筑牢海洋生态屏障，空天地一体化生态环境监测体系护航蓝色家园 - 海洋环境监测技术发展

梅子姐姐 · 发表于海洋数据 2024-11-29 17:35:15

在人类活动和气候变化双重压力下，当前我国海岸带地区受高强度开发干扰显著，存在海洋生态系统退化、生物多样性减少、生境丧失及破碎化等诸多问题；另外受入海污染物的影响，海岸带赤潮、绿潮等生态灾害多发，海洋生态保护任务仍然复杂且艰巨。面对这种情况，中科星图旗下星图智慧准确把握新时期海岸带管理的迫切需求，综合利用多源卫星、航空遥感以及地面观探测等手段，获取红树林及海岸线立体化的生态环境数据，建立空天地一体生态环境监测体系，包括红树林环境变化、生物多样性、极端天气、污染事件、有害生物入侵等，实现宏观与微观相结合、点线面相结合、历史和现势相结合的立体化监测。

在实现实时数据监测预警的同时，结合多源监测数据及历史数据，构建生态环境、生态灾害、生态资源、生物多样性的大数据挖掘分析、遥感反演分析、数值预报模式、统计预报模式等数据分析应用体系，定性和定量的分析重点关注的问题，为海岸带生态的保护及修复提供监测、预警、评估、决策等技术支撑。

（工作流程图）

1 红树林生态资源动态监测

利用高分辨率遥感影像数据、地面监测数据及人工调查数据等，面向红树林资源分布、蓝碳碳汇变化、生态系统变化、岸线开发利用等建立统计模型及反演模型，对重点关注的目标进行长时间序列变化监测，全面掌握红树林状态及其变化情况，为目标区域红树林的修复和生态多样性保护提供科学依据。

生态资源变化监测

对海岸带自然生态系统的面积和空间分布进行调查与计算，通过卫星或航空遥感数据的光谱、纹理等信息识别的动植物物种，利用人工或计算机分类的方法获取种群数量、空间分布、以及生态系统比例情况。针对物种的适宜性生境，采用遥感观测与近地观测相结合的方式，利用计算机分类或人工智能解译的方法获取，地面调查作为提取生境遥感影像特征的方式以及作为解译结果验证的样本。

蓝碳碳汇储量估算

红树林、海草床和盐沼是海岸带最具固碳效率的三大生态系统，被称为“蓝色碳汇”。为解决传统碳库调查方式成本高、效率低问题，中科星图旗下星图智慧利用高光谱遥感与定量遥感技术，实现不同时间尺度、不同空间尺度红树林碳储量的估算。为增加遥感反演的准确性，采用地面通量监测数据，如叶绿素荧光（SIF）、CO2通量、环境因子等，作为样本不断验证与迭代算法的准确性。

生物多样性监测

生物多样性监测采用自动化监测设备为主，遥感监测与人工调查为辅的方式，形成立体的监测网络。对于动物的监测，主要采用自动化监测设备，包括红外相机、视频探头、全自动动物声学记录仪、雷达等。对于植被的监测，主要利用无人机激光雷达森林树冠的顶部、底部和整体形态特征，识别灌木状红树林和乔木红树林之间的区分度，辅以多源卫星数据，组合反演形成红树林种间分类的经济高效且准确的方法。

林木病虫害监测

病虫害胁迫下的植被会反映出不同的光谱特征，通过选取病虫害敏感性波段所表现的波谱特性，对遥感影像进行分析和建模，从而实现病虫害的监测和分类。综合利用航空遥感、卫星遥感、野外调查数据和昆虫种群数据等，提取红树林中鱼藤、秋茄、白骨壤等不同群落大量繁殖对红树林的生长造成影响，建立病虫害与光谱特征之间的关系及各种指数比对方法，实现红树林有害生物的监测、预警及治理。

2 海洋环境变化与风险监测

海洋环境变化与风险监测是利用国家海洋监管中心提供的卫星遥感、航空遥感影像资料，结合本地各类观测数据及海洋活动调查数据，建立区域海岸线、滩涂、海湾等典型海域空间资源分析、异常人为活动分析、海洋动力台风分析、海洋污染分析等融合分析模型，及时发现问题并预警，为海域管理提供有效的技术支持和信息服务。

海洋资源监测

围绕海域的河口湿地、岛体变迁等重点关注对象，建立融合统一的监测体现，及时掌握区域海洋资源状况，为海洋管理部门及其他相关部门提供海洋资源利用、开发、保护等方面的技术支撑和决策依据。一是对海岸线、滩涂、海湾等典型海域空间资源进行分析，全面掌握其空间分布、面积、形态以及开发利用状况等；二是对海域使用变化区块进行重点核查，提取海域使用疑点疑区信息，及时预警确保规范管理；三是对海洋功能区划实施情况、围填海、交通用海、渔业用海等各类用海现状、变化趋势、用海需求及存在的问题进行分析和评价。

海洋环境监测

海洋环境遥感监测主要围绕赤潮、溢油、港口、养殖等方面的调查与监测展开，根据遥感识别与数据分析结果，明确高风险地区，绘制环境风险地图。建立业务化运行的赤潮分析与监控、海上溢油、河口港湾污染物监测网络，为海域的环境监管服务、海洋维权执法、海洋环境保护提供技术支撑和决策依据。

