森林資源調(diào)查數(shù)據(jù)融合方法研究與實踐
——以南京市為例

柯紅軍，唐 華，袁 才，劉小芬，李梅香

(1.南京市國土資源信息中心，江蘇 南京 210005；2.廣東南方數(shù)碼科技股份有限公司，廣東 廣州 510665)

0 引 言

為貫徹落實生態(tài)文明建設(shè)的決策部署，加快自然資源調(diào)查監(jiān)測體系建設(shè)，健全自然資源監(jiān)管體制，《自然資源調(diào)查監(jiān)測體系構(gòu)建總體方案》指出要堅持山水林田湖草是一個生命共同體的理念，建立自然資源統(tǒng)一調(diào)查、評價、監(jiān)測制度，以自然資源科學(xué)和地球系統(tǒng)科學(xué)為理論基礎(chǔ)，建立以自然資源分類標(biāo)準(zhǔn)為核心的自然資源調(diào)查監(jiān)測標(biāo)準(zhǔn)體系[1-2]。這要求建立統(tǒng)一自然資源分類標(biāo)準(zhǔn)，解決各類調(diào)查數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)與邊界沖突問題，形成自然資源統(tǒng)一調(diào)查工作底圖，調(diào)查我國自然資源狀況，包括數(shù)量、質(zhì)量、種類、空間分布等[3-4]。本研究以《自然資源調(diào)查監(jiān)測體系構(gòu)建總體方案》的工作要求為指導(dǎo)，以第三次國土調(diào)查(以下簡稱“國土三調(diào)”)及森林資源二類調(diào)查(以下簡稱“森林資源調(diào)查”)數(shù)據(jù)的整合為實驗，嘗試建立一種統(tǒng)一的關(guān)聯(lián)分類標(biāo)準(zhǔn)解決兩種調(diào)查標(biāo)準(zhǔn)間的沖突，并基于國土三調(diào)數(shù)據(jù)整合森林資源調(diào)查數(shù)據(jù)，消除邊界沖突，形成自然資源調(diào)查一張圖[5]。并將此圖作為自然資源統(tǒng)一調(diào)查工作底圖，在實踐應(yīng)用中驗證該方法的可行性與有效性。

1 現(xiàn)狀問題

為開展自然資源統(tǒng)一調(diào)查，充分利用原有森林資源調(diào)查成果數(shù)據(jù)，在國土三調(diào)圖斑基礎(chǔ)上整合森林資源調(diào)查數(shù)據(jù)，形成新的自然資源統(tǒng)一調(diào)查工作底圖。同時，要實現(xiàn)對調(diào)查區(qū)域內(nèi)的森林資源的充分統(tǒng)計，需要重點解決國土三調(diào)數(shù)據(jù)與森林資源調(diào)查數(shù)據(jù)之間存在的以下數(shù)據(jù)銜接問題。

1.1 分類標(biāo)準(zhǔn)不一致

原林業(yè)部門和國土資源部門多年來因管理需求不同、分類標(biāo)準(zhǔn)不一，導(dǎo)致兩部門對森林資源認(rèn)定統(tǒng)計結(jié)果差異較大[6-8]。例如，第三次國土調(diào)查工作依據(jù)《第三次全國國土調(diào)查技術(shù)規(guī)程》[9]劃分地類，以地塊的土地利用情況優(yōu)先于實際覆蓋地物；森林資源調(diào)查依據(jù)《林地變更調(diào)查技術(shù)規(guī)程》(LY/T 2893-2017)劃分地類，綜合考慮了森林資源實際覆蓋、林保規(guī)劃以及林地權(quán)屬等信息。

