問題。

其次，定量評估國家公園管理效果面臨挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)監(jiān)測手段面臨地面限制大、數(shù)據(jù)獲取周期長等挑戰(zhàn)，難以保障國家公園各項(xiàng)指標(biāo)的監(jiān)測效果，難以全面滿足國家公園高質(zhì)量管理成效評估的需求，亟須構(gòu)建更高效、更智能的監(jiān)測指標(biāo)技術(shù)體系和評價方法模型。

第三，安全隱患監(jiān)測預(yù)警和實(shí)時應(yīng)急響應(yīng)難。國家公園內(nèi)的自然和人為突發(fā)事件具有時空偶然性和高破壞性，但當(dāng)前風(fēng)險預(yù)警能力有限，尤其在偏遠(yuǎn)區(qū)域斷電、斷網(wǎng)、斷路的情況下，異常擾動與潛在隱患難以及時發(fā)現(xiàn)。如何對可能的隱患進(jìn)行監(jiān)測分析和提前預(yù)警，如何快速響應(yīng)突發(fā)事件，成為國家公園管理的剛需。

時空智能破局：三大維度助力國家公園監(jiān)測體系建設(shè)

針對國家公園建設(shè)面臨的挑戰(zhàn)，通過將時空智能融入監(jiān)測、評估、預(yù)警全流程，從“天空地遙感一體化大范圍動態(tài)監(jiān)測”“生態(tài)質(zhì)量遙感定量評估”“風(fēng)險遙感監(jiān)測預(yù)警與應(yīng)急”三大維度，為國家公園高質(zhì)量建設(shè)提供全方位技術(shù)支撐。

一是天空地一體化監(jiān)測：構(gòu)建“一網(wǎng)一圖一平臺”監(jiān)測體系。

國家公園的精細(xì)化管理和可持續(xù)發(fā)展離不開更高水平的監(jiān)測技術(shù)和預(yù)警機(jī)制，建議通過構(gòu)建“一網(wǎng)、一圖、一平臺”的核心架構(gòu)，助力國家公園監(jiān)測邁向新高度。

“一網(wǎng)”即天空地水一體化監(jiān)測網(wǎng)。通過整合北斗衛(wèi)星、高通量衛(wèi)星、遙感衛(wèi)星、無人機(jī)平臺、中遠(yuǎn)/超遠(yuǎn)距離高精監(jiān)測儀、集裝箱式監(jiān)測站、地面?zhèn)窝b移動機(jī)器人以及水面與水下監(jiān)測裝備，形成覆蓋天基、空基、地基與水域的立體監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)。其中，“天”以遙感衛(wèi)星為核心，實(shí)現(xiàn)對區(qū)域生態(tài)要素與氣象環(huán)境的宏觀感知；“空”依托多載荷無人機(jī)，開展高精度航測與重點(diǎn)區(qū)域動態(tài)巡查；“地”通過雷達(dá)、監(jiān)測站及偽裝移動機(jī)器人實(shí)現(xiàn)對林下植被、野生動物及人為干擾的精細(xì)感知；而“水”則引入水面無人船與水下機(jī)器人，實(shí)現(xiàn)對水體范圍內(nèi)的水質(zhì)、水溫及生態(tài)活性等指標(biāo)的監(jiān)測。例如，三江源國家公園格拉丹東區(qū)域通過高通量衛(wèi)星和地面遙感手段實(shí)現(xiàn)了監(jiān)測畫面的實(shí)時傳輸，實(shí)現(xiàn)了對旗艦動物、冰川及水源的實(shí)時感知監(jiān)測。

“一圖”即時空信息全息地圖。基于北斗統(tǒng)一時空基準(zhǔn)，集成天地空水多源監(jiān)測數(shù)據(jù)，匯聚二三維、地上下、林上下、水上下、靜動態(tài)、歷史與現(xiàn)在的全空間、全要素、全維度的數(shù)據(jù)，以位置為紐帶動態(tài)關(guān)聯(lián)事物或事件，形成多時態(tài)、多主題、多層次、多粒度的融合信息，具備豐富性、現(xiàn)勢性、實(shí)時性、智能性、高精度等特點(diǎn)。例如大熊貓國家公園利用無人機(jī)和地面遙感手段獲取的熱紅外數(shù)據(jù)、激光雷達(dá)數(shù)據(jù)、光學(xué)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)林下動物，捕捉林下動物活動軌跡，助力林下野生動物的監(jiān)測與識別。未來，可將各種傳感器獲得的動態(tài)信息實(shí)時接入、處理與分析，直觀展示物種活動、自然災(zāi)害、火情等關(guān)鍵信息，為管理決策提供可視化支撐。

