遥感技术应用在西藏的前景与发展研究

西热加措 杨明芬

（西藏自治区科技信息研究所，西藏 拉萨 850008）

0 引言

2021年，为了贯彻落实习近平总书记在西藏考察时的重要讲话精神和中央第七次西藏工作座谈会精神，落实国家科学技术部和西藏自治区人民政府部区会商工作精神及《西藏自治区国民经济和社会发展第十四五个规划和二〇三五年远景目标纲要》，积极推进科技援藏工作，西藏自治区科学技术厅和国家遥感中心主办了国家遥感中心遥感科技援藏会议暨西藏分部建设推进会议，签署了《关于遥感科技援藏战略合作协议》，并由西藏分部承接了国家遥感中心“依托西藏分部业务特色支撑中国参与GEO工作”。与西藏自治区气象局合作进行了遥感技术应用在西藏各行业未来发展中的需求调研。此篇论文在调研报告基础上研究遥感技术应用在西藏的前景及在发展中存在的问题。

1 西藏自治区基本情况

西藏自治区位于中华人民共和国西南地区，面积120.2189 万平方千米，约占中国陆地总面积的1/8，毗邻新疆维吾尔自治区、青海省，东面两个方向相邻云川两省；从南面到西面与缅甸，与印度、不丹、尼泊尔和克什米尔地区接壤，国境线大约有4000多公里。西藏自然资源丰富，在水资源方面亚洲著名河流如长江、黄河、湄公河、印度河、恒河等都起源于西藏，被称为“亚洲水塔”。

另据普查公报，西藏全区河流常年平均径流总量约3590 亿m3，流域面积大于10000km2的河流有20 余条，大于200km2的河流在100 条以上。西藏的湖泊分布广阔，其中湖面面积大于1000km2的有3 个。湖面面积为1km2～1000km2的有609 个。河湖总面积达24183 km2，约占我国湖泊面积的30%.此外，西藏冰川资源丰富，是我国冰川最多的地区，全区现有冰川面积约2.77万km2，占我国冰川总面积的49%，冰川储量约3 亿m3，水资源总量为4482 亿m3，为全国各省区首位［1］。

在矿产资源方面，据统计，西藏已发现100多种矿产资源，矿产地2000 余处，已探明资源储量40 余种，其中，以铬铁矿、铜矿、硼矿和地热资源最为丰富，在全国名列前茅［2］。

此外由中国地调局“青藏项目”新发现32 个大型-超大型矿床，新增矿产资源储量潜在经济价值在万亿元以上［3］。在能源资源方面，主要有水能、太阳能、地热、风能等可再生能源资源，已探明的油气远景资源量为1 亿至1.5 亿吨的中型油田。其中水能理论蕴藏量达2 亿kW 以上，占全国水能蕴藏量三分之一，可开发装机容量达1 亿多kW，约占全国的五分之一。此外，西藏是全国地热活动最活跃的地区。有1000多处地热显示点。据估算，地热总热流量为55 万千卡，释放的热量相当于240万吨煤。太阳能资源更是居全国首位，平均日照时长在3000h，年均总辐射量在6000MJ/m2～7000MJ/m2，太阳辐射总量仅次于撒哈拉大沙漠，居世界第二位。

同时在人口方面，根据第七次全国人口普查显示，西藏常住人口中，藏族有3137901 人，其他少数民族有66829 人，汉族有443370 人。民族分布情况杂而广，共分布有30 多个民族。在西藏的66个县中，共有21 个县属于边境县，边境地区总面积达34.35 万平方千米，人口近50万人，约占全西藏总人口的1/6。边境线为4000 余公里。其“两屏四地一通道一前沿”战略地位决定了西藏边境发展的重要性。

确保西藏繁荣稳定，用最新科学技术支撑西藏发展，不但有利于筑牢西藏作为国家生态安全屏障的重要地位，对确保国家安全和长治就有具有更加重大的意义。

2 遥感技术应用现状

2.1 地质灾害监测现状

西藏自然环境条件复杂，自然灾害长期处于高发态势。地处青藏高原西南部，自中始新世以来经历了3 个强烈的隆升时期，形成了高原西部群山环抱。南部和东部深山峡谷、北部高原湖盆相间排列的地貌格局，地形高差悬殊，地质构造复杂，活动构造广布，地震活动频繁，具有极易发生地质灾害的地质环境基础，在极端强降雨、干旱、地震等作用下引发地质灾害的概率加大，造成地质灾害的总体形势将更加严重，仍是地质灾害的易发期。

