市級(jí)自然資源調(diào)查監(jiān)測(cè)體系構(gòu)建探索
——以徐州市為例

楚 亮,董士玲,付麗莉,徐 雷

(1.徐州市自然資源和規(guī)劃局，江蘇 徐州 221006;2.中國(guó)礦業(yè)大學(xué)環(huán)境與測(cè)繪學(xué)院，江蘇 徐州 221116；3.江蘇中天吉奧信息技術(shù)股份有限公司，江蘇 徐州 221008)

0 引言

調(diào)查監(jiān)測(cè)各類型自然資源的數(shù)量、質(zhì)量、分布和權(quán)屬是自然資源管理的基本要求。自然資源調(diào)查是指采用一定的技術(shù)方法了解自然資源的現(xiàn)狀和全貌信息[1]。自然資源監(jiān)測(cè)是指在自然資源本底數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，掌握自然資源的自身變化及人類活動(dòng)引起的變化情況[2]。為解決自然資源調(diào)查數(shù)據(jù)由各部門分頭調(diào)查和管理這個(gè)長(zhǎng)久以來(lái)存在的問(wèn)題，自然資源部提出了建立“六統(tǒng)一”的“1+X”型自然資源調(diào)查監(jiān)測(cè)體系，明確了自然資源調(diào)查的目標(biāo)和任務(wù)，調(diào)查監(jiān)測(cè)成果將為我國(guó)自然資源統(tǒng)一管理提供系統(tǒng)、科學(xué)和長(zhǎng)期的依據(jù)[3]。

20世紀(jì)80年代以來(lái)，一些國(guó)家和國(guó)際組織對(duì)本國(guó)/區(qū)域內(nèi)乃至全球尺度的自然資源開(kāi)展了相應(yīng)的調(diào)查或監(jiān)測(cè)活動(dòng)，如：美國(guó)國(guó)家資源清單(National Resources Inventory,NRI)對(duì)土壤、水和相關(guān)環(huán)境資源的專項(xiàng)調(diào)查，旨在每5 a評(píng)估一次美國(guó)非聯(lián)邦土地的狀況和趨勢(shì)，并以此作為決策的基礎(chǔ)[4-5]；俄羅斯自然資源和生態(tài)部在本國(guó)開(kāi)展了地質(zhì)調(diào)查、水文觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)、林用地地籍調(diào)查等項(xiàng)目[6]；中國(guó)生態(tài)系統(tǒng)研究網(wǎng)絡(luò)(Chinese Ecosystem Research Network,CERN)以樣點(diǎn)臺(tái)站的“水、土、氣、生”觀測(cè)為核心，結(jié)合衛(wèi)星遙感開(kāi)展了多要素生態(tài)數(shù)據(jù)采集與分析[7]。2019年起，江蘇省自然資源廳在省內(nèi)部分區(qū)域開(kāi)展了自然資源基礎(chǔ)調(diào)查和專項(xiàng)調(diào)查試點(diǎn)，提出了基于高分辨率影像解譯和現(xiàn)有專項(xiàng)調(diào)查數(shù)據(jù)相結(jié)合的調(diào)查方法[8]。此研究在區(qū)域地表覆蓋調(diào)查監(jiān)測(cè)和特點(diǎn)專項(xiàng)資源的屬性調(diào)查方面取得了一定進(jìn)展，但并未與我國(guó)現(xiàn)有的資源數(shù)據(jù)管理體系相銜接，作為新的調(diào)查工程，不易與延續(xù)多年的土地資源調(diào)查成果相銜接并同步更新。

基于此，本文在研究市級(jí)自然資源調(diào)查監(jiān)測(cè)技術(shù)路線時(shí)，重點(diǎn)關(guān)注自然資源調(diào)查與原有土地調(diào)查數(shù)據(jù)和專項(xiàng)調(diào)查數(shù)據(jù)的銜接方法和聯(lián)動(dòng)更新方法，并以此構(gòu)建市級(jí)自然資源調(diào)查監(jiān)測(cè)體系，并以江蘇省徐州市市區(qū)為例進(jìn)行了試驗(yàn)分析。

1 研究方法

1.1 自然資源分類體系

江蘇省2019年出臺(tái)了《江蘇省自然資源調(diào)查分類(試行)》[9](以下簡(jiǎn)稱《江蘇標(biāo)準(zhǔn)》)，將自然資源根據(jù)其空間功能用途、自然特性和管理屬性進(jìn)行空間利用層分類、自然物層分類和自然資源管理層分類(表1)。

