自然资源遥感监测体系建设现状与发展展望初探

2021-06-28杨创

中国金属通报 2021年8期

杨创

（湖南信美勘测设计有限公司，湖南长沙 410000）

近年来，高新技术快速发展，同时生态文明建设工作积极推进，对自然资源遥感监测内涵和外延以及技术体系，均有着新要求。在国土资源管理方面向着自然资源管理发展，即从单一要素发展为全要素；基于技术的创新和升级，进入遥感卫星3.0时代；卫星遥感技术与大数据技术、云计算技术、5G技术等融合应用。基于此发展背景和趋势，构建完善的自然资源遥感监测体系，促进各项工作高质量落实，有着重要的意义。

1 自然资源遥感监测应用现状

根据自然资源部网站发布的报告显示，卫星遥感已经全面深入到该领域管理的各项业务中，主要业务整理如表1所示。从当前自然资源系统运行分析，每项重大工作都有自然资源遥感监测技术的身影，包括调查监测领域、海洋领域、防灾减灾与应急领域。卫星遥感的应用，从资源部到省渗透到区县，正在从上到下深入到基层。湖南作为试点，积极部署卫星应用技术体系建设工作，在部、省、市、县贯通式的卫星应用技术体系构建方面，获得了积极的成效。根据全面调查结果显示，自然资源系统中大约500项卫星应用需求，覆盖土地和地况以及海洋等方面。在数据类型层面，光学卫星数据和雷达卫星数据等都是需求很大的数据。一般来说，影像需求达到亚米级，不过部分行业根据成果需求和业务特点，需求包含分辨率优于2.5m的高分辨率影像，同时也包括5-10m与30m等级别的影像。

表1 自然资源遥感覆盖的业务

2 自然资源遥感监测体系建设的实例分析-湖南

2.1 定位

从系统构建设计层面分析，以构建全覆盖、全要素以及多尺度的自然资源遥感监测体系为目标；全国全要素常态化季度监测以及重点区域高频次精准监测、特定目标即时监测能力；实现自然资源部、省市、县区贯通式协同应用；实现影像统筹、数据处理以及监测处理到信息产品服务的全链条应用。

2.2 系统整体架构

从体系的构成角度分析，主要包括以下模块：①数据预处理模块。主要功能包括数据状态、影像定位、金字塔生成、统计值生成、导出活图矢量等，依靠的是监测数据包。②自动信息提取模块。支持自动化提取成果数据，支持进行图像编辑和成果质量检查以及监测成果生成等。③成果整理建库。按照监测成果数据-成果标准化整理-入库质量检查-数据自动入库-核实验证数据的流程，进行数据的整理。④外业核实验证。根据核实验证任务包-核实任务核收-核实信息填写-核实验证数据上报的流程，处理相应的业务。⑤成果应用。系统支持成果数据分析、监测台账管理以及监测报告生成等功能[1]。

2.3 关键技术

利用深度学习技术，通过目标识别以及信息自动化提取获得，同时运用人机交互去伪以及补漏，可实现自然资源季节变化的信息提取，例如新增线状地物以及建筑物等。基于现有的深度学习变化检测框架，使用10台GPU机器，用大约3天的时间能够完成全国一版建筑物提取。图1为深度学习技术的具体应用。

2.4 业务管理系统

业务管理系统的主要功能如下：①全流程全自动监控；②监测成果台账管理；③监测成果统计分析；④监测成果定制输出。其功能背后的技术支持如下：①自动提取系统。②生产线系统。③监测信息流转系统。从应用的角度分析，基于全自动工作流方式支撑日常遥感监测全流程生产作业，能够实现生产作业过程全流程监控；同时支持7*24h无人值守自动化运行，各个功能环节积木式组装以及配置多计算节点并且处理多处理终端自动调度；利用每日影像监测底图增量式更新机制，切实保障生产作业影像时效最新以及全面覆盖[2]。

