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自2000年成立以来

2019-07-30 12:05:00 自然环境189℃

  原标题:自然资源部南海局所属南海规划与环境研究院“智慧海洋”工程 遥感助力海洋数据采集 优势:快速 安全 可历史重现

  海洋强国建设已是新时代中国特色社会主义事业的重要组成部分,而以信息化为依托的“智慧海洋”工程是实现海洋强国战略的长远抓手。海洋数据是“智慧海洋”的信息来源,而多样化的采集方式又为获取海量数据提供技术支撑,助力海洋的综合感知。广东省众多涉海单位对海洋数据的获取方式不一而足,在自然资源部南海局所属南海规划与环境研究院,遥感可以称得上是海洋数据采集的“主角”。

  中国工程院院士潘德炉提出,智慧海洋是认识和经略海洋的体系工程,是以智能感知为基础,以可靠网络为保障,以信息化管理为手段,以智能处理为支撑,提供智能化分析与业务化应用的新形式,将大数据、云计算、物联网、人工智能等现代信息技术深度应用到海洋管理、海洋经济、海洋服务和海洋科学中,最终在海洋领域实现强政、富企、便民、助研的目标。智慧海洋的内容包括五大部分:“感”“传”“知”“用”和“装备”。所谓“感”,指对智慧海洋进行立体观测监测,获取海洋数据;“传”,指搭建内外海陆网络,实现海洋数据通信;“知”,指建立智慧海洋大数据平台,进行数据分析与挖掘;“用”,指对智慧海洋大数据进行有效应用;“装备”则包括各种涉海涉渔装备。

  据南海规划与环境研究院副总工程师陈蕾介绍,海洋综合感知网是智慧海洋的核心基础,而遥感作为获取海域、海岛、海岸带信息的重要技术手段,助力海洋数据的全面获取,为智慧海洋提供海量数据源。依据平台的不同,遥感可分为地面遥感、航空遥感和卫星遥感。其中,卫星遥感和航空遥感在实际业务工作中应用广泛,包括海域海岛管理、海洋资源调查、海洋环境监测、海洋生态保护、海洋防灾减灾等领域。与传统的地面调查相比,遥感具有大面积同步重复观测、时效性强、经济效益明显等优势。特别是在灾害多发危险区或人类不可达区,遥感是不可或缺的数据获取手段。

  自2000年成立以来,南海规划与环境研究院采用卫星遥感、航空遥感和实地调查相结合的工作办法,相继开展了近海海洋综合调查、海岛资源综合调查、珊瑚礁调查、承载体与灾情调查、围填海现状调查、海岸线调查、滨海湿地调查等海洋调查工作,为海洋综合管理和政府决策提供了大量的海洋数据和信息,积累了丰富的数据采集和信息提取经验。

  今年3月以来,南海规划与环境研究院派出了4个小组十多名技术人员,与地方中心站等相关人员一起,动用了十多架不同类型的无人机和近十套GNSSRTK测量系统,着手进行海岸带正射影像、岸线特征点和像控点实测工作。他们正在做的,是广东省年度海岸线调查统计项目,目前已完成大陆海岸线调查统计,如今技术人员正赶赴有居民海岛进行海岛岸线实地测量。

  事实上,半年前相关工作已经开始。“我们接到任务后,首先是通过卫星遥感收集了这些城市往年及最新的海岸线影像数据,并通过比对获得这些年来变化明显的区域。”陈蕾说,随后,利用无人机遥感针对这些变化区域重点采集,并最终和地面配合,完成变化岸段的全部实测工作。

  “卫星是快速获取大面积数据的有效途径,想要在短时间内高效完成工作,可联合卫星遥感和无人机低空遥感来辅助调查、监测任务。”陈蕾说,“当卫星影像的精度难以满足应用需求时,工作人员就需通过现场测量地面控制点来限制误差。这就是一场速度和精度的博弈,对于每一个项目,会根据需要来选择数据采集的方法。”

