生產(chǎn)建設(shè)項目水土保持遙感解譯與判別技術(shù)實踐及思考

李 樂，時 宇

(1.水利部水土保持監(jiān)測中心，北京 100055；2.珠江水利委員會 珠江流域水土保持監(jiān)測中心站，廣東 廣州 510611)

隨著衛(wèi)星遙感技術(shù)與水土保持行業(yè)監(jiān)管的深度融合，生產(chǎn)建設(shè)項目水土保持遙感監(jiān)管及其技術(shù)體系應(yīng)運而生[1]，并發(fā)展成為現(xiàn)階段水土保持信息化應(yīng)用的主戰(zhàn)場之一。簡單來說，遙感監(jiān)管就是根據(jù)水土保持監(jiān)督管理需求，利用遙感影像、歷史監(jiān)管成果、判別參考數(shù)據(jù)等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，在一定技術(shù)支持下，生產(chǎn)監(jiān)督業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)并開展應(yīng)用的工作。水利部連續(xù)兩年組織開展了國家級水土保持遙感監(jiān)管項目，通過衛(wèi)星遙感解譯與判別，發(fā)現(xiàn)了大量水土保持違法違規(guī)線索，為全國水土保持監(jiān)督管理提供了有效支撐[2]。遙感監(jiān)管主要包括遙感解譯與判別、現(xiàn)場核查與認(rèn)定、違法違規(guī)項目查處、督促落實整改4個工作環(huán)節(jié)，經(jīng)過多年實踐和完善，現(xiàn)已形成一條技術(shù)步驟依次遞進(jìn)、環(huán)環(huán)相扣的技術(shù)鏈條。筆者對遙感解譯與判別的主要做法進(jìn)行系統(tǒng)梳理和總結(jié)，以期與有關(guān)單位同仁探討交流，為推進(jìn)生產(chǎn)建設(shè)項目水土保持遙感監(jiān)管提供借鑒。

1 總體技術(shù)路線

遙感解譯與判別是遙感監(jiān)管的基礎(chǔ)性工作，總體技術(shù)路線(詳見圖1)是先行獲取基礎(chǔ)數(shù)據(jù)并建立解譯標(biāo)志，借助相關(guān)工作平臺開展擾動圖斑提取或更新，然后參考水土流失防治責(zé)任范圍開展合規(guī)性判別，最后將發(fā)現(xiàn)的疑似違法違規(guī)擾動圖斑下發(fā)應(yīng)用。

圖1 解譯與判別總體技術(shù)路線

根據(jù)其工作階段又可劃分為遙感解譯、合規(guī)性判別兩個主要技術(shù)環(huán)節(jié)。遙感解譯是參照生產(chǎn)建設(shè)項目解譯標(biāo)志，基于遙感影像開展生產(chǎn)建設(shè)項目擾動圖斑提取或更新的工作，主要包括基礎(chǔ)數(shù)據(jù)準(zhǔn)備、解譯標(biāo)志建立、擾動圖斑提取和更新、擾動圖斑屬性完善等流程。合規(guī)性判別是參考水土流失防治責(zé)任范圍矢量圖層，基于合規(guī)性判別技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，對解譯質(zhì)量合格的擾動圖斑開展擾動合規(guī)性初步判別的工作，主要包括參考數(shù)據(jù)準(zhǔn)備、合規(guī)性判別、疑似違法違規(guī)擾動圖斑篩查與下發(fā)等流程。

2 遙感解譯與判別

2.1 基礎(chǔ)資料準(zhǔn)備

基礎(chǔ)資料準(zhǔn)備主要包括高分辨率衛(wèi)星遙感影像收集、歷史監(jiān)管成果數(shù)據(jù)整合、判別參考數(shù)據(jù)獲取等。

(1)衛(wèi)星遙感影像。主要通過自行預(yù)處理、共享其他同標(biāo)準(zhǔn)影像數(shù)據(jù)或商業(yè)購買的方式獲取，遙感影像的各項技術(shù)指標(biāo)應(yīng)滿足《生產(chǎn)建設(shè)項目水土保持信息化監(jiān)管技術(shù)規(guī)定(試行)》遙感影像處理要求。

