自然資源遙感監(jiān)測體系建設(shè)現(xiàn)狀與發(fā)展展望初探

楊 創(chuàng)

（湖南信美勘測設(shè)計有限公司，湖南 長沙 410000）

近年來，高新技術(shù)快速發(fā)展，同時生態(tài)文明建設(shè)工作積極推進(jìn)，對自然資源遙感監(jiān)測內(nèi)涵和外延以及技術(shù)體系，均有著新要求。在國土資源管理方面向著自然資源管理發(fā)展，即從單一要素發(fā)展為全要素；基于技術(shù)的創(chuàng)新和升級，進(jìn)入遙感衛(wèi)星3.0時代；衛(wèi)星遙感技術(shù)與大數(shù)據(jù)技術(shù)、云計算技術(shù)、5G技術(shù)等融合應(yīng)用?；诖税l(fā)展背景和趨勢，構(gòu)建完善的自然資源遙感監(jiān)測體系，促進(jìn)各項工作高質(zhì)量落實，有著重要的意義。

1 自然資源遙感監(jiān)測應(yīng)用現(xiàn)狀

根據(jù)自然資源部網(wǎng)站發(fā)布的報告顯示，衛(wèi)星遙感已經(jīng)全面深入到該領(lǐng)域管理的各項業(yè)務(wù)中，主要業(yè)務(wù)整理如表1所示。從當(dāng)前自然資源系統(tǒng)運行分析，每項重大工作都有自然資源遙感監(jiān)測技術(shù)的身影，包括調(diào)查監(jiān)測領(lǐng)域、海洋領(lǐng)域、防災(zāi)減災(zāi)與應(yīng)急領(lǐng)域。衛(wèi)星遙感的應(yīng)用，從資源部到省滲透到區(qū)縣，正在從上到下深入到基層。湖南作為試點，積極部署衛(wèi)星應(yīng)用技術(shù)體系建設(shè)工作，在部、省、市、縣貫通式的衛(wèi)星應(yīng)用技術(shù)體系構(gòu)建方面，獲得了積極的成效。根據(jù)全面調(diào)查結(jié)果顯示，自然資源系統(tǒng)中大約500項衛(wèi)星應(yīng)用需求，覆蓋土地和地況以及海洋等方面。在數(shù)據(jù)類型層面，光學(xué)衛(wèi)星數(shù)據(jù)和雷達(dá)衛(wèi)星數(shù)據(jù)等都是需求很大的數(shù)據(jù)。一般來說，影像需求達(dá)到亞米級，不過部分行業(yè)根據(jù)成果需求和業(yè)務(wù)特點，需求包含分辨率優(yōu)于2.5m的高分辨率影像，同時也包括5-10m與30m等級別的影像。

表1 自然資源遙感覆蓋的業(yè)務(wù)

2 自然資源遙感監(jiān)測體系建設(shè)的實例分析-湖南

2.1 定位

從系統(tǒng)構(gòu)建設(shè)計層面分析，以構(gòu)建全覆蓋、全要素以及多尺度的自然資源遙感監(jiān)測體系為目標(biāo)；全國全要素常態(tài)化季度監(jiān)測以及重點區(qū)域高頻次精準(zhǔn)監(jiān)測、特定目標(biāo)即時監(jiān)測能力；實現(xiàn)自然資源部、省市、縣區(qū)貫通式協(xié)同應(yīng)用；實現(xiàn)影像統(tǒng)籌、數(shù)據(jù)處理以及監(jiān)測處理到信息產(chǎn)品服務(wù)的全鏈條應(yīng)用。

2.2 系統(tǒng)整體架構(gòu)

從體系的構(gòu)成角度分析，主要包括以下模塊：①數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊。主要功能包括數(shù)據(jù)狀態(tài)、影像定位、金字塔生成、統(tǒng)計值生成、導(dǎo)出活圖矢量等，依靠的是監(jiān)測數(shù)據(jù)包。②自動信息提取模塊。支持自動化提取成果數(shù)據(jù)，支持進(jìn)行圖像編輯和成果質(zhì)量檢查以及監(jiān)測成果生成等。③成果整理建庫。按照監(jiān)測成果數(shù)據(jù)-成果標(biāo)準(zhǔn)化整理-入庫質(zhì)量檢查-數(shù)據(jù)自動入庫-核實驗證數(shù)據(jù)的流程，進(jìn)行數(shù)據(jù)的整理。④外業(yè)核實驗證。根據(jù)核實驗證任務(wù)包-核實任務(wù)核收-核實信息填寫-核實驗證數(shù)據(jù)上報的流程，處理相應(yīng)的業(yè)務(wù)。⑤成果應(yīng)用。系統(tǒng)支持成果數(shù)據(jù)分析、監(jiān)測臺賬管理以及監(jiān)測報告生成等功能[1]。

