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LK分享下一代智慧自然资源管理瞧这儿

来源:遥感 时间:2023/2/16
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“自然资源是指天然存在、有使用价值、可提高人类当前和未来福利的自然环境因素的总和。”——《〈中共中央关于全面深化改革若干重大问题的决定〉辅导读本》

自然资源是有限的生存资源和生产资料,人类活动、非法侵占、过度开采、污染、自然灾害等,都会对自然资源造成不可逆转的伤害。科技化、数字化、智能化的管理方式,能够将被动抢救自然资源转为主动预防、改善、保护的态势,实现国家“保护生态环境就是保护生产力,改善生态环境就是发展生产力”倡导的深入贯彻。

当前,我国自然资源管理模式已从传统的人力调查统计模式快速发展为信息化管理模式,海量基础数据与调查统计数据的积累,也将为即将到来的全面数字化、智慧化自然资源管理打下基础。

另一方面,以高分遥感卫星、无人机、激光雷达等空间数据采集手段及其人工智能算法为代表的新一代时空数字技术迅猛发展,已在包括自然资源管理在内的各领域实际应用中取得初步成效。

移动激光雷达:从森林到树木的详实空间

测深激光雷达使用穿透水的绿光来测量海底和河床标高,通过对激光脉冲数据进行地理定位、水折射校正、过滤去除河上物体(桥梁、船只等),映射为x,y,z高程,并与其他数据融合呈现。

基于高时间+空间分辨率的对地观测遥感卫星影像,通过对阈值的机器学习建模算法,可实现对森林火灾的实时监测。

年6月,自然资源部颁布了《自然资源标准化管理办法》,其中指出“鼓励在自然资源相关战略性新兴产业、技术更新迅速、市场成熟度较高的领域利用自主创新技术制定团体标准、企业标准。”

自然资源管理是否能够通过实时、自动化的动态空间感知,形成创新模式、实现成效突破?又如何借力时空数字技术实现标准化数字管理?

新一代自然资源智慧管理

高精度、实时、自动化的智能感知与监测

自然资源的主要范围界定为:相关法律明确的土地、森林、草原、矿产资源、海洋、湿地、水、其他资源资产等八大类。每一种自然资源都具有其自然特性与专业学科知识,丰富的数据来源、更为高分辨的时空感知,融合学科知识的时空AI算法,带来的不仅是充足而详实的数据资源,更能促进资源管理模式向更高层次飞跃——高精度、实时、自动化的智慧自然资源管理。

智慧自然资源管理,通过从一次性监测转变为连续动态监测,从个别指标的定性研究扩展到多目标、多层次的AI模型研究和定量分析,从单一卫星数据源的应用发展到多数据源、多时相、多分辨率的空间数据综合应用,实现高度自动化的智能监测。

发展智慧自然资源管理有几大关键要素:

适应自然资源特性的多来源数据采集手段与数据资源多源数据汇聚融合、实时处理的多部门共享云平台结合自然资源学科知识与数据特性的模型与AI算法平台快速构建智慧自然资源综合管理可视化一张图能力接下来,超擎将结合2个典型自然资源管理实践案例,来说明为何以上要素对于构建智慧自然资源管理模式具有关键作用。

林业调查与动态监测服务

森林作为一种特殊形态的自然资源,仅依靠遥感卫星的对地观测,难以全面、立体调查其内部详细状态,可谓“只见森林,不见树木”。

利用激光雷达、卫星与无人机遥感影像的结合,不仅可通过多尺度与多维度的遥感手段,对森林内部的详细信息进行全面、准确、客观的掌握;同时,利用激光雷达技术获取的高精度遥感数据,能够进一步分析处理得到林区的生物量、蓄积量、冠层高度、冠层覆盖度、郁闭度/间隙率、林窗参数、树密度,甚至林区单木的位置、高度,能够大幅减少人工调查工作量,提升林业资源调查的效率和准确度,并解决人员难以到达林区的调查难题。

