衛(wèi)星遙感讓自然資源監(jiān)測(cè)更精準(zhǔn)

◎ 本刊記者 王敏

2019 年12 月30 日，河南省自然資源衛(wèi)星應(yīng)用技術(shù)中心（以下簡(jiǎn)稱河南省衛(wèi)星中心）正式獲得自然資源部批準(zhǔn)建設(shè)，這標(biāo)志著河南省正式納入全國自然資源省級(jí)衛(wèi)星應(yīng)用體系。

履其職，利其器，善其事。一年來，從按需提供影像到衛(wèi)星影像實(shí)時(shí)處理，再到常態(tài)化季度影像生產(chǎn)和變化圖斑提取，建立橫連各廳局、縱貫各市縣的衛(wèi)星遙感應(yīng)用技術(shù)體系，河南省衛(wèi)星中心按照“資源共享 務(wù)實(shí)管用”的目標(biāo)，圍繞自然資源主責(zé)主業(yè)，兼顧其他行業(yè)需求，不斷增強(qiáng)遙感影像統(tǒng)籌服務(wù)能力，推動(dòng)衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)高效利用，助力河南省自然資源廳實(shí)現(xiàn)所有業(yè)務(wù)在“一張圖”上疊加遙感影像“來批、來看、來監(jiān)管”，開創(chuàng)了支撐服務(wù)自然資源監(jiān)測(cè)監(jiān)管的新局面。

構(gòu)建應(yīng)用技術(shù)體系拓展衛(wèi)星遙感應(yīng)用服務(wù)

2019 年底，河南省自然資源廳廳長張興遼到省測(cè)繪地理信息局調(diào)研時(shí)，對(duì)衛(wèi)星遙感影像統(tǒng)籌工作提出明確要求：“要打破傳統(tǒng)、保守的思維方式，堅(jiān)持公益和以用為先原則，為政府相關(guān)部門免費(fèi)推送遙感衛(wèi)星影像等數(shù)據(jù)產(chǎn)品。抓緊打通衛(wèi)星遙感影像數(shù)據(jù)推送環(huán)節(jié)，盡快構(gòu)建衛(wèi)星遙感影像統(tǒng)籌服務(wù)團(tuán)隊(duì)，拓展衛(wèi)星遙感應(yīng)用服務(wù)領(lǐng)域，提高服務(wù)水平和科技創(chuàng)新能力，夯實(shí)自然資源管理基礎(chǔ)建設(shè)工程根基。”

在河南省測(cè)繪地理信息局黨委書記、局長劉濟(jì)寶的帶領(lǐng)下，河南省測(cè)繪地理信息局不斷加強(qiáng)衛(wèi)星中心建設(shè)，優(yōu)化影像處理流程，調(diào)整作業(yè)模式，由按需提供影像，轉(zhuǎn)變成衛(wèi)星影像實(shí)時(shí)處理、定期制作鑲嵌產(chǎn)品、專題產(chǎn)品專題制作，建立了一套完整的衛(wèi)星遙感產(chǎn)品體系，可面向不同用戶需求提供各種尺度級(jí)別的衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)，大大提高了衛(wèi)星影像產(chǎn)品服務(wù)的響應(yīng)速度。

河南省衛(wèi)星中心，設(shè)在河南省測(cè)繪地理信息局直屬單位省遙感測(cè)繪院。近日，記者走進(jìn)衛(wèi)星中心，了解當(dāng)前河南省衛(wèi)星遙感技術(shù)體系建設(shè)情況，只見數(shù)十名技術(shù)人員正在緊張地忙碌著，有的在處理影像，有的在對(duì)比變化圖斑。

“我們今天從部衛(wèi)星中心一共接收了10 景遙感影像。現(xiàn)在我正在對(duì)這些影像進(jìn)行數(shù)據(jù)平差處理，將全色波段的高分辨率和多光譜影像的彩色進(jìn)行融合，進(jìn)而生成單景正射影像?！奔夹g(shù)人員李瑞峰告訴記者，河南省衛(wèi)星中心每天有專人負(fù)責(zé)衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)的接收和處理，日常接收數(shù)據(jù)需1 ～2 天完成單景正射糾正，以便及時(shí)滿足各部門需求。