海洋动力监测

利用海洋动力环境卫星等国内外多种卫星探测数据，提取海面风场、海面温度、大气水汽含量、有效波高等专题产品，获取台风中心、台风路径等探索性定量化信息，实现台风信息的全过程监测，为海洋环境预报部门提供近实时的数据服务支撑。另外，为方便海洋环境预报部门与沿海主管单位更方便、直观、生动地在汛期使用监测结果，可对海洋动力及台风信息进行三维可视化仿真，在数字地球平台上模拟显示各类信息数据，并利用统计模式、数值模式等预测海水及台风的变化趋势。

海洋水色检测

利用海洋水色环境卫星、可见光红外成像辐射仪、海洋水色监视仪、地球静止海洋水色成像仪等多源海洋水色监测数据，依据接收到的信号的变化，来反演获得水体中影响光学性质的组分浓度，主要包括浮游植物、叶绿素以及水体中的无机悬浮物等。根据水体光学性质与各成分浓度的关系，借助水体生物-光学模型，来反演水体中的一种或多种重要光学成分含量，形成叶绿素浓度、悬浮泥沙浓度等海洋水色专题产品，作为海洋污染治理的依据。

3 海洋生态修复效果评估

海洋生态修复成效评估旨在评价海洋生态修复项目的有效性或既定目标的实现程度。中科星图旗下星图智慧基于对海洋生态修复项目绩效评估的理解，从生态修复的目的出发，利用成熟的绩效评估方法，构建由管理类和效果类指标构成的、定性指标和定量指标相结合的海洋生态修复项目绩效评估指标体系，实现定量、科学评价海洋生态修复项目的实施效果，完善海洋生态修复管理制度，为海洋生态保护资金的科学、合理、有效的使用提供决策服务。

环境质量评价

对海洋生态修复项目实施前后的海水环境质量进行综合评估。以历史资料和实际监测数据为基础，参考区域水环境基础情况及污染特征等，综合分析项目实施前后海湾水环境的变化情况，并对海水环境变化的趋势进行分析。指标包括水体的营养盐、溶解氧、pH、透明度、污染物以及沉积物的有机质、污染物等指标。

生物群落评价

利用内核要素评价法对海洋生态修复项目实施前后的海洋生物群落进行对比分析与综合评估，生物群落是海洋生态系统的核心，其优先级高于水体环境和沉积物质量。重点分析初级生产力、底栖生物、渔业资源、外来物种等几项关键指标，评价等级划分为优、良、中、差、劣5个等级。

人类干扰评价

人类活动在近岸海洋环境的变化中扮演重要的角色, 我司采用“压力-状态-响应”模型（PSR）作为海洋环境健康评估的重要组成部分, 以体现人类活动对海洋生态环境健康的影响。压力指标（Ｐ）表示人类活动对环境所施加的负荷，包括填海造地面积、自然岸线减少长度、海洋货物周转量、海洋旅客周转量、溢油事故溢油量和海洋灾害发生次数等；状态指标（Ｓ）是指海洋生态系统本身具有的承载容量状态，包括海水养殖面积、海洋生态系统、海水自净能力和湿地面积等；响应指标（Ｒ）是人类在环境、社会经济和政策中的主观能动性反映，包括环保投资占ＧＤＰ比重、沿海污染项目治理数、海洋类自然保护区面积、涉海就业人口占地区就业人口比重等。

景观格局评价

景观格局也作为评价海洋生态修复成效的指标之一，可通过实地调查，无人机航拍等方式获取数据资料，并利用历史数据对比分析，发现修复项目实施前后的岸滩和近海景观变化等情况，从而反映海洋生态修复成效。

敏感区影响评价

针对海湾中红树林、珊瑚礁、湿地、海草床等海洋生态环境敏感区，结合已有的评估标准分析、评估其资源和生境恢复情况。评估标准包括面积变化、功能恢复、成活率、资源数量和质量变化、生境恢复等方面。

伴随着定量遥感技术、传感器技术、计算机信息技术的高速发展，现代化的融合监测手段也逐渐被开发和利用起来，星图智慧可以将卫星、无人机、监测站、移动站等观测手段统一起来，构建大范围、长时效、高精度、立体化的监测体系，实现海岸带生态系统基线调查及蓝碳储量的评估，掌握重要生物类群、生境及其保护利用活动，查找分析生态问题、评估受损程度等，全面精准掌握海岸带生态资源的变化，为生态系统修复提供数据支持和科学依据。

中科星图智慧科技有限公司

中科星图智慧科技有限公司是中科星图股份有限公司（股票代码：688568）与山东产业技术研究院联合投资成立的高新技术企业，公司致力于成为国际领先的全时空数智城市服务提供商。

星图智慧重点围绕智慧城市、低空经济及大交通领域核心需求，依托可计算数字地球底座，深度融合空天大数据、云计算、人工智能等技术，打造数智低空大脑核心产品，实现了低空空域数字化管理和飞行服务保障等基础支撑能力；打造全时空数智城市系列产品，实现了城市立体感知、城市全域治理、城市智能运行和管理等核心能力。星图智慧面向政府领域形成了一套运营可持续、数据可增值、应用可拓展的新模态，为数字政府建设和服务现代化提供坚强的空间信息支撑和智慧决策支持。

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