1.2 數(shù)據(jù)成果標(biāo)準(zhǔn)不一致

國土三調(diào)與森林資源調(diào)查工作在調(diào)查任務(wù)、調(diào)查對象、調(diào)查內(nèi)容、調(diào)查方式、調(diào)查尺度等各方面存在不小差異[10]，各類調(diào)查整體存在綜合性、協(xié)同性與兼容性不強，技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一、缺乏統(tǒng)一協(xié)調(diào)分類標(biāo)準(zhǔn)[11]，例如，最小上圖面積差異、比例尺差異等。上述問題導(dǎo)致國土調(diào)查成果、森林資源成果之間存在數(shù)據(jù)壁壘，通用性不足。

1.3 影像底圖數(shù)據(jù)時相差異

國土三調(diào)、森林資源調(diào)查工作開展的時間不同，所使用的影像底圖數(shù)據(jù)時相差異大[12]。例如，南京市國土三調(diào)所用影像數(shù)據(jù)為2019年，森林資源調(diào)查所用影像數(shù)據(jù)為2017年，調(diào)查時間不一致帶來的地類變化，也會導(dǎo)致調(diào)查結(jié)果不一致。

2 技術(shù)路線

技術(shù)路線如圖1所示。首先，開展數(shù)據(jù)資料收集，建立分類體系之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，實現(xiàn)國土三調(diào)與森林資源調(diào)查分類體系的融合。然后，基于分類體系融合成果，在國土三調(diào)圖斑基礎(chǔ)上整合森林資源調(diào)查的圖斑與圖斑分類，結(jié)合影像、基礎(chǔ)地理、國情監(jiān)測等其他數(shù)據(jù)形成自然資源統(tǒng)一調(diào)查工作底圖[13]。最后，基于此工作底圖，開展內(nèi)業(yè)調(diào)查，在《自然資源確權(quán)登記操作指南》劃定的森林與對應(yīng)的三調(diào)分類基礎(chǔ)上，補充符合森林資源定義與用途要求但地類認(rèn)定上遺漏的圖斑面積及數(shù)量。

圖1 技術(shù)路線圖

3 關(guān)鍵技術(shù)

3.1 分類體系融合

《森林法》定義森林，包括喬木林、竹林和國家特別規(guī)定的灌木林。按照用途分為防護林、特種用途林、用材林、經(jīng)濟林和能源林。

按照《自然資源確權(quán)登記操作指南》森林資源地類，包括國土三調(diào)中的“0301 喬木林地”“0302 竹林地”“0305 灌木林地”“0307 其他林地”。

《森林資源規(guī)劃設(shè)計調(diào)查主要技術(shù)規(guī)定》將土地類型分為林地和非林地兩大地類。其中，林地劃分為8個地類，即：有林地、疏林地、灌木林地、未成林造林地、苗圃地、無立木林地、宜林地、林地輔助生產(chǎn)用地。屬于森林資源范疇的包括有林地、疏林地、灌木林地。其中，有林地包括喬木林、紅樹林、竹林；灌木林地分為國家特別規(guī)定灌木林地與其他灌木林地。

根據(jù)森林資源分別對應(yīng)的國土三調(diào)與森林資源調(diào)查地類定義，梳理國土三調(diào)與森林資源調(diào)查之間的對應(yīng)關(guān)系，如表1所示。

表1 國土三調(diào)分類與森林資源調(diào)查分類對應(yīng)關(guān)系表

國土三調(diào)地類認(rèn)定時，土地利用情況優(yōu)先于地表植被覆蓋情況，導(dǎo)致部分森林資源被優(yōu)先歸為公園綠地或水利工程用地、公路用地等地類中。依據(jù)森林的定義和用途，通過國土三調(diào)用途分類與森林資源調(diào)查分類關(guān)聯(lián)關(guān)系，補充了以下包含森林資源的分類(表2)。