2.5 组织保障措施

图1 深度学习技术的具体应用

湖南自然资源遥感监测体系建设过程中，主要面临的困难如下：①数据资源问题。在2018年以前，整个省遥感影像数据的“供给”能力有限，每个年度只支持实现70%的覆盖，无法满足各项监测和监管等业务的需求。②数据标准问题。从遥感影像数据底图角度分析，执行多套标准，基础测绘和国情监测等难以直接套合，给数据管理和应用等带来不便[3]。③重复生产。各业务开展所需的数据信息，由单位分散采购以及生产，使得“供需”矛盾比较突出。一方面，数据重复采购以及生产问题突出；另一方面全省大数大面积空洞且保障能力不强，存在着人力资源与财力资源高投入、低产出的问题。④成果应用问题。由于数据生产周期很长且更新不及时，使得很多单位不愿意选择提供的免费数据[4]。

对于上述问题，实施协同优化机制，坚持一类事项原则上由一个单位统筹；一件事情原则上由一个单位负责，使得原来分散在各厅直属单位的调查监测职责细化分解，分配到省第二测绘院，原来省国土资源规划院的卫星中心整体转隶省第二测绘院，同时将卫星监测的外业调查核实任务细化分解到省自然资源事务中心以及10家地勘单位。通过“引进吸收+自主开发”的技术模式，组织开展深入调研以及多次测试，对当前国内外技术情况有着基本的了解。组织专业的技术单位，进行技术研讨分析，形成了“遥感科学+人工智能+业务规则”的基本路线，同时自主研发数据信息智能提取系统，为基础起步构建起智能提取变化图斑的整套技术体系，同时应用到实际业务，促使效率水平得到提高。从业务管理的角度分析，依靠自然资源和国土空间治理能力，实现多个业务管理系统的集成，例如“多规合一协同审批平台”以及“耕地保护监管信息系统”等，形成省市县三级互联互通。

2.6 卫星遥感监测的应用效果

从卫星遥感监测的具体应用，使得湖南自然资源管理产生了很大变化。以往的业务模式下，组织人员巡查，当前使用卫星监测技术，能够掌握饮用水水源地保护区排污口的分布以及网箱养殖情况等，动态掌握林草以及建筑物等的变化情况。采用的卫星遥感监测技术，能够为洞庭湖生态经济区内的监测管理工作提供支持，比如工业污染源以及湖区湿地等，为环境整治工作的开展提供数据支持。采用卫星监测技术，能够监督国土空间规划的实施，同时能够掌握生态保护红线内的土地资源变化情况，确保国土规划落实以及三条控制线不被逾越。除此之外，能够动态跟踪生态修复情况[5]。

3 自然资源遥感监测体系建设的发展趋势

目前，全国几个试点地区正在积极探索部、省市、县区贯通式数据利用体系，未来将会在全国范围内推行。若形成“从上到下”信息联动的自然资源管理系统，能够为自然资源管理业务的开展，提供强有力的支持与保障，促使各项业务高质量落实。通过资源共享，依托云服务平台，部国土卫星中心可以推送卫星遥感影像数据。随着自然资源省级卫星中心的建设，自然资源部、省两级卫星应用技术体系打通，发挥省级卫星中心的优势，能够释放国产卫星的效能[6]。以湖南省为例，利用卫星遥感技术，发挥动态实时化、客观精准化以及全天候等优势，实现异地扶贫搬迁各类信息的精准定位，提供自然资源分布以及变化情况信息，明确农村宅基地以及养殖基地等的土地利用类型以及空间格局特性，使得各项规划建设工作有精准的支持。

自然资源遥感监测体系建设，要面向数据信息的应用需求，进行监测系统与组织系统等的构建，保障监测系统搭建的科学合理化，促使监测技术应用价值的实现。从实践的角度分析，对现有的自然资源遥感监测系统进行分析，剖析存在的不足与问题，通过进行遥感技术的升级，形成强大的技术支持。对原始数据信息要做好录入的质量把控，保障细度和质量，促使遥感监测系统应用价值的实现，保障自然资源管理业务的优化开展。除此之外，要做好应用端的管理。明确各个单位和部门的权限，保障数据信息的安全，同时发挥数据信息的价值，促使自然资源遥感监测效益目标的实现[7]。