超擎依托时空数字底座,灵活调取机载LiDAR、高分卫星、无人机等多源时空数据采集手段,构建完善、立体的森林蓄积年度动态监测体系。在林业资源调查方面,以当期最新采集的机载激光雷达低密度点云数据(≥4点/㎡)和地面系统抽样样地数据,结合多光谱遥感卫星影像等多源数据,通过激光点云数据融合分类处理、综合变量批量提取、多元逐步回归建模、空间分析等技术手段,可反演得出乔木林及散生、四旁蓄积,并按省、市、县、乡、村五级出数,满足林长制绩效考核需求。

在森林监测方面,超擎利用数字底座中时空云平台的能力,对雷达、无人机、多分辨率遥感卫星等多源时空数据进行实时的汇聚融合、在线处理、发布共享,结合林业数据库管理、WebGIS数据展示、变化图斑管理等林业部门业务管理需求,构建形成森林资源动态变化遥感监测服务平台,帮助林业部门实现最小监测面积1.5亩,监测频度5天一次,准确率90%以上的监测效率。

对于无处不在人类活动,超擎基于国内外分辨率达米级或者亚米级的高分卫星数据,通过机器学习和人工结合的解译模式,智能提取保护区内工矿用地、采石场、能源设施、旅游设施、交通设施、养殖场等人类活动矢量图斑,对可能破坏森林生态的违规行为实现快速智能监测与保护性预警。

在这个案例中,我们可以看到,通过时空数据底座灵活、多维度的空间数据采集手段和数据融合平台,结合AI监测算法,以及林业一张图综合数据可视化API,构建的森林资源动态监测系统,实现了立体、自动化的林地资源数字化管理服务,为林业部门带来了时空数字孪生级的监测效率跃升。

某国家级自然保护区

生态综合监测系统

相比林业调查,自然保护区的生物、植被、土地资源种类繁多,监测需求多样化,往往涉及到更多来源的时空数据,如遥感卫星、三维地形、无人机、传感器、摄像头、北斗定位等,以实现对当地自然资源的空天地一体化立体综合监测。如何让多源时空数据精准关联、融合呈现?自然资源管理一张图。

虽然被称为“一张图”,实则为全息时空的掌握,背后需三大“利器”支撑:首先,后台强大的信息与数据管理能力,其次是适应多源数据的智能算法,最终还需要快速可视化集成工具。

通过时空数据底座,超擎为某国家级自然保护区提供了自然资源的全息时空监测系统与可视化一张图,实现了山体地形、森林生态、病虫害、矿山资源、人类活动、水资源、荒漠化等全方位可视化生态监测。

某生态保护区自然资源管理一张图(多图

同时,通过数字底座的视觉检测、定量反演、变化检测、流式数据分析等的丰富AI算法平台,超擎在一张图中,为自然资源异常提供实时告警服务,如山体沉降、森林火险、病虫害、过度放牧、非法侵占等。为生态保护区的自然灾害、物种多样化、生态红线保持等,构建一个多层次、立体、多角度、全方位和全天候的对地观测网。

从这个案例可以看到,对于自身拥有部分数据采集手段的管理部门,数字底座能够帮助进一步充实数据来源渠道,并提供实时数据服务,以及丰富数据资源的精准融合关联、综合智能分析与可视化一张图的快速集成手段,为自然资源生态保护建立全息时空监测体系。

《增长的极限》一书,以计算机模型为基础,运用系统动力学对人口、农业生产、自然资源、工业生产和污染五大变量进行了实证性研究,并指出,人类生态足迹的影响因子已然过大,生态系统反馈循环已经滞后,报告呼吁人类转变发展模式:从无限增长到可持续增长。

今天,科技在可持续发展的战略中已经占据重要地位,在自然资源管理与环境保护中,时空数字技术对于自然资源的高效调查与监管,以及提供精确的执法依据,有着十分重要的作用。发展智慧自然资源管理,就像派出成千上万的“聪明哨兵”,督促资源合理利用、限制过度索取,也让丰富的自然资源,成为我们当代留给后代的珍贵“财富”。

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