“按照省自然資源廳要求，我們還以縣（市、區(qū)）為單元，實(shí)現(xiàn)了覆蓋全省2 米級(jí)鑲嵌影像每季度制作一次，并于下一季度首月20 日前推送至廳業(yè)務(wù)處室；覆蓋全省亞米級(jí)鑲嵌影像半年制作一次，并于下半年首月分享至相關(guān)單位。”河南省衛(wèi)星中心數(shù)據(jù)處理部主任王俊介紹。

以全省自然資源動(dòng)態(tài)遙感監(jiān)測(cè)監(jiān)管項(xiàng)目為契機(jī)，河南省衛(wèi)星中心建立了橫連各廳局、縱貫各市縣的衛(wèi)星遙感應(yīng)用技術(shù)體系，接入自然資源專網(wǎng)，打通了省、市、縣網(wǎng)絡(luò)鏈路，向電子政務(wù)中心等廳屬單位推送正射影像產(chǎn)品和變化圖斑等地圖服務(wù)。

“遙感影像在全省自然資源系統(tǒng)內(nèi)得到共享，各技術(shù)支撐單位圍繞具體對(duì)象和目標(biāo)開展自然資源專項(xiàng)監(jiān)測(cè)監(jiān)管，并將結(jié)果與影像一并向市、縣推送，實(shí)現(xiàn)了全省影像和應(yīng)用的省、市、縣全覆蓋?！焙幽鲜∵b感測(cè)繪院院長、河南省衛(wèi)星中心管理委員會(huì)副主任武永斌說，“目前，自然資源系統(tǒng)內(nèi)的數(shù)據(jù)共享和應(yīng)用已形成常態(tài)化機(jī)制，整個(gè)技術(shù)體系已基本形成并順利運(yùn)轉(zhuǎn)。衛(wèi)星中心已初具規(guī)模，內(nèi)部設(shè)有數(shù)據(jù)處理、創(chuàng)新研發(fā)、成果管理、應(yīng)用服務(wù)等6 個(gè)部門，配備了固定人員20 人，專職負(fù)責(zé)衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)的常態(tài)化接收、管理與實(shí)時(shí)加工處理，機(jī)動(dòng)人員30 人，根據(jù)數(shù)據(jù)深加工需要參與動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)專題產(chǎn)品生產(chǎn)?！?/p>

● 加工處理遙感影像

在武永斌看來，新的職能任務(wù)要求下，河南省衛(wèi)星中心有四大定位。一是服務(wù)好自然資源主責(zé)主業(yè)，保障好山水林田湖草等各業(yè)務(wù)領(lǐng)域?qū)b感的應(yīng)用需求。同時(shí)兼顧其他行業(yè)需求，及時(shí)提供分發(fā)數(shù)據(jù)。二是提供遙感數(shù)據(jù)的專業(yè)化加工和處理服務(wù)，最大程度降低用戶使用門檻，避免重復(fù)加工、生產(chǎn)。三是提供數(shù)據(jù)解譯分類、變化監(jiān)測(cè)、評(píng)價(jià)報(bào)告等專題產(chǎn)品或深層次應(yīng)用服務(wù)。四是廣泛開展交流培訓(xùn)，把遙感技術(shù)應(yīng)用推廣到相關(guān)業(yè)務(wù)領(lǐng)域和層級(jí)部門，讓越來越多的單位享用應(yīng)用成果。

● 調(diào)研遙感影像需求

據(jù)統(tǒng)計(jì)，2020 年度河南省衛(wèi)星中心累計(jì)為自然資源及其他行業(yè)提供原始影像1400景，正射影像3264景，鑲嵌影像330 萬平方公里，實(shí)現(xiàn)了立足自然資源監(jiān)測(cè)監(jiān)管，輻射省內(nèi)其他行業(yè)領(lǐng)域的統(tǒng)籌、共享服務(wù)目標(biāo)。