长期以来，西藏地质灾害防治能力建设主要集中在自治区和地（市），县（区）、乡（镇）一级基层地质灾害防治能力建设投入不足，大多没有建立地质灾害防治的支撑机构或所设机构有名无实，管理难以及时到位，在地质灾害应急管理上多采取经验式粗放管理，基层的应急响应、技术支撑能力已无法满足繁重的防灾工作任务需求。由于西藏地广人稀，交通及通讯条件差，地质灾害信息难以做到及时更新，对地质灾害监测预警系统尚未完全实现“自治区-地（市）-县”三级信息互通和资源共享，对灾害防治、监测、评估方面存在延迟，缺少第一手数据支撑，容易造成对地质灾害的误判，加大地质灾害造成的人员及经济损失。反之对卫星遥感技术的有效资源利用，对灾情分析、灾后评估、救援等能够提供及时有效的信息支撑，能够极大的减少人力、物资成本投入及人员、经济的损失。

2.2 在构建国家生态屏障，服务国家能源战略现状

2.2.1 构建国家生态安全屏障现状。西藏自治区地处青藏高原腹地，国土面积120多万平方公里，约占我国国土总面积的八分之一，平均海拔在4000 米以上，素有“世界屋脊”的美誉。西藏高原不仅是我国乃至世界重要的气候调节枢纽，同时还是我国和东南亚地区的“生态源”，对保持生态平衡，保障长江中下游地区的经济安全具有重要作用，是国家重要的生态安全屏障［4］。

特殊的地理环境使得西藏高原成为我国生态环境最为脆弱的地区之一，也是受全球气候变化影响最严重地区之一。近几十年来，由于气候变暖，加之西藏发展所带来的人口加速增长、对自然资源需求加大以及对长期对现有资源的不合理利用，在一定程度上造成了生态环境的恶化。

时至今日，全球气候变暖已经对西藏生态系统产生了负面影响，研究表明，自1960 年以来西藏升温速率高于全球水平，平均每10 年升温0.32℃，由此造成的冰川融化，草地退化，土地沙化等问题持续加剧，生态保护及修复面临重大危机与挑战［5］。

西藏地理情况复杂，地质灾害频繁，地广人稀，部分区域交通不便，基础设施滞后，常规开展气候、草地、冰川、动植物栖息调查很难从整体上掌握我区生态环境变化情况，因此，西藏自治区在生态安全屏障建设、生态环境变化监测和保护、防灾减灾、应急抢险和应对气候变化等领域对遥感数据的需求十分迫切和广泛。

2.2.2 服务国家能源战略现状。国家在“十四五”发展规划和2035年远景目标纲要中提及，要大力提高新能源及可再生能源在国家能源结构中的占比，逐渐摆脱对化石能源的依赖，近期发生的俄乌战争再一次向我们表明能源及粮食是一个国家走向富强的根本，是在国内外形势越发严峻之中生存的最有利的武器，据2019 年统计报告，我国能源自给率为81.69%，但石油进口消费仍居世界第二位，化石能源在能源结构中仍占据79.2%的比重，能源结构仍需持续优化。

然而，西藏在新能源及可再生能源资源方面优势明显，西藏的可再生能源资源主要有太阳能、水能、风能、地热能四大类。西藏的太阳年平均辐射达3300MJ/m2～4800MJ/m2，全区年均辐射量5850MJ/m2～8400 MJ/m2，直接辐射占总辐射的56%～78%，夏季可达71%～88%［6］。西藏水能资源理论储量约为2×108 kW，年发电量17600亿kW·h，其中可供开发利用的水能资源就有5.6×107kW，占全国的17.1%，全区年风能储量93×108 kW·h，年均有效风能密度为130W/m2～200W/m2，年均有效风力时数为3500h～4000h［7］。西藏的地热资源更是位居全国第一，地热显示点多达1000 余处。根据对350 处显示点的统计结果，热泉水的流速为20 m3/s，地热总能量276.28×104 kJ/s，折合标准煤3×106t/a，发电潜力8×105 kW。

另外，发展新能源存储技术的锂矿资源，全国已探明储量700 万吨，其中盐湖锂资源占全国资源储量的80%左右，目前我国盐湖锂矿产资源主要集中在青海和西藏两地，两地资源总量占全国的九成。因此，西藏在可再生能源资源及新能源存储矿藏开发方面具有很大的发展前景。但因自然条件限制，许多可再生能源及矿藏开发地交通条件十分不方便，勘察及开发难度大，如果仅仅依靠常规方法，会造成极高的成本投入及人力资源的浪费，而随着遥感技术及信息处理技术的发展，利用卫星遥感技术勘察及开发这些自然资源逐渐成为主要手段，恰恰西藏能源资源及矿产资源丰富，发展遥感产业具有独特的区位和资源优势，西藏的大气环境也更加适合开展卫星遥感技术的推广和应用研究，两者相结合开发西藏储量巨大的能源资源，有利于进一步优化国家能源结构，服务国家能源战略。