(2)歷史監(jiān)管數(shù)據(jù)。主要包括水利部監(jiān)管數(shù)據(jù)和省級監(jiān)管加密數(shù)據(jù)，解譯和判別工作應(yīng)在歷史監(jiān)管數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上開展。①工作基準(zhǔn)底圖整合。以上一年度水利部遙感監(jiān)管解譯數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)庫，回溯關(guān)聯(lián)圖斑現(xiàn)場核查及項目認(rèn)定查處信息，剔除回溯后的重復(fù)圖斑和擾動變化類型“不再擾動”的圖斑，整合為一個圖層，作為全國年度解譯判別的工作基準(zhǔn)底圖。②省級參考數(shù)據(jù)整合。收集各省上一年度遙感監(jiān)管的加密數(shù)據(jù)，回溯關(guān)聯(lián)省級加密的現(xiàn)場核查認(rèn)定信息，整合成一個單獨圖層作為解譯參考，統(tǒng)計上作為新增圖斑處理。

(3)判別參考數(shù)據(jù)。近年來全國各級水行政主管部門批復(fù)的水土保持方案及水土流失防治責(zé)任范圍矢量數(shù)據(jù)，主要是通過調(diào)取全國水土保持信息管理系統(tǒng)中的水土保持方案信息和矢量數(shù)據(jù)來獲取。

2.2 解譯標(biāo)志建立

建立準(zhǔn)確、足量的生產(chǎn)建設(shè)項目解譯標(biāo)志是遙感解譯的前提和基礎(chǔ)，應(yīng)按生產(chǎn)建設(shè)項目所屬行業(yè)類型和水土流失特點建立解譯標(biāo)志。解譯標(biāo)志應(yīng)覆蓋監(jiān)管范圍涉及的主要水土保持二級區(qū)，每個水土保持二級區(qū)應(yīng)至少建立30種類型項目的解譯標(biāo)志。水土保持二級區(qū)具體范圍為《全國水土保持規(guī)劃(2015—2030年)》確定的二級區(qū)，全國生產(chǎn)建設(shè)項目行業(yè)類型劃分見《生產(chǎn)建設(shè)項目水土保持信息化監(jiān)管規(guī)定(試行)》附錄1“生產(chǎn)建設(shè)項目分類表”。每套解譯標(biāo)志應(yīng)包含1張實地照片和對應(yīng)的遙感影像，遙感影像上標(biāo)注照片拍攝區(qū)域，描述生產(chǎn)建設(shè)項目解譯標(biāo)志圖斑編號、位置、影像特征等信息。

2.3 擾動圖斑更新和提取

擾動圖斑更新和提取是遙感監(jiān)管的核心技術(shù)環(huán)節(jié)。主要技術(shù)方法是利用相關(guān)解譯工作平臺，參考建立的解譯標(biāo)志，根據(jù)獲取的最新遙感影像，對生產(chǎn)建設(shè)項目擾動圖斑進(jìn)行提取和更新解譯，技術(shù)路線詳見圖2。水利部遙感監(jiān)管擾動圖斑提取和更新有如下要求：①原則上最小成圖面積≥4.0 mm2的擾動地塊均可以開展遙感解譯，而成圖面積≥1.0 cm2的擾動地塊均必須解譯，特定目標(biāo)監(jiān)管可根據(jù)遙感影像分辨率與實際應(yīng)用需求適當(dāng)調(diào)整。②影像上同一擾動地塊應(yīng)勾繪在同一圖斑內(nèi)，棄渣場作為一種擾動形式單獨解譯。③解譯擾動圖斑邊界相對于處理后的遙感影像上的同名地物點位移不應(yīng)大于1個像元。④完成擾動圖斑解譯后，抽取10%的成果圖斑進(jìn)行審查，若圖斑的邊界和屬性準(zhǔn)確率<90%，則需重新對全部擾動圖斑進(jìn)行解譯?；谏鲜鲆螅瑥募夹g(shù)組織實施的角度，應(yīng)先行開展擾動圖斑更新，再開展擾動圖斑提取，避免擾動變化類型判別時出現(xiàn)混淆。

