Introducción al Concepto de Monitoreo Integrado de Ecosistemas "Cielo-Tierra"
El monitoreo integrado de ecosistemas "cielo-tierra" es una aplicación integral de monitoreo de sensores remotos satelitales, monitoreo de sensores remotos aéreos y monitoreo de sitios terrestres y otros métodos de monitoreo ambiental, basados en tecnologías clave como minería de datos, fusión de datos, colaboración de datos y asimilación de datos, para obtener soporte de datos más precisos Sistema tridimensional de percepción de monitoreo ecológico. El sistema de monitoreo ecológico integrado "sky-land" puede reflejar de manera más completa el status quo y la tendencia de desarrollo del ecosistema, y proporcionar una base científica para la protección del medio ambiente ecológico, la gestión de los recursos naturales y la planificación del uso de la tierra. El sistema de monitoreo de teledetección integrado aire-tierra incluye principalmente tres módulos: monitoreo de teledetección satelital, monitoreo de teledetección UAV y monitoreo terrestre. La arquitectura del sistema de monitoreo integrado aire-tierra se muestra en la siguiente figura.
1. Observación satelital (día)
"Cielo" se refiere al monitoreo macroscópico y general de los ecosistemas regionales utilizando sensores remotos satelitales. El principal monitoreo ecológico por teledetección satelital se basa en las plataformas de Landsat, Sentinel, PALSAR, MODIS y Gaofen-2 (Gaofen-2), utilizando luz visible, infrarrojo, microondas y otros instrumentos de detección, a través de fotografía o escaneo, detección de información, transmisión y Procesamiento, monitoreo por teledetección de calidad macroambiental a gran escala y condiciones ecológicas. El monitoreo de sensores remotos por satélite obtiene principalmente datos e indicadores como el tipo y la estructura del ecosistema, y los indicadores de la función ecológica. Específicamente, los datos de Landsat tienen casi 40 años de registros de observación continua y una resolución espacial de 30 metros, lo que puede reflejar completamente el proceso de cambio interanual del ecosistema desde la reforma y apertura. Los datos de Sentinel-2 tienen una resolución espacial más alta (hasta 10 metros), lo que puede describir con mayor precisión la estructura del ecosistema y expresar completamente los detalles espaciales del ecosistema; al mismo tiempo, los datos de Sentinel-2 tienen un ciclo de revisita alto (aprox. .5 días), que puede capturar el proceso de cambio de la vegetación dentro de un año. Los datos de MODIS tienen una alta resolución temporal y se pueden utilizar para analizar el proceso dinámico macroscópico del ecosistema desde el año 2000. Los datos de Landsat, Sentinel-2 y MODIS son todas imágenes ópticas, que se ven fácilmente afectadas por las nubes y la lluvia, mientras que los datos de radar Sentinel-1 y PALSAR tienen características de todo el día y de todo clima, que pueden superar la influencia de las nubes y la lluvia. Las observaciones de radar Sentinel-1 y PALSAR tienen un gran potencial en el monitoreo de ecosistemas forestales y pueden monitorear los cambios dinámicos de los recursos forestales.
2. Observación de vehículos aéreos no tripulados (aire)
"Aire" se refiere principalmente al uso de la tecnología de detección remota de vehículos aéreos no tripulados para llevar a cabo un seguimiento y evaluación ecológicos a pequeña y mediana escala de áreas clave. El monitoreo de detección remota de UAV utiliza UAV como plataforma y sensor de imagen como carga, que puede adquirir imágenes de detección remota de alta resolución en tiempo real, de manera rápida y precisa. En comparación con la teledetección satelital, la teledetección de UAV tiene una resolución temporal y espacial más alta, una recopilación de datos flexible y costos operativos y de material más bajos. La detección remota de UAV se usa ampliamente en el monitoreo de ecosistemas, que puede monitorear y administrar los recursos naturales de manera oportuna y efectiva, y proporcionar datos de resolución espacial finos. La detección remota de UAV se usa ampliamente en la restauración ecológica, la investigación de la distribución de plantas, el monitoreo de la vida silvestre, la protección de la biodiversidad, la investigación de los recursos forestales, la agricultura de precisión y el monitoreo de la contaminación ambiental. Se espera que el monitoreo de ecosistemas lleve a cabo el monitoreo de sensores remotos de UAV en el futuro, lleve a cabo una gestión adecuada de ecosistemas importantes y funciones ecológicas clave, y brinde apoyo técnico para la ganadería inteligente y la agricultura de precisión.
3. Estudio terrestre (suelo)
"terreno" se refiere al seguimiento preciso de la meteorología, la hidrología, la vegetación, etc. en un área determinada mediante el uso de tecnología de observación terrestre y estudio de cuadrantes, incluido el estudio terrestre y el muestreo. Usar estaciones meteorológicas para monitorear las condiciones climáticas regionales, el clima extremo y los desastres meteorológicos y agrícolas; usar estaciones de flujo para monitorear las funciones de fijación de carbono y producción de oxígeno de los ecosistemas de bosques y pastizales; usar estaciones hidrológicas para monitorear los recursos hídricos en las cuencas fluviales y evaluar los ecosistemas función de conservación de agua, mantenimiento de suelo y agua; use la cámara fenológica para monitorear las características fenológicas del crecimiento y desarrollo de la vegetación y los cultivos, y utilícela para estimar el rendimiento de pasto y el rendimiento de grano. Organizar investigaciones de campo e inspecciones para recopilar una gran cantidad de muestras de tipos de ecosistemas terrestres, muestras de vegetación y suelo como puntos de verificación para conjuntos de datos de producción, y recopilar datos socioeconómicos detallados (incluidos anuarios estadísticos, boletines estadísticos y datos de varios departamentos).
4. Computación en la nube de teledetección (nube + big data)
La aparición de datos masivos de teledetección plantea mayores requisitos para las capacidades de computación y almacenamiento de datos. Con la transformación de la tecnología informática y de redes, el almacenamiento en la nube y la tecnología informática en la nube se han desarrollado rápidamente en los últimos años. Google y Amazon brindan servicios gratuitos de computación en la nube para el procesamiento de datos a gran escala a escala global, especialmente la plataforma Google Earth Engine (GEE), que ha integrado conjuntos de datos de detección remota comunes como MODIS, Landsat y Sentinel, lo que promueve en gran medida el campo de investigación de monitoreo de sensores remotos de ecosistemas. La plataforma en la nube se utiliza para procesar y analizar datos de teledetección a gran escala, lo que acorta considerablemente el tiempo de procesamiento de imágenes, mejora la eficiencia del trabajo y mejora la puntualidad del monitoreo de teledetección. El procesamiento y análisis de datos de teledetección de baja y media resolución para el monitoreo de ecosistemas se calculan en la plataforma de nube de teledetección de Google Earth Engine, que puede lograr una alta eficiencia de progreso.