國土“三調(diào)”與森林資源“一張圖”數(shù)據(jù)快速融合技術(shù)研究
——以臺(tái)山市為例

張俊鑫 魏福生

（1.廣東省國土資源測繪院，廣東 廣州 510500；2.廣東環(huán)境保護(hù)工程職業(yè)學(xué)院，廣東 佛山 528216）

0.引言

自然資源是人類生存和發(fā)展的必要條件[1]，內(nèi)容廣泛，包含礦藏、水流、森林、山嶺、草原、荒地、灘涂等7類[2，3]。長期以來，我國自然資源實(shí)行分頭管理，自然資源調(diào)查監(jiān)測工作分頭組織，導(dǎo)致調(diào)查監(jiān)測在對象、范圍、內(nèi)容等方面存在重復(fù)和交叉以及調(diào)查結(jié)果相互矛盾的現(xiàn)象，不利于將山水林田湖草作為一個(gè)生命共同體進(jìn)行系統(tǒng)治理[4，5]。當(dāng)前，構(gòu)建統(tǒng)一的自然資源調(diào)查監(jiān)測體系是亟待解決且意義重大的任務(wù)，繼而適應(yīng)生態(tài)文明建設(shè)和自然資源管理的需要。而構(gòu)建統(tǒng)一的自然資源調(diào)查監(jiān)測體系離不開技術(shù)方法的支持，多源遙感影像處理技術(shù)、數(shù)據(jù)整合及信息提取技術(shù)、數(shù)據(jù)庫建設(shè)技術(shù)方法等多項(xiàng)數(shù)據(jù)融合技術(shù)方法趨于成熟。因此，本文整合廣東省臺(tái)山市第三次國土調(diào)查成果和森林資源管理數(shù)據(jù)，以最新2 m×2 m數(shù)字高程模型、數(shù)字表面模型為基底，以最新優(yōu)于0.2 m高分辨率遙感影像為覆蓋背景，利用對象篩選、空間疊加、屬性掛接、圖形關(guān)系處理等技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)融合，進(jìn)而形成同時(shí)滿足國土與林業(yè)管理需求的高集成通用數(shù)據(jù)底圖，推動(dòng)將來山水林田湖草整體統(tǒng)一的發(fā)展。

1.研究區(qū)域

臺(tái)山市是位于珠江三角洲西南部的廣東省江門市代管縣級(jí)市，一直以來有著“全國第一僑鄉(xiāng)”“內(nèi)外兩個(gè)臺(tái)山”的城市標(biāo)簽。臺(tái)山市下轄管理有1個(gè)街道、16個(gè)鎮(zhèn)，陸地總面積3 289.2平方千米。截至2018年年末，戶籍總?cè)丝跒?7.07萬人。方言以臺(tái)城話為基調(diào)，屬于粵語系統(tǒng)中的四邑方言。

臺(tái)山毗鄰港澳，南接南海，有著豐富的海洋資源。海域面積2 717平方千米，海（島）岸線長697千米。其擁有廣海灣和鎮(zhèn)海灣兩大海灣，大小海島（礁）557個(gè)，其中上、下川島分別為全省第二、第六大島，擁有可供水產(chǎn)養(yǎng)殖的淺海21萬公頃，沿岸灘涂（潮間帶）1.3萬公頃，漁港3個(gè)。

此外，臺(tái)山是旅游和農(nóng)業(yè)大市，作為廣東省著名的生態(tài)休閑旅游度假勝地以及“中國最佳文化生態(tài)旅游示范地”，以旅游業(yè)和現(xiàn)代流通服務(wù)業(yè)為重點(diǎn)的第三產(chǎn)業(yè)發(fā)展成效顯著。且素有珠三角“魚米之鄉(xiāng)”之稱，全市糧食播種面積100.15萬畝，甘蔗種植面積1.59萬畝，花生種植面積7.07萬畝，蔬菜種植面積32.12萬畝，水果種植面積8.95萬畝。

2.數(shù)據(jù)融合技術(shù)方法

2.1 多源遙感影像處理技術(shù)

通過廣泛利用各種遙感數(shù)據(jù)源，深入探索光譜信息和空間信息，采用全色圖像處理和多光譜圖像融合、光學(xué)圖像處理和雷達(dá)圖像融合等技術(shù)手段，大范圍、多層次、多視角獲取反映自然資源調(diào)查監(jiān)測信息的遙感數(shù)據(jù)。同時(shí)，基于遙感影像數(shù)據(jù)集群分布式處理技術(shù)，對海量多源自然資源調(diào)查遙感影像進(jìn)行處理，集成正射影像自動(dòng)處理生產(chǎn)線，包括高效的批量影像正射影像校正、拼接和融合。