圖2 擾動圖斑更新和提取技術(shù)路線

2.3.1 擾動圖斑更新

(1)更新對象及原則。①生產(chǎn)建設(shè)項目圖斑。對工作基準(zhǔn)底圖中所有的生產(chǎn)建設(shè)項目擾動圖斑均需要開展更新解譯，即擾動圖斑中有明確項目信息的所有擾動圖斑均應(yīng)基于最新的遙感影像，開展圖斑邊界修正和屬性完善工作。具體有4種情況：一是遙感影像上所呈現(xiàn)的擾動與上一年度解譯成果相比擾動范圍擴(kuò)大，則需要基于影像對擾動圖斑邊界和屬性字段進(jìn)行更新；二是遙感影像上所呈現(xiàn)的擾動與上一年度解譯成果相比擾動范圍減小，則需要基于影像對擾動圖斑邊界和屬性字段進(jìn)行更新；三是遙感影像上所呈現(xiàn)的擾動與上一年度解譯成果相比擾動范圍沒有變化且正在發(fā)生擾動，則不修改圖斑邊界，只更新屬性字段；四是遙感影像上所呈現(xiàn)的擾動與上一年度解譯成果相比擾動范圍沒有變化且施工完成，則不修改圖斑邊界，只更新屬性字段。②非生產(chǎn)建設(shè)項目圖斑。原則上不對上一年度遙感監(jiān)管成果中的非生產(chǎn)建設(shè)項目圖斑進(jìn)行修正，若遇明顯變?yōu)樯a(chǎn)建設(shè)項目的圖斑(性質(zhì)變化)則應(yīng)更改邊界和屬性。如上一年現(xiàn)場復(fù)核后認(rèn)定為非生產(chǎn)建設(shè)項目，下一年度遙感影像反映擾動有明顯生產(chǎn)建設(shè)擾動特征(如明顯機(jī)械施工擾動痕跡、新增建筑體及其他生產(chǎn)建設(shè)痕跡等)，則需要更新邊界和屬性。

(2)擾動圖斑更新。基于遙感影像，采用人機(jī)交互的方法對工作基準(zhǔn)底圖進(jìn)行判定與邊界修正，同步填寫擾動變化類型。對于擾動范圍擴(kuò)大的圖斑，擾動變化類型屬性更新為“擾動范圍擴(kuò)大”；對于擾動范圍縮小的圖斑，擾動變化類型屬性更新為“擾動范圍縮小”；對于擾動范圍不變的圖斑，擾動變化類型屬性更新為“擾動范圍不變”；對于不再發(fā)生擾動的圖斑，擾動變化類型屬性更新為“不再擾動”，此類重點關(guān)注已現(xiàn)場核查完成且施工狀態(tài)是“完工”的項目圖斑。對更新完成的擾動變化類型應(yīng)進(jìn)行詳細(xì)檢查，確保全部完成填寫，并且不出現(xiàn)屬性空白或“新增擾動”。

2.3.2 擾動圖斑提取

對工作基準(zhǔn)底圖之外的所有新增生產(chǎn)建設(shè)項目擾動圖斑均要開展提取，即根據(jù)遙感影像特征，以先驗知識和遙感解譯標(biāo)志作為參考，利用遙感圖像處理軟件勾繪生產(chǎn)建設(shè)項目擾動圖斑，并根據(jù)要求填寫相關(guān)屬性[3]。擾動圖斑相關(guān)屬性應(yīng)包括圖斑編號、擾動類型、擾動面積、建設(shè)狀態(tài)、項目類型等字段。

省級加密數(shù)據(jù)應(yīng)作為重要參考圖層參與圖斑的提取，在提取過程中，根據(jù)實際擾動與加密數(shù)據(jù)的位置關(guān)系可分別做如下處理：①如新發(fā)現(xiàn)的擾動與省級加密圖斑重疊或有交集，仔細(xì)判讀后認(rèn)為是同一個擾動圖斑，則可通過解譯工作平臺的編輯工具對該圖斑進(jìn)行復(fù)制操作，相應(yīng)省級加密的信息均會繼承過來。再依據(jù)擾動實際情況修正圖斑邊界，將擾動變化類型賦值為“新增擾動”。②如果新發(fā)現(xiàn)的擾動圖斑完全獨立，則勾繪完成后直接進(jìn)行屬性賦值，擾動類型賦值為“施工擾動或棄渣場”，擾動變化類型賦值為“新增擾動”。

2.4 合規(guī)性判別

合規(guī)性判別是對擾動圖斑的水土保持方案行政許可程序是否合規(guī)開展的一項分析工作，具體要求如下：①初步判斷調(diào)查擾動圖斑是否為生產(chǎn)建設(shè)項目。②若判斷圖斑為生產(chǎn)建設(shè)項目擾動圖斑，根據(jù)已入庫的水土保持方案批復(fù)信息，初步判斷其是否編報水土保持方案。③若判斷圖斑所屬項目已編報水土保持方案，根據(jù)已入庫的水土保持方案批復(fù)信息，初步判斷其是否超出批復(fù)防治責(zé)任范圍。

借助相關(guān)工作平臺，將解譯的擾動圖斑矢量圖(Y)與已入庫的生產(chǎn)建設(shè)項目水土流失防治責(zé)任范圍矢量圖(R)進(jìn)行疊加分析，根據(jù)擾動圖斑矢量圖(Y)與防治責(zé)任范圍矢量圖(R)的位置關(guān)系進(jìn)行關(guān)聯(lián)，初步判定圖斑的擾動合規(guī)性，技術(shù)路線詳見圖3。合規(guī)性判別結(jié)果主要有以下幾種情況：

