共同唱好新時代“黃河大合唱”
———專家學者為測繪服務黃河流域生態保護與高質量發展獻策

編者按：

黃河落天走東海，萬里寫入胸懷間。黃河是中華民族的母親河，保護黃河是事關中華民族偉大復興的千秋大計。

2019 年9 月18 日，習近平總書記在鄭州主持召開黃河流域生態保護和高質量發展座談會并發表重要講話，把黃河流域生態保護和高質量發展確定為重大國家戰略，強調“深入挖掘黃河文化蘊含的時代價值，講好‘黃河故事’，延續歷史文脈，堅定文化自信，為實現中華民族偉大復興的中國夢凝聚精神力量”。

黃河流域生態保護和高質量發展上升為重大國家戰略，賦予了測繪行業重大歷史機遇。黃河流域的自然資源調查、生態及地理國情監測、國土空間規劃、資源勘查開發、交通運輸、水利建設等都離不開測繪。

為更好落實習近平總書記就黃河流域生態保護和高質量發展作出的戰略謀劃，在總書記發表重要講話一周年之際，河南省測繪學會在河南省測繪地理信息局指導下，于2020 年9 月16 日下午，舉辦了黃河流域生態保護和高質量發展高層科技論壇河南省測繪學會分論壇。會上，測繪行業專家學者暢所欲言，圍繞生態環境監測修復、黃河流域地理國情監測等方面發表真知灼見，為測繪服務黃河流域生態保護和高質量發展建言獻策。本期《特別關注》欄目特將專家學者們的報告摘要刊出，以饗讀者。

黃河流域煤礦區生態損傷監測與修復

黃河流域上中下游生態特征鮮明，河南橫跨黃河中下游，生態問題突出復雜。據統計，2019 年度全國煤炭產量為38.50 億噸；而黃河流域九省區的煤炭產量為30.19 億噸，占比為78.4%。黃河中上游，煤炭大規模開采后，黃土區生態環境惡化，增加了流入黃河的泥沙淤積，沙漠區加速了土地沙漠化的進程。黃河下游區，煤炭開采沉陷使陸地轉變為水陸兩相生態系統，耕地減少、濕地增加。 因此，黃河流域煤礦區生態損傷監測與修復尤為重要與迫切。

近年來，河南理工大學深入研究生態損傷監測與修復理論技術，在井上下定位導航及應急災害監測預警、井上下三維激光掃描技術、礦區地質環境遙感監測、采動損害與開采防護、土地復墾與生態重建、數字礦山與智慧礦山等方面取得了顯著成效。

在井上下定位導航及應急災害監測預警方面，攻克了多平臺、多類型空間數據快速融合技術，研發了基于傳感網的“井上下一體化三維信息管理與應急系統”，提升了煤礦的信息化和應急決策水平；研制了井下定位與應急聯動管理系統，實現了井下險源和礦工實時監測、井上下部門間資源共享和協同；基于小波分析和小波分解，采用魯棒卡爾曼濾波實現了系統中未知或不確定狀態參數及噪聲的實時估計和修正，構建了GNSS 數據處理的魯棒濾波模型，提高了采動地表沉陷的GNSS 監測精度；研發了GNSS/北斗地表移動自動化監測系統，開發了設備監控、數據采集、數據傳輸、數據處理與分析、三維顯示、沉陷連續實時監測與預警等功能，實現了數據的高效處理和自動傳輸，為開采沉陷、邊坡等地質災害治理提供信息支持。

在礦區地質環境遙感監測方面，成功研制出我國首臺小型主動式低空遙感裝備—無人機載Mini-SAR 測繪系統，克服了在陰雨天氣難以獲取航空影像的困難，為礦山災害應急監測和特殊測繪作業提供了新的技術保障；提出了遙感影像小波IHS 變換融合方法，研發了礦區多源多尺度主被動遙感數據逐級融合、精確校正、協同處理技術，發明了基于紋理分割融合的雷達遙感影像典型地物信息識別技術；建立了基于加權熵與概率隨機森林融合的半監督高光譜分類模型，形成了土壤有機質、相對含水量、重金屬等生態信息高精度反演技術，減少了分類樣本庫標記數量，讓精度提高了11.7%。

