自然資源遙感監測體系建設現狀與發展展望初探

楊 創

（湖南信美勘測設計有限公司，湖南 長沙 410000）

近年來，高新技術快速發展，同時生態文明建設工作積極推進，對自然資源遙感監測內涵和外延以及技術體系，均有著新要求。在國土資源管理方面向著自然資源管理發展，即從單一要素發展為全要素；基于技術的創新和升級，進入遙感衛星3.0時代；衛星遙感技術與大數據技術、云計算技術、5G技術等融合應用。基于此發展背景和趨勢，構建完善的自然資源遙感監測體系，促進各項工作高質量落實，有著重要的意義。

1 自然資源遙感監測應用現狀

根據自然資源部網站發布的報告顯示，衛星遙感已經全面深入到該領域管理的各項業務中，主要業務整理如表1所示。從當前自然資源系統運行分析，每項重大工作都有自然資源遙感監測技術的身影，包括調查監測領域、海洋領域、防災減災與應急領域。衛星遙感的應用，從資源部到省滲透到區縣，正在從上到下深入到基層。湖南作為試點，積極部署衛星應用技術體系建設工作，在部、省、市、縣貫通式的衛星應用技術體系構建方面，獲得了積極的成效。根據全面調查結果顯示，自然資源系統中大約500項衛星應用需求，覆蓋土地和地況以及海洋等方面。在數據類型層面，光學衛星數據和雷達衛星數據等都是需求很大的數據。一般來說，影像需求達到亞米級，不過部分行業根據成果需求和業務特點，需求包含分辨率優于2.5m的高分辨率影像，同時也包括5-10m與30m等級別的影像。

表1 自然資源遙感覆蓋的業務

2 自然資源遙感監測體系建設的實例分析-湖南

2.1 定位

從系統構建設計層面分析，以構建全覆蓋、全要素以及多尺度的自然資源遙感監測體系為目標；全國全要素常態化季度監測以及重點區域高頻次精準監測、特定目標即時監測能力；實現自然資源部、省市、縣區貫通式協同應用；實現影像統籌、數據處理以及監測處理到信息產品服務的全鏈條應用。

2.2 系統整體架構

從體系的構成角度分析，主要包括以下模塊：①數據預處理模塊。主要功能包括數據狀態、影像定位、金字塔生成、統計值生成、導出活圖矢量等，依靠的是監測數據包。②自動信息提取模塊。支持自動化提取成果數據，支持進行圖像編輯和成果質量檢查以及監測成果生成等。③成果整理建庫。按照監測成果數據-成果標準化整理-入庫質量檢查-數據自動入庫-核實驗證數據的流程，進行數據的整理。④外業核實驗證。根據核實驗證任務包-核實任務核收-核實信息填寫-核實驗證數據上報的流程，處理相應的業務。⑤成果應用。系統支持成果數據分析、監測臺賬管理以及監測報告生成等功能[1]。

2.3 關鍵技術

利用深度學習技術，通過目標識別以及信息自動化提取獲得，同時運用人機交互去偽以及補漏，可實現自然資源季節變化的信息提取，例如新增線狀地物以及建筑物等。基于現有的深度學習變化檢測框架，使用10臺GPU機器，用大約3天的時間能夠完成全國一版建筑物提取。圖1為深度學習技術的具體應用。

2.4 業務管理系統

業務管理系統的主要功能如下：①全流程全自動監控；②監測成果臺賬管理；③監測成果統計分析；④監測成果定制輸出。其功能背后的技術支持如下：①自動提取系統。②生產線系統。③監測信息流轉系統。從應用的角度分析，基于全自動工作流方式支撐日常遙感監測全流程生產作業，能夠實現生產作業過程全流程監控；同時支持7*24h無人值守自動化運行，各個功能環節積木式組裝以及配置多計算節點并且處理多處理終端自動調度；利用每日影像監測底圖增量式更新機制，切實保障生產作業影像時效最新以及全面覆蓋[2]。

