遙感影像在耕地保護中的應用研究

張方方

（微山縣自然資源和規劃局，山東 微山 277600）

我國是一個人口大國，糧食消耗量也位居世界第一，捍衛糧食安全已經成為當前階段我國農業產業發展的重要任務。自從改革開放之后，隨著工業、服務業的快速發展，農業產業附加值占據我國GDP 的比重不斷增加，在土地資源配置中，用于工業、服務業的土地規模不斷增加，農業用地持續降低。為確保我國的糧食安全，黨中央國務院明確劃定了18 億畝耕地紅線，同時出臺了一系列法律法規進一步加強了對耕地的保護力度。然而，在經濟利益的驅動下，侵犯耕地的情況時有發生，為此，加強現代科學技術在耕地保護中的應用就顯得尤為重要。遙感技術能夠通過影像來快速獲得土地的使用情況，從而了解耕地的實際狀況，以便相關部門迅速開展治理工作。加強遙感技術在耕地保護中的應用也已經成為當前階段我國耕地保護工作的必由之路。為此，在本文的研究當中，筆者結合自己的實際工作經驗，并查閱相關文獻，對遙感影像技術在耕地保護中的應用這一課題展開了深入的研究與分析。

1 現階段我國耕地保護現狀分析

1.1 耕地總量大，但人均耕地量低

第三次全國國土調查結果顯示，2019 年年底，我國耕地面積為19.18 億畝，人均耕地面積只有1.36 畝，不足世界平均水平的40%。盡管雜交水稻等現代化育種技術的推廣、現代化農業種植的發展已經從根本上解決了我國的糧食安全問題，但農業耕地作為民生保障的重要基礎，必須要不斷加強保護。在“國土三調”成果基礎上，自然資源部會同有關部門聯合編制《全國國土空間規劃綱要（2021-2035 年）》，先行在我國6 省（市）按照耕地和永久基本農田紅線、生態保護紅線和城鎮開發邊界的優先序開展了“三區三線”劃定試點，截至2022 年12 月，包括山東在內的“三區三線”成果正式啟用的省（市）總數已達20 個。設立耕地“進出平衡”制度，并有計劃、有目標、有節奏地推動耕地恢復，只要統籌安排，嚴格管控，完全可以守牢18億畝耕地紅線。

1.2 耕地占補平衡存在缺陷

隨著我國城鎮化建設進程的不斷加速，非農業用地需求持續增加，這就導致耕地被占用，耕地面積持續減少。為此，我國制定了耕地“占補平衡”，即“占一補一”的政策。當耕地用途被轉化為非農業用地之后需要通過其他途徑解決被占用耕地的面積缺額，從而守住18 億畝耕地紅線。然而，在經濟效益的驅動下，耕地占補平衡政策的執行存在一定的缺陷，具體主要表現在如下兩個方面：一方面是占優補劣。部分優質耕地被轉化為非農業用地，但補足的耕地則為劣質耕地，地力不足，從而造成了耕地質量的下降。另一方面則是單純的經濟補償。為解決部分地區用地矛盾，耕地占補平衡政策也允許可以采用貨幣補貼等方式來補償，在實際中貨幣補償原則被嚴重濫用，從而導致在部分地區尤其是在城市近郊地區耕地被大量占用。基于耕地占補平衡存在缺陷，2021 年11 月27 日，自然資源部、農業農村部、國家林業和草原局共同印發《關于嚴格耕地用途管制有關問題的通知》（自然資發〔2021〕166 號），明確對耕地轉為其他農用地及農業設施建設用地實行年度“進出平衡”，即“轉一補一”，耕地保護正式由“占補平衡”進入“占補平衡”+“進出平衡”階段，耕地用途管制更加嚴格。