采用“相鄰式”和“累積式”DInSAR干涉策略，融合InSAR 與PIM 數據，提出了互為印證的多時相大范圍時空數據DInSAR 干涉處理、工作面尺度SBAS InSAR 移動變形時序分析模型，為礦區快速高效實施大范圍地質災害時空信息調查、地表損毀區域快速識別與評估開辟了新途徑；研究提出了航空、航天、機載、低空無人機、地面激光掃描多源信息協同提取理論，創新實施了井上下采動進度及損傷的“天、空、地、井”一體化信息監測技術，一次性獲取了85處地表變形區，面積達225 km2，準確得到了沉陷區采動損害特征參數，實現了災害信息的時空逐級融合處理，精度高達97%。

在土地復墾與生態重建方面，創立了高強度開采礦區生態環境“地表破壞源頭驅動-侵蝕過程驅動-土壤質量下降-植被退化終端響應”鏈式驅動響應理論，建立了礦區植被生態環境與地表破壞的時空關系模型，揭示了礦區生態環境演變與地表破壞的時序演變關系，實現了礦區生態環境的正向演替；基于人地相關、可持續發展及生態經濟理論，提出了適用于我國半干旱、半濕潤氣候條件的6 類20 種煤礦區土地復墾及生態重建模式體系，為礦區土地復墾與生態系統康復提供了理論基礎和技術支撐；構造了適合植被恢復的立地條件和土壤剖面，提出了河南西部黃土溝壑、豫北太行山丘陵、豫東高潛水位礦區塌陷裂縫快速修復技術，建立了塌陷區侵蝕溝“截流溝+植物籬+土谷坊”控制綜合治理模式。

構建了“礦區環境破壞與生態污染-超積累植物與適生植物優選-適生群落培育”的生態修復與環境重建體系，并在潞安、平頂山、鶴壁等煤炭主產區生態環境治理中進行示范應用，經濟、社會、生態效益顯著；建成河南省煤礦區基礎信息數據庫，支撐河南南太行山水林田湖草生態保護修復工程重點區域確定、修復問題診斷、布局及國家試點獲批；完成河南、河北、山西、陜西等省102個礦山土地復墾與生態環境恢復治理方案、土地綜合整治等項目實施，累計治理損毀土地5045.12 公頃，為推進土地生態與景觀一體化協同高效修復提供了信息和方法支持。

下一步，河南理工大學將協同人工智能技術，深化RFID/ZigBee/視頻/慣性導航等多元傳感器數據智能化利用，實現礦井的高精度定位導航與自動化開采 ；盡快構建以GNSS 為主體，PNT（定位、導航、授時）與移動通信和互聯網等信息載體融合的煤礦生產規模化應用服務體系，實現全時段全空間的無縫服務。研發更加精密的地下移動測量系統，加強井上下三維激光掃描技術在低山丘陵礦區的規模化應用，揭示下沉區域整體分布形態、水平移動的發育過程以及地形地貌對開采沉陷的影響規律。

將進一步融合衛星遙感、航空攝影、無人機測繪、地面三維激光掃描、測量機器人等遙感遙測方法，加快形成星-空-地-井多源遙感協同的礦山生產、安全、環境、災害信息的高精度信息實時獲取與監測體系。進一步分析研究大采深、超厚煤層、特軟巖層、巨厚硬巖、富水地層等特殊地質條件，建立特殊地質條件下開采沉陷機理機制。建立面向大數據、5G 通信技術、云計算、人工智能環境下的智慧礦山建設標準，深化云計算和人工智能技術在礦山領域的應用，提高海量礦區信息數據的處理和利用效率，研發新一代礦區地理空間虛擬仿真系統，實現礦區地理信息智慧化應用。

發揮高校學科專業優勢 助力生態環境保護發展

華北水利水電大學積極響應加強生態環境保護、保障黃河長治久安、推進水資源節約集約利用、推動黃河流域高質量發展、保護傳承弘揚黃河文化五個方面的目標任務要求，勇擔服務黃河流域生態保護和高質量發展重要使命。

牽頭與水利部發展研究中心、黃委會有關單位、省社科院、省水利廳等九家單位共同發起成立“黃河流域生態保護和高質量發展研究院”，為新的國家戰略培養適用人才、提供智力支持，共同開展科研攻關、搭建相關平臺、傳承黃河文化，助力相關國家交流合作。

