基于遙感技術(shù)的自然資源監(jiān)測(cè)監(jiān)管研究

宋松森

(包頭市自然資源與規(guī)劃信息中心,內(nèi)蒙古 包頭 014010)

伴隨著科學(xué)技術(shù)的不斷提升，我國(guó)衛(wèi)星監(jiān)測(cè)體系持續(xù)向好發(fā)展，目前，資源、高分等系列在軌民用衛(wèi)星不斷成熟完善，吉林、高景等商業(yè)衛(wèi)星的投入使用，進(jìn)一步提升了衛(wèi)星數(shù)據(jù)獲取能力及獲取質(zhì)量，夜光衛(wèi)星、SAR等各類用途衛(wèi)星不斷豐富，衛(wèi)星分辨率不斷提高、重訪周期不斷縮小，多光譜、高光譜、雷達(dá)等技術(shù)手段不斷擴(kuò)展，虛擬衛(wèi)星、衛(wèi)星虛擬組網(wǎng)及各類小衛(wèi)星群的數(shù)據(jù)獲取能力得到有效提升。實(shí)時(shí)中國(guó)、遙感集市以及各類遙感數(shù)據(jù)接入業(yè)務(wù)系統(tǒng)使各類衛(wèi)星應(yīng)用數(shù)據(jù)的應(yīng)用更加便捷化。在衛(wèi)星監(jiān)測(cè)體系取得進(jìn)步的同時(shí)，我國(guó)無(wú)人機(jī)應(yīng)用也進(jìn)入井噴時(shí)期，各類旋翼、固定翼無(wú)人機(jī)以及載具層出不窮，傾斜攝影、熱成像、機(jī)載LIDAR等各類傳感器，使得無(wú)人機(jī)在不同行業(yè)上發(fā)揮相應(yīng)的作用。在以上基礎(chǔ)上，利用各類遙感監(jiān)測(cè)手段，對(duì)自然資源監(jiān)測(cè)監(jiān)管進(jìn)行全天候、無(wú)人化、精細(xì)化管理成為一種高效、節(jié)約、精準(zhǔn)的自然資源管理方式。

1 現(xiàn)狀分析

自然資源監(jiān)測(cè)監(jiān)管是一項(xiàng)自然資源日常管理業(yè)務(wù)，具體由各自然資源所負(fù)責(zé)，傳統(tǒng)手段由基層工作人員，通過(guò)巡查、執(zhí)法等形式發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、整改問(wèn)題。隨著公車改革、機(jī)構(gòu)改革等工作逐步深化，基層自然資源所面臨執(zhí)法人員、車輛不足等問(wèn)題。同時(shí)，傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)監(jiān)察手段周期相對(duì)較長(zhǎng)，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題不夠及時(shí)，對(duì)違法行為不能有效制止，對(duì)監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題不能及時(shí)研判。大量人力、物力的投入，使得監(jiān)測(cè)監(jiān)管工作成本居高不下，而所產(chǎn)出的社會(huì)效益已不能達(dá)到自然資源管理的要求。而遙感技術(shù)是從遠(yuǎn)距離感知目標(biāo)反射或自身輻射的電磁波、可見(jiàn)光、紅外線，對(duì)目標(biāo)進(jìn)行探測(cè)和識(shí)別的技術(shù)，對(duì)解決以上問(wèn)題具有先天優(yōu)勢(shì)。伴隨著我國(guó)國(guó)產(chǎn)遙感技術(shù)的發(fā)展，在成本、效益等各方面已具備為自然資源管理進(jìn)行全天候監(jiān)測(cè)監(jiān)管服務(wù)的能力。精準(zhǔn)結(jié)合多光譜、高光譜、SAR、夜光等技術(shù)特點(diǎn)，分析自然資源監(jiān)測(cè)監(jiān)管對(duì)象的光譜及應(yīng)用特征，對(duì)研究遙感技術(shù)在自然資源監(jiān)測(cè)監(jiān)管領(lǐng)域的應(yīng)用場(chǎng)景和應(yīng)用效益具有重要意義。

2 衛(wèi)星遙感解決方案分析

2.1 輔助自然資源執(zhí)法監(jiān)察

2.1.1 違法建筑監(jiān)測(cè)。通過(guò)AI、圖像識(shí)別與提取等技術(shù)，對(duì)一定周期內(nèi)，建筑物變化區(qū)域進(jìn)行圖斑化自動(dòng)提取，同時(shí)結(jié)合歷年建設(shè)用地報(bào)批、供地業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，對(duì)未履行相關(guān)手續(xù)的疑似建設(shè)行為提出預(yù)警。同時(shí)，可結(jié)合規(guī)劃審批數(shù)據(jù)，通過(guò)太陽(yáng)高度角、建筑物影長(zhǎng)等因素，對(duì)采光、層高等要素進(jìn)行估算，篩選出疑似違法行為，分發(fā)給基層執(zhí)法人員進(jìn)行研判，必要時(shí)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)核實(shí)。

