基于國產衛星的自然資源一體化調查體系構建

宗在軍

（上海市巖土地質研究院有限公司，上海 200040）

第三次全國國土調查中明確要求要開展自然資源調查監測，掌握翔實準確的土地利用及自然資源變化情況，以滿足生態文明建設，生態修復，實現自然資源體制改革及統一確權登記等各項建設的需要。在《第三次全國國土調查實施方案》修改過程中，著重添加了同步推進相關自然資源專項調查，并且要將自然資源的調查成果整合進三調成果中，這就意味著，“山水林田湖草”已經成為一個生命共同體[1]。

自然資源是指存在于自然界并能為人類利用的氣候資源、土地資源、水資源、生物資源、礦產資源、旅游資源和海洋資源等。將自然資源作為一個整體進行空間管控和生態修復，是社會主義生態文明建設的內在要求。因此，未來的自然資源調查應站在國家資源開發利用和可持續發展的高度，統籌“山水林田湖草”，開展系統性、整體性、綜合性的調查評價和監測預警[2]，為未來不同地域主體功能區劃、國土空間規劃和資源確權提供精細化服務。

1 國產衛星在自然資源調查中的優勢

我國已建成圍繞導航、重力、光學、雷達、激光的測繪系列衛星，構建了1∶5萬～1∶1萬的比例尺多類型多型號自主衛星測繪對地觀測體系，形成以0.7～2.0 m分辨率為主的立體測繪能力[3]。0.7～2 m分辨率光學測繪衛星主要包括：資源三號、高分七號等衛星型號。目前，資源三號01、02星已成功發射，具有全球1∶5萬地形測繪能力；高分七號衛星將于2019年發射，分辨率0.72 m，主要滿足全球1∶1萬地形測繪需求；干涉雷達測繪衛星系列：開展L波段差分干涉SAR衛星 （L-SAR） 等衛星測繪應用研究，將于2020年發射，屆時實現國產衛星的全天候遙感數據獲取能力，支撐全球1∶5萬數字高程模型數據獲取以及區域地表形變監測；超高分辨率光學、激光測高、重力梯度測量等測繪衛星：主要包括陸地生態碳監測星、單光子激光測高衛星、激光與可見光、紅外復合測繪衛星、重力梯度星及新型重力星。

以衛星遙感為代表的對地觀測技術具有覆蓋范圍廣、獲取速度快、包含地表信息豐富等特點[4]，并且相對于其他大范圍的測量手段，成本相對較低，因此，隨著衛星遙感技術的不斷發展，衛星影像廣泛應用于國土、礦山、林業、水利、環境監測等諸多業務，改變了傳統的監測調查模式，形成短周期的持續性觀測，足不出戶，從影像上就能獲取業務信息，大大降低了工作成本，提高工作效率。

2 構建自然資源一體化調查體系的必要性

我國近期成立自然資源部，自然管理正在逐步趨向集中化、統一化、科學化，但是尚未建立自然資源一體化調查監測體系。近些年，我國陸續開展了多項大規模的單項調查內容：自然資源部主管第二次全國土地利用現狀調查，摸清了全國土地利用狀況，建立和完善了土地基礎數據；從20世紀開始，國家林業和草原局組織持續對森林資源進行了八次清查工作，并建立了森林資源的監測調查技術體系，為國家林業資源管理提供了豐富可靠數據；水利部開展了我國境內水利資源的普查，主要分為水利工程項目、河流湖泊的基本情況、經濟社會用水情況、河流湖泊保護治理情況以及水土保持情況的調查；國家林業和草原局開展了全國濕地資源基本情況調查，對面積大于1 km2的濕地進行調查，掌握我國濕地基本情況；國家測繪地理信息局開展了全國地理國情普查，主要包括兩個方面，一是對自然地理要素進行調查，二是人文要素進行調查；當前，自然資源部正在組織開展全國第三次國土調查，進一步細化和完善土地利用現狀基礎數據，并組織開展自然資源專項調查。