圖3 合規(guī)性判別技術(shù)路線

(1)擾動圖斑包含防治責(zé)任范圍或擾動圖斑與防治責(zé)任范圍相交，初步判定為“疑似超出防治責(zé)任范圍”。主要方法是調(diào)取近年來全國水土保持信息管理系統(tǒng)中的防治責(zé)任范圍矢量數(shù)據(jù)，依據(jù)“面積法為主、空間法為輔”的原則，計算超出面積和比例，若超出比例大于30%，則判定擾動圖斑為“疑似超出防治責(zé)任范圍”。對于歷史已完成認(rèn)定查處的項目圖斑，若下一年度無防治責(zé)任范圍矢量數(shù)據(jù)，則合規(guī)性賦值保持不變。

(2)只有擾動圖斑，可以將擾動合規(guī)性初步判定為“疑似未批先建”“疑似未批先棄”。

(3)擾動圖斑包含于防治責(zé)任范圍，初步判定為“程序合規(guī)”。

2.5 違法違規(guī)圖斑下發(fā)

違法違規(guī)圖斑下發(fā)是遙感解譯與判別的最后一個技術(shù)環(huán)節(jié)，下發(fā)的圖斑是現(xiàn)場核查的具體目標(biāo)對象。

(1)明確現(xiàn)場核查對象?，F(xiàn)場核查對象為所有面積大于1 hm2且合規(guī)性分析結(jié)果為疑似未批先建、疑似未批先棄和疑似超出防治責(zé)任范圍的圖斑，主要包括3類：一是解譯新增且合規(guī)性判別結(jié)果為不合規(guī)的疑似圖斑；二是歷史已發(fā)現(xiàn)且下一年度合規(guī)性分析結(jié)果為超出防治責(zé)任范圍的項目圖斑；三是歷史現(xiàn)場復(fù)核結(jié)果是非生產(chǎn)建設(shè)項目且下一年度轉(zhuǎn)為生產(chǎn)建設(shè)項目的圖斑。

(2)圖斑檢查與下發(fā)。圖斑下發(fā)前，應(yīng)集中開展下發(fā)數(shù)據(jù)的匯集、邏輯檢查和拓?fù)錂z查，確保下發(fā)圖斑質(zhì)量和精度，避免遺漏和重復(fù)下發(fā)。再根據(jù)現(xiàn)場復(fù)核工作平臺的賬戶和權(quán)限，將疑似違法違規(guī)圖斑準(zhǔn)確下發(fā)至相應(yīng)用戶，至此遙感解譯與判別工作全部完成。

3 質(zhì)量控制措施

成果質(zhì)量是遙感解譯與判別的關(guān)鍵性工作，質(zhì)量好壞直接決定了后續(xù)工作的精度和可靠程度。按照技術(shù)規(guī)定要求，依據(jù)監(jiān)管目標(biāo)和應(yīng)用需求，應(yīng)檢查所有成果的正確性、規(guī)范性和一致性，確保成果質(zhì)量審核抽查率≥10%，各項檢查內(nèi)容合格率≥90%。遙感解譯與判別質(zhì)量控制的主要做法有制定統(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、開展技術(shù)交流研討、三級質(zhì)量審核等。

(1)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)制定。由于解譯和判別是勞動密集型的技術(shù)工作，同時參與工作的單位和人員均較多，應(yīng)在解譯與判別等關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)制定統(tǒng)一的項目技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)要求，以實現(xiàn)技術(shù)協(xié)同。技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)主要包括遙感解譯與判別實施技術(shù)規(guī)程、擾動圖斑解譯和更新技術(shù)要求、擾動圖斑合規(guī)性判別規(guī)則、疑似違法違規(guī)圖斑下發(fā)要求等。

(2)技術(shù)交流研討。在項目實施關(guān)鍵節(jié)點上，組織開展針對解譯更新、合規(guī)性判別、交叉檢查、數(shù)據(jù)匯集和下發(fā)等關(guān)鍵環(huán)節(jié)的技術(shù)培訓(xùn)和交流研討，強(qiáng)化經(jīng)驗共享，統(tǒng)一技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，保證成果準(zhǔn)確一致。

