航天系統工程理論在三江源國家公園生態環保監測中的應用

文| 莫毅君 李龍飛

航天恒星科技有限公司

當前，習近平生態文明思想深入人心，生態文明建設改革舉措落地見效，生態環境治理體系不斷完善，為全面加強生態環境保護、堅決打贏污染防治攻堅戰增添了強大動力。同時，國內外環境正在發生深刻復雜變化，經濟發展外部環境更趨復雜嚴峻，不穩定不確定因素增多，生態環境保護面臨的形勢依然嚴峻。

從國內看，一是經濟下行壓力加大帶來更多挑戰，一些地方和部門對保護與發展的辯證關系認識不高，重發展輕保護的現象依然存在，推動綠色發展的能力不強、行動不實，傳統高耗能行業占比依然較高；二是生態環境治理仍然存在薄弱環節，以重化工為主的產業結構、以煤為主的能源結構、以公路貨運為主的運輸結構尚未根本改變；三是完成污染防治攻堅戰目標任務艱巨，我國生態環境質量受自然條件變化影響較大，地區間不協調不平衡問題突出。從國際看，世界經濟仍處在深度調整期，環境問題、經濟問題和政治問題相互關聯，對預期管理、政策實施帶來影響；單邊主義、保護主義、逆全球化違背歷史潮流，不僅不利于資源高效配置，影響全球經濟發展，還會對全球生態環境保護和應對氣候變化造成很大負面影響。

航天恒星科技有限公司（以下簡稱“航天恒星”）為落實習近平總書記“兩山論”，推動生態文明建設，充分應用航天系統工程理論，將衛星導航、衛星通信與衛星遙感等衛星應用技術、產品與系統推廣到生態環保領域中，促進生態環保領域管理現代化，帶動相關產業發展，成為國民經濟發展新的引擎。

一、航天系統工程理論在三江源國家公園生態環保監測中的應用概述

黨的十九屆五中全會審議通過的《中共中央關于制定國民經濟和社會發展第十四個五年規劃和二〇三五年遠景目標的建議》，將“堅持系統觀念”作為“十四五”時期我國經濟社會發展必須遵循的五項原則之一，指明了提高社會主義現代化事業組織管理水平的方向。同時，規劃中也提出要提升生態系統質量和穩定性，持續改善環境質量，加快發展方式綠色轉型，要推動綠色發展，促進人與自然和諧共生。

航天恒星以航天系統工程理論為基礎，以型號工程的流程管理方法為依托，開展生態環保現代化系統頂層設計和生態環保要素分解，同時結合生態環保和航天科技效能，實現航天科技與生態環保融合與系統平衡，借助天空地立體全面感知網實現天地一體化、以現代生態環保管理系統各要素全面數字化為基礎實現要素數據化、通過系統工程管理方法達到系統最優化，成功將管理創新成果應用于三江源國家公園的生態環保監測中，起到了很好的示范帶動作用。

二、航天系統工程理論在三江源國家公園生態環保監測中的應用設計與實現

1. 以系統工程理論為指導，統籌生態環保系統各環節整體最優

航天恒星以“創新、協調、綠色、開放、共享”新發展理念為指引，堅持系統觀、發展觀、整體觀、創新觀和市場觀，通過航天系統工程理論與方法、技術和市場要素集成融合創新，建設系統全面、架構合理、要素和諧、協同高效、總體最優的生態環保監測系統。航天恒星以青海省三江源生態環保監測要素為研究對象，自上而下進行生態環保監測系統與指標分解，建立科學的生態環保指標監測體系，指導系統組成及要素建設；并通過自下而上地進行要素建設、系統集成和測試，實現天空地一體化生態環保監測系統的功能和性能指標。

青海省三江源國家公園生態環保監測大系統要講綜合平衡，按照系統工程理論，就是要對衛星導航、衛星通信、衛星遙感、大數據與人工智能等技術手段和山地、戈壁沙漠、水資源、植被與野生動物等生態環保監測元素之間處理好相互關系和綜合平衡。立足國家公園的需求，將國家公園生態環保監測大系統分為：感知層（遙感一站式平臺），以衛星遙感為主，衛星導航數據為輔，融合空地監測數據，對標國標實現對生態環境因素的“全要素感知”；傳輸層（衛星通信網），以衛星通信網融合地面網絡，將全域感知數據交互，實現“全覆蓋的聯通”；智慧層（公園大數據平臺），以航天數據為主，融合其他環境信息，實現海量數據深度挖掘和分析，實現“更深入的智慧化”；應用層（業務應用系統），建立面向業務的信息服務，展現直觀的數據分析結果和趨勢分析等，為業務提供“更智慧的決策”。橫向融合衛星通信、衛星導航、衛星遙感、人工智能、大數據為代表的高新技術，縱深挖掘行業需求，形成橫向縱向融合的新形態，統籌生態環保系統各環節整體最優。