表2 現(xiàn)狀國土三調(diào)分類與現(xiàn)狀森林資源調(diào)查分類對應(yīng)關(guān)系表

結(jié)合森林資源的定義與資源現(xiàn)狀，采用語義融合技術(shù)，關(guān)聯(lián)國土三調(diào)與森林資源調(diào)查的森林相關(guān)分類標(biāo)準(zhǔn)，形成兼顧國土三調(diào)分類與森林資源調(diào)查歷史數(shù)據(jù)的統(tǒng)一關(guān)聯(lián)分類。關(guān)聯(lián)分類形式依據(jù)表1與表2的對應(yīng)關(guān)系，按照“國土三調(diào)分類-森林資源調(diào)查分類”結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)。

3.2 底圖整合

3.2.1 圖斑邊界整合

在國土三調(diào)數(shù)據(jù)圖斑基礎(chǔ)上，整合實地現(xiàn)狀為林木覆蓋的森林資源調(diào)查圖斑，與國土三調(diào)林地(03)對應(yīng)的森林資源調(diào)查具體地類為：喬木林、竹林、灌木林地、疏林地、未成林地、跡地、苗圃。

整合方法如圖2所示，針對不同調(diào)查數(shù)據(jù)對同一地物邊界的兩條矢量線，按照高精度優(yōu)先原則選取國土三調(diào)地類邊界，以此來消除邊界沖突。如果在國土三調(diào)圖斑內(nèi)部存在森林資源調(diào)查圖斑邊界，則在國土三調(diào)圖斑基礎(chǔ)上，新增該條森林資源調(diào)查圖斑邊界切割線，將原來的一個圖斑切割為兩個圖斑。

圖2 工作底圖整合方法示意圖

3.2.2 圖斑屬性整合

整合后的圖斑同時被賦予國土三調(diào)與原森林資源調(diào)查的地類屬性，通過字段計算，形成“國土三調(diào)-森林資源資源調(diào)查”模式的原始關(guān)聯(lián)地類。對比語義分析形成的標(biāo)準(zhǔn)關(guān)聯(lián)地類名與地類編碼，自動排查出與統(tǒng)一關(guān)聯(lián)分類表不符的原始關(guān)聯(lián)地類名與地類編碼。分析多種調(diào)查成果之間的分類沖突并提出解決方法，完成圖斑屬性整合，最終形成統(tǒng)一底圖。在圖斑地類整合中，原始關(guān)聯(lián)分類與標(biāo)準(zhǔn)關(guān)聯(lián)分類之間存在的沖突類型及其相應(yīng)處理方法如下：

(1)分類關(guān)聯(lián)錯誤

一是不同成果資料的現(xiàn)勢性不一樣，實地現(xiàn)狀發(fā)生變化后舊時相數(shù)據(jù)沒有及時更新。例如，對同一地塊，舊時相森林資源調(diào)查數(shù)據(jù)及影像判別為灌木林地，而新時相國土三調(diào)數(shù)據(jù)及影像判別為道路。二是影像判別錯誤，國土三調(diào)與森林資源調(diào)查對同一地塊的實際地物判別不一致，例如國土三調(diào)數(shù)據(jù)判別為其他草地，而森林資源調(diào)查數(shù)據(jù)判別為喬木林。

處理方法：按照實事求是原則，結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)聯(lián)分類表修改原始有誤的關(guān)聯(lián)分類。

(2)地類關(guān)聯(lián)正確，但不符合標(biāo)準(zhǔn)關(guān)聯(lián)表

一是實際情況為樹木，但不符合關(guān)聯(lián)表。例如，工廠或居民小區(qū)內(nèi)的樹木，非林業(yè)部門管轄，且不符合森林用途分類，不能統(tǒng)計入森林資源自然狀況數(shù)據(jù)內(nèi)。二是部分混交的喬木林，國土三調(diào)劃分為其他林地，森林資源調(diào)查劃分為喬木林。二者都符合各自地類劃分規(guī)范，且屬于需統(tǒng)計的森林資源自然狀況數(shù)據(jù)。

