航天系统工程理论在三江源国家公园生态环保监测中的应用

文| 莫毅君 李龙飞

航天恒星科技有限公司

当前，习近平生态文明思想深入人心，生态文明建设改革举措落地见效，生态环境治理体系不断完善，为全面加强生态环境保护、坚决打赢污染防治攻坚战增添了强大动力。同时，国内外环境正在发生深刻复杂变化，经济发展外部环境更趋复杂严峻，不稳定不确定因素增多，生态环境保护面临的形势依然严峻。

从国内看，一是经济下行压力加大带来更多挑战，一些地方和部门对保护与发展的辩证关系认识不高，重发展轻保护的现象依然存在，推动绿色发展的能力不强、行动不实，传统高耗能行业占比依然较高；二是生态环境治理仍然存在薄弱环节，以重化工为主的产业结构、以煤为主的能源结构、以公路货运为主的运输结构尚未根本改变；三是完成污染防治攻坚战目标任务艰巨，我国生态环境质量受自然条件变化影响较大，地区间不协调不平衡问题突出。从国际看，世界经济仍处在深度调整期，环境问题、经济问题和政治问题相互关联，对预期管理、政策实施带来影响；单边主义、保护主义、逆全球化违背历史潮流，不仅不利于资源高效配置，影响全球经济发展，还会对全球生态环境保护和应对气候变化造成很大负面影响。

航天恒星科技有限公司（以下简称“航天恒星”）为落实习近平总书记“两山论”，推动生态文明建设，充分应用航天系统工程理论，将卫星导航、卫星通信与卫星遥感等卫星应用技术、产品与系统推广到生态环保领域中，促进生态环保领域管理现代化，带动相关产业发展，成为国民经济发展新的引擎。

一、航天系统工程理论在三江源国家公园生态环保监测中的应用概述

党的十九届五中全会审议通过的《中共中央关于制定国民经济和社会发展第十四个五年规划和二〇三五年远景目标的建议》，将“坚持系统观念”作为“十四五”时期我国经济社会发展必须遵循的五项原则之一，指明了提高社会主义现代化事业组织管理水平的方向。同时，规划中也提出要提升生态系统质量和稳定性，持续改善环境质量，加快发展方式绿色转型，要推动绿色发展，促进人与自然和谐共生。

航天恒星以航天系统工程理论为基础，以型号工程的流程管理方法为依托，开展生态环保现代化系统顶层设计和生态环保要素分解，同时结合生态环保和航天科技效能，实现航天科技与生态环保融合与系统平衡，借助天空地立体全面感知网实现天地一体化、以现代生态环保管理系统各要素全面数字化为基础实现要素数据化、通过系统工程管理方法达到系统最优化，成功将管理创新成果应用于三江源国家公园的生态环保监测中，起到了很好的示范带动作用。

二、航天系统工程理论在三江源国家公园生态环保监测中的应用设计与实现

1. 以系统工程理论为指导，统筹生态环保系统各环节整体最优

航天恒星以“创新、协调、绿色、开放、共享”新发展理念为指引，坚持系统观、发展观、整体观、创新观和市场观，通过航天系统工程理论与方法、技术和市场要素集成融合创新，建设系统全面、架构合理、要素和谐、协同高效、总体最优的生态环保监测系统。航天恒星以青海省三江源生态环保监测要素为研究对象，自上而下进行生态环保监测系统与指标分解，建立科学的生态环保指标监测体系，指导系统组成及要素建设；并通过自下而上地进行要素建设、系统集成和测试，实现天空地一体化生态环保监测系统的功能和性能指标。

青海省三江源国家公园生态环保监测大系统要讲综合平衡，按照系统工程理论，就是要对卫星导航、卫星通信、卫星遥感、大数据与人工智能等技术手段和山地、戈壁沙漠、水资源、植被与野生动物等生态环保监测元素之间处理好相互关系和综合平衡。立足国家公园的需求，将国家公园生态环保监测大系统分为：感知层（遥感一站式平台），以卫星遥感为主，卫星导航数据为辅，融合空地监测数据，对标国标实现对生态环境因素的“全要素感知”；传输层（卫星通信网），以卫星通信网融合地面网络，将全域感知数据交互，实现“全覆盖的联通”；智慧层（公园大数据平台），以航天数据为主，融合其他环境信息，实现海量数据深度挖掘和分析，实现“更深入的智慧化”；应用层（业务应用系统），建立面向业务的信息服务，展现直观的数据分析结果和趋势分析等，为业务提供“更智慧的决策”。横向融合卫星通信、卫星导航、卫星遥感、人工智能、大数据为代表的高新技术，纵深挖掘行业需求，形成横向纵向融合的新形态，统筹生态环保系统各环节整体最优。

