地球大數據科學論叢 ||《地球大數據支撐下的粵港澳大灣區生態環境遙感監測評估》

粵港澳大灣區，作為世界第四大灣區，是我國建設世界級城市群和參與全球競爭的重要空間載體。它既是21世紀海上絲綢之路的重要起點與中心樞紐，也是絲綢之路經濟帶與海上絲綢之路的雙向交匯點，在高質量共建“一帶一路”中具有重要支撐作用。

然而，伴隨著經濟的快速發展和城市化進程的持續加速，粵港澳大灣區的生態環境正面臨日益嚴峻的挑戰。土地利用快速變化、海岸線劇烈變遷、濕地生態系統退化、城市熱島效應加劇、森林火災與地面沉降等生態災害風險凸顯——這些相互交織的生態問題，對區域的可持續發展構成了現實威脅。

在此背景下，如何實現對大灣區生態環境的全方位、高頻次、高精度監測與評估，已成為區域生態保護與管理的迫切需求。以遙感數據為代表的地球大數據技術，憑借其宏觀、快速、定量、動態的優勢，正成為破解這一難題的關鍵鑰匙。

中國科學院深圳先進技術研究院陳勁松研究員團隊，依托中國科學院A類戰略性先導科技專項“地球大數據科學工程”（CASEarth），系統開展了粵港澳大灣區生態環境遙感監測與評估研究。本書作為該專項的重要成果，為理解大灣區生態演變規律、支撐區域生態安全決策提供了科學依據與技術支撐。

核心亮點

? 多維度生態要素監測：覆蓋土地利用、海岸線變遷、濕地生態、熱島效應、森林火災、地面沉降、近岸海域等關鍵生態指標，構建大灣區生態環境全方位監測體系。

? 地球大數據技術驅動：融合遙感大數據、云計算與人工智能，創新提出URSEI生態評估模型、多源影像融合拼接、時空降尺度、深度神經網絡降尺度等方法，突破傳統監測技術瓶頸。

? 長時序演變分析：基于1990~2020年長時間序列遙感數據，揭示大灣區土地覆蓋變化、海岸線變遷、濕地演變、熱島效應時空規律，為生態安全評估提供歷史基線。

? 風險評估與預警：建立森林火災風險預警模型、濕地生態安全評估體系、地面沉降InSAR監測技術，實現生態災害的早期識別與動態預警。

? 服務國家戰略需求：支撐粵港澳大灣區“綠色發展，保護生態”基本原則，服務“一帶一路”生態環境監測，為區域可持續發展與生態文明建設提供科學決策支持。

全書架構全景透視

8大專題矩陣 | 覆蓋“要素監測-質量評估-風險預警”全鏈條

第1~2章：基礎與土地覆蓋篇——大灣區生態遙感本底構建

核心突破：高精度土地覆蓋分類體系與變化檢測

章節亮點：

第1章：大灣區區位特征、生態環境遙感監測必要性及地球大數據機遇

第2章：決策樹與變化檢測結合的土地覆蓋分類方法，精度驗證達90%+，揭示1990-2020年城市擴張與填海演變
技術價值：為區域生態評估提供高精度本底數據，支撐深圳等典型城市擴張演化分析

第3~4章：海岸帶與濕地篇——藍色生態系統的精細刻畫

核心突破：海岸線分形維數+濕地種間分類+水質遙感
章節亮點：

第3章：海岸線類型劃分與分形維數特征分析，量化海岸帶開發利用強度

第4章：湖庫水質遙感監測（葉綠素a、懸浮物）、紅樹林空間分布與種間分類（深圳灣案例）、濕地生態安全PSR模型評估
技術價值：實現濕地生態安全影響因子探測，提出保護管理建議

第5~6章：熱環境與生態質量篇——城市熱島與生態演變

核心突破：多源地表溫度融合+URSEI生態評估模型
章節亮點：

第5章：MODIS與Landsat8地表溫度融合拼接（MI-FSM模型）、時空降尺度與深度神經網絡超分，熱島效應多尺度成因分析（深圳羅湖區案例）

第6章：改進遙感生態指數（URSEI），分析1990-2020年生態質量時空變化，5km格網變化檢測與驅動力分析
技術價值：揭示城市化對熱環境與生態質量的影響機制