2.2.3 构建国家边境安全屏障现状。西藏边境线长达4000多公里，人口50余万，民族分布众多，近年来，西藏边境地区非法越境行为屡禁不止，其特点也日趋多样复杂，虽然西藏边境地区民众友好互通，贸易发展是被允许的特殊出入境活动［8］，但随着国家近几年对“强边”建设的投入，边境贸易的活跃，边民数量逐年增加，边境管控难度也日趋增大，于是有违法犯罪分子假借边民身份利用贸易通道，从事走私、偷渡、渗透等违法犯罪活动，严重威胁边境安全，为了打击此类非法活动，公安边防部队通过在重要通外山口布设检查站，加强巡逻警戒，架设监控探头等方式保障边境安全，但因边境线过长，对外通道过多，口岸分散等现状不利于管控，同时边防官兵还要帮助辖区群众致富，参加抗险救灾等任务，警力明显不足，此外边境地区地形条件复杂多变，气候恶劣，特别是在偏僻边缘地带难以或无法建设基础设施。边防官兵经常需要在高原、山地、丛林、沙漠、积雪中巡逻侦察，普通人力侦察导致监控范围小，致使不能连续获取情报信息，甚至会造成盲区、盲点，与现代边境管控迅速获得完整、大量情报的需求不相适应［9］。

西藏边境地区作为国家安全屏障，在基于卫星综合应用技术基础上结合无人机、人工巡查等手段快速便捷的获取遥感影像、站点监测数据、视频图像等信息，并通过后期处理提供监测数据数据支撑和情报保障，同时充分发挥北斗卫星导航系统精准定位、精确授时及短报文通信功能，利用国家北斗地基增强系统的差分信息、高分辨率对地观测系统影像信息，获取边境线上人员、车辆等目标的态势信息，进行边境安全风险识别和异常主动防控报警、调度指挥等内容，能够大大减少人力投入，构建西藏边境区域全面的整体态势感知和防范能力，保障边防部队在边境线维护与巡查需求,是有效提升我国西南边疆的边境信息化管控和联动处置的重要手段，是维护民族的安定团结和社会稳定重要保障。

2.2.4 遥感数据应用平台及体系建设现状。根据多方调研内容自治区在遥感数据应用平台体系建设方面信息化水平还不足以满足实际相关业务需求，具体情况可概括为：一是现有高校、研究院和各业务单位的业务系统相互独立，数据独立，整合集成程度低，如目前减灾数据管理、分析监测、灾害评估各相关单位都建立了系统或模块，但都相互独立，没有实现系统整合与集成应用，缺乏统一的卫星遥感资源综合利用平台，严重阻碍了应对气候变化、防灾、减灾、救灾、资源调查、能源利用、边境管控、生态环保等业务能力的进一步提升；二是现有业务系统中的模型方法有待进一步改善，需要根据自治区、地（市）、县等各级不同的业务需要进一步优化改进，建立面向全区和地方尺度、适用于不同种类、统筹考虑不同决策需求的业务系统；三是全区现有业务系统延伸能力不够，缺乏对地（市）、县级部门的辐射，难以实现全区卫星遥感资源的有效利用，暂无相关遥感数据应用平台及体系支撑。

3 存在的问题与对策

3.1 缺少遥感技术应用领域专业人才

遥感数据来源多，更新频率高，高清卫星图像数据量大，是典型的科学大数据。另外，遥感数据也是典型的非结构化数据，对于非结构化数据的管理需要专门的商业或开源文件系统来提高空间利用率和访问速度等。由于西藏遥感类项目和遥感数据产品大多会涉密。因此，需要有大数据技术背景、同时有涉密信息管理资质的管理人员，对项目所产生的遥感数据进行存储、管理和服务，从而形成持续、完整的数据体系。遥感领域专业人才是一种复合型人才，当前社会需求量很大。

目前，我国设置遥感科学与技术专业的高校不到40所。西藏尚未有培养遥感领域人才的专门机构，自治区需要面向遥感领域中长期发展与应用需求，着力引进和培养相关领域专业人员。在部分大学或者职业学校开设遥感相关的专业，逐步充实和满足自治区遥感事业建设的需要。