在徐州市區(qū)自然資源調(diào)查工作實(shí)踐中，使用了上述分類標(biāo)準(zhǔn)。具體分類結(jié)構(gòu)如表1所示。

表1 江蘇省自然資源分類Tab.1 Natural resources classification

1.2 自然資源調(diào)查方法

自然資源調(diào)查與土地利用調(diào)查、林業(yè)調(diào)查、水資源調(diào)查、濕地調(diào)查、地理國(guó)情監(jiān)測(cè)之間存在著一定的交叉關(guān)系，本文使用提取再分類的方法開(kāi)展了徐州市區(qū)自然資源“基礎(chǔ)-專項(xiàng)”一體化調(diào)查，可縮短調(diào)查周期，節(jié)省調(diào)查經(jīng)費(fèi)。

自然資源調(diào)查分為基礎(chǔ)調(diào)查和專項(xiàng)調(diào)查，二者具有不同的特點(diǎn)：基礎(chǔ)調(diào)查強(qiáng)調(diào)資源的空間分布、面積等基礎(chǔ)信息[12]，劃定調(diào)查單元后，以調(diào)查斑塊為最小調(diào)查單位，調(diào)查陸表空間層和海洋空間層中的全部自然資源，有利于后續(xù)管理中與其他數(shù)據(jù)進(jìn)行疊加和統(tǒng)計(jì)分析；專項(xiàng)調(diào)查強(qiáng)調(diào)資源的質(zhì)量、類別、結(jié)構(gòu)、生態(tài)功能等特征，著重整合已有的專業(yè)調(diào)查數(shù)據(jù)，并從生態(tài)和資源管理的實(shí)際出發(fā),補(bǔ)充調(diào)查必要的專項(xiàng)屬性。

1.2.1 基礎(chǔ)調(diào)查

第三次國(guó)土調(diào)查(以下簡(jiǎn)稱“三調(diào)”)數(shù)據(jù)相較地理國(guó)情和各類專項(xiàng)資源調(diào)查數(shù)據(jù)而言，現(xiàn)勢(shì)性強(qiáng)、圖形采集精度高、覆蓋面廣[13]，與當(dāng)前地表覆蓋的符合度高，因此市級(jí)自然資源基礎(chǔ)調(diào)查以“三調(diào)”數(shù)據(jù)為主要依據(jù)，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行外業(yè)核實(shí)和自然再分類工作(圖1)。

在“三調(diào)”使用的《第三次全國(guó)土地調(diào)查工作分類》[11]中，存在著一些因復(fù)合管理需求、根據(jù)功能和用途劃分的地類，如公園與綠地，特殊用地中可能含有森林、河流、湖泊、濕地等各類自然資源，這些資源滿足自然資源的定義，若在基礎(chǔ)調(diào)查時(shí)舍棄此類數(shù)據(jù)，將造成自然資源總量統(tǒng)計(jì)上的缺失，也會(huì)對(duì)自然資源生態(tài)影響分析和評(píng)價(jià)造成影響。因此，在徐州市自然資源調(diào)查中，提取了“三調(diào)”數(shù)據(jù)中的公園與綠地等圖斑，利用高分辨率遙感影像進(jìn)行解譯，然后根據(jù)資源類型對(duì)其進(jìn)行再分類，并進(jìn)行實(shí)地核實(shí)。

濕地資源是實(shí)施自然生態(tài)空間用途管制的重要空間，在《第三次全國(guó)土地調(diào)查工作分類》中濕地為一級(jí)類，以索引形式包含紅樹(shù)林地等8個(gè)二級(jí)類，而在濕地調(diào)查國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《濕地分類》[14]中自然濕地還包括了河流和湖泊。基于濕地資源的特殊性，若在陸表空間層中作為一級(jí)類單獨(dú)存在，必然和其他資源產(chǎn)生交叉重疊。因此，本次調(diào)查采用《江蘇標(biāo)準(zhǔn)》，以濕地索引形式，對(duì)《濕地分類》中的濕地進(jìn)行了取舍，將表1“陸表空間層”中的河流水面、森林沼澤、紅樹(shù)林海域等13個(gè)三級(jí)類列入濕地索引。