??第7~8章：生態安全與展望篇——災害風險預警與未來方向

核心突破：森林火災風險預警+地面沉降InSAR監測
章節亮點：

第7章：森林火災風險預警模型（隨機森林+多源數據）、城市地面沉降PS-InSAR監測（大灣區實例）

第8章：結語與展望，總結地球大數據在大灣區生態監測中的貢獻與未來方向
技術價值：構建生態安全監測預警技術體系，服務防災減災

▋地球大數據科學論叢

第二次工業革命的爆發，導致以文字為載體的數據量約每 10 年翻一番；從工業化時代進入信息化時代，數據量每 3 年翻一番。近年來，新一輪信息技術革命與人類社會活動交匯融合，半結構化、非結構化數據大量涌現，數據的產生已不受時間和空間的限制，引發了數據爆炸式增長，數據類型繁多且復雜，已經超越了傳統數據管理系統和處理模式的能力范圍，人類正在開啟大數據時代新航程。

當前，大數據已成為知識經濟時代的戰略高地，是國家和全球的新型戰略資源。作為大數據重要組成部分的地球大數據，正成為地球科學一個新的領域前沿。地球大數據是基于對地觀測數據又不唯對地觀測數據的、具有空間屬性的地球科學領域的大數據，主要產生于具有空間屬性的大型科學實驗裝置、探測設備、傳感器、社會經濟觀測及計算機模擬過程中，其一方面具有海量、多源、異構、多時相、多尺度、非平穩等大數據的一般性質，另一方面具有很強的時空關聯和物理關聯，具有數據生成方法和來源的可控性。

地球大數據科學是自然科學、社會科學和工程學交叉融合的產物，基于地球大數據分析來系統研究地球系統的關聯和耦合，即綜合應用大數據、人工智能和云計算，將地球作為一個整體進行觀測和研究，理解地球自然系統與人類社會系統間復雜的交互作用和發展演進過程，可為實現聯合國可持續發展目標(SDGs)做出重要貢獻。

中國科學院充分認識到地球大數據的重要性，2018 年年初設立了 A 類戰略性先導科技專項“地球大數據科學工程”(CASEarth)，系統開展地球大數據理論、技術與應用研究。CASEarth 旨在促進和加速從單純的地球數據系統和數據共享到數字地球數據集成系統的轉變，促進全球范圍內的數據、知識和經驗分享，為科學發現、決策支持、知識傳播提供支撐，為全球跨領域、跨學科協作提供解決方案。

在資源日益短缺、環境不斷惡化的背景下，人口、資源、環境和經濟發展的矛盾凸顯，可持續發展已經成為世界各國和聯合國的共識。要實施可持續發展戰略，保障人口、社會、資源、環境、經濟的持續健康發展，可持續發展的能力建設至關重要。必須認識到這是一個地球空間、社會空間和知識空間的巨型復雜系統，亟須戰略體系、新型機制、理論方法支撐來調查、分析、評估和決策。

一門獨立的學科，必須能夠開展深層次的、系統性的、能解決現實問題的探究，以及在此探究過程中形成系統的知識體系。地球大數據就是以數字化手段連接地球空間、社會空間和知識空間，構建一個數字化的信息框架，以復雜系統的思維方式，綜合利用泛在感知、新一代空間信息基礎設施技術、高性能計算、數據挖掘與人工智能、可視化與虛擬現實、數字孿生、區塊鏈等技術方法，解決地球可持續發展問題。

“地球大數據科學論叢”是國內外首套系統總結地球大數據的專業論叢，將從理論研究、方法分析、技術探索以及應用實踐等方面全面闡述地球大數據的研究進展。地球大數據科學是一門年輕的學科，其發展未有窮期。感謝廣大讀者和學者對本論叢的關注，歡迎大家對本論叢提出批評與建議，攜手建設在地球科學、空間科學和信息科學基礎上發展起來的前沿交叉學科——地球大數據科學。讓大數據之光照亮世界，讓地球科學服務于人類可持續發展。

——郭華東

中國科學院院士

地球大數據科學工程專項負責人

▋主要作者簡介

陳勁松

中國科學院深圳先進技術研究院研究員、數字所副所長、空間信息研究中心主任、深圳海洋環境信息大數據分析與應用工程實驗室主任、博士生導師、深圳市海外高層次人才，廣東省優秀工程咨詢成果獎、廣東省環境保護科學技術獎、廣東省科學技術獎、全國優秀地圖作品裴秀獎獲得者。發表論文110余篇，出版專著3部，地圖集1部，申請發明專利63項；主持國家級科研項目4項、國自然面上項目1項、省部級科研項目4項、市級科研項目4項、產學研與轉移轉化項目20余項。

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ISBN：978-7-03-083051-7

本文摘自《地球大數據支撐下的粵港澳大灣區生態環境遙感監測評估》（陳勁松等著. 北京：科學出版社，2026.1）一書“前言”，有刪減修改，標題為編者所加。

（本文編輯：王佳婧）

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