2.1.2 土地閑置監(jiān)測(cè)。通過(guò)與審批系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)，以審批所形成土地供應(yīng)數(shù)據(jù)的范圍作為關(guān)注點(diǎn)，對(duì)目標(biāo)地塊，參照違法建筑監(jiān)測(cè)，結(jié)合人工智能技術(shù)，進(jìn)行提取監(jiān)測(cè)，對(duì)建筑物邊界范圍進(jìn)行前后比對(duì)，在供應(yīng)后一定時(shí)期內(nèi)若未進(jìn)行建設(shè)或未監(jiān)測(cè)到明顯的建筑物變化，進(jìn)行篩選預(yù)警，納入疑似閑置土地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)。

2.1.3 礦山私挖盜采監(jiān)測(cè)。私挖盜采行為多具備夜間作業(yè)、需要大型工程設(shè)備、主要分布在山區(qū)等礦產(chǎn)資源集中的區(qū)域等特點(diǎn)。結(jié)合以上特點(diǎn)，對(duì)重點(diǎn)監(jiān)控區(qū)域，進(jìn)行礦山私挖盜采監(jiān)測(cè)，在生產(chǎn)環(huán)節(jié)，可采用熱紅外、夜光等遙感手段進(jìn)行監(jiān)測(cè)；在運(yùn)輸領(lǐng)域可對(duì)車輛運(yùn)行軌跡進(jìn)行有效監(jiān)控，從而為打擊私挖盜采行為提供線索和證據(jù)。

2.2 耕地保護(hù)監(jiān)測(cè)

2.2.1 耕地非農(nóng)化。結(jié)合高分辨率衛(wèi)星遙感影像，利用建筑物提取等技術(shù)，對(duì)基本農(nóng)田內(nèi)各類疑似違法建筑進(jìn)行智能化提取，并進(jìn)行預(yù)警，結(jié)合建設(shè)用地審批數(shù)據(jù)進(jìn)行后臺(tái)比對(duì)，篩選出破壞耕地行為。對(duì)設(shè)施農(nóng)用地進(jìn)行年度、月度周期性監(jiān)測(cè)監(jiān)控。通過(guò)無(wú)人值守的方式進(jìn)行變化監(jiān)測(cè)。

2.2.2 耕地非糧化。結(jié)合高分辨率遙感影像、高光譜衛(wèi)星等數(shù)據(jù)，尤其“紅邊”波段遙感數(shù)據(jù)，結(jié)合農(nóng)作物波譜特征對(duì)農(nóng)田作物類型、面積進(jìn)行分類估算。并能有效識(shí)別出在耕地范圍內(nèi)非糧化的具體區(qū)域、類型及面積，為耕地保護(hù)監(jiān)督工作提供直接數(shù)據(jù)支撐。

2.2.3 產(chǎn)能動(dòng)態(tài)評(píng)估核算。結(jié)合各類定標(biāo)數(shù)據(jù)，利用高光譜數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)指定作物的產(chǎn)能進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，為農(nóng)用地分等提供動(dòng)態(tài)的評(píng)估數(shù)據(jù)。

2.3 生態(tài)紅線監(jiān)測(cè)

2.3.1 生產(chǎn)活動(dòng)監(jiān)測(cè)。對(duì)自然保護(hù)區(qū)范圍內(nèi)的生產(chǎn)活動(dòng)，通過(guò)可見(jiàn)光、熱紅外、夜光等手段，結(jié)合AI技術(shù)，進(jìn)行生產(chǎn)器械、車輛等圖像的深度學(xué)習(xí)，從而實(shí)現(xiàn)疑似生產(chǎn)活動(dòng)的監(jiān)測(cè)，并記錄其活動(dòng)位置進(jìn)行預(yù)警。

2.3.2 生態(tài)破壞監(jiān)測(cè)。利用SAR雷達(dá)等手段，對(duì)自然保護(hù)區(qū)內(nèi)的山體破壞，人類生產(chǎn)活動(dòng)造成的滑坡、塌方以及沙坑等進(jìn)行監(jiān)測(cè)。發(fā)現(xiàn)疑似破壞行為，及時(shí)預(yù)警，便于通過(guò)人工或者無(wú)人機(jī)巡查等方式進(jìn)行核實(shí)，提升發(fā)現(xiàn)問(wèn)題的及時(shí)性。

