宁夏历经数亿年沧海桑田的变迁,留下了宝贵的地质资源。宁夏地质工作者在数十年的奋斗历程中,开展了大量的地质勘查工作,完成了区域地质、综合水文地质、区域水文地质等地质调查和国家急需矿产的普查、勘探工作,取得了丰硕成果。近年来,宁夏地质工作者运用遥感技术,通过碧空慧眼看宁夏,对宁夏的山水林田湖草等自然资源观测要素开展遥感监测,推进了富饶美丽新宁夏建设。

慧眼本为佛教用语,泛指能照见实相的智慧,可以洞察世间一切,用来比喻集大成的遥感技术,恰如其分。

遥感,顾名思义即遥远的感知,泛指各种非接触的、远距离的探测技术。它可定义为使用某种仪器,不直接接触被研究目标,感测目标的波谱特征信息,经过传输、处理,形成数据或图像,从中提取目标属性与量化特征的过程。遥感技术是现代空间、光学、无线电、计算机等技术相结合的一门综合技术。遥感类型的划分具有多种形式,按照遥感平台划分,可分为地面遥感、航空遥感、卫星遥感;按照使用谱段划分,可分为可见光遥感、红外遥感、微波遥感;按照感测目标能源的作用形式划分,可分为主动遥感和被动遥感;按照应用领域划分,可分为资源遥感、环境遥感、气象遥感、海洋遥感、灾害遥感、测绘遥感,等等。用人造卫星等航天器作为平台的遥感技术被称为卫星遥感,自1957年以来,人类发射的卫星总数已超过3 000颗,其中有500多颗高科技的天眼——“遥感卫星”,孜孜不倦地观察着地球的运动、天气的变化、地表的改变、人类的活动、城市的扩张。正是因为有了它们,我们才能及时知道土地森林草原的变化、生态环境的好转或恶化、地震等自然灾害带来的破坏;正是因为有了它们,我们才能目睹世间许多前所未见的景象,知道许多亘古未知的信息,敢做许多史无前例的事情。

卫星遥感技术经过多年的发展, 在光谱分辨率、空间分辨率、时间分辨率等方面都有巨大进步,已经形成高光谱、高空间分辨率,全天时、全天候、实时/准实时的对地观测能力,成为了世界上应用最为广泛的科学技术之一。

近年来我国卫星遥感技术迅速发展,高分辨率对地观测系统重大专项（简称高分专项）,是《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006—2020）》所部署的 16 个重大专项之一,自2009年实施以来,已相继成功发射了高分一号（01星~ 04星）、二号、三号、四号、五号、六号、八号、九号和十一号共12颗民用卫星,初步形成了时间分辨率从秒级到几十天的全天时、全天候的观测能力。

高分专项的实施,大幅度提升了我国民用遥感卫星技术水平。低轨卫星空间分辨率由实施前的最高2.1米提高到了0.8米,地球同步遥感卫星分辨率由千米级提高到了50米,低轨遥感卫星设计寿命由3年大幅提高到了8年。高分系列卫星,从太阳同步轨道到地球同步轨道、从可见光到微波、从普查到详查,初步构成了我国自主高分辨率对地观测系统。

在卫星数据应用方面,高分专项突破了我国数据遥感政策、共性关键技术、数据与资源共享、服务创业平台等方面的管理技术瓶颈。目前,高分卫星数据已在20余个行业、30个省(自治区、直辖市)得到广泛应用,在很大程度上实现了对国外同类型卫星数据的替代。这些卫星数据有力地支撑了各级政府的治理能力和治理体系现代化建设,在资源环境协调发展规划、军民融合发展战略、“一带一路”战略和精准扶贫措施等政策的实施中发挥了重要作用。

慧眼,一个浪漫又玄妙的名字,已深刻改变了人类认识地球的视角和方式,影响着人类的生存和发展。

智慧之目,毫厘不爽。

我们期望通过本文,介绍高分卫星在宁夏回族自治区的成功应用,进一步助推美丽宁夏建设。

宁夏回族自治区,简称宁,位于我国西北内陆黄河中上游的古“丝绸之路”上,有着古老悠久的黄河文明,是中华文明的发祥地之一。

宁夏位于黄土高原、蒙古高原和青藏高原交汇地带,是我国西部重要的生态屏障,在我国生态安全战略格局中具有特殊地位。宁夏也是我国生态环境非常脆弱的省区之一,86%的地域年降水量在300毫米以下,西、北、东三面被腾格里沙漠、乌兰布和沙漠和毛乌素沙地包围,生态环境敏感复杂,环境承载压力加大,生态环境保护和生态文明建设任务十分紧迫而艰巨。