抽取“三調(diào)”成果中包含自然資源要素的各圖層，并對(duì)部分功能地類進(jìn)行再分類，所有調(diào)查斑塊經(jīng)影像判讀和實(shí)地核實(shí)后，形成自然資源基礎(chǔ)調(diào)查數(shù)據(jù)庫(kù)。

圖1 自然資源調(diào)查技術(shù)路線Fig.1 Technical route of natural resources surveying

1.2.2 專項(xiàng)調(diào)查

在基礎(chǔ)調(diào)查對(duì)“三調(diào)”中的資源圖斑進(jìn)行提取再分類后形成資源調(diào)查斑塊，按照《江蘇標(biāo)準(zhǔn)》并結(jié)合各類型自然資源管理需求，對(duì)每類資源建立專項(xiàng)屬性結(jié)構(gòu)表，從已收集的各類專題資料中抽取相應(yīng)字段屬性填入專項(xiàng)屬性結(jié)構(gòu)表字段，并對(duì)空缺屬性字段進(jìn)行補(bǔ)充調(diào)查，形成自然資源專項(xiàng)調(diào)查數(shù)據(jù)庫(kù)。

1.3 數(shù)據(jù)庫(kù)組織

自然資源調(diào)查不同于傳統(tǒng)土地調(diào)查，各種資源在空間和邏輯上可能存在交叉，因此投影在二維地表空間時(shí)會(huì)出現(xiàn)重疊,宜把資源視為一個(gè)三維“資源體”。在數(shù)據(jù)庫(kù)組織上，將所有的資源按類型分層，以基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)和專項(xiàng)數(shù)據(jù)庫(kù)的形式存在；公共管制界線和權(quán)屬界線作為參考圖層單獨(dú)存放(圖2)，二者均不切割調(diào)查斑塊，在調(diào)查監(jiān)測(cè)結(jié)束后，按權(quán)屬生成匯總表。

圖2 自然資源數(shù)據(jù)庫(kù)組織形式Fig.2 Organization form of natural resources database

1.4 自然資源監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)更新方法

自然資源監(jiān)測(cè)是在一定時(shí)間和空間范圍內(nèi)，利用各種信息采集和處理方法，對(duì)自然資源狀態(tài)進(jìn)行系統(tǒng)的觀察、測(cè)定、記錄、分析和評(píng)價(jià)，以揭示區(qū)域自然資源變動(dòng)過(guò)程中各種因素的關(guān)系和變化的內(nèi)在規(guī)律，展現(xiàn)資源演變軌跡和變化趨勢(shì)，其目的是為各級(jí)資源主管部門和政府提供宏觀和微觀的資源現(xiàn)狀數(shù)據(jù)和動(dòng)態(tài)變化數(shù)據(jù)[15]。

隨著衛(wèi)星傳感器技術(shù)的不斷發(fā)展，高分辨率遙感影像提供了具體豐富的地物信息、光譜信息、空間幾何信息和紋理信息[16]，能夠?yàn)樽匀毁Y源圖形邊界的分類和邊界變化提供極大的支持。2012年以來(lái)，深度學(xué)習(xí)在遙感影像的地表覆蓋分類方面取得了諸多進(jìn)展[17-20]，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)學(xué)習(xí)非人工設(shè)計(jì)的分類特征，既減少了人工干預(yù)，又提高了分類精度，逐漸成為資源地表覆蓋監(jiān)測(cè)的主要技術(shù)手段。

自然資源數(shù)據(jù)庫(kù)建立以后，應(yīng)定期通過(guò)監(jiān)測(cè)活動(dòng)掌握自然資源的變化情況，其在數(shù)據(jù)庫(kù)中的更新包括資源范圍變化更新、資源屬性變化更新以及二者同時(shí)更新3種情況。市級(jí)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)和更新采用基礎(chǔ)調(diào)查和專項(xiàng)調(diào)查同步更新的方法：基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)中的資源范圍變化主要通過(guò)高分辨率遙感影像和深度學(xué)習(xí)算法提取，之后通過(guò)外業(yè)核實(shí)進(jìn)行確認(rèn)并更新；專項(xiàng)屬性的變化可通過(guò)專業(yè)調(diào)查進(jìn)行更新。具體流程見(jiàn)圖3。

圖3 自然資源監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)更新流程Fig.3 Flow chart of natural resources monitoring and data updating