2.3.3 荒漠化趨勢(shì)監(jiān)測(cè)。結(jié)合可見(jiàn)光、高光譜等多種類型的遙感數(shù)據(jù)，對(duì)草原、耕地進(jìn)行月度、年度對(duì)比，通過(guò)提取技術(shù)和分類，判斷草原、耕地荒漠化的趨勢(shì)以及具體位置，為做好自然資源精細(xì)化管理提供數(shù)據(jù)支撐。

2.4 日常自然資源管理工作支撐

對(duì)關(guān)注度比較高的收儲(chǔ)、拆遷、建設(shè)等重點(diǎn)區(qū)域范圍，提供月度高分辨率遙感影像。為業(yè)務(wù)會(huì)審、土地儲(chǔ)備相關(guān)會(huì)議提供動(dòng)態(tài)影像支撐，能夠直觀地反映重點(diǎn)項(xiàng)目區(qū)域周邊配套、區(qū)位以及土地縣城情況，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)決策分析的支撐。

按季度提供高分辨率衛(wèi)星影像(如高景系列)，為日常各類自然資源管理(如：不動(dòng)產(chǎn)指認(rèn)、業(yè)務(wù)圖件制作等)業(yè)務(wù)提供工作底圖。必要時(shí)可結(jié)合高分多模數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)城市建筑傾斜攝影。尤其是城市周邊工業(yè)園區(qū)等區(qū)域，可利用衛(wèi)星數(shù)據(jù)獲取的周期短、成本低等特點(diǎn)，生成衛(wèi)星傾斜攝影數(shù)據(jù)，對(duì)城市重點(diǎn)區(qū)域的精細(xì)化建模進(jìn)行補(bǔ)充完善，便于直觀反映城市內(nèi)部的建設(shè)情況，尤其是在建筑方案審查時(shí)，可以直觀分析建筑的光照、通視、與周圍建筑風(fēng)格的融合程度、對(duì)天際線的影響等內(nèi)容，為自然資源精細(xì)化管理提供支撐。

3 地基、空基遙感監(jiān)測(cè)方案

3.1 無(wú)人機(jī)

可以探索利用無(wú)人機(jī)等手段，實(shí)現(xiàn)對(duì)重點(diǎn)區(qū)域的巡邏，同時(shí)，通過(guò)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、深度學(xué)習(xí)等人工智能技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)工程設(shè)備、礦山機(jī)械、運(yùn)輸車輛等目標(biāo)的自動(dòng)識(shí)別，實(shí)現(xiàn)對(duì)違法行為的早發(fā)現(xiàn)、早預(yù)警。可搭載熱紅外監(jiān)測(cè)載具，實(shí)現(xiàn)對(duì)火源、熱源的監(jiān)測(cè)跟蹤。通過(guò)搭載激光LIDAR，實(shí)現(xiàn)對(duì)重點(diǎn)監(jiān)控范圍內(nèi)的礦山開(kāi)采地形進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

3.2 高空攝像頭

高空攝像頭監(jiān)控可以在重點(diǎn)區(qū)域結(jié)合鐵塔搭載高空攝像頭，實(shí)現(xiàn)對(duì)大范圍違法行為的監(jiān)控。同時(shí)，結(jié)合GIS平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)疑似違法行為發(fā)現(xiàn)坐標(biāo)實(shí)時(shí)提取，同時(shí)與自然資源管理業(yè)務(wù)系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)動(dòng)，及時(shí)調(diào)閱審批數(shù)據(jù)，分析是否具備相關(guān)審批手續(xù)、是否占用基本農(nóng)田、是否符合土地利用總體規(guī)劃等，對(duì)不符合相關(guān)政策的建設(shè)行為及時(shí)預(yù)警、及時(shí)制止。

將以上監(jiān)測(cè)監(jiān)控手段，結(jié)合自然資源“一張圖”，進(jìn)行地理空間位置的提取，實(shí)現(xiàn)對(duì)違法行為的網(wǎng)格化管理，建立監(jiān)控、指揮中心，實(shí)現(xiàn)24h不間斷、全方位監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)疑似違規(guī)行為，依法及時(shí)處置。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)以上手段，可有效解決自然資源監(jiān)測(cè)監(jiān)管過(guò)程中面臨的車輛人員不足、效率不高的問(wèn)題，提升執(zhí)法與監(jiān)測(cè)的自動(dòng)化水平，縮短了發(fā)現(xiàn)周期，通過(guò)地基、空基、天基多種遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)，根據(jù)監(jiān)測(cè)監(jiān)管對(duì)象的光譜及雷達(dá)特征，實(shí)現(xiàn)對(duì)違法行為的早發(fā)現(xiàn)、早制止。根據(jù)長(zhǎng)期積累的遙感數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)土地利用、資源開(kāi)發(fā)、城市演變等自然資源管理內(nèi)容的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，提升自然資源管理水平。