唐 菲，賈 丹，魏 鵬
（寧夏回族自治區(qū)水文環(huán)境地質(zhì)調(diào)查院，銀川 750021）
為加快建立自然資源統(tǒng)一調(diào)查、評價、監(jiān)測制度，切實(shí)履行自然資源統(tǒng)一調(diào)查監(jiān)測職責(zé)，2020年1月，自然資源部印發(fā)《自然資源調(diào)查監(jiān)測體系構(gòu)建總體方案》。各省（自治區(qū)、直轄市）陸續(xù)出臺省級方案，寧夏回族自治區(qū)（簡稱寧夏）在本區(qū)方案中也做了明確具體的安排部署、細(xì)化分工。然而，自然資源調(diào)查監(jiān)測涉及面廣、技術(shù)流程復(fù)雜，具體實(shí)施存在一定難度。如何利用自然資源調(diào)查監(jiān)測技術(shù)高效、準(zhǔn)確、順利地開展此項(xiàng)工作成為各地自然資源調(diào)查監(jiān)測關(guān)注的重點(diǎn)[1]。本文結(jié)合2022年寧夏自然資源調(diào)查監(jiān)測工作，探討自然資源調(diào)查監(jiān)測的關(guān)鍵技術(shù)，以期為更好服務(wù)自然資源中心管理提供技術(shù)支撐。
自然資源調(diào)查監(jiān)測是在自然資源調(diào)查本底數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上開展的年度變化調(diào)查監(jiān)測及更新。調(diào)查監(jiān)測內(nèi)容主要包括兩個方面。一是全域全要素調(diào)查監(jiān)測。基于第三次全國國土調(diào)查數(shù)據(jù)及上一年度國土變更本底數(shù)據(jù)，全面監(jiān)測更新耕地、園地、森林、草原、濕地、水域、沙漠、城市國土空間等各類自然資源的空間分布、范圍、數(shù)量、結(jié)構(gòu)和變化情況，及時掌握調(diào)查區(qū)自然資源的類型、面積、范圍等方面的變化。二是專項(xiàng)調(diào)查監(jiān)測。結(jié)合寧夏區(qū)情，在2020年專項(xiàng)調(diào)查的基礎(chǔ)上，2021年專項(xiàng)調(diào)查監(jiān)測內(nèi)容為“四色名片”（紫色—葡萄、紅色—枸杞、白色—肉牛、灘羊，綠色—優(yōu)質(zhì)瓜果蔬菜）特色產(chǎn)業(yè)用地監(jiān)測、黃河流域自然資源監(jiān)測及“三山”（賀蘭山、六盤山、羅山）自然保護(hù)區(qū)自然資源監(jiān)測。根據(jù)區(qū)內(nèi)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整等因素，2022年專項(xiàng)監(jiān)測內(nèi)容調(diào)整為“六新六特六優(yōu)”特色產(chǎn)業(yè)調(diào)查監(jiān)測，對風(fēng)電、光伏等清潔能源，肉牛、灘羊、冷涼蔬菜等特色農(nóng)業(yè)進(jìn)行監(jiān)測，掌握其空間分布、范圍、數(shù)量、結(jié)構(gòu)和變化。
自然資源調(diào)查監(jiān)測是一項(xiàng)涉及面廣、時效性強(qiáng)、技術(shù)流程復(fù)雜、技術(shù)難度大的系統(tǒng)工程，需要多個部門協(xié)同配合。其技術(shù)流程主要包括5 個環(huán)節(jié)，即數(shù)據(jù)收集整理、變化信息提取、外業(yè)調(diào)查舉證、內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)整理、數(shù)據(jù)質(zhì)檢建庫，具體技術(shù)路線如圖1所示。
圖1 寧夏自然資源調(diào)查監(jiān)測技術(shù)路線
2.1 數(shù)據(jù)收集整理
自然資源調(diào)查監(jiān)測涉及多個管理部門，需要統(tǒng)籌考慮多項(xiàng)數(shù)據(jù)資料，主要有高分辨率遙感影像、疑似變化圖斑和管理成果資料。高分辨率遙感影像的分辨率優(yōu)于1 m，這就需要收集上一年度及本年度同時期的至少兩期影像進(jìn)行對比分析。疑似變化圖斑包括以衛(wèi)片執(zhí)法、耕地監(jiān)測、督察等為主的國家圖斑及地方提取的疑似變化圖斑，林草、水利等部門的行業(yè)和地方變化需求圖斑。