2 實(shí)踐驗(yàn)證

為驗(yàn)證《江蘇標(biāo)準(zhǔn)》以及調(diào)查方法、數(shù)據(jù)庫(kù)組織方法和監(jiān)測(cè)更新方法的有效性和合理性，本文以江蘇省徐州市主城區(qū)和經(jīng)濟(jì)技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)為例，對(duì)調(diào)查監(jiān)測(cè)體系進(jìn)行了驗(yàn)證。

2.1 研究區(qū)概況

徐州市主城區(qū)和經(jīng)濟(jì)技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)總面積約579.29 km2，位于華北平原東南部，屬溫帶季風(fēng)氣候，四季分明。區(qū)內(nèi)自然資源主要有耕地資源、水資源、森林資源及濕地資源。

2.2 調(diào)查分類執(zhí)行與驗(yàn)證

本文調(diào)查實(shí)踐將《第三次全國(guó)土地調(diào)查工作分類》中涉及自然資源的二級(jí)類歸集到《江蘇標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定的自然資源分類中，建立研究區(qū)自然資源類型與“三調(diào)”地類的對(duì)照索引表。如本次調(diào)查的水資源主要為地表水，在研究區(qū)范圍內(nèi)存在河流、湖泊、水庫(kù)、水塘、溝渠和沼澤6種地表水，實(shí)踐中將其歸集到河流水、湖泊水、水庫(kù)水、水塘水和其他地表水5類水資源分類中。再如研究區(qū)范圍內(nèi)存在喬木林、竹林、灌木林和其他林，實(shí)踐中將其細(xì)化為針葉林、闊葉林、針闊混、其他竹林、特殊灌木林5種森林資源，并將桃林、梨林等“三調(diào)”成果中的園地歸集到特殊灌木林。

2.3 自然資源數(shù)據(jù)分析

研究區(qū)內(nèi)自然資源空間分布如圖4所示，自然資源面積統(tǒng)計(jì)匯總?cè)绫?所示。由圖4、表2可知，自然資源按面積統(tǒng)計(jì)由大到小分別為耕地資源、森林資源、水資源和濕地資源。

以森林資源為例，將2018年自然資源調(diào)查中森林資源數(shù)據(jù)與土地利用調(diào)查中林地資源數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比(表3)，森林資源面積(86.17 km2)明顯多于林地面積(22.70 km2)，這是由于2種調(diào)查的分類標(biāo)準(zhǔn)和最小上圖面積均不同，且自然資源調(diào)查側(cè)重反映資源量，土地利用調(diào)查側(cè)重區(qū)分土地利用形式和功能，這也說(shuō)明了開(kāi)展資源調(diào)查并查清資源總量的必要性。

圖4 徐州市自然資源空間分布Fig.4 Spatial distribution of natural resources in Xuzhou City

表2 徐州市區(qū)自然資源面積統(tǒng)計(jì)匯總Tab.2 Statistical summary of urban natural resources areas in Xuzhou City

3 結(jié)論與存在問(wèn)題

3.1 結(jié)論

本文以第三次國(guó)土調(diào)查和各類專項(xiàng)調(diào)查數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)開(kāi)展了市級(jí)自然資源調(diào)查實(shí)踐，對(duì)《江蘇省自然資源調(diào)查分類(試行)》進(jìn)行了驗(yàn)證，并構(gòu)建了自然資源基礎(chǔ)調(diào)查數(shù)據(jù)庫(kù)和專項(xiàng)調(diào)查數(shù)據(jù)庫(kù)。

以徐州市區(qū)為例開(kāi)展的自然資源調(diào)查實(shí)踐，能較好地完成對(duì)區(qū)域內(nèi)自然資源數(shù)量和質(zhì)量的調(diào)查，并具備持續(xù)更新形成多期數(shù)據(jù)集的能力，可作為后續(xù)資源和生態(tài)評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。本研究成果可為地級(jí)市自然資源調(diào)查監(jiān)測(cè)工作提供參考。

3.2 存在問(wèn)題

當(dāng)前自然資源調(diào)查對(duì)專項(xiàng)調(diào)查的廣度和深度界定尚不明確，下一步可探索適合國(guó)家級(jí)、省級(jí)、市級(jí)不同調(diào)查尺度下的專項(xiàng)調(diào)查內(nèi)容，梳理適宜的專項(xiàng)調(diào)查屬性，形成專項(xiàng)調(diào)查規(guī)范。