粵港澳大灣區(qū)，作為世界第四大灣區(qū)，是我國建設(shè)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(jì)海上絲綢之路的重要起點與中心樞紐，也是絲綢之路經(jīng)濟帶與海上絲綢之路的雙向交匯點，在高質(zhì)量共建“一帶一路”中具有重要支撐作用。

然而，伴隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展和城市化進程的持續(xù)加速，粵港澳大灣區(qū)的生態(tài)環(huán)境正面臨日益嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。土地利用快速變化、海岸線劇烈變遷、濕地生態(tài)系統(tǒng)退化、城市熱島效應(yīng)加劇、森林火災(zāi)與地面沉降等生態(tài)災(zāi)害風(fēng)險凸顯——這些相互交織的生態(tài)問題，對區(qū)域的可持續(xù)發(fā)展構(gòu)成了現(xiàn)實威脅。

在此背景下，如何實現(xiàn)對大灣區(qū)生態(tài)環(huán)境的全方位、高頻次、高精度監(jiān)測與評估，已成為區(qū)域生態(tài)保護與管理的迫切需求。以遙感數(shù)據(jù)為代表的地球大數(shù)據(jù)技術(shù)，憑借其宏觀、快速、定量、動態(tài)的優(yōu)勢，正成為破解這一難題的關(guān)鍵鑰匙。

中國科學(xué)院深圳先進技術(shù)研究院陳勁松研究員團隊，依托中國科學(xué)院A類戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項“地球大數(shù)據(jù)科學(xué)工程”（CASEarth），系統(tǒng)開展了粵港澳大灣區(qū)生態(tài)環(huán)境遙感監(jiān)測與評估研究。本書作為該專項的重要成果，為理解大灣區(qū)生態(tài)演變規(guī)律、支撐區(qū)域生態(tài)安全決策提供了科學(xué)依據(jù)與技術(shù)支撐。

核心亮點

? 多維度生態(tài)要素監(jiān)測：覆蓋土地利用、海岸線變遷、濕地生態(tài)、熱島效應(yīng)、森林火災(zāi)、地面沉降、近岸海域等關(guān)鍵生態(tài)指標(biāo)，構(gòu)建大灣區(qū)生態(tài)環(huán)境全方位監(jiān)測體系。

? 地球大數(shù)據(jù)技術(shù)驅(qū)動：融合遙感大數(shù)據(jù)、云計算與人工智能，創(chuàng)新提出URSEI生態(tài)評估模型、多源影像融合拼接、時空降尺度、深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)降尺度等方法，突破傳統(tǒng)監(jiān)測技術(shù)瓶頸。

? 長時序演變分析：基于1990~2020年長時間序列遙感數(shù)據(jù)，揭示大灣區(qū)土地覆蓋變化、海岸線變遷、濕地演變、熱島效應(yīng)時空規(guī)律，為生態(tài)安全評估提供歷史基線。

? 風(fēng)險評估與預(yù)警：建立森林火災(zāi)風(fēng)險預(yù)警模型、濕地生態(tài)安全評估體系、地面沉降InSAR監(jiān)測技術(shù)，實現(xiàn)生態(tài)災(zāi)害的早期識別與動態(tài)預(yù)警。

? 服務(wù)國家戰(zhàn)略需求：支撐粵港澳大灣區(qū)“綠色發(fā)展，保護生態(tài)”基本原則，服務(wù)“一帶一路”生態(tài)環(huán)境監(jiān)測，為區(qū)域可持續(xù)發(fā)展與生態(tài)文明建設(shè)提供科學(xué)決策支持。

全書架構(gòu)全景透視

8大專題矩陣 | 覆蓋“要素監(jiān)測-質(zhì)量評估-風(fēng)險預(yù)警”全鏈條

第1~2章：基礎(chǔ)與土地覆蓋篇——大灣區(qū)生態(tài)遙感本底構(gòu)建

核心突破：高精度土地覆蓋分類體系與變化檢測

章節(jié)亮點：

第1章：大灣區(qū)區(qū)位特征、生態(tài)環(huán)境遙感監(jiān)測必要性及地球大數(shù)據(jù)機遇

第2章：決策樹與變化檢測結(jié)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(shù)價值：為區(qū)域生態(tài)評估提供高精度本底數(shù)據(jù)，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(tài)系統(tǒng)的精細刻畫