2.3 關(guān)鍵技術(shù)

利用深度學(xué)習(xí)技術(shù)，通過目標(biāo)識別以及信息自動化提取獲得，同時運用人機(jī)交互去偽以及補(bǔ)漏，可實現(xiàn)自然資源季節(jié)變化的信息提取，例如新增線狀地物以及建筑物等?；诂F(xiàn)有的深度學(xué)習(xí)變化檢測框架，使用10臺GPU機(jī)器，用大約3天的時間能夠完成全國一版建筑物提取。圖1為深度學(xué)習(xí)技術(shù)的具體應(yīng)用。

2.4 業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)

業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)的主要功能如下：①全流程全自動監(jiān)控；②監(jiān)測成果臺賬管理；③監(jiān)測成果統(tǒng)計分析；④監(jiān)測成果定制輸出。其功能背后的技術(shù)支持如下：①自動提取系統(tǒng)。②生產(chǎn)線系統(tǒng)。③監(jiān)測信息流轉(zhuǎn)系統(tǒng)。從應(yīng)用的角度分析，基于全自動工作流方式支撐日常遙感監(jiān)測全流程生產(chǎn)作業(yè)，能夠?qū)崿F(xiàn)生產(chǎn)作業(yè)過程全流程監(jiān)控；同時支持7*24h無人值守自動化運行，各個功能環(huán)節(jié)積木式組裝以及配置多計算節(jié)點并且處理多處理終端自動調(diào)度；利用每日影像監(jiān)測底圖增量式更新機(jī)制，切實保障生產(chǎn)作業(yè)影像時效最新以及全面覆蓋[2]。

2.5 組織保障措施

圖1 深度學(xué)習(xí)技術(shù)的具體應(yīng)用

湖南自然資源遙感監(jiān)測體系建設(shè)過程中，主要面臨的困難如下：①數(shù)據(jù)資源問題。在2018年以前，整個省遙感影像數(shù)據(jù)的“供給”能力有限，每個年度只支持實現(xiàn)70%的覆蓋，無法滿足各項監(jiān)測和監(jiān)管等業(yè)務(wù)的需求。②數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)問題。從遙感影像數(shù)據(jù)底圖角度分析，執(zhí)行多套標(biāo)準(zhǔn)，基礎(chǔ)測繪和國情監(jiān)測等難以直接套合，給數(shù)據(jù)管理和應(yīng)用等帶來不便[3]。③重復(fù)生產(chǎn)。各業(yè)務(wù)開展所需的數(shù)據(jù)信息，由單位分散采購以及生產(chǎn)，使得“供需”矛盾比較突出。一方面，數(shù)據(jù)重復(fù)采購以及生產(chǎn)問題突出；另一方面全省大數(shù)大面積空洞且保障能力不強(qiáng)，存在著人力資源與財力資源高投入、低產(chǎn)出的問題。④成果應(yīng)用問題。由于數(shù)據(jù)生產(chǎn)周期很長且更新不及時，使得很多單位不愿意選擇提供的免費數(shù)據(jù)[4]。

對于上述問題，實施協(xié)同優(yōu)化機(jī)制，堅持一類事項原則上由一個單位統(tǒng)籌；一件事情原則上由一個單位負(fù)責(zé)，使得原來分散在各廳直屬單位的調(diào)查監(jiān)測職責(zé)細(xì)化分解，分配到省第二測繪院，原來省國土資源規(guī)劃院的衛(wèi)星中心整體轉(zhuǎn)隸省第二測繪院，同時將衛(wèi)星監(jiān)測的外業(yè)調(diào)查核實任務(wù)細(xì)化分解到省自然資源事務(wù)中心以及10家地勘單位。通過“引進(jìn)吸收+自主開發(fā)”的技術(shù)模式，組織開展深入調(diào)研以及多次測試，對當(dāng)前國內(nèi)外技術(shù)情況有著基本的了解。組織專業(yè)的技術(shù)單位，進(jìn)行技術(shù)研討分析，形成了“遙感科學(xué)+人工智能+業(yè)務(wù)規(guī)則”的基本路線，同時自主研發(fā)數(shù)據(jù)信息智能提取系統(tǒng)，為基礎(chǔ)起步構(gòu)建起智能提取變化圖斑的整套技術(shù)體系，同時應(yīng)用到實際業(yè)務(wù)，促使效率水平得到提高。從業(yè)務(wù)管理的角度分析，依靠自然資源和國土空間治理能力，實現(xiàn)多個業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)的集成，例如“多規(guī)合一協(xié)同審批平臺”以及“耕地保護(hù)監(jiān)管信息系統(tǒng)”等，形成省市縣三級互聯(lián)互通。