管理成果資料主要向自治區(qū)和市縣相關(guān)部門收集，包括設(shè)施農(nóng)用地備案、各類工程項(xiàng)目臨時用地批復(fù)、植樹造林等生態(tài)修復(fù)項(xiàng)目、城鄉(xiāng)建設(shè)用地增減掛鉤、土地綜合整治、永久基本農(nóng)田、生態(tài)保護(hù)紅線、城鎮(zhèn)開發(fā)邊界等管理數(shù)據(jù)。將收集的多元信息數(shù)據(jù)進(jìn)行分類存儲，對數(shù)據(jù)進(jìn)行拓?fù)錂z查，統(tǒng)一矢量數(shù)據(jù)格式及其坐標(biāo)系，并將其與第三次國土調(diào)查影像套合，驗(yàn)證數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性。將收集的衛(wèi)星遙感影像與基礎(chǔ)底圖疊加對比，對于二者同名地物點(diǎn)的中誤差和重疊區(qū)誤差大于限差的，對影像進(jìn)行糾正及配準(zhǔn)，確保基礎(chǔ)底圖精度符合要求。
2.2 變化信息提取
自然資源變化信息提取是調(diào)查監(jiān)測的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其提取的準(zhǔn)確性及全面性直接關(guān)系后期地類變更的質(zhì)量。主要技術(shù)流程分為自動提取、目視解譯及數(shù)據(jù)融合整理3 個步驟。
2.2.1 基于面向?qū)ο蟆⑸疃?a href="http://www.cnyhmy.com/doc/xuexi/" target="_blank" class="keylink">學(xué)習(xí)的自動提取技術(shù)
面向?qū)ο蟮倪b感影像分割與信息提取方法目前已廣泛應(yīng)用于高分辨率遙感影像的地物信息提取，它可以有效利用遙感影像的光譜信息和空間信息進(jìn)行多尺度分割和特征統(tǒng)計(jì)[2]。此外，深度學(xué)習(xí)模型作為機(jī)器學(xué)習(xí)領(lǐng)域的前沿技術(shù)，能夠在構(gòu)建訓(xùn)練模型和深入樣本訓(xùn)練的基礎(chǔ)上，更加智能、快速地提取地類特征與信息。針對頻繁且大面積的地類變化，僅依靠人工解譯提取難以滿足時效性。因此，在變化信息提取過程中，利用面向?qū)ο蟆⑸疃葘W(xué)習(xí)的遙感自動提取技術(shù)可大大提高變化信息的提取效率和準(zhǔn)確性。
2.2.2 基于人機(jī)交互的監(jiān)測圖斑提取
在自動提取疑似變化圖斑的基礎(chǔ)上，對比上一年度與本年度同時期的兩期影像，結(jié)合各類用地管理信息，通過人機(jī)交互影像判讀的方式遙感解譯提取變化信息。判讀自動提取的圖斑是否屬實(shí)，邊界是否合理，對比兩期影像進(jìn)行深入提取分析，同時補(bǔ)充提取自動提取遺漏變化圖斑。
2.2.3 數(shù)據(jù)融合整理
對多個渠道收集、提取的監(jiān)測圖斑進(jìn)行拓?fù)錂z查、數(shù)據(jù)融合。重疊圖斑以國家圖斑優(yōu)于省級圖斑，省級圖斑優(yōu)于自提圖斑的順序進(jìn)行細(xì)化、裁切、合并或刪除，確保后期上傳調(diào)查平臺的圖斑無拓?fù)溴e誤，避免地類過多的綜合性大圖斑。提取的監(jiān)測圖斑主要分為4 個類型和圖層，分別為疑似新增建設(shè)圖斑、建設(shè)和設(shè)施農(nóng)用地拆除圖斑、農(nóng)用地變化圖斑、未利用地變化圖斑。各類型圖層的圖斑需要賦予具體的屬性，包括縣級行政區(qū)代碼、名稱、圖斑類型、圖斑特征、基礎(chǔ)庫地類編碼、地類名稱等。
2.3 外業(yè)調(diào)查舉證
通過內(nèi)業(yè)變化信息提取的監(jiān)測圖斑上傳至寧夏自然資源調(diào)查云平臺，外業(yè)舉證人員利用移動設(shè)備實(shí)地開展調(diào)查舉證。
2.3.1 優(yōu)化穩(wěn)定的調(diào)查舉證平臺
寧夏自然資源日常調(diào)查監(jiān)測及年度國土變更項(xiàng)目的外業(yè)調(diào)查舉證均基于寧夏自然資源調(diào)查云平臺。該平臺主要由調(diào)查監(jiān)測業(yè)務(wù)中心、成果共享中心、管理中心等五個功能模塊組成，以“互聯(lián)網(wǎng)+”的模式實(shí)現(xiàn)客戶端、移動端及云端的同步協(xié)調(diào)在線舉證功能，為開展寧夏自然資源調(diào)查監(jiān)測外業(yè)舉證提供極大的便利。平臺不斷升級優(yōu)化，但在使用過程中仍然存在定位不準(zhǔn)、定位圖標(biāo)反向、閃退、已舉證圖斑顯示方式不合理等問題。穩(wěn)定精準(zhǔn)的平臺服務(wù)是外業(yè)調(diào)查舉證高效開展的前提。系統(tǒng)平臺需要進(jìn)一步優(yōu)化升級，提高定位的準(zhǔn)確度及系統(tǒng)的穩(wěn)定性，優(yōu)化舉證圖斑的分類及顯示方式，提高舉證效率。