服務國家和地方生態環境保護，完成水利部委托的全國31 個省（區、市）全面推行河（湖）長制評估任務，牽頭與水利部8 個部屬單位聯合成立水利行業監管研究中心，承接的“引漢濟渭智能化項目”成為水利部“智慧水利”示范項目，依托與省水利廳聯合成立的河南河長學院，助推河（湖）長制深入發展，已培訓省內外各級河（湖）長3000多人；利用高分衛星遙感影像數據分析技術，為微山湖、太湖、烏江、松花江、贛江等水資源保護利用、河湖治理、水利工程一線監管提供技術支持；深度參與南水北調工程運行治理、河南省“四水同治”等，通過水利大數據分析應用，助力信陽、南陽、新鄉等地河道采砂治理，得到水利部高度贊揚。

結合學科專業特長，開展相關研究，助力生態環境保護和高質量發展：基于地理信息技術（GIS），研究掌握水資源分布情況和開發情況，把地質地貌、土壤植被等地理因素數字化應用到匯流理論中，為流域綜合研究提供新的思維方法。建立水資源管理信息系統、數字流域空間信息系統，搭建我國水文站網管理信息系統；建設防洪管理平臺和決策平臺，在時空尺度上對數據進行管理，并與水利模型進行融合，建立洪澇災害評估機制，劃分災害影響范圍，實現對重災區的全面監測和系統評估。依托遙感技術、GIS 強大的信息管理能力以及全球定位系統的高精度特點，對水土流失進行統一管理，用GIS 監測分析數據，為水土流失治理提供便利；推算水質的變化特點以及水環境的發展趨勢，對污染物擴散趨勢進行觀測和模擬預測，阻斷污染物的擴散。

研發“河道采砂監管大數據平臺”，全面掌握河湖整體砂石開采情況，以“技防”有效補充河道采砂監管中的“人防”，對違法違規行為做到早發現、早制止、早處理，實現對規劃河道采砂的可采區、禁采區、保留區，以及采砂區的采砂船、采砂車及采砂機具進行監管。平臺對接已有砂石企業信息化系統、北斗/GPS 終端、視頻監控、水利大數據一體機、物聯網網關、智能界樁，實現對各類型接入對象的數據接入、抽取、轉換、清洗加工等功能。受益于學校的技術支持，息縣河道采砂治理工作成效顯著，受到國務院通報表彰和1000 萬元獎勵。

下一階段，華北水利水電大學將把生態環境保護發展與學校學科專業建設緊密結合，進一步加強團隊建設，增強青年教師的歸屬感，發揮教師團隊的積極性，特別是圍繞當前黃河流域生態保護和高質量發展國家戰略，發揮學科專業優勢，積極服務地方經濟社會發展和國家水利事業發展。深度參與河南省“四水同治”，統籌解決水災害、水資源短缺、水生態損害、水環境污染等新老水問題，致力開展水資源高效利用、水生態保護修復、水環境科學治理等水利核心技術和關鍵問題的研究，不斷提高水生態文明建設能力。加大產學研融合力度，以五大發展理念為引領，深入推進科教產教企教融合發展， 在提高科研創新水平的基礎上，加大科技成果轉化力度。加強與兄弟院校和相關單位的合作，汲取先進辦學經驗，樹立學科交叉思維，加強校內學科融合，推進在科研項目、成果申報等方面的合作；立足學校水利特色，發揮學科技術優勢，承接地方服務項目。

未來，華北水利水電大學將繼續深入學習貫徹習近平生態文明思想，積極響應國家生態文明建設戰略方針，發揮學科專業特長，助力生態環境保護和高質量發展；緊緊把握黃河流域生態保護和高質量發展重大戰略機遇，堅定扛起河南省特色骨干大學建設重大使命，努力辦好特色鮮明的高水平水利水電大學，更好服務新時代水利現代化建設和中原更加出彩事業！

河南省空間信息產業助推內河航運復興工程及黃河流域高質量發展

內河航運及黃河治理應用建設要堅持“四個融合”，即軍民融合，產學研用金融合，生產、服務與應用融合，多種所有制融合。

一是要進一步加強基礎設施建設。將北斗衛星導航系統應用以及高分遙感技術作為行業信息化建設的標配，統一時空基準，統一使用國家認可的數據。要對現有CORS 站進行升級，全面支持北斗三號應用，統籌規劃省內CORS 站建設，避免重復建設，增建覆蓋黃河流域，沙潁河、淮河、唐河等省內主要內河航道的帶狀地基增強網絡，統籌組織省內航天測繪、無人機測繪工作。