2. 以型號系統管理為抓手，推進生態環保監測全要素開發路徑

航天恒星借鑒型號管理經驗，明確三江源國家公園的一般需求和特色需求，并將需求進行分析和甄別轉化為系統研制總要求，明確系統建設目標。明確系統建設的工作范圍、技術要求、系統建設周期、組織體系與資源保障等，最終形成總體方案設計，作為分系統、單機與部組件工作分解的工作指南。參照項目管理的工作分解結構（WBS）理念，根據項目約束，在限定的時間、成本范圍內，充分運用系統工程理論，保質保量完成任務。確保項目做且只做所需的全部工作，防止項目鍍金和范圍蔓延。

因為生態環保是一個復雜巨系統，確定項目范圍至關重要。項目范圍管理是項目管理分系統的核心內容，是整個系統能否正常開展建設的基礎和關鍵，必須做到“四清一到位”和“4BS+2P”“四清一到位”是精細做好范圍和計劃管理的關鍵，指項目任務清楚、過程清楚、責任清楚、風險清楚和執行到位。4BS 包括產品分解結構（PBS），即生態環保監測系統包含什么裝備、軟件組成；工作分解結構（WBS），即項目交付物數據包；組織分解結構（OBS），即項目在政府、企業等組織責任矩陣；資源分解結構（RBS），即項目所需保障條件集合。2P 指技術流程，即項目所有活動按順序安排；計劃流程，即項目所有活動的進度安排。同時在生態環保監測系統實施過程中充分考慮人、機、料、法、環、測等各要素的計劃和質量管理，風險識別充分并實時跟蹤閉環（圖1）。

圖1 生態環保領域軟件產品分解結構圖

3. 以航天技術應用為牽引，賦能生態環保領域天地一體化發展

隨著航天、物聯網、云計算、大數據技術的發展，接觸式與非接觸式的生態環保監測傳感設備不斷涌現，建立天地一體化生態環保監測網是生態環保發展的必然趨勢，建立融合天基、空基和地基各類信息的生態環保監測大數據體系成為可能。

天地一體化生態環保系統，結合生態環保實際需求，利用衛星遙感覆蓋區域廣、空間連續，以及地面物聯網實時觀測、信息真實的聯合優勢，建立衛星與航空遙感為主、衛星導航為輔、衛星通信進行數據傳輸的天地一體化感知網，克服單一傳感器、單一平臺觀測的局限性，實現信息的高精度、多尺度、立體化、時空連續獲取。建立數字化、網絡化和智能化的大數據分析與決策云平臺，集成生態環保知識與模型、計算機視覺、深度學習等方法，集成生態環保監測、識別、診斷、模擬與調控的專有模型和算法，形成天空地一體化生態環保監測體系，從而提升國家生態環保治理現代化水平（圖2）。

圖2 天空地一體化生態環保監測體系

4. 以標準化的先行為保障，確保生態環保監測領域現代化轉型

開展試點工作五年多來，航天恒星初步建立了覆蓋三江源國家公園的“天空地一體化”監測體系，對園區生態環境狀況進行系統連續的監測，及時掌握生態環境狀況和變化趨勢。完成衛星通信系統建設，建立了以“村村通”光纖通信為基干、以國產衛星通信鏈路全覆蓋的區域信息管理網絡。租用中通10 號通信衛星和北京云岡地面主站資源，配發地面固定站8 套、便攜站24 套、背負站5 套、北斗手持終端30 套、動中通和靜中通各一套及其指揮管理系統1 套，基本解決無網絡地區森林公安派出所日常辦公、巡護中的上網和通信問題，實現了園區生態、管理、社會信息的高效安全聯通。提高遙感監測能力，建設同生態環境部衛星環境應用中心、中國資源衛星應用中心、國家航天局對地觀測與數據中心、自然資源部國土衛星遙感應用中心等部門直連的高分遙感數據一站式服務系統，通過系統制定數據采集計劃，提交數據采集申請。

實現對原始數據的基礎處理，保障業務運行。完成生態大數據中心（一、二期）項目建設，建立國家公園云管理系統和具備云計算能力的大數據平臺，完成數據管理、傳輸管理和信息安全等基本軟硬件建設。在平臺建設的基礎上，生產了統一、規范、標準的三江源國家公園人類活動與生態系統基準數據，完成了生態系統管理15m 分辨率和人類活動管理亞米級分辨率基礎地理信息基準建設及重點區域三維展示模塊的建設。強化生態環境狀況監測評價工作，建立了三江源國家公園生態環境狀況、資源環境承載能力以及生態修復成效等為目標的定期評價制度（圖3）。

圖3 三江源大數據平臺

三、結束語

目前，三江源國家公園“天空地”一體化生態環保監測體系初步建成，遙感、通信、導航衛星系統已發揮效能。未來，航天恒星繼續深化用天能力，將天基技術打造成為智慧國家公園管理體系中重要的一環，促進三江源國家公園管理局“智慧國家公園”體系形成，有效提升國家公園管理的規范化、精準化與智能化水平，為三江源國家公園建設創造“青海經驗”做好堅實的科技支撐。