按季度提取變化圖斑有效支撐自然資源監(jiān)測(cè)監(jiān)管

建立總體的自然資源監(jiān)測(cè)監(jiān)管體系是履行“兩統(tǒng)一”職責(zé)的基本需求，是提升自然資源治理能力和治理水平的迫切要求，自然資源監(jiān)管工作跟不上，行使“兩統(tǒng)一”職責(zé)就無從談起。

“要充分發(fā)揮衛(wèi)星遙感在自然資源監(jiān)測(cè)監(jiān)管中的基礎(chǔ)支撐作用，努力把動(dòng)態(tài)遙感監(jiān)測(cè)監(jiān)管打造成河南省自然資源廳的一項(xiàng)重要治理手段，實(shí)現(xiàn)所有業(yè)務(wù)在‘一張圖’基礎(chǔ)上疊加遙感影像‘來批、來看、來監(jiān)管’。”2020 年2 月25 日，在動(dòng)態(tài)遙感監(jiān)測(cè)支撐自然資源日常監(jiān)管工作推進(jìn)會(huì)上，河南省自然資源廳廳長張興遼如是要求。

“動(dòng)態(tài)遙感監(jiān)測(cè)監(jiān)管是一項(xiàng)開創(chuàng)性、全局性、綜合性工作，旨在圍繞自然資源保護(hù)與利用、生態(tài)保護(hù)與修復(fù)等領(lǐng)域，充分利用衛(wèi)星遙感影像，實(shí)現(xiàn)及時(shí)掌握地表變化信息、發(fā)現(xiàn)預(yù)警問題、整改處置到位、優(yōu)化政策措施的目標(biāo)，做到及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題、及時(shí)防范糾偏，變被動(dòng)修復(fù)為主動(dòng)保護(hù)，變末端治理為前端防護(hù)?！焙幽鲜y(cè)繪地理信息局副局長、河南省衛(wèi)星中心管理委員會(huì)主任毛忠民介紹。

按照省自然資源廳部署，遙感影像和變化監(jiān)測(cè)信息由河南省測(cè)繪地理信息局統(tǒng)一提供。河南省衛(wèi)星中心發(fā)揮數(shù)據(jù)獲取和加工的能力優(yōu)勢(shì)，按季度加工處理遙感影像，開展變化圖斑監(jiān)測(cè)，制作全省影像“一張圖”。

“我們采用2 米和0.8 米分辨率的國產(chǎn)衛(wèi)星遙感影像，每季度對(duì)照上一季度影像，對(duì)全省150 平方米以上的耕地、園地、林地、草地、濕地等10 類新增或變化的全要素地表信息類別進(jìn)行提取，生成疑似變化圖斑，制作影像地圖切片，向廳動(dòng)態(tài)遙感監(jiān)測(cè)監(jiān)管平臺(tái)提供在線調(diào)用和轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)，橫向推送6 家技術(shù)支撐單位，保障各專項(xiàng)監(jiān)測(cè)監(jiān)管工作開展，縱向?qū)⑦b感監(jiān)測(cè)結(jié)果推送至市縣自然資源部門?！蓖蹩≌f。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，河南省衛(wèi)星中心今年已累計(jì)為各廳局直屬單位和地市業(yè)務(wù)相關(guān)單位推送2020 年第一季度、第二季度、第三季度按縣域鑲嵌正射影像；共計(jì)提取變化圖斑48.8 萬個(gè)，其中第一季度33.7 萬個(gè)，第二季度7.4 萬個(gè)，第三季度7.7 萬個(gè)。

“以往監(jiān)測(cè)工作周期長、頻率低，時(shí)間相對(duì)滯后，難以做到早發(fā)現(xiàn)、早制止，尤其是破壞類、建設(shè)類違法行為，時(shí)間越久，執(zhí)法難度越大?！蓖蹩〗榻B，按季度提取變化圖斑，生成地表覆蓋遙感監(jiān)測(cè)成果，有效彌補(bǔ)了自然資源部國土衛(wèi)星遙感應(yīng)用中心統(tǒng)一推送變化圖斑的時(shí)效性，進(jìn)一步提高了監(jiān)測(cè)效率與精度，還實(shí)現(xiàn)了新增建設(shè)變化的“早發(fā)現(xiàn)”，為違法建設(shè)用地的“早制止、嚴(yán)查處”提供了有效支撐，大大提升了河南省自然資源監(jiān)測(cè)監(jiān)管能力。