處理方法：針對第一種情況，此類工廠、商業(yè)服務(wù)區(qū)或居民小區(qū)內(nèi)的樹木不計入森林資源狀況統(tǒng)計；針對第二種情況，可暫時形成“其他林地-喬木林”的臨時地類，計入森林資源自然狀況統(tǒng)計。

3.3 森林資源自然狀況統(tǒng)計

篩選劃定的森林資源類型對應(yīng)的國土三調(diào)地類圖斑，分析關(guān)聯(lián)地類，補充新增的不屬于國土三調(diào)林地(03)的地類，但關(guān)聯(lián)地類符合關(guān)聯(lián)分類表(表2)，同時實地現(xiàn)狀為森林的圖斑，包括公園綠地內(nèi)的森林、道路與河流兩側(cè)的防護林等，按照森林資源進行統(tǒng)計。

4 試點案例

4.1 研究區(qū)概況

馬汊河位于長江以北，六合區(qū)以南，浦口區(qū)以東，沿東西向貫穿整個沿江工業(yè)開發(fā)區(qū)，連通滁河和長江，為滁河流域下游一條重要分洪道。河道全長13.6 km，根據(jù)河道現(xiàn)狀及兩岸地形分布，分上、中、下游3個河段。上游段從小頭李至葛新橋，河道長6.0 km，迎水坡主要為生態(tài)草皮護坡，部分河段下部為混凝土護坡，護堤地以高大意楊林為主。中游段從葛新橋至大緯路橋，全長6.2 km，下部為混凝土護坡，上部主要為草皮護坡，背水坡以生態(tài)防護林為主。下游段從大緯路橋至入江口，河道長1.4 km，左右岸為護坡和擋浪墻工程，兩岸毗鄰揚子、揚巴、南化等國有大型化工企業(yè)，除右岸有少量水杉林外，多為生產(chǎn)建設(shè)用地。

4.2 底圖整合工作

馬汊河試點區(qū)重點工作底圖制作中，采用的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)包括：國土三調(diào)成果、最新遙感影像(1 m分辨率)、森林資源調(diào)查成果(2017年)、河道管理線等數(shù)據(jù)。

沿著河道管理線劃定馬汊河預(yù)劃登記單元范圍，面積約426.7 hm2，共包含302個國土三調(diào)圖斑。其中符合《自然資源確權(quán)登記操作指南》要求的森林資源分類圖斑有69個，共129.97 hm2。

馬汊河森林資源調(diào)查數(shù)據(jù)中，滿足整合地類要求的森林資源調(diào)查圖斑有106個，共160.86 hm2。其中105個喬木林(分為純林、混交林)圖斑，1個灌木林地圖斑。

在國土三調(diào)圖斑基礎(chǔ)上整合滿足要求的森林資源調(diào)查圖斑，形成493個調(diào)查圖斑。將新生成的圖斑整合原國土三調(diào)與森林資源調(diào)查的地類，形成新的原始“國土三調(diào)-森林資源調(diào)查”關(guān)聯(lián)分類，參考影像并按照關(guān)聯(lián)分類標(biāo)準(zhǔn)與，對不符合關(guān)聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)的原始關(guān)聯(lián)分類進行修正，最終形成能反映森林資源狀況的自然資源統(tǒng)一調(diào)查工作底圖。

4.3 森林資源狀況統(tǒng)計結(jié)果

南京市森林資源調(diào)查工作依據(jù)《2017年南京市森林資源規(guī)劃設(shè)計調(diào)查操作細則》，相較于國家統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，將喬木林地類細分為純林與混交林。結(jié)合南京實際情況，細化關(guān)聯(lián)分類，進行森林資源狀況統(tǒng)計。