要基于高分遙感、北斗、5G、大數據強化內河航運生態保護修復，嚴守生態保護紅線。升級現有北斗（河南）信息綜合服務平臺，建設統一數據庫和時空基準，構建集約高效、協同的，經濟高效銜接融合的空間信息航運綜合信息服務大數據中心。充分運用云計算、大數據等先進理念和技術，以“云網合一、云數聯動”為構架，提供安全可靠的資源云平臺，物理部署于現有大數據中心，在有效降低重復建設投資、節能環保的基礎上，實現基礎設施共建共用、信息系統整體部署、數據資源匯聚共享、業務應用有效協同，滿足空間信息基礎設施的應用需求。

數據中心還需構建空間信息大數據智能分析平臺，利用機器學習、神經網絡、深度學習等先進技術，結合黃河綜合治理及內河航運中的視頻采集能力，對黃河治理、內河航運船舶監管、水文氣象監測、應急救援、聯運管理等場景進行數據分析，提供以數據為驅動的知識情報支撐。面向業務提供一站式的AI訓練、AI 智能分析和任務管理，提升地質災害、林草火災、水旱災害的監測評估能力，為各類應急管理、林草等資源調查監測提供立體化、智能化服務保障。

二是開展北斗區域通導遙一體化應用，建設多技術融合的感知網絡。開展端-網-云架構下自動駕駛集卡、軌道平臺、大型無人機等港口貨物集疏運設備研究與應用。探索智能航運核心技術研究，實現智能綜合信息高效便捷服務。精準對接公安、自然資源、交通運輸、水利、氣象等資源業務系統信息數據，建立集水域、堤岸、濕地等數據匯聚、管理、大數據分析、可視化展示為一體的監測評估信息系統。運用大數據、區塊鏈等技術，構建多資源要素融合的港口經濟生態圈，在重點水域、通航建筑物及港口加快5G 通信、衛星通信（北斗）等部署。完善感知網絡建設，采取物聯感知、衛星感知、航空感知、視頻感知等手段，形成規模不少于10 萬套的各型北斗應用配套終端的示范規模。

三是分類實施推進產業化推廣。從產業發展角度將黃河治理和內河航運空間信息用戶分為公益性用戶、半公益半商業性用戶和商業性用戶三類。

公益性用戶，即傳統的行業部委和地方省級政府用戶，以及軍方總部級、各軍兵種和戰區用戶等，對空間信息有宏觀、大面積、快速等應用需求，比如基礎設施建設、大數據中心建設。

半公益半商業性用戶，包括市縣-鄉鎮級中/基層政府、科研院所/高等學校等用戶，對空間信息有精準、快捷、廉價、易用等應用需求。

商業性用戶，主要針對市縣-鄉鎮級中/基層政府用戶、航運公司客戶群和一線/二線/省會城市青少年用戶對空間信息的應用需求。

四是加強組織領導。省融辦牽頭，多方協作，深入學習習近平總書記重要講話和重要指示精神，統籌使用中央和地方財政資金，加強航道等公益性基礎設施建設養護以及符合高質量發展、服務民生需求等重點領域的資金支持。加強與自然資源、生態環境、水利、農業農村等部門的協調，爭取用地、用林、環評、水資源綜合利用等政策支持。針對高分、北斗、大數據等信息化的綠色水運、航運文化服務、智能服務等新的發展模式、業態，開展試點示范，及時總結和推廣經驗，科學引導內河航運高質量發展。

測繪在黃河流域生態保護與高質量發展中的應用思考

測繪地理信息專業，應該充分發揮“天上看、地上測、在線用” 的優勢，開展黃河流域基礎測繪，提高測繪服務效率，加強測繪基礎保障；促進3S 技術在河湖監管、生態環境監測中的推廣應用；以地圖為載體，講好黃河故事、傳承黃河文化，為黃河流域生態保護與高質量發展研究獻計獻策、添磚加瓦。