此外，還能利用變化圖斑分析耕地、產(chǎn)業(yè)聚集區(qū)、礦山、生態(tài)保護(hù)修復(fù)情況?！耙陨鷳B(tài)保護(hù)修復(fù)監(jiān)測(cè)情況為例，南太行地區(qū)生態(tài)修復(fù)總面積7.48 萬畝，其中，今年上半年恢復(fù)新增耕地1.14 萬畝，恢復(fù)新增林地0.99 萬畝，恢復(fù)新增草地1.37 萬畝?！蓖蹩∨e例說。

● 基于深度學(xué)習(xí)提取存量房屋示例

引進(jìn)人工智能影像識(shí)別技術(shù)讓亂占耕地建房行為無所遁形

自農(nóng)村亂占耕地建房整治行動(dòng)開展以來，河南省堅(jiān)持嚴(yán)控新增與摸排存量同步推進(jìn)，歷時(shí)約兩個(gè)半月完成了246.91 萬個(gè)疑似建房點(diǎn)位的外業(yè)核查、內(nèi)業(yè)整理，已于11 月30 日順利向國家匯交了摸排成果。這背后離不開衛(wèi)星遙感這一“天眼”的技術(shù)支持。

“早在今年4 月份，河南省衛(wèi)星中心就接到了省自然資源廳執(zhí)法監(jiān)督局的任務(wù)，為全省農(nóng)村亂占耕地建房排查整治提取疑似違建圖斑?！蓖蹩「嬖V記者，彼時(shí)，國家尚未下達(dá)具體的工作方案，一切都是摸著石頭過河，“我們?cè)卩P縣、長垣、蘭考三個(gè)縣（市）開展試點(diǎn)，利用遙感和地理信息技術(shù)，通過樣本訓(xùn)練、人機(jī)交互等方式，建立了高效的圖斑核查技術(shù)方法，助力形成摸底排查‘五步工作法’?！?/p>

2020 年7 月，為認(rèn)真貫徹落實(shí)全國農(nóng)村亂占耕地建房問題整治工作電視電話會(huì)議精神，堅(jiān)決遏制農(nóng)村新增亂占耕地建房行為，河南省正式開展農(nóng)村亂占耕地建房問題整治行動(dòng)，并推出五步工作法。根據(jù)該方法，9 月18 日前須圈定全省2013 年以來耕地及新增耕地范圍，標(biāo)定疑似違法建房點(diǎn)位，統(tǒng)一制作全省摸排工作范圍底圖。

時(shí)間緊，任務(wù)重，早一天圈定范圍、下發(fā)底圖，就能為后續(xù)摸排留出更多時(shí)間。河南省衛(wèi)星中心積極引進(jìn)人工智能影像識(shí)別技術(shù)，摸索、總結(jié)出了一條行之有效的疑似違法圖斑提取技術(shù)路線。

在摸清存量方面，首先，收集全省最新遙感影像、土地調(diào)查數(shù)據(jù)、年度土地變更調(diào)查數(shù)據(jù)、永久基本農(nóng)田等數(shù)據(jù)，基于深度學(xué)習(xí)自動(dòng)解譯方式，采用專業(yè)系統(tǒng)自動(dòng)提取出全省耕地范圍內(nèi)的建筑物圖斑；其次，疊加河南省合法審批數(shù)據(jù)、增減掛鉤數(shù)據(jù)，自動(dòng)擦除耕地范圍內(nèi)合法建筑物圖斑 ；再次，利用人工目視方法，修正誤判和漏判的建筑物圖斑，最終得到全省158 個(gè)縣（市、區(qū)）2013 年至2020 年7 月3 日疑似亂占耕地建房圖斑，共計(jì)118 萬余個(gè)，通過“河南省清查整治專項(xiàng)行動(dòng)管理系統(tǒng)”下發(fā)各地核實(shí)舉證。