当前,依托宁夏回族自治区地质局下属的宁夏回族自治区遥感测绘勘查院（宁夏遥感中心）建设高分辨率对地观测系统宁夏数据与应用中心。主要负责全区高分卫星数据的接收、管理、分发服务与区域推广应用。国产卫星数据的高空间分辨率、高时间分辨率、易于获取、低成本等优势,迅速带动了全区卫星遥感应用产业化发展,在土地、地质、生态、农业、规划、水利等领域逐步拓展应用,效果显著,尤其是在自治区生态红线划定、空间规划（多规合一）、农业精准扶贫等领域发挥了高科技利器的作用,为美丽宁夏建设提供了有效的技术支撑与保障。

“生态环境没有替代品,用之不觉,失之难存”。生态保护红线是国家生态安全的底线和生命线,也是生态空间范围内具有特殊重要生态功能、必须强制性严格保护的区域,通常包括具有重要水源涵养、生物多样性维护、水土保持、防风固沙、海岸生态稳定等功能的生态功能重要区域,以及水土流失、土地沙化、石漠化、盐渍化等生态环境敏感脆弱区域。

2017年2月,宁夏与京津冀区域和长江经济带15个省（自治区、直辖市）在全国率先开展生态保护红线划定工作。高分遥感数据作为划定红线的直观科学依据,可以准确识别生态地块、校核各类保护区和评价识别区边界,辅助建立生态红线图册和台账。宁夏以高分遥感数据为本底,结合山脉、河流、地貌单元、植被等要素的自然地理边界,尽可能避免生态保护红线斑块破碎化,确保森林、草地、湿地等生态系统的完整性,划定了包括水源涵养、生物多样性维护、水土保持、防风固沙、水土流失控制的5大类9个片区生态保护红线,构成了“三屏一带五区”为主的生态保护红线空间格局。

新划定的宁夏回族自治区生态保护红线总面积12 863.77平方千米,占全区国土总面积的24.76%。生态保护红线区域划定后,高分遥感技术以其大范围、快速动态、客观准确等技术优势,监测区域不受地形地貌和交通条件等限制,以及时效性强、总成本低等特点,将继续为构建宁夏卫星、无人机和地面相结合的“空天地一体化”监测系统服务,实现及时、快速、准确的生态保护红线监测监管。

空间规划在很大程度上可界定为满足区域经济社会发展长远需求,对城镇、农业和生态布局进行统筹优化,对土地、水体、林木、矿产、能源、生物等空间资源进行超前性的调配和安排。当前,“建设生态文明是中华民族永续发展的千年大计”,这一理念已经深入人心。构建空间规划体系,已成为推进国家治理能力和治理体系现代化、助力生态文明建设和新型城镇化的重要举措。

宁夏空间规划是全国首批空间规划的两个试点省区之一,是《中共中央关于全面深化改革若干重大问题的决定》明确提出“建立空间规划体系”以来中央赋予宁夏的神圣使命。宁夏相关部门运用高分卫星遥感这一高科技手段,发挥其快速、高效、动态技术优势,编制了覆盖全域的空间规划,融合计算机人工智能深度学习学科知识,构建对空间规划实施情况卫星“天上看”、类人眼智能“地上查”、违反空间规划行为“网上管”的空间信息一体化管控平台,为推动综合执法、简化行政审批、空间规划落地执行动态监测提供了重要支撑。

基于我国高分卫星遥感建设的宁夏空间规划遥感监测系统平台,通过计算机人工智能深度学习技术,模拟人眼、人脑识别卫星图像中人类建设行为所引起的地表空间信息变化,并辨别其是否符合空间规划实施情况。通过在银川市三区1 802平方千米范围内的示范应用发现：4个专业熟练的技术员采用人工目视解译需要30天完成的空间规划实施情况监测,人工智能系统只用4天就已完成,提取图斑精准度达到人工目视的83%以上,且随着监测范围增大,系统比人工作业可节省的时间更多。这一基于“慧眼”科技的人工智能监测系统成为宁夏空间规划落地后“一年一体检,三年一评估”的高科技、高精度、高效率的监管工具,推进了空间规划管理体制改革,对保障空间规划落地实施,推动空间治理能力和治理体系现代化具有非常重要的意义。