核心突破：海岸線分形維數(shù)+濕地種間分類+水質(zhì)遙感
章節(jié)亮點：

第3章：海岸線類型劃分與分形維數(shù)特征分析，量化海岸帶開發(fā)利用強度

第4章：湖庫水質(zhì)遙感監(jiān)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(tài)安全PSR模型評估
技術(shù)價值：實現(xiàn)濕地生態(tài)安全影響因子探測，提出保護管理建議

第5~6章：熱環(huán)境與生態(tài)質(zhì)量篇——城市熱島與生態(tài)演變

核心突破：多源地表溫度融合+URSEI生態(tài)評估模型
章節(jié)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(jīng)網(wǎng)絡(luò)超分，熱島效應(yīng)多尺度成因分析（深圳羅湖區(qū)案例）

第6章：改進遙感生態(tài)指數(shù)（URSEI），分析1990-2020年生態(tài)質(zhì)量時空變化，5km格網(wǎng)變化檢測與驅(qū)動力分析
技術(shù)價值：揭示城市化對熱環(huán)境與生態(tài)質(zhì)量的影響機制

??第7~8章：生態(tài)安全與展望篇——災(zāi)害風(fēng)險預(yù)警與未來方向

核心突破：森林火災(zāi)風(fēng)險預(yù)警+地面沉降InSAR監(jiān)測
章節(jié)亮點：

第7章：森林火災(zāi)風(fēng)險預(yù)警模型（隨機森林+多源數(shù)據(jù)）、城市地面沉降PS-InSAR監(jiān)測（大灣區(qū)實例）

第8章：結(jié)語與展望，總結(jié)地球大數(shù)據(jù)在大灣區(qū)生態(tài)監(jiān)測中的貢獻與未來方向
技術(shù)價值：構(gòu)建生態(tài)安全監(jiān)測預(yù)警技術(shù)體系，服務(wù)防災(zāi)減災(zāi)

▋地球大數(shù)據(jù)科學(xué)論叢

第二次工業(yè)革命的爆發(fā)，導(dǎo)致以文字為載體的數(shù)據(jù)量約每 10 年翻一番；從工業(yè)化時代進入信息化時代，數(shù)據(jù)量每 3 年翻一番。近年來，新一輪信息技術(shù)革命與人類社會活動交匯融合，半結(jié)構(gòu)化、非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)大量涌現(xiàn)，數(shù)據(jù)的產(chǎn)生已不受時間和空間的限制，引發(fā)了數(shù)據(jù)爆炸式增長，數(shù)據(jù)類型繁多且復(fù)雜，已經(jīng)超越了傳統(tǒng)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)和處理模式的能力范圍，人類正在開啟大數(shù)據(jù)時代新航程。

當(dāng)前，大數(shù)據(jù)已成為知識經(jīng)濟時代的戰(zhàn)略高地，是國家和全球的新型戰(zhàn)略資源。作為大數(shù)據(jù)重要組成部分的地球大數(shù)據(jù)，正成為地球科學(xué)一個新的領(lǐng)域前沿。地球大數(shù)據(jù)是基于對地觀測數(shù)據(jù)又不唯對地觀測數(shù)據(jù)的、具有空間屬性的地球科學(xué)領(lǐng)域的大數(shù)據(jù)，主要產(chǎn)生于具有空間屬性的大型科學(xué)實驗裝置、探測設(shè)備、傳感器、社會經(jīng)濟觀測及計算機模擬過程中，其一方面具有海量、多源、異構(gòu)、多時相、多尺度、非平穩(wěn)等大數(shù)據(jù)的一般性質(zhì)，另一方面具有很強的時空關(guān)聯(lián)和物理關(guān)聯(lián)，具有數(shù)據(jù)生成方法和來源的可控性。

地球大數(shù)據(jù)科學(xué)是自然科學(xué)、社會科學(xué)和工程學(xué)交叉融合的產(chǎn)物，基于地球大數(shù)據(jù)分析來系統(tǒng)研究地球系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)和耦合，即綜合應(yīng)用大數(shù)據(jù)、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(tǒng)與人類社會系統(tǒng)間復(fù)雜的交互作用和發(fā)展演進過程，可為實現(xiàn)聯(lián)合國可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)(SDGs)做出重要貢獻。