2. 以型号系统管理为抓手，推进生态环保监测全要素开发路径

航天恒星借鉴型号管理经验，明确三江源国家公园的一般需求和特色需求，并将需求进行分析和甄别转化为系统研制总要求，明确系统建设目标。明确系统建设的工作范围、技术要求、系统建设周期、组织体系与资源保障等，最终形成总体方案设计，作为分系统、单机与部组件工作分解的工作指南。参照项目管理的工作分解结构（WBS）理念，根据项目约束，在限定的时间、成本范围内，充分运用系统工程理论，保质保量完成任务。确保项目做且只做所需的全部工作，防止项目镀金和范围蔓延。

因为生态环保是一个复杂巨系统，确定项目范围至关重要。项目范围管理是项目管理分系统的核心内容，是整个系统能否正常开展建设的基础和关键，必须做到“四清一到位”和“4BS+2P”“四清一到位”是精细做好范围和计划管理的关键，指项目任务清楚、过程清楚、责任清楚、风险清楚和执行到位。4BS 包括产品分解结构（PBS），即生态环保监测系统包含什么装备、软件组成；工作分解结构（WBS），即项目交付物数据包；组织分解结构（OBS），即项目在政府、企业等组织责任矩阵；资源分解结构（RBS），即项目所需保障条件集合。2P 指技术流程，即项目所有活动按顺序安排；计划流程，即项目所有活动的进度安排。同时在生态环保监测系统实施过程中充分考虑人、机、料、法、环、测等各要素的计划和质量管理，风险识别充分并实时跟踪闭环（图1）。

图1 生态环保领域软件产品分解结构图

3. 以航天技术应用为牵引，赋能生态环保领域天地一体化发展

随着航天、物联网、云计算、大数据技术的发展，接触式与非接触式的生态环保监测传感设备不断涌现，建立天地一体化生态环保监测网是生态环保发展的必然趋势，建立融合天基、空基和地基各类信息的生态环保监测大数据体系成为可能。

天地一体化生态环保系统，结合生态环保实际需求，利用卫星遥感覆盖区域广、空间连续，以及地面物联网实时观测、信息真实的联合优势，建立卫星与航空遥感为主、卫星导航为辅、卫星通信进行数据传输的天地一体化感知网，克服单一传感器、单一平台观测的局限性，实现信息的高精度、多尺度、立体化、时空连续获取。建立数字化、网络化和智能化的大数据分析与决策云平台，集成生态环保知识与模型、计算机视觉、深度学习等方法，集成生态环保监测、识别、诊断、模拟与调控的专有模型和算法，形成天空地一体化生态环保监测体系，从而提升国家生态环保治理现代化水平（图2）。

图2 天空地一体化生态环保监测体系

4. 以标准化的先行为保障，确保生态环保监测领域现代化转型

开展试点工作五年多来，航天恒星初步建立了覆盖三江源国家公园的“天空地一体化”监测体系，对园区生态环境状况进行系统连续的监测，及时掌握生态环境状况和变化趋势。完成卫星通信系统建设，建立了以“村村通”光纤通信为基干、以国产卫星通信链路全覆盖的区域信息管理网络。租用中通10 号通信卫星和北京云冈地面主站资源，配发地面固定站8 套、便携站24 套、背负站5 套、北斗手持终端30 套、动中通和静中通各一套及其指挥管理系统1 套，基本解决无网络地区森林公安派出所日常办公、巡护中的上网和通信问题，实现了园区生态、管理、社会信息的高效安全联通。提高遥感监测能力，建设同生态环境部卫星环境应用中心、中国资源卫星应用中心、国家航天局对地观测与数据中心、自然资源部国土卫星遥感应用中心等部门直连的高分遥感数据一站式服务系统，通过系统制定数据采集计划，提交数据采集申请。

实现对原始数据的基础处理，保障业务运行。完成生态大数据中心（一、二期）项目建设，建立国家公园云管理系统和具备云计算能力的大数据平台，完成数据管理、传输管理和信息安全等基本软硬件建设。在平台建设的基础上，生产了统一、规范、标准的三江源国家公园人类活动与生态系统基准数据，完成了生态系统管理15m 分辨率和人类活动管理亚米级分辨率基础地理信息基准建设及重点区域三维展示模块的建设。强化生态环境状况监测评价工作，建立了三江源国家公园生态环境状况、资源环境承载能力以及生态修复成效等为目标的定期评价制度（图3）。

图3 三江源大数据平台

三、结束语

目前，三江源国家公园“天空地”一体化生态环保监测体系初步建成，遥感、通信、导航卫星系统已发挥效能。未来，航天恒星继续深化用天能力，将天基技术打造成为智慧国家公园管理体系中重要的一环，促进三江源国家公园管理局“智慧国家公园”体系形成，有效提升国家公园管理的规范化、精准化与智能化水平，为三江源国家公园建设创造“青海经验”做好坚实的科技支撑。