對比整合前后馬汊河預(yù)劃登記單元內(nèi)森林資源類型數(shù)量，整合后森林資源統(tǒng)計面積增加了33.8 hm2，具體如下：

整合前按照國土三調(diào)底圖中符合森林資源分類的圖斑進行面積核算，共129.97 hm2。

整合后，在整合前統(tǒng)計的范圍基礎(chǔ)上增加現(xiàn)狀為樹木且符合森林用途要求，即符合表2關(guān)聯(lián)分類標(biāo)準(zhǔn)的圖斑，包括“水工建筑用地-純林/混交林圖斑”30個、面積26.78 hm2，“其他園地-純林/混交林”6個圖斑、面積7.02 hm2?？偵仲Y源面積為163.77 hm2。增加的森林資源主要來源于河堤兩岸的防護林(圖3)及園地內(nèi)的經(jīng)濟林(圖4)。

圖3 新增森林資源圖斑“水工建筑用地-混交林”

圖4 新增森林資源圖斑“其他園地-混交林”

實踐證明，以國土三調(diào)為基礎(chǔ)，通過建立林地關(guān)聯(lián)分類，實現(xiàn)國土三調(diào)與森林資源調(diào)查數(shù)據(jù)中用地邊界、森林資源的融合，可以有效解決國土三調(diào)優(yōu)先依據(jù)土地利用分類所導(dǎo)致的森林資源調(diào)查遺漏問題，滿足自然資源統(tǒng)一調(diào)查工作的要求。

5 結(jié) 語

為建立統(tǒng)一的自然資源分類標(biāo)準(zhǔn)，解決各類調(diào)查數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)、邊界沖突問題，形成自然資源統(tǒng)一調(diào)查工作底圖，提出了一種基于自然資源關(guān)聯(lián)分類的自然資源統(tǒng)一調(diào)查底圖整合方法。通過語義分析形成基于森林語義的國土三調(diào)與森林資源調(diào)查的統(tǒng)一關(guān)聯(lián)分類，并應(yīng)用統(tǒng)一關(guān)聯(lián)分類開展底圖整合工作，消除邊界沖突。同時，將整合形成的底圖應(yīng)用于南京馬汊河自然資源確權(quán)工作中，在《自然資源確權(quán)登記操作指南》劃定的森林資源對應(yīng)國土三調(diào)分類基礎(chǔ)上，充分利用了森林資源調(diào)查成果、補充了符合森林定義和用途為森林的地塊。通過實踐驗證了本方法的可行性，補充了大量河流兩岸大面積堤路林，對預(yù)劃登記單元內(nèi)的森林資源準(zhǔn)確統(tǒng)計與保護有重要意義。具體體現(xiàn)在以下三方面：

(1)通過關(guān)聯(lián)分類標(biāo)準(zhǔn)將森林資源調(diào)查圖斑融入國土三調(diào)底圖，為構(gòu)建國土調(diào)查中統(tǒng)一的林地分類提供了解決思路，提高了森林資源調(diào)查數(shù)據(jù)參考價值與可用性。

(2)建立了一種空間沖突的協(xié)調(diào)解決技術(shù)方案。通過采用關(guān)聯(lián)分類標(biāo)準(zhǔn)、融合三調(diào)與森林資源調(diào)查底圖，可有效解決森林資源數(shù)據(jù)與三調(diào)林地用途邊界空間交叉沖突的問題，實現(xiàn)了在森林資源統(tǒng)計上的一致性，可提升自然資源統(tǒng)一調(diào)查工作的準(zhǔn)確性、權(quán)威性。

(3)通過在南京市馬汊河自然資源確權(quán)的試點應(yīng)用中，驗證了本方法整合形成的自然資源統(tǒng)一調(diào)查底圖的可用性。

未來，將加大本研究成果的推廣利用。同時結(jié)合南京工作實際，加快建立統(tǒng)一自然資源分類標(biāo)準(zhǔn)，解決各類調(diào)查數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)與邊界沖突問題，為形成自然資源統(tǒng)一調(diào)查底圖、構(gòu)建南京自然資源“1+X”調(diào)查體系奠定堅實的基礎(chǔ)。