天地空一体化自然资源监管体系研究与应用★

邵 恒，黄 俊

(1.江苏省测绘工程院,江苏 南京 210013； 2.太仓市自然资源和规划局，江苏 太仓 215400)

1 概述

目前，全国各地自然资源部门主要利用航空航天遥感影像数据，结合人工实地巡查的方法进行自然资源监管，这些技术手段在日常监管工作中发挥了很大作用，但在高效性、便利性、准确性等方面还存在一些不足[1]。

陆昊部长在2019年全国自然资源工作会议上提出要“建立贯通部、省、市、乡(县)的卫星应用技术体系”。自然资源部《关于加快推进自然资源省级卫星应用技术体系建设的函》明确要求在江苏省开展卫星应用技术体系建设试点的工作。并在此项工作中总结经验形成可复制、可推广的模式[2]。自2016年以来，太仓市利用“慧眼守土”视频监管平台，在全市范围选取了215个基站铁塔作为视频监测站点，实现了对全市土地利用情况的全方位、全天候、多角度、实时、实景监管。目前，正在研究开发智能识别系统，实现慧眼守土图像自动比对和预警功能，提升慧眼守土系统的使用效能，尽可能减小巡查压力[3]。

同时，太仓局还将试点使用无人机应用于耕地保护、项目验收、重大项目批后监管等，通过获取地块实时照片和影像数据，对违法盲点巡查、耕地保护核查、重点项目建设进度监管等需求提供机动化的补充数据服务。

最终将遥感动态监测、慧眼守土、图像自动比对、无人机辅助服务集成于同一平台，形成“天上看、视频探、网上管、地上查”的用地管理模式，从而打造“天地空一体化”自然资源监管体系。

2 研究方法和技术路线

2.1 研究方法

太仓市“天地空一体化”自然资源监管是为满足宏观调控、资源监管、辅助决策等功能，同时实现各类自然资源数据共享、处理、应用、分析、挖掘等管理和服务的集成。平台利用卫星遥感、航空摄影、视频监控、无人机等数据，依托遥感变化检测、图像自动比对技术，提供太仓市自然资源变化监测成果，集成调用平台支撑数据库中的资源和业务规则，为自然资源监管各项业务工作提供数据及服务平台[4-5]。

其中，图像自动比对功能基于最新的计算机视觉领域知识对自然资源图像中存在的违法行为进行甄别鉴定，检测流程具体包括三个模块：1)自然资源图像预处理模块；2)违法行为识别模块；3)违法行为预警模块。本功能在使用最新计算机技术的同时，紧贴实际需求，围绕“守护自然资源“这一主题合理组合并开发多种先进算法，充分利用慧眼守土视频监控图像资源，识别过程大大节约人力物力，能够达到项目预期[6]。

2.2 技术路线设计

整体技术路线分为5个部分：1)影像数据获取：包括卫星遥感影像、无人机摄影和慧眼守土监控视频影像信息的获取，监测覆盖面积从大到小、监测频率由低至高，形成全局统筹、应急机动、重点实时的监测数据获取模式。2)自然资源变化发现：加工处理获取数据，利用深度学习算法及人工编辑的方法准确勾绘出太仓市的自然资源变化情况，并对自然资源变化情况进行统计，实现太仓市自然资源变化的无缝动态监测。3)图像自动比对和预警：具体包括三个模块。a.自然资源图像预处理模块：由于自然资源图像受到雾气、物理遮挡等影响，存在亮度低、分辨率低、内容模糊等情况。在该模块中，系统首先对土地资源图像进行自适应去雾处理，并将光照调至合理范围，并在调整后的基础上，进行后续违法行为识别流程。其中开发的去雾算法可以有效去除98%的真实情况雾气。b.违法行为识别模块：使用经过去雾及调整光照的图像进行自然资源违法行为识别，使用faster-rcnn深度学习模型进行目标检测，检测对象分为两类：工程车辆类(具体包括：压路机、挖掘机、吊车、起重机等大型车辆)；违法建筑类(具体包括：彩钢房、框架结构、土房等不合规建筑)。在检测过程中，使用并行加速技术，一次性可识别多张图像中违法行为，并分别画出具体位置，画出的位置框能够做到紧贴识别对象，不误框也不漏框。c.违法行为预警模块：动态筛选违法行为识别模块中存在违法行为的图像，统一汇总违法行为类别，然后进行分类预警，进行违法行为报表。4)遥感监测服务平台构建：以遥感动态监测数据库为基础，结合遥感影像服务，开展遥感动态监测服务平台的研制工作，以此实现遥感地图时序化服务、周期性监测等GIS应用。5)专题用地监管服务：充分利用各种监测数据服务，实现遥感监测信息与业务系统对接，为土地利用、耕地保护等自然资源管理工作提供支撑。

3 成果应用

3.1 遥感动态监测数据建设

自然资源遥感动态监测以1 m～2 m分辨率卫星影像为主要数据源，利用已有控制资料进行正射纠正形成DOM成果，通过计算机自动变化检测技术，与前时相影像进行比较，提取出感兴趣的变化区域，最后经人工目视检查编辑，形成具有明确变化范围和变化类型的监测图斑，并完成相关的监测报告，经过数据检查与入库后，形成了太仓市自然资源遥感动态监测数据库。自然资源遥感动态监测技术路线见图1。

3.2 监测成果服务系统建设

3.2.1 数据叠加分析

通过叠加基本农田保护区、建设用地管制区等专题数据，实现业务数据与监测成果、历史遥感影像等多源数据融合，为多渠道、多数据源叠加分析提供数据支撑(见图2)。

3.2.2 时序遥感影像回溯

以遥感影像数据库基础，实现多时相影像数据管理与应用。通过历史遥感影像动态回溯，可以直观的看到历年来监测成果的变化(见图3)。

3.2.3 动态监测成果统计分析

根据监测类型、监测周期等分类，对监测图斑类型、分布和面积等信息进行分类统计，生成多种形式的统计图表，为领导决策分析提供直观的数据支撑(见图4)。

3.2.4 无人机、监控平台融合

系统还与自然资源其他业务系统进行了对接，实现多系统快速访问、统筹管理；提供与本系统相关网站链接，包括太仓市“慧眼守土”视频监管平台以及其他相关网站；并整合无人机数据资源，实现卫星遥感监测与无人机监测互补[7](见图5)。

3.3 自然资源遥感监测调查系统建设

图斑基础信息查看功能见图6。

基于遥感监测成果图斑，用户通过移动端小程序进入监测成果目录，并通过列表或地图模式进行监测图斑分布展示；实现调查图斑定位导航，在线填报调查内容，现场采集图片等功能，为土地执法调查提供移动互联网外业调查系统，实现了平台“互联网+移动GIS”的建设目标[8]。

4 结语

通过对“天地空一体化”自然资源监管体系的研究，实现了将卫星遥感、无人机航拍、地面视频监控“天地空一体化”数据的整合，并成功建立了相关的数据资源管理平台，实现遥感监测成果和各类监测数据自动化提取、一体化应用。下一步，将在监控图像自动化比对方面进行深入研究，利用深度学习等技术加强对违法违规行为特征提取的算法与模型进行研究，进一步提高自动化图像比对的正确率。