一是完善基礎測繪成果。習近平總書記強調，黃河治理要因地制宜、分類施策，上下游、干支流、左右岸統籌謀劃。測繪地理信息是基礎，但目前的黃河流域基礎測繪還存在數據覆蓋范圍不足、現勢性不強、成果不豐富、服務效率低等問題，應該從擴充數據范圍、更新常用數據、豐富成果種類、提供高效服務方面開展工作，形成完善、先進的黃河地理信息資源庫與服務體系。

基于黃河基礎測繪成果現狀，需要開展的測繪工作包括：黃河流域平面控制測量和水準測量，黃河上游河源區水源涵養能力提升所需數據采集，黃河中游水土保持與污染治理信息采集，黃河下游生態廊道建設與生態治理地理信息數據采集，伊洛河、渭河、汾河等重要支流地形圖數據采集。

二是提高測繪服務效率。建成黃河時空服務平臺，集成黃河流域多尺度、多種類、多時相的基礎地理信息數據，水雨情、工情信息，視頻監控、氣象等實時數據，開發在線地圖、智能制圖、專題服務、應用服務、資源目錄等功能，讓用戶基于瀏覽器即可瀏覽大至全國、小至流域或局部重點工程的地形地物分布及實時監測信息。基于平臺底圖進行個性化專題圖制作，對于有開發需求的用戶，可快速調用平臺提供的數據服務和功能服務，定制專屬應用系統，大大節省開發成本。

三是加強河湖監管。發揮測繪調查優勢，開展黃河流域水域調查，摸清水域家底，建成黃河流域水域調查數據庫，劃定水域保護三線。基于黃河一張圖開發黃河流域河湖監管平臺，集成水域保護三線、河道管理范圍線、采砂規劃區、岸線功能區、生態保護紅線等控制紅線，實現流域內水域信息查詢、違法侵占分析、涉河項目管理、違法采砂巡查、違法問題智能識別上報等功能，為黃河流域河湖監管提供信息化的支撐手段。

四是提升生態環境監測能力。創新監測手段，在傳統地面監測基礎上，增加衛星遙感、無人機遙感的使用，從多光譜拓展到高光譜，從影像監測拓展到視頻監測，實現全方位、立體化、規模化、常態化監測，提高應急、機動觀測能力。建立黃河流域國內外多種類衛星資源接收機制，實現多源衛星影像的快速接收、高效處理、應用服務體系。提升大數據存儲管理水平，建成黃河流域生態環境立體遙感監測大數據中心，實現生態環境遙感監測大數據的統一規劃、建設、運行。深度挖掘生態遙感數據應用水平，基于大數據、遙感智能解譯技術，快速、自動提取、挖掘生態環境監測專題信息，讓數據真正“開口說話”，為解決各種生態環境問題提供科學依據。

五是傳承黃河文化。習近平總書記強調，黃河文化是中華文明的重要組成部分，是中華民族的根和魂，要保護、傳承、弘揚黃河文化。黃河測繪工作者要充分利用測繪地理信息技術優勢，擔當起文化傳承的角色，初步考慮從黃河文化地圖集編制、講好黃河測繪故事、黃河文化展示平臺三方面開展工作。

黃河流域文化地圖集分自然環境、社會經濟、歷史文化、治理開發、生態環境保護、流域干支流圖六個圖組，讓用戶能宏觀了解黃河流域地理位置、地形地貌、政區分布、水系分布、社會經濟狀況、治理開發工程分布、歷史文物分布、名人故事發生地和氣候、土壤、自然保護區分布等生態要素情況。組織開展“黃河測繪故事”系列講座，邀請黃河基礎測繪發展的見證者，為大家講述黃河測繪人自己的故事。建設黃河文化服務平臺，基于三維GIS、無人機傾斜攝影、3D 全景、虛擬現實等先進的信息化技術，建立真實黃河的三維虛擬化場景，并以此為載體，利用視頻、聲頻、圖片、文字等多種形式展示黃河流域各風景名勝、重點水利樞紐工程、重大歷史事件、重要歷史人物等黃河文化資源。

測繪是黃河流域生態保護與高質量發展的先行軍。測繪工作者要以“功成不必在我”的精神境界和“功成必定有我”的歷史擔當，發揮測繪人特別能吃苦、特別能戰斗、特別能奉獻的精神，為黃河流域生態環境保護與高質量發展提供最優質的測繪服務。