中國科學(xué)院充分認(rèn)識到地球大數(shù)據(jù)的重要性，2018 年年初設(shè)立了 A 類戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項“地球大數(shù)據(jù)科學(xué)工程”(CASEarth)，系統(tǒng)開展地球大數(shù)據(jù)理論、技術(shù)與應(yīng)用研究。CASEarth 旨在促進和加速從單純的地球數(shù)據(jù)系統(tǒng)和數(shù)據(jù)共享到數(shù)字地球數(shù)據(jù)集成系統(tǒng)的轉(zhuǎn)變，促進全球范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)、知識和經(jīng)驗分享，為科學(xué)發(fā)現(xiàn)、決策支持、知識傳播提供支撐，為全球跨領(lǐng)域、跨學(xué)科協(xié)作提供解決方案。

在資源日益短缺、環(huán)境不斷惡化的背景下，人口、資源、環(huán)境和經(jīng)濟發(fā)展的矛盾凸顯，可持續(xù)發(fā)展已經(jīng)成為世界各國和聯(lián)合國的共識。要實施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，保障人口、社會、資源、環(huán)境、經(jīng)濟的持續(xù)健康發(fā)展，可持續(xù)發(fā)展的能力建設(shè)至關(guān)重要。必須認(rèn)識到這是一個地球空間、社會空間和知識空間的巨型復(fù)雜系統(tǒng)，亟須戰(zhàn)略體系、新型機制、理論方法支撐來調(diào)查、分析、評估和決策。

一門獨立的學(xué)科，必須能夠開展深層次的、系統(tǒng)性的、能解決現(xiàn)實問題的探究，以及在此探究過程中形成系統(tǒng)的知識體系。地球大數(shù)據(jù)就是以數(shù)字化手段連接地球空間、社會空間和知識空間，構(gòu)建一個數(shù)字化的信息框架，以復(fù)雜系統(tǒng)的思維方式，綜合利用泛在感知、新一代空間信息基礎(chǔ)設(shè)施技術(shù)、高性能計算、數(shù)據(jù)挖掘與人工智能、可視化與虛擬現(xiàn)實、數(shù)字孿生、區(qū)塊鏈等技術(shù)方法，解決地球可持續(xù)發(fā)展問題。

“地球大數(shù)據(jù)科學(xué)論叢”是國內(nèi)外首套系統(tǒng)總結(jié)地球大數(shù)據(jù)的專業(yè)論叢，將從理論研究、方法分析、技術(shù)探索以及應(yīng)用實踐等方面全面闡述地球大數(shù)據(jù)的研究進展。地球大數(shù)據(jù)科學(xué)是一門年輕的學(xué)科，其發(fā)展未有窮期。感謝廣大讀者和學(xué)者對本論叢的關(guān)注，歡迎大家對本論叢提出批評與建議，攜手建設(shè)在地球科學(xué)、空間科學(xué)和信息科學(xué)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的前沿交叉學(xué)科——地球大數(shù)據(jù)科學(xué)。讓大數(shù)據(jù)之光照亮世界，讓地球科學(xué)服務(wù)于人類可持續(xù)發(fā)展。

——郭華東

中國科學(xué)院院士

地球大數(shù)據(jù)科學(xué)工程專項負(fù)責(zé)人

▋主要作者簡介

陳勁松

中國科學(xué)院深圳先進技術(shù)研究院研究員、數(shù)字所副所長、空間信息研究中心主任、深圳海洋環(huán)境信息大數(shù)據(jù)分析與應(yīng)用工程實驗室主任、博士生導(dǎo)師、深圳市海外高層次人才，廣東省優(yōu)秀工程咨詢成果獎、廣東省環(huán)境保護科學(xué)技術(shù)獎、廣東省科學(xué)技術(shù)獎、全國優(yōu)秀地圖作品裴秀獎獲得者。發(fā)表論文110余篇，出版專著3部，地圖集1部，申請發(fā)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(chǎn)學(xué)研與轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)化項目20余項。

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ISBN：978-7-03-083051-7

本文摘自《地球大數(shù)據(jù)支撐下的粵港澳大灣區(qū)生態(tài)環(huán)境遙感監(jiān)測評估》（陳勁松等著. 北京：科學(xué)出版社，2026.1）一書“前言”，有刪減修改，標(biāo)題為編者所加。

（本文編輯：王佳婧）

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