“一平臺”即數(shù)字孿生時空大數(shù)據(jù)平臺。通過整合林草資源、氣象、水文、物種活動等多源數(shù)據(jù)，依托傳感網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、分布式計算、人工智能、虛擬現(xiàn)實(shí)、認(rèn)知科學(xué)等，建立融合VR/AR的多介質(zhì)駕駛艙，在物理世界和信息世界中同時實(shí)現(xiàn)對林草資源的實(shí)時監(jiān)控、分析和管理，打造數(shù)字孿生國家公園的“大腦中樞和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)”，實(shí)現(xiàn)“以虛映實(shí)、虛實(shí)共生”，為國家公園全時空、全方位的感知監(jiān)測和管理提供管理平臺底座。

二是生態(tài)質(zhì)量定量評估：建立科學(xué)監(jiān)測指標(biāo)體系和方法模型。

為對國家公園建設(shè)情況開展更高質(zhì)量的評估，需要圍繞國家公園生態(tài)質(zhì)量和管理成效監(jiān)測目標(biāo)，構(gòu)建一套科學(xué)、系統(tǒng)的遙感定量評估體系。通過對國家公園內(nèi)自然資源、生物多樣性、生態(tài)環(huán)境、資源可持續(xù)利用等要素進(jìn)行長期監(jiān)測，形成定量、可追溯的評價結(jié)論。

針對森林、水資源、土地資源、冰川雪山、大氣環(huán)境等典型要素，應(yīng)在厘清現(xiàn)有本底基礎(chǔ)上，進(jìn)一步有針對性地細(xì)化監(jiān)測指標(biāo)并構(gòu)建定量評估模型。例如，森林監(jiān)測應(yīng)聚焦森林各種參數(shù)的精細(xì)提取，量化森林碳匯提升能力，解決傳統(tǒng)遙感產(chǎn)品分辨率不足、冠層定量分析難等問題，構(gòu)建高精度細(xì)粒度森林時空變化和碳匯潛力評估模型；水資源監(jiān)測應(yīng)致力于水面動態(tài)變化、水體營養(yǎng)狀態(tài)的定量監(jiān)測，突破傳統(tǒng)定點(diǎn)采樣覆蓋范圍有限、水體提取精度低的瓶頸；土地資源監(jiān)測應(yīng)全面反映土地資源數(shù)量和質(zhì)量的時空變化，優(yōu)化生態(tài)、生產(chǎn)、生活空間布局；冰川雪山監(jiān)測應(yīng)實(shí)現(xiàn)時空連續(xù)監(jiān)測，動態(tài)劃定封禁保護(hù)線，預(yù)警全球變暖背景下的冰川消融；大氣環(huán)境監(jiān)測應(yīng)集成天空地監(jiān)測系統(tǒng)評估大氣環(huán)境質(zhì)量，體現(xiàn)國家公園對區(qū)域大氣凈化能力的貢獻(xiàn)，為生態(tài)保護(hù)政策的制定提供科學(xué)依據(jù)。

針對不同國家公園的生態(tài)特點(diǎn)，確定差異化監(jiān)測重點(diǎn)和分析方法。例如大熊貓國家公園可重點(diǎn)監(jiān)測生態(tài)走廊和棲息地，通過竹林覆蓋度、生態(tài)廊道結(jié)構(gòu)指數(shù)、人類干擾評估等指標(biāo)，構(gòu)建棲息地適宜性模型與生態(tài)廊道連通性評估體系，保障大熊貓遷徙通道完整性與食物資源供應(yīng)；東北虎豹國家公園可聚焦人類活動監(jiān)測與虎豹棲息地保護(hù)成效評估，監(jiān)測濕地植被覆蓋率、森林覆蓋率、林窗面積等指標(biāo)，確?；⒈獥⒌刭|(zhì)量與遷徙自由，讓監(jiān)測更具針對性和實(shí)效性。

三是風(fēng)險遙感監(jiān)測預(yù)警與應(yīng)急：“五找一應(yīng)急”策略應(yīng)對突發(fā)事件。

為防范國家公園潛在安全隱患，通過“找變化、找形變、找異常、找災(zāi)患、找目標(biāo)”和“應(yīng)急處置”的“五找一應(yīng)急”監(jiān)測預(yù)警策略，結(jié)合通導(dǎo)遙一體化技術(shù)，提升預(yù)警防范和應(yīng)急響應(yīng)能力。

“找變化”即基于空天地多源監(jiān)測的全要素及其關(guān)系的變化識別。變化是異常與風(fēng)險的前兆，通過整合多維觀測手段，構(gòu)建多時相、多尺度的生態(tài)變化感知體系，實(shí)時植被覆蓋變化、水體消長、地表擾動、人類活動痕跡等關(guān)鍵變化信息的即時發(fā)現(xiàn)。