1.3 耕地質量保護有待提升

第三次全國國土調查結果顯示，2019 年年底，我國耕地面積為19.18 億畝，人均耕地面積只有1.36 畝，不足世界平均水平的40%。同時，我國耕地資源空間分布不均衡，總體質量不高，超過一半的耕地靠天收。我國的耕地保育技術落后，資金不足，對耕地的保護開墾工作不積極，化肥用量高、利用率低、施肥比例不合理、重金屬污染等情況嚴重。基于我國目前的耕地質量的情況，我國開始大力開展耕地地力保育工程，提高耕地保育技術，合理耕種。推廣秸稈還田技術，補充和平衡耕地養分，改善土壤理化性質和生物學性質，同時增加有機肥，推廣綠肥種植技術，挖掘現有的耕地潛力。珍惜每一寸珍貴的土地資源，做到資源的綜合利用制度。

2 加強遙感技術在耕地保護中應用的必要性

2.1 遙感技術的原理

遙感技術是通過在大氣層內部飛行的飛行器來獲得地面上指定目標電磁輻射信息，從而對地面環境與資源情況進行查看的一種現代化技術。遙感技術的基本原理是基于不同物體的光譜影像特點來識別具體的物體圖像，從而對環境進行遠距離勘察。在早期，遙感技術大多基于衛星來實現，通過衛星捕捉電磁波成像，這種遙感技術由于距離較遠，電磁波能量耗損相對較大，從而導致成像質量不高。近年來，隨著飛行器的不斷發展，航拍技術不斷進步，遙感成像的清晰度大幅度提升，遙感技術應用于耕地保護的條件已經成熟。[1]

2.2 遙感技術提升了耕地保護的效率

遙感影像技術在耕地保護中的應用最突出的優勢在于解決了地面調查的時空束縛，能夠直接通過影像來確定耕地情況，并建立耕地檔案從而及時對發生變化的耕地情況進行調查分析，快速找到可能被破壞的耕地范圍。傳統以走訪調查、信訪舉報為基礎的耕地保護需要耗費大量的人力物力，且時效性過低已經無法滿足時代的發展需求。基于遙感技術的耕地保護能夠大幅度提升耕地保護的效率。此外，隨著GIS 技術與遙感技術的融合發展，耕地保護的效率能夠得以進一步提升。[2]

2.3 打造自動化、智能化耕地保護新機制

傳統以遙感圖像為主的監測技術只能采用單機化圖像處理，雖然信息采集效率得以提升，但后期的數據處理依然需要占據大量的時間。GIS 技術與遙感技術的融合為耕地保護提供了一個新平臺，近年來，隨著物聯網、人工智能等現代化信息技術在遙感技術中的滲透，遙感數據自動化采集技術已經基本趨于成熟，同時后期數據處理的智能化水平大幅度提升。甚至可以基于特定系統實現對指定環境目標的動態監測，不僅有效避免了后期大量的數據處理，同時也提升了監測效率。這就使得耕地保護能夠構建自動監測系統，從而構造了一種新型保護機制。[3]

3 遙感影像技術應用于耕地保護的基本技術路徑

根據當前階段遙感影像技術的特征，將其應用于耕地保護的基本技術路徑如下：

3.1 利用遙感技術對所需要勘測的耕地進行遠距離的勘察

目前，在耕地保護遙感測量中既有大范圍的衛星遙感遠距離勘測，也有基于航拍無人機的小范圍勘測。不管采用何種遙感測繪技術，都是在測繪飛行器上搭設一個信息空間站，并通過傳感器獲得信息并傳輸到空間站，最后發送到地面進行數據處理分析。衛星遙感航測最大的優勢在于監測的范圍廣，能夠滿足大范圍耕地監測的需求。通過衛星遙感，可以對耕地進行動態巡查，并保證監測工作的時效性，滿足周期性監測需求。

3.2 基于直升機、無人機等飛行工具的近距離耕地勘測

遠距離的遙感技術雖然能夠實現大范圍的勘測，從宏觀上堅守耕地保護底線，但在精確方面卻存在明顯缺陷，近距離的遙感技術應用則有效克服了這一缺陷，從而使得其在耕地權屬審查方面具有較為廣泛的應用。通過近距離的遙感技術能夠了解耕地的實際種植情況，并結合耕地的用地手續、登記類型等從而對耕地的實際使用情況進行多方面的核對檢驗。如果發現耕地存在被非法占用，則可以立即通知相關部門進行監察執法并監督整改，同時通過近距離遙感所得到的影像可以作為執法依據。對于審核變動了用途的耕地，也可以通過近距離遙感技術對耕地的使用面積進行核驗，謹防出現違規擴大耕地性質變更等情況，從而有效保護耕地實際面積。