“采用深度學(xué)習(xí)自動(dòng)解譯技術(shù)，以自動(dòng)提取與監(jiān)測(cè)為主、人工交互編輯作業(yè)為輔，僅用11 天便完成了此項(xiàng)工作，大大提高了工作效率。而傳統(tǒng)遙感解譯技術(shù)主要依賴人工判讀和半自動(dòng)化軟件解譯，大約要一兩個(gè)月方能獲取全省疑似亂占耕地建房范圍?！蓖蹩≌f。

在遏制增量房方面，河南省衛(wèi)星中心利用每天實(shí)時(shí)接收的最新遙感影像，套合耕地范圍，對(duì)比2020 年第二季度衛(wèi)星影像，不間斷更新提取2020 年7 月3 日以來耕地范圍內(nèi)的新增房屋疑似圖斑，并將其分為公共管理類、產(chǎn)業(yè)類、沿路房屋、新農(nóng)村建設(shè)房、村莊外圍房、零星散列房六大類。截至目前，已向省自然資源廳提供17 批次成果數(shù)據(jù)，核查圖斑13758 個(gè)，輔助遏制新增現(xiàn)象，提高日常違法建筑的處理效率，達(dá)到防違控違的效果。

“各地在實(shí)地核實(shí)時(shí)，有許多房屋無法提供準(zhǔn)確建筑時(shí)間，導(dǎo)致許多圖斑都填寫為2013 年前建設(shè)。”王俊告訴記者，河南省衛(wèi)星中心利用2012 年、2013年的遙感影像，對(duì)全省4.7 萬個(gè)系統(tǒng)填報(bào)為2013 年前建設(shè)的圖斑進(jìn)行內(nèi)業(yè)人工影像判讀核查，制作多期影像對(duì)比成果資料，以確認(rèn)該類房屋建設(shè)的準(zhǔn)確時(shí)間。

此外，河南省衛(wèi)星中心還制作了全省50077 個(gè)行政村的農(nóng)村亂占耕地建房問題摸排專題圖，圖幅內(nèi)容包括利用三調(diào)初始全省行政村界裁剪的亞米影像、全省耕地范圍、外業(yè)摸排上傳的疑似違法圖斑，著重突出各行政村的耕地范圍和疑似亂占耕地建房的位置分布等信息，為外業(yè)實(shí)地核查提供工作底圖。

“農(nóng)村亂占耕地建房整治工作是一場(chǎng)持久戰(zhàn)，我們將持續(xù)開展遙感影像自動(dòng)化處理、解譯與變化提取試驗(yàn)研究，讓守望耕地的千里眼真正變成慧眼，堅(jiān)決遏制新增農(nóng)村亂占耕地建房行為，牢牢守住耕地保護(hù)紅線?！泵颐裾f。

作為一種高效的對(duì)地觀測(cè)技術(shù)，衛(wèi)星遙感視點(diǎn)高、視域廣，數(shù)據(jù)采集快，可重復(fù)、連續(xù)觀察，在自然資源監(jiān)測(cè)監(jiān)管方面具有傳統(tǒng)方法無法比擬的優(yōu)勢(shì)?！跋乱徊剑覀儗⑦M(jìn)一步加強(qiáng)河南省衛(wèi)星中心的能力建設(shè)，完善變化發(fā)現(xiàn)、自動(dòng)解譯技術(shù)體系，提升遙感影像數(shù)據(jù)獲取、處理和加工能力；加強(qiáng)與遙感相關(guān)企業(yè)、科研院所的合作，豐富衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)資源，提高監(jiān)測(cè)頻率 ；立足自然資源面向社會(huì)各領(lǐng)域，拓展和提升衛(wèi)星遙感應(yīng)用服務(wù)的廣度和與深度，向社會(huì)公眾提供更加優(yōu)質(zhì)的衛(wèi)星遙感應(yīng)用產(chǎn)品服務(wù)。”毛忠民如是說。