宁夏南部的固原市属“苦瘠甲天下”的西吉—海原—固原地区,是国家14个集中连片特困地区之一。加快这一地区如期脱贫,既是紧迫的经济问题、民生问题,也是重大的政治问题。贫困地区往往具有丰富的土地资源,但大多存在耕作不便、产能不高、效益不好等问题,固原地区亦是如此。因此,固原地区的农业精准扶贫,就是要按照宜农则农、宜林则林、宜牧则牧的原则,因地制宜发展扶贫产业。首要的目标是要先摸清土地农业资源家底,解决耕地的数量、位置,有多少河滩地、多少梁峁地,不同的地类适合种植什么作物,作物种植结构是否合理等问题。

近年来,随着高分专项的实施,国产高分卫星数据获取能力的增加,在作物识别、长势监测、旱情监测和作物产量估测等方面发挥着越来越大的作用。利用国产高分辨率遥感影像、参考高精度DEM数据、土壤、气象等数据资料,结合地理信息系统和卫星空间定位系统,以及实地核查验证等技术,快速准确地查清固原市农业土地资源的类型、数量、质量及其空间分布,开展农业土地资源适宜性评价。及时回答了固原市当前农业土地资源的分布、质量、作物种植适宜性等问题。尤其是应用高分二号1米空间分辨率的高精度卫星影像,高精度DEM数据和亚米级的卫星定位数据,确保每一块地类图斑的分布位置和面积数量、每一项调查统计数据的准确、客观。调查成果为固原市的精准扶贫战略、区域农业经济产业规划和农作物种植结构调整等提供了及时、精准的决策依据。下一步还将拓展延伸数据资源应用的深度和广度,与农村土地承包经营确权等数据结合叠加,将调查成果数据精确到村到户,尝试开发农业信息资源移动智能应用终端系统,为乡镇、村队、农户直接提供及时、便捷、准确的信息资源,发挥数据资源的最大价值,真正实现精准数据为精准扶贫提供决策支撑。

星辰大海,浩瀚苍穹;山水林田,尽收慧眼。随着遥感技术的快速发展,国产遥感卫星不断发射升空,卫星数据源日益丰富,卫星遥感影像的空间、时间和光谱分辨率不断提高。借助人工智能、大数据与云计算等新技术,遥感数据处理、信息提取的技术正在走向自动化、智能化。遥感应用产品也必将越来越精准化、多样化和普及化。

针对山水林田湖草等自然资源观测要素,开展区域自然资源遥感监测、地方行政区域自然资源资产离任审计遥感监测、国土空间规划实施效果及变化监测,为自然资源监管和国土空间保护提供技术支撑与科学依据。开展黄河流域宁夏段、贺兰山、六盘山及罗山等重点生态保护区生态治理动态变化监测,开展生态保护红线内人类活动调查监测,开展退耕还林（草）、生态移民恢复区实施效果遥感监测,以及小流域水土保持治理遥感监测等,为生态环境保护和管控提供技术支撑。

依托高分宁夏中心,加大科技创新力度,开展高光谱、激光干涉雷达等遥感新技术在宁夏区域的示范应用;加强遥感应用与云计算、大数据、人工智能等前沿技术的交叉融合,着力向自动化、规模化、定量化、智能化方向转型;加快遥感业务体系,遥感数据存储、管理、发布、共享服务一体化平台以及遥感影像多层次、多专题产品加工体系建设,不断提高数据处理能力、专题产品加工能力和应急保障服务能力,支持山水林田湖草全方位多层次监管应用,满足自然资源遥感调查监测任务的要求。

大力实施生态立区战略和建设美丽宁夏,需要高分卫星遥感技术提供更加全面、有效、及时的支撑,更需要宁夏各有关部门和科技工作者努力掌握和用好高分卫星遥感技术,着力解决宁夏经济社会发展中的资源环境问题,牢牢构筑西北生态安全屏障,让宁夏的天更蓝、地更绿、水更美、空气更清新。

未来,我们不但要给太空中的一颗颗遥感卫星装上“慧眼”,让它们能够看得更清、定位更准;还要给它们都装上“大脑”,能够实时地提取地物信息,判断目标的属性;经济社会发展对卫星遥感的应用需求无疑会愈加广泛,高分+北斗、高分+无人机等卫星遥感综合应用产业定将迎来更大机遇。

在宁夏回族自治区实施的创新驱动、生态立区战略引领下,我们要聚焦宁夏绿色创新发展的新需求,不断加强高分遥感技术的开发和应用,多措并举地助力宁夏,打造西部生态文明建设先行区。让贺兰晴雪、汉渠春涨、月湖夕照、黄沙古渡停下脚步;让灵武秋风、黑水故城、官桥柳色、梵刹钟声留在眼前。

（文中部分图片由宁夏回族自治区地质局提供）