宁夏自然资源调查监测关键技术研究与实践

唐 菲，贾 丹，魏 鹏

（宁夏回族自治区水文环境地质调查院，银川 750021）

为加快建立自然资源统一调查、评价、监测制度，切实履行自然资源统一调查监测职责，2020年1月，自然资源部印发《自然资源调查监测体系构建总体方案》。各省（自治区、直辖市）陆续出台省级方案，宁夏回族自治区（简称宁夏）在本区方案中也做了明确具体的安排部署、细化分工。然而，自然资源调查监测涉及面广、技术流程复杂，具体实施存在一定难度。如何利用自然资源调查监测技术高效、准确、顺利地开展此项工作成为各地自然资源调查监测关注的重点[1]。本文结合2022年宁夏自然资源调查监测工作，探讨自然资源调查监测的关键技术，以期为更好服务自然资源中心管理提供技术支撑。

1 调查监测内容

自然资源调查监测是在自然资源调查本底数据的基础上开展的年度变化调查监测及更新。调查监测内容主要包括两个方面。一是全域全要素调查监测。基于第三次全国国土调查数据及上一年度国土变更本底数据，全面监测更新耕地、园地、森林、草原、湿地、水域、沙漠、城市国土空间等各类自然资源的空间分布、范围、数量、结构和变化情况，及时掌握调查区自然资源的类型、面积、范围等方面的变化。二是专项调查监测。结合宁夏区情，在2020年专项调查的基础上，2021年专项调查监测内容为“四色名片”（紫色—葡萄、红色—枸杞、白色—肉牛、滩羊，绿色—优质瓜果蔬菜）特色产业用地监测、黄河流域自然资源监测及“三山”（贺兰山、六盘山、罗山）自然保护区自然资源监测。根据区内产业结构调整等因素，2022年专项监测内容调整为“六新六特六优”特色产业调查监测，对风电、光伏等清洁能源，肉牛、滩羊、冷凉蔬菜等特色农业进行监测，掌握其空间分布、范围、数量、结构和变化。

2 关键技术实践

自然资源调查监测是一项涉及面广、时效性强、技术流程复杂、技术难度大的系统工程，需要多个部门协同配合。其技术流程主要包括5 个环节，即数据收集整理、变化信息提取、外业调查举证、内业数据整理、数据质检建库，具体技术路线如图1所示。

图1 宁夏自然资源调查监测技术路线

2.1 数据收集整理

自然资源调查监测涉及多个管理部门，需要统筹考虑多项数据资料，主要有高分辨率遥感影像、疑似变化图斑和管理成果资料。高分辨率遥感影像的分辨率优于1 m，这就需要收集上一年度及本年度同时期的至少两期影像进行对比分析。疑似变化图斑包括以卫片执法、耕地监测、督察等为主的国家图斑及地方提取的疑似变化图斑，林草、水利等部门的行业和地方变化需求图斑。管理成果资料主要向自治区和市县相关部门收集，包括设施农用地备案、各类工程项目临时用地批复、植树造林等生态修复项目、城乡建设用地增减挂钩、土地综合整治、永久基本农田、生态保护红线、城镇开发边界等管理数据。将收集的多元信息数据进行分类存储，对数据进行拓扑检查，统一矢量数据格式及其坐标系，并将其与第三次国土调查影像套合，验证数据准确性。将收集的卫星遥感影像与基础底图叠加对比，对于二者同名地物点的中误差和重叠区误差大于限差的，对影像进行纠正及配准，确保基础底图精度符合要求。

2.2 变化信息提取

自然资源变化信息提取是调查监测的关键环节，其提取的准确性及全面性直接关系后期地类变更的质量。主要技术流程分为自动提取、目视解译及数据融合整理3 个步骤。

2.2.1 基于面向对象、深度学习的自动提取技术

面向对象的遥感影像分割与信息提取方法目前已广泛应用于高分辨率遥感影像的地物信息提取，它可以有效利用遥感影像的光谱信息和空间信息进行多尺度分割和特征统计[2]。此外，深度学习模型作为机器学习领域的前沿技术，能够在构建训练模型和深入样本训练的基础上，更加智能、快速地提取地类特征与信息。针对频繁且大面积的地类变化，仅依靠人工解译提取难以满足时效性。因此，在变化信息提取过程中，利用面向对象、深度学习的遥感自动提取技术可大大提高变化信息的提取效率和准确性。