2.3.2 基于移動設(shè)備的快速調(diào)查舉證
通過寧夏自然資源調(diào)查云平臺，使用帶衛(wèi)星定位和方向傳感器的移動設(shè)備，將舉證圖斑地塊綜合信息的舉證數(shù)據(jù)包上傳至云平臺。外業(yè)調(diào)查舉證時，按照舉證技術(shù)要求，實(shí)地逐圖斑核實(shí)確認(rèn)圖斑地類，明確圖斑邊界，記錄更新圖斑權(quán)屬、恢復(fù)屬性、種植屬性、耕地細(xì)化等各類屬性信息。
2.3.3 基于無人機(jī)的高效調(diào)查舉證
對于面積較大及人難以到達(dá)的地區(qū)，可以采用無人機(jī)舉證，提高舉證效率。無人機(jī)舉證飛行高度需要按照使用的照相機(jī)參數(shù)與地面分辨率要求綜合考慮[3]。在保證安全且不違反國家相關(guān)法律法規(guī)的情況下，根據(jù)地塊面積、地形條件以及相機(jī)參數(shù)等因素，綜合確定無人機(jī)飛行高度，確保拍攝地面分辨率在0.01～0.20 m，像素大小不低于500 萬。
2.4 內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)整理
以寧夏自然資源調(diào)查云平臺上的調(diào)查舉證照片為依據(jù)，根據(jù)《寧夏第三次國土調(diào)查技術(shù)細(xì)則》（DB64/T 1747—2020）等規(guī)范要求，結(jié)合收集的各類用地管理信息，根據(jù)外業(yè)調(diào)查舉證實(shí)地現(xiàn)狀，對圖斑的邊界、地類、權(quán)屬等屬性進(jìn)行變更。
2.5 數(shù)據(jù)質(zhì)檢建庫
數(shù)據(jù)質(zhì)檢貫穿于自然資源調(diào)查全過程。在變化信息提取、外業(yè)調(diào)查舉證及內(nèi)業(yè)圖斑修改的過程中，作業(yè)人員要進(jìn)行自檢互檢并形成檢查記錄。數(shù)據(jù)更新建庫前，要進(jìn)行軟件質(zhì)檢。主要檢查內(nèi)容包括數(shù)據(jù)完整性、邏輯一致性、空間定位準(zhǔn)確度、屬性數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性、數(shù)據(jù)庫拓?fù)淙莶睢?shù)據(jù)匯總等。根據(jù)質(zhì)檢結(jié)果，對數(shù)據(jù)進(jìn)行修改完善。
根據(jù)國土變更調(diào)查數(shù)據(jù)更新技術(shù)要求、數(shù)據(jù)庫變更方法、標(biāo)準(zhǔn)及相關(guān)質(zhì)量要求，采用增量更新的方式，對經(jīng)過質(zhì)檢的數(shù)據(jù)進(jìn)行縣級日常化調(diào)查成果數(shù)據(jù)庫更新。采用數(shù)據(jù)庫變更軟件，以上一年度變更調(diào)查數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，依據(jù)日常監(jiān)測調(diào)查內(nèi)外業(yè)成果，提取變化范圍及變化圖斑，變更日常監(jiān)測調(diào)查數(shù)據(jù)庫，生成更新數(shù)據(jù)包，生成本年度自然資源日常監(jiān)測調(diào)查數(shù)據(jù)庫、增量變化信息及相關(guān)變更統(tǒng)計(jì)報表。
本文結(jié)合工作實(shí)際，研究寧夏自然資源調(diào)查監(jiān)測的多元信息數(shù)據(jù)收集整理、變化信息提取、外業(yè)調(diào)查舉證、內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)整理及數(shù)據(jù)質(zhì)檢建庫5 個關(guān)鍵技術(shù)，為更好地開展自然資源調(diào)查監(jiān)測，服務(wù)自然資源中心管理提供技術(shù)支撐。未來將充分利用現(xiàn)代測量、信息網(wǎng)絡(luò)以及空間探測等技術(shù)手段，構(gòu)建“天-空-地-網(wǎng)”為一體的自然資源調(diào)查監(jiān)測技術(shù)體系，實(shí)現(xiàn)對自然資源全要素、全流程、全覆蓋的現(xiàn)代化調(diào)查監(jiān)測。
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