智慧海洋 | 遥感助力海洋数据采集 - 海洋生态数据采集

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。

! C7 [7 h- n9 [: T8 e8 Z

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”。

概念

7 z8 D* h9 B+ ^3 @ j% y; |3 H: Q' s

智慧海洋与遥感

0 H" x4 p \1 {. s) X

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。

' [! k8 [ h2 o/ q' P* D' v

智慧海洋的内容包括五大部分：

- M1 @% o$ t7 Z* N) B! T$ a2 ]

“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。

' x) ]4 M- L& X2 U/ [2 t

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。

手段

0 x s; E3 K ~" m S

打出“卫星+航空+现场”的组合拳

% a; d" |$ Z: A! I. W, Y- ^

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。

; s# l" _/ h, Z) l3 i0 i3 c

▲ 珊瑚礁遥感调查 

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。

) B0 `2 F4 s f" z

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。”

2 g( ~+ _4 w- w. }

装备

% B3 y6 ]! @0 t& R! z0 D" p+ c

先进与否直接影响精度和效率

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。

( L3 F2 w$ M9 s$ y$ O* S) R

“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。

5 I5 o0 a0 U% i, R% w- L

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。

6 j! X; U. P! H4 S1 Y0 D- Z

困难

空域协调难 设备成本高

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。

+ b/ N" n8 D) ` _

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。

展望

' }$ ?# w1 r" j0 q

数据是建“智慧海洋”房子的砖

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。

0 k! x% j5 c2 p2 g* F+ O! q 3 @) z+ e8 a" g3 H& s0 j, f7 \

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。

$ A( ~( F, m) K, d8 [

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。

来源：《海洋与渔业》杂志

美编：石雨晴

% f( R1 T6 f* E9 [! n9 ~$ d7 L

审核：汤超莲

1 c& L- Q# M5 K9 H1 Y - l% y6 [ `. b . \+ n# A$ O! c" Y! x