2.2.2 基于人机交互的监测图斑提取

在自动提取疑似变化图斑的基础上，对比上一年度与本年度同时期的两期影像，结合各类用地管理信息，通过人机交互影像判读的方式遥感解译提取变化信息。判读自动提取的图斑是否属实，边界是否合理，对比两期影像进行深入提取分析，同时补充提取自动提取遗漏变化图斑。

2.2.3 数据融合整理

对多个渠道收集、提取的监测图斑进行拓扑检查、数据融合。重叠图斑以国家图斑优于省级图斑，省级图斑优于自提图斑的顺序进行细化、裁切、合并或删除，确保后期上传调查平台的图斑无拓扑错误，避免地类过多的综合性大图斑。提取的监测图斑主要分为4 个类型和图层，分别为疑似新增建设图斑、建设和设施农用地拆除图斑、农用地变化图斑、未利用地变化图斑。各类型图层的图斑需要赋予具体的属性，包括县级行政区代码、名称、图斑类型、图斑特征、基础库地类编码、地类名称等。

2.3 外业调查举证

通过内业变化信息提取的监测图斑上传至宁夏自然资源调查云平台，外业举证人员利用移动设备实地开展调查举证。

2.3.1 优化稳定的调查举证平台

宁夏自然资源日常调查监测及年度国土变更项目的外业调查举证均基于宁夏自然资源调查云平台。该平台主要由调查监测业务中心、成果共享中心、管理中心等五个功能模块组成，以“互联网+”的模式实现客户端、移动端及云端的同步协调在线举证功能，为开展宁夏自然资源调查监测外业举证提供极大的便利。平台不断升级优化，但在使用过程中仍然存在定位不准、定位图标反向、闪退、已举证图斑显示方式不合理等问题。稳定精准的平台服务是外业调查举证高效开展的前提。系统平台需要进一步优化升级，提高定位的准确度及系统的稳定性，优化举证图斑的分类及显示方式，提高举证效率。

2.3.2 基于移动设备的快速调查举证

通过宁夏自然资源调查云平台，使用带卫星定位和方向传感器的移动设备，将举证图斑地块综合信息的举证数据包上传至云平台。外业调查举证时，按照举证技术要求，实地逐图斑核实确认图斑地类，明确图斑边界，记录更新图斑权属、恢复属性、种植属性、耕地细化等各类属性信息。

2.3.3 基于无人机的高效调查举证

对于面积较大及人难以到达的地区，可以采用无人机举证，提高举证效率。无人机举证飞行高度需要按照使用的照相机参数与地面分辨率要求综合考虑[3]。在保证安全且不违反国家相关法律法规的情况下，根据地块面积、地形条件以及相机参数等因素，综合确定无人机飞行高度，确保拍摄地面分辨率在0.01～0.20 m，像素大小不低于500 万。

2.4 内业数据整理

以宁夏自然资源调查云平台上的调查举证照片为依据，根据《宁夏第三次国土调查技术细则》（DB64/T 1747—2020）等规范要求，结合收集的各类用地管理信息，根据外业调查举证实地现状，对图斑的边界、地类、权属等属性进行变更。

2.5 数据质检建库

数据质检贯穿于自然资源调查全过程。在变化信息提取、外业调查举证及内业图斑修改的过程中，作业人员要进行自检互检并形成检查记录。数据更新建库前，要进行软件质检。主要检查内容包括数据完整性、逻辑一致性、空间定位准确度、属性数据准确性、数据库拓扑容差、数据汇总等。根据质检结果，对数据进行修改完善。

根据国土变更调查数据更新技术要求、数据库变更方法、标准及相关质量要求，采用增量更新的方式，对经过质检的数据进行县级日常化调查成果数据库更新。采用数据库变更软件，以上一年度变更调查数据库为基础，依据日常监测调查内外业成果，提取变化范围及变化图斑，变更日常监测调查数据库，生成更新数据包，生成本年度自然资源日常监测调查数据库、增量变化信息及相关变更统计报表。

3 结语

本文结合工作实际，研究宁夏自然资源调查监测的多元信息数据收集整理、变化信息提取、外业调查举证、内业数据整理及数据质检建库5 个关键技术，为更好地开展自然资源调查监测，服务自然资源中心管理提供技术支撑。未来将充分利用现代测量、信息网络以及空间探测等技术手段，构建“天-空-地-网”为一体的自然资源调查监测技术体系，实现对自然资源全要素、全流程、全覆盖的现代化调查监测。