3.2 缺少遥感数据管理配套基础设施体系

高水平的信息化基础设施是遥感数据管理与服务的基础条件。建设遥感数据存储的专用环境成本较高。目前，西藏能够满足上述数据管理要求的基础设施环境极少。

同时，各机构对于遥感数据的时间跨度和地域跨度上要求很高。对于海量数据的可靠性、高性能、高存储效率以及高可扩展性管理，需要搭建专门的网络线路，配备保密机房、服务器、大容量存储集群、同城甚至异地备份设备、安全监控设备以及配套的遥感数据管理软件系统。因此，应逐步推进建设高水平的遥感数据管理与服务中心；建立和完善相关的管理制度与规范，面向自治区相关机构提供数据检索下载等服务。

另外，各机构在项目建设过程中都会形成遥感数据产品。这些数据产品虽然零散，但是如果经过长期积累，可以形成庞大的数据资产，也能够对相关的业务领域进行持续而有效地监测。因此，整合各方数据资产，完善数据产品合作体系能够间接推动自治区的经济与科技发展。

3.3 遥感数据合作共建、共享的网络与机制尚未建立

目前自治区相关机构虽然对遥感数据有着明确的需求和依赖，但是在遥感数据的获取渠道上仍然存在较大缺口。从上级归口单位获取的数据存在时间滞后和数据获取不方便的情况（需要科研人员从西藏或区外各省市进行数据拷贝）。由于缺少专门的数据设备、软件和人员，鲜有机构能够对免费的遥感数据进行批量的下载、处理和存储。通过购买手段来获取遥感数据则需要大量的经费，这对于大多数机构来说都无法承担。

同时遥感数据的重要性及潜在价值被越来越多的机构所认识到，也逐步成为机构的核心资产。但是数据的应用价值得以充分体现还需要解决两个方面的问题：一方面是实现政府各部门的信息共享、互联互通；另一方面则是实现深度开发应用［10］。从目前来看，虽然已经有零星的机构建立起了遥感服务体系。但由于政策制度、服务能力等方面的制约，数据的共享性、开放性需要改善和提高。基于互联网的卫星遥感数据服务与纵向机构合作服务网络的建设虽有需求，但距离实施和见效还有一段较长的路。

针对需求和渠道不相适应，无法发挥数据最大价值的问题，需要尽快打破卫星遥感数据分散在气象、农业、草原、测绘和自然生态等各个部门的现状，发布遥感数据资产联合目录，实现信息互联互通和共享。数据使用地越充分，其价值就越大，其影响也就越广泛，同时也是对巨额投资的回报。

3.4 需要更多、更智能的遥感数据处理手段

近些年，基于深度学习的人工智能方法在诸多图像分类领域取得了突破性进展。在遥感领域，深度学习方法也已经应用于植被覆盖识别、自然灾害预警、地矿勘探和岩土分类等方面。

为了快速处理海量卫星遥感数据，解放人工生产、降低数据处理成本、提高数据处理效率，目前西藏有关机构处理已经在尝试开展基于机器学习、深度学习的遥感数据的智能化处理。但还处在学习实验的初步阶段，还需要通过专业化的学习、培训以及与其他机构进行广泛地合作来提高数据处理效率。

3.5 无专属遥感卫星

目前，西藏自治区还没有自己的遥感卫星。西藏在中国的地缘政治环境中的地位，是性命攸关的制高点，如果没有西藏，中国就不可能有稳定的大后方。考虑到未来遥感应用在西藏社会、经济等各反方面巨大的应用前景，有必要有专门的遥感卫星支撑各项工作的开展，服务国家重大战略的实施。

4 结语

西藏作为国家安全及生态安全的屏障，是国家发展战略中重要的一环，又因青藏高原特殊的地质构造及恶劣的自然环境因素，生态环境保护、边疆建设等都缺少必要的科技手段，存在较大的困难，此外特殊的地质地貌，高海拔的地理环境，带来了水利开发、可再生能源利用、矿产勘探等领域得天独厚的优势。

综上，卫星遥感技术具有监测范围大，获取信息受条件限制少，重复覆盖、连续观测频率高以及获取数据快等特点，同时我国高分、气象、资源、环境等系列卫星的良好发展和遥感应用技术已经建立了比较坚实的基础，这为西藏自治区在应对气候变化、防灾减灾、自然灾害监测与应急指挥、边防安全监测与防控、自然资源一张图建设、生态环境变化监测和保护等领域开展卫星遥感监测应用提供了有利条件，结合调研报告内容及重点阐述西藏重要领域遥感应用现状，虽然遥感技术的应用在西藏还处在初级阶段，但未来西藏经济发展及服务国家战略发展上遥感技术能起到强支撑作用，有较大的潜力与发展前景。