3.3 構建耕地遙感影像庫，以滿足耕地保護技術升級的需求

實際上，遙感影像技術在耕地保護中的應用就是基于遙感圖像的方式來實現的，通過不同圖像的確認、配準與校正，從而對耕地的使用變化情況進行分析，以確定耕地是否處于合理利用的范圍之內，對比同一耕地在不同時期的遙感影像，可以明顯發現在早期此耕地的耕種范圍明顯更大，后期耕地的“非糧化”現象逐漸突出。通過構建耕地遙感影像庫，不僅能滿足當下的實際需求，同時也為后期現代化信息技術在耕地保護中的應用奠定了必要的基礎。[4-5]

4 基于遙感影像的耕地保護發展策略研究

在上文的研究當中，筆者分析了我國耕地保護的現狀與遙感技術應用于耕地保護的必要性，并分析了具體的技術應用路徑，下文當中將對當前階段遙感影像技術應用于耕地保護的具體發展策略展開進一步的探索。

4.1 強化智能化技術應用

隨著數據處理技術的不斷發展，遙感影像技術所獲得的后臺數據處理效率已經得到了大幅度提升，但總的來說，遙感影像的后臺數據處理依然需要消耗大量的人力、物力，從而導致時效性無法滿足要求，工作效率不高。從遙感影像技術在耕地保護的基本原理與實際應用場景來看，其本質就是圖像的對比分析，在基于遙感影像樣本庫建設完成的基礎之上，可以進一步加強人工神經網絡、云計算、計算機視覺分析等現代化信息技術應用，構建智能化耕地監測平臺，并將平臺與相關行政管理平臺的業務管理系統鏈接起來，允許平臺自動對耕地保護情況進行研判，必要時可以直接向相關管理部門發出預警信號，實現更徹底的智能化耕地保護。[6]

4.2 完善基于GIS 的遙感耕地保護平臺建設

GIS 技術的發展為遙感影像技術的情景落地提供了有效的信息平臺，通過GIS 技術能夠有效實現對地表空間的管理，基于GIS 技術的遙感影像技術能夠為耕地管理提供一個可視化的操作平臺，從而便于耕地管理。目前，GIS 技術在各個領域中的應用已經較為廣泛，但在耕地管理中的應用則依然存在著較大的欠缺，為此，在當下應充分發揮GIS 技術優勢，不斷強化GIS技術聯合遙感影像技術在耕地保護中的應用。

一方面，要重視數據規劃，提升信息流的兼容性。應兼顧GIS 軟件與國土空間規劃“一張圖”系統之間的技術特點，制定耕地保護數據信息標準格式，提升信息流的宏觀兼容性。

另一方面，應基于GIS 軟件構建耕地三維模型，并以此為基礎開展作為數據庫建設與耕地管理的技術基礎。[7]

4.3 進一步提升遙感成像技術，實現對耕地質量的有效治理

基于遙感影像的耕地管理，主要是基于植被的光譜特性與外形來識別植被，從而判斷耕地是否出現了“非農化”現象。目前的遙感技術難以有效識別植被的具體類別，從而使得耕地的低效利用、土地荒廢等現象層出不窮，這些實際上也造成了耕地資源的嚴重浪費。為此，應結合地方農業產業特色，構建植被樣本庫，并以此為基礎提升遙感成像質量，從而有效判別出耕地種植情況，提升耕地管理質量。[8]

5 結語

糧食安全是社會發展的根本基礎，也是關切人民群眾切身利益的民生大計，做好耕地保護工作是功在當代、利在千秋的百年大計。做好耕地保護工作至關重要，為此，在本文的研究當中，筆者通過查閱文獻并結合自己的實際工作經驗，從多個角度分析了遙感影像技術應用于耕地保護的必要性、可行性與具體方法，旨在為促進我國耕地保護工作效率的進一步提升提供借鑒。