2.5 組織保障措施

圖1 深度學習技術的具體應用

湖南自然資源遙感監測體系建設過程中，主要面臨的困難如下：①數據資源問題。在2018年以前，整個省遙感影像數據的“供給”能力有限，每個年度只支持實現70%的覆蓋，無法滿足各項監測和監管等業務的需求。②數據標準問題。從遙感影像數據底圖角度分析，執行多套標準，基礎測繪和國情監測等難以直接套合，給數據管理和應用等帶來不便[3]。③重復生產。各業務開展所需的數據信息，由單位分散采購以及生產，使得“供需”矛盾比較突出。一方面，數據重復采購以及生產問題突出；另一方面全省大數大面積空洞且保障能力不強，存在著人力資源與財力資源高投入、低產出的問題。④成果應用問題。由于數據生產周期很長且更新不及時，使得很多單位不愿意選擇提供的免費數據[4]。

對于上述問題，實施協同優化機制，堅持一類事項原則上由一個單位統籌；一件事情原則上由一個單位負責，使得原來分散在各廳直屬單位的調查監測職責細化分解，分配到省第二測繪院，原來省國土資源規劃院的衛星中心整體轉隸省第二測繪院，同時將衛星監測的外業調查核實任務細化分解到省自然資源事務中心以及10家地勘單位。通過“引進吸收+自主開發”的技術模式，組織開展深入調研以及多次測試，對當前國內外技術情況有著基本的了解。組織專業的技術單位，進行技術研討分析，形成了“遙感科學+人工智能+業務規則”的基本路線，同時自主研發數據信息智能提取系統，為基礎起步構建起智能提取變化圖斑的整套技術體系，同時應用到實際業務，促使效率水平得到提高。從業務管理的角度分析，依靠自然資源和國土空間治理能力，實現多個業務管理系統的集成，例如“多規合一協同審批平臺”以及“耕地保護監管信息系統”等，形成省市縣三級互聯互通。

2.6 衛星遙感監測的應用效果

從衛星遙感監測的具體應用，使得湖南自然資源管理產生了很大變化。以往的業務模式下，組織人員巡查，當前使用衛星監測技術，能夠掌握飲用水水源地保護區排污口的分布以及網箱養殖情況等，動態掌握林草以及建筑物等的變化情況。采用的衛星遙感監測技術，能夠為洞庭湖生態經濟區內的監測管理工作提供支持，比如工業污染源以及湖區濕地等，為環境整治工作的開展提供數據支持。采用衛星監測技術，能夠監督國土空間規劃的實施，同時能夠掌握生態保護紅線內的土地資源變化情況，確保國土規劃落實以及三條控制線不被逾越。除此之外，能夠動態跟蹤生態修復情況[5]。

3 自然資源遙感監測體系建設的發展趨勢

目前，全國幾個試點地區正在積極探索部、省市、縣區貫通式數據利用體系，未來將會在全國范圍內推行。若形成“從上到下”信息聯動的自然資源管理系統，能夠為自然資源管理業務的開展，提供強有力的支持與保障，促使各項業務高質量落實。通過資源共享，依托云服務平臺，部國土衛星中心可以推送衛星遙感影像數據。隨著自然資源省級衛星中心的建設，自然資源部、省兩級衛星應用技術體系打通，發揮省級衛星中心的優勢，能夠釋放國產衛星的效能[6]。以湖南省為例，利用衛星遙感技術，發揮動態實時化、客觀精準化以及全天候等優勢，實現異地扶貧搬遷各類信息的精準定位，提供自然資源分布以及變化情況信息，明確農村宅基地以及養殖基地等的土地利用類型以及空間格局特性，使得各項規劃建設工作有精準的支持。

自然資源遙感監測體系建設，要面向數據信息的應用需求，進行監測系統與組織系統等的構建，保障監測系統搭建的科學合理化，促使監測技術應用價值的實現。從實踐的角度分析，對現有的自然資源遙感監測系統進行分析，剖析存在的不足與問題，通過進行遙感技術的升級，形成強大的技術支持。對原始數據信息要做好錄入的質量把控，保障細度和質量，促使遙感監測系統應用價值的實現，保障自然資源管理業務的優化開展。除此之外，要做好應用端的管理。明確各個單位和部門的權限，保障數據信息的安全，同時發揮數據信息的價值，促使自然資源遙感監測效益目標的實現[7]。

4 結語

綜上所述，自然資源遙感監測體系建設，要做好定位，確定系統的整體架構，集成關鍵技術，根據監測的需求，開發相應的功能模塊，滿足多樣化需求。對體系構建面臨的技術挑戰與其他困難，要做好組織人力資源與技術研發的投入，促使自然資源管理工作得到優化。