我國開展對各項自然資源調查監測過程中，存在以下幾方面的問題：一是各項自然資源缺少統一的標準，同樣一塊土地，在林業部門調查認定為林地，但是在國土部門調查認定為城市綠化，屬于建設用地，這就為后期的土地利用及規劃造成隱患；二是重復浪費，針對各項調查監測工作，各部門都需要各自衛星遙感影像支持，因此往往各部門都需購買衛星遙感影像，造成資源的浪費；三是對自然資源沒有整體的把握，雖然各部門都針對不同的業務開展建立了專題資源數據庫，但是各數據庫之間由于缺乏統一的標準，數據之間不能共享利用，并且數據各有側重，無法對整體做出綜合性評價。因此建立自然資源一體化的調查技術體系十分必要。

3 以國產衛星為基礎的一體化調查體系構建

構建自然資源一體化調查監測技術體系，一方面是統一數據源，目前高分系列衛星、資源衛星已實現全國周期性的覆蓋，體系構建主要是采用分辨率為亞米級的衛星遙感影像為主，兩米級為輔，高分二號 （GF-2） 衛星為我國民用亞米級衛星，星下點空間分辨率為0.8 m，具有高定位精度和快速姿態機動等特點，目前廣泛應用于國土、住建、林業、交通等方面，北京二號是由三顆高分辨衛星組成的商業衛星星座，分辨率為0.8 m，主要用于國土資源管理、生態環境監測、農業資源調查等方面。此外，高分一號、資源系列衛星為數據源補充，形成以亞米級衛星為主，兩米級衛星為輔的衛星遙感影像數據源。基于衛星遙感影像，搭建調查技術平臺，以季度為周期，實現重點區域重點監測，例如，在土地利用現狀調查中根據衛星遙感影像的前后時像不同，提取區域范圍內土地利用變化圖斑，并根據制訂的分類標準，對變化圖斑進行分類[5]，其次對于特殊重點監測區，如極易發生違法用地的城市開發區，則在衛星遙感影像宏觀把握的基礎上，可采用無人機攝影測量及GNSS （Global Navigation Satellite System） 技術進行數據源的補充與精確測量，構建以衛星遙感為基礎的多數據源調查數據源。另一方面，自然資源一體化調查要統一不同業務的調查標準，對統一目標認定的統一性，解決自然資源子部門間共享難的問題，將調查數據應用于土地資源調查、水資源調查、礦產資源調查、林業、耕地、海洋以及環保等各個方面，并根據調查數據建立統一數據庫，實現統一標準下的自然資源數據庫建設，其基本框架如圖1所示。

圖1 構建自然資源一體化調查體系框架圖

4 自然資源一體化調查體系應用

以國產衛星為基礎，將3S技術應用到實際業務中來，開發基于衛星遙感影像的外業調查APP，以及采用“互聯網+”的模式[6]，在線審核調查內容，調查數據共享，調查成果一查多用。

上海市以國產衛星遙感影像為基礎，探索出基于衛星影像的自然資源調查平臺，該平臺由三部門組成：外業移動調查端、內業在線審核端、自然資源數據庫。工作模式是以季度為時間周期，每季度獲取上海市全市范圍內的遙感影像，并針對不同的業務處室業務類型，根據影像前后時相變化提取變化圖斑，將圖斑在線下發到國土所，使用移動端進行外業調查舉證，并在線上傳照片、視頻等舉證材料，業務部門根據舉證材料對圖斑進行審核，并形成季度變化圖層，最終根據變化圖層進行數據庫的更新。

5 結語

實現自然資源的一體化調查監測是保護自然資源可持續發展及生態文明建設的必要措施，各項自然資源調查數據的統一，不僅能節省大量人力、物力，同時也能實現不同業務部門之間數據的統一，實現數據共享，解決以往數據出自不同調查部門存在矛盾的現象。基于國產衛星一體化的調查平臺建設，充分運用3S技術、移動GIS以及“地理信息+”，打通數據源的獲取，外業調查數據采集，內業數據判讀以及基礎庫的建設，對于全國第三次國土調查自然資源專項調查具有一定的借鑒意義。