“找形變”即遙感形變監(jiān)測。依托InSAR技術(shù)及“全國地表形變一張圖”，對國家公園開展長時序的地表形變監(jiān)測，對山體、道路、建筑等關(guān)鍵地物進(jìn)行持續(xù)監(jiān)測與高精度反演，識別滑坡、塌陷等地質(zhì)災(zāi)害隱患。

“找異?！币劳型▽?dǎo)遙一體的無人機(jī)遠(yuǎn)程全自主感知系統(tǒng)，執(zhí)行自動巡檢與智能識別任務(wù)，生成并更新時空信息圖；在災(zāi)害應(yīng)急場景中，可于“三斷”環(huán)境下啟動北斗系統(tǒng)，快速獲取受災(zāi)范圍坐標(biāo)與救援目標(biāo)位置，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場快速建圖與災(zāi)損范圍提取，保障應(yīng)急響應(yīng)高效開展。

“找災(zāi)患”則針對病蟲害與火點(diǎn)監(jiān)測，例如通過衛(wèi)星遙感完成枯死變色立木監(jiān)測；基于火災(zāi)應(yīng)急衛(wèi)星在軌實(shí)時處理系統(tǒng)，可進(jìn)行森林火點(diǎn)自動識別、搜尋和定位，實(shí)現(xiàn)分鐘級乃至秒級的影像在軌處理與傳輸，從火點(diǎn)檢測提取到地面用戶終端總耗時僅13秒，大幅提升火災(zāi)應(yīng)急響應(yīng)時效性。

“找目標(biāo)”即面向國家公園內(nèi)人、動物、車輛等重點(diǎn)對象的智能識別與跟蹤。通過融合無人機(jī)視頻識別、紅外熱成像、地面雷達(dá)監(jiān)測與AI圖像識別算法，實(shí)現(xiàn)對非法進(jìn)入、車輛活動及野生動物分布與行為的實(shí)時監(jiān)測與智能分析。

針對突發(fā)事件發(fā)生后應(yīng)和應(yīng)急管理部等多部門建立聯(lián)動的應(yīng)急監(jiān)測響應(yīng)體系，要構(gòu)建相應(yīng)的應(yīng)急預(yù)案以及應(yīng)急裝備。比如利用通導(dǎo)遙一體的星載在軌處理可實(shí)現(xiàn)火災(zāi)從發(fā)現(xiàn)傳到林業(yè)工作人員手中秒級響應(yīng)時間，智能化的應(yīng)急技術(shù)與裝備建設(shè)可使國家公園在災(zāi)害發(fā)生后實(shí)現(xiàn)分鐘級感知、小時級響應(yīng)、全天候調(diào)度，全面提升突發(fā)事件的快速反應(yīng)與科學(xué)處置能力。

未來展望：時空智能將助力國家公園監(jiān)測體系建設(shè)新未來

隨著時空智能技術(shù)的持續(xù)迭代，其在國家公園監(jiān)測體系建設(shè)中的應(yīng)用將更加深入。東方慧眼遙感衛(wèi)星星座（2022—2030）計劃逐步部署高分辨率、雷達(dá)、高光譜、熱紅外等多類型衛(wèi)星，構(gòu)建“250 4 4”全球服務(wù)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)“看得快、看得清、看得準(zhǔn)、看得全、看得懂、送到位”的目標(biāo)，可以為國家公園提供更精準(zhǔn)、更實(shí)時的遙感數(shù)據(jù)服務(wù)；開放地球引擎（OGE）將整合高精度智能影像數(shù)據(jù)處理、豐富的地物分類與變化檢測樣本、強(qiáng)大的時空智能分析模型算子，可以為國家公園監(jiān)測管理提供更智能的技術(shù)工具。

未來，時空智能等監(jiān)測前沿技術(shù)將進(jìn)一步推動國家公園監(jiān)測管理向“智能化、精細(xì)化、全域化”轉(zhuǎn)型，不僅為國家公園可持續(xù)發(fā)展貢獻(xiàn)重要力量，更將引領(lǐng)生態(tài)保護(hù)與科技融合的新方向，助力實(shí)現(xiàn)人與自然的協(xié)同可持續(xù)發(fā)展，為建設(shè)美麗中國提供堅實(shí)的科技支撐。（李德仁）

（作者李德仁系中國科學(xué)院院士，中國工程院院士，國際歐亞科學(xué)院院士，國際宇航學(xué)院通訊院士，武漢大學(xué)教授、博士生導(dǎo)師）

https://www.forestry.gov.cn/lyj/1/lcdt/20251020/645693.html