(3)三級質(zhì)量審核。遙感解譯與判別質(zhì)量審核包括整體性檢查、最小擾動圖斑面積檢查、圖斑界線勾繪準(zhǔn)確性檢查、漏判和誤判圖斑檢查、圖斑編號唯一性檢查、拓?fù)潢P(guān)系與屬性表內(nèi)容檢查等。工作過程中應(yīng)開展質(zhì)量自查和交叉審核，自查比例按100%執(zhí)行，交叉審核比例不低于10%。在完成以上檢查程序后，還應(yīng)組織專家對解譯與判別成果進(jìn)行審查，最終實現(xiàn)“自查-互查-抽查”三級質(zhì)量審核。

4 結(jié)論與建議

遙感監(jiān)管具有發(fā)現(xiàn)問題及時、全面、精準(zhǔn)的特點，是一項新興、高效、實用的技術(shù)手段，目前已發(fā)展成為水土保持行業(yè)的一項常態(tài)化工作。行業(yè)主管部門十分重視這項工作，把生產(chǎn)建設(shè)項目信息化監(jiān)管應(yīng)用作為重中之重，近幾年在全國范圍內(nèi)大力推進(jìn)生產(chǎn)建設(shè)項目水土保持遙感監(jiān)管，發(fā)現(xiàn)并查處了大量以前難以發(fā)現(xiàn)的違法違規(guī)行為，遙感監(jiān)管的良好態(tài)勢正在顯現(xiàn)。遙感解譯與判別是遙感監(jiān)管的基礎(chǔ)工作和核心環(huán)節(jié)，為地方現(xiàn)場核查處置提供了明確的對象，但受制于遙感影像質(zhì)量、人工經(jīng)驗差異以及工作平臺不統(tǒng)一等因素，目前還存在解譯和判別精度有待進(jìn)一步提升、工作效率不高、工作深度不夠等問題，需要從提高解譯精度、規(guī)范參考數(shù)據(jù)、做好數(shù)據(jù)銜接、統(tǒng)一工作平臺等方面加強(qiáng)和提升解譯與判別工作。

(1)進(jìn)一步提高解譯精度。通過完善解譯標(biāo)準(zhǔn)、豐富解譯標(biāo)志庫、加強(qiáng)技術(shù)培訓(xùn)、強(qiáng)化質(zhì)量把關(guān)等方式進(jìn)一步提高擾動圖斑解譯精度，減少自然地貌、自然侵蝕、農(nóng)業(yè)耕作等錯誤圖斑的解譯。另外，應(yīng)通過科研探索逐步實現(xiàn)人工智能深度學(xué)習(xí)和自動識別，減少人工誤差。

(2)規(guī)范判別參考數(shù)據(jù)。完整規(guī)范的參考數(shù)據(jù)是開展合規(guī)性判別的基礎(chǔ)保障，若參考數(shù)據(jù)不完整、不規(guī)范則會嚴(yán)重影響合規(guī)性分析結(jié)果。建議規(guī)范合規(guī)性判別參考數(shù)據(jù)，提升合規(guī)性判別質(zhì)量：一是完善水土保持方案制圖技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和要求，規(guī)范防治責(zé)任范圍制圖，提高設(shè)計資料的準(zhǔn)確性；二是嚴(yán)格水土保持方案審批，方案報批前應(yīng)要求建設(shè)單位完成水土流失防治責(zé)任范圍矢量圖；三是加強(qiáng)水土流失防治責(zé)任范圍數(shù)據(jù)入庫管理，提升判別參考數(shù)據(jù)的數(shù)量和質(zhì)量。

(3)做好部、省數(shù)據(jù)銜接。根據(jù)《水利部辦公廳關(guān)于推進(jìn)水土保持監(jiān)管信息化應(yīng)用工作的通知》(辦水?！?019〕198號)要求，國家和各省要建立上下協(xié)同、分工負(fù)責(zé)、信息共享的多頻次的遙感監(jiān)管工作機(jī)制。因此，部省兩級的遙感監(jiān)管數(shù)據(jù)應(yīng)實現(xiàn)實時共享，在解譯工作中互為參考，避免重復(fù)解譯、重復(fù)下發(fā)，造成資源浪費。

(4)統(tǒng)一解譯工作平臺。在解譯和判別工作中，各技術(shù)服務(wù)單位所采用的工作平臺不盡相同，導(dǎo)致組織方式、技術(shù)實施、成果要求、工作進(jìn)度難以統(tǒng)一，也會大大影響數(shù)據(jù)匯集、質(zhì)量檢查和成果下發(fā)的效率。因此，在遙感解譯中應(yīng)統(tǒng)一工作平臺，優(yōu)先采用可以實現(xiàn)協(xié)同工作的平臺[3]，以統(tǒng)一數(shù)據(jù)規(guī)范性，提高擾動圖斑解譯質(zhì)效。