2.6 衛(wèi)星遙感監(jiān)測的應(yīng)用效果

從衛(wèi)星遙感監(jiān)測的具體應(yīng)用，使得湖南自然資源管理產(chǎn)生了很大變化。以往的業(yè)務(wù)模式下，組織人員巡查，當(dāng)前使用衛(wèi)星監(jiān)測技術(shù)，能夠掌握飲用水水源地保護(hù)區(qū)排污口的分布以及網(wǎng)箱養(yǎng)殖情況等，動態(tài)掌握林草以及建筑物等的變化情況。采用的衛(wèi)星遙感監(jiān)測技術(shù)，能夠為洞庭湖生態(tài)經(jīng)濟(jì)區(qū)內(nèi)的監(jiān)測管理工作提供支持，比如工業(yè)污染源以及湖區(qū)濕地等，為環(huán)境整治工作的開展提供數(shù)據(jù)支持。采用衛(wèi)星監(jiān)測技術(shù)，能夠監(jiān)督國土空間規(guī)劃的實施，同時能夠掌握生態(tài)保護(hù)紅線內(nèi)的土地資源變化情況，確保國土規(guī)劃落實以及三條控制線不被逾越。除此之外，能夠動態(tài)跟蹤生態(tài)修復(fù)情況[5]。

3 自然資源遙感監(jiān)測體系建設(shè)的發(fā)展趨勢

目前，全國幾個試點地區(qū)正在積極探索部、省市、縣區(qū)貫通式數(shù)據(jù)利用體系，未來將會在全國范圍內(nèi)推行。若形成“從上到下”信息聯(lián)動的自然資源管理系統(tǒng)，能夠為自然資源管理業(yè)務(wù)的開展，提供強(qiáng)有力的支持與保障，促使各項業(yè)務(wù)高質(zhì)量落實。通過資源共享，依托云服務(wù)平臺，部國土衛(wèi)星中心可以推送衛(wèi)星遙感影像數(shù)據(jù)。隨著自然資源省級衛(wèi)星中心的建設(shè)，自然資源部、省兩級衛(wèi)星應(yīng)用技術(shù)體系打通，發(fā)揮省級衛(wèi)星中心的優(yōu)勢，能夠釋放國產(chǎn)衛(wèi)星的效能[6]。以湖南省為例，利用衛(wèi)星遙感技術(shù)，發(fā)揮動態(tài)實時化、客觀精準(zhǔn)化以及全天候等優(yōu)勢，實現(xiàn)異地扶貧搬遷各類信息的精準(zhǔn)定位，提供自然資源分布以及變化情況信息，明確農(nóng)村宅基地以及養(yǎng)殖基地等的土地利用類型以及空間格局特性，使得各項規(guī)劃建設(shè)工作有精準(zhǔn)的支持。

自然資源遙感監(jiān)測體系建設(shè)，要面向數(shù)據(jù)信息的應(yīng)用需求，進(jìn)行監(jiān)測系統(tǒng)與組織系統(tǒng)等的構(gòu)建，保障監(jiān)測系統(tǒng)搭建的科學(xué)合理化，促使監(jiān)測技術(shù)應(yīng)用價值的實現(xiàn)。從實踐的角度分析，對現(xiàn)有的自然資源遙感監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行分析，剖析存在的不足與問題，通過進(jìn)行遙感技術(shù)的升級，形成強(qiáng)大的技術(shù)支持。對原始數(shù)據(jù)信息要做好錄入的質(zhì)量把控，保障細(xì)度和質(zhì)量，促使遙感監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)用價值的實現(xiàn)，保障自然資源管理業(yè)務(wù)的優(yōu)化開展。除此之外，要做好應(yīng)用端的管理。明確各個單位和部門的權(quán)限，保障數(shù)據(jù)信息的安全，同時發(fā)揮數(shù)據(jù)信息的價值，促使自然資源遙感監(jiān)測效益目標(biāo)的實現(xiàn)[7]。

4 結(jié)語

綜上所述，自然資源遙感監(jiān)測體系建設(shè)，要做好定位，確定系統(tǒng)的整體架構(gòu)，集成關(guān)鍵技術(shù)，根據(jù)監(jiān)測的需求，開發(fā)相應(yīng)的功能模塊，滿足多樣化需求。對體系構(gòu)建面臨的技術(shù)挑戰(zhàn)與其他困難，要做好組織人力資源與技術(shù)研發(fā)的投入，促使自然資源管理工作得到優(yōu)化。