  南海规划与环境研究院针对数据采集打出的“卫星+航空+现场”的组合拳中,有一个重要环节不容忽视,即数据采集所用的装备。在南海规划与环境研究院海洋遥感测绘研究室主任曾纪胜看来,装备的先进与否直接影响数据采集的精度和后期数据处理的效率。

  “目前,我院具备多个领域的遥感设备,其中所拥有的无人机覆盖了便携式、轻小型旋翼、轻小型固定翼、中型旋翼、中型固定翼等多种类型共20多架,大部分机型在国内应用广泛,有较强的稳定性和易操作性。另外,我们所拥有的A3航摄仪也处于世界先进水平。”曾纪胜介绍。

  据了解,这部A3航摄仪来自以色列,拥有2个300毫米长焦距镜头,采用步进式成像方式,最大可以获取约7亿像素的超大画幅影像。其镜头还可以围绕飞行方向进行摆扫采集,获得更大视野宽度,比一般航摄仪的推扫更有优势,效率也更高。同时,其数字摄影测量系统还融入了独特的影像处理算法,能够为后期数据处理提供很多便利。

  外业影像数据采集完成后,技术人员会利用数字摄影测量系统、倾斜三维建模系统等专业软件,进行数据预处理、导航数据预处理,而后根据工作需要,对影像数据进行空中三角测量、生成数字表面模型、生成数字高程模型、生成数字正射影像、制作数字线划图等全部或部分流程。

  从数据采集的手段到核心设备的应用,不难看出遥感与摄影测量是南海规划与环境研究院的优势,也是高效解决大面积调查和监测问题的“利器”。“在海洋调查工作中,虽然和其他测绘单位的工作有部分交叉,但我们属于各有所长。”陈蕾说,遥感不仅可以采集调查区影像,还原出当地现在和历史情况,还可以反演环境参数,例如浅水水深、水体叶绿素浓度等,辅助现场调查。

  卫星和航空遥感平台在进行大范围资源环境调查中优势明显。特别是无人机,在采集小区域影像数据上,具有灵活性高、成本低、不受云影响等优势。在工作人员不方便抵达的场地,无人机可以较高的稳定性提供高空间分辨率现场影像资料。

  “但目前,我们面临的问题是空域协调困难且部分区域为敏感区、禁飞区,难以正常开展航空遥感数据采集。”曾纪胜说。此外,遥感设备依赖进口,进口设备的成本较高。在海上作业时,面临的不稳定性也一定程度上制约了遥感工作的全面开展。

  纵然有空域协调难、设备成本高等现实问题摆在眼前,但数据采集工作的重要性是不言而喻的,也是智慧海洋建设的重要问题。

  在陈蕾看来,如果说将智慧海洋比喻成要建的一所房子,那么数据就是建房子用的砖。“没有砖,房子无法成型,没有数据传输和大数据平台,数据就只是一堆零散的砖而已,不具备房子功能。”陈蕾说,如果未来,数据可以有效交互,高效利用,也就是说不同类型的数据能统一在一个大数据平台内进行组织、流通、分析、决策、应用,那么它就在这个良好的架构里构建了一所房子,就能支撑管理部门进行相关职能的发挥。

  对此,曾纪胜也持相同观点,他认为海洋数据是智慧海洋的智慧源泉,智慧海洋的发展应基于海洋综合立体感知,实现海洋地理、海洋环境、海上目标、涉海活动等信息的全面获取,遥感作为重要的海洋数据采集手段,可以为智慧海洋提供数据源。

  同时曾纪胜建议,针对目前海洋综合观测总体上能力不强、海洋技术装备“硬实力”不足、海洋应用服务体系“软实力”不够完善等问题,为了更好地推进智慧南海建设,应重点针对海域、海岛、海岸带资源特点,打造集卫星、航空、水下智能设备、现场监测于一体的观测体系,创新遥感应用与人工智能等关键技术,形成“空天岸海”立体协同的多要素、水上水下一体化信息获取能力,并进行快速提取与智能解译。

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