2.2 數(shù)據(jù)整合及信息提取技術(shù)

多源多尺度的數(shù)據(jù)整合及信息提取是一項(xiàng)非常復(fù)雜而又艱巨的工程，針對原始資料具有不同的數(shù)據(jù)來源、存儲(chǔ)方式、精度要求等特點(diǎn)，數(shù)據(jù)的整合和信息提取處理步驟可分為：數(shù)據(jù)收集、樣本數(shù)據(jù)分析、有效數(shù)據(jù)提取、數(shù)據(jù)清洗、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)、數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查等。在數(shù)據(jù)整合及信息提取過程中，可以結(jié)合多源遙感影像數(shù)據(jù)融合與集群分布式處理、地面調(diào)查數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)處理、專題數(shù)據(jù)與空間數(shù)據(jù)融合處理、可視化分析、多源異構(gòu)大數(shù)據(jù)融合等技術(shù)手段，從而實(shí)現(xiàn)自然資源數(shù)據(jù)信息的快速、高效處理。

2.3 外業(yè)調(diào)查方法

以實(shí)地調(diào)查獲得的底圖為基礎(chǔ)，采用數(shù)字制圖系統(tǒng)、“互聯(lián)網(wǎng)+”或其他有效的技術(shù)手段，對內(nèi)部分類和解譯中無法確定邊界或?qū)傩缘淖匀毁Y源調(diào)查圖斑進(jìn)行實(shí)地核實(shí)、確認(rèn)和補(bǔ)充調(diào)整。在實(shí)地調(diào)查過程中，收集照片、音頻、視頻等證據(jù)數(shù)據(jù)，記錄調(diào)查路線和工作區(qū)域信息，并將結(jié)果完整地反映在元數(shù)據(jù)中。

2.4 數(shù)據(jù)庫建設(shè)技術(shù)方法

通過UML建模語言和面向?qū)ο蟮姆椒?，在成熟的對象關(guān)系型空間數(shù)據(jù)庫模型的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)開發(fā)自然資源調(diào)查監(jiān)測數(shù)據(jù)庫。根據(jù)自然資源調(diào)查監(jiān)測數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)庫建設(shè)的具體功能要求，設(shè)計(jì)開發(fā)工具數(shù)據(jù)入庫檢查、處理和存儲(chǔ)軟件，對自然資源調(diào)查監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行批量入庫檢查、客觀化處理、數(shù)據(jù)入庫，將各種數(shù)據(jù)按照集中統(tǒng)一的特點(diǎn)存儲(chǔ)在通用空間數(shù)據(jù)庫或文件系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)了調(diào)查監(jiān)測數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)庫建設(shè)的一體化，實(shí)現(xiàn)了自然資源調(diào)查和監(jiān)測成果數(shù)據(jù)的綜合管理、統(tǒng)計(jì)分析、成果展示等功能。

2.5 統(tǒng)計(jì)分析技術(shù)方法

以自然資源調(diào)查監(jiān)測成果數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，對多種自然資源調(diào)查監(jiān)測成果統(tǒng)計(jì)單元構(gòu)建，采用算術(shù)平均、空間量算、極值法、比值分析法、指數(shù)計(jì)算、極差法、綜合分析等不同方法，從另外的維度綜合分析自然資源的空間分布、組成結(jié)構(gòu)等，揭示自然資源的分布規(guī)律和發(fā)展趨勢。

3.數(shù)據(jù)融合方案

基于臺(tái)山市國土“三調(diào)”數(shù)據(jù)與森林資源管理“一張圖”，以“內(nèi)業(yè)為主、外業(yè)為輔”的原則對接融合，深入剖析國土“三調(diào)”數(shù)據(jù)和森林資源管理“一張圖”在調(diào)查標(biāo)準(zhǔn)、調(diào)查時(shí)點(diǎn)、地類劃分等方面存在的異同點(diǎn)，以國土“三調(diào)”地類為判定依據(jù)，對兩套數(shù)據(jù)林地地類對照關(guān)系進(jìn)行梳理和認(rèn)定，對無法直接認(rèn)定的林地對照類型，結(jié)合高分辨率遙感影像、數(shù)字高程模型、數(shù)字表面模型、國土“三調(diào)”外業(yè)照片等，開展地類內(nèi)業(yè)認(rèn)定，對內(nèi)業(yè)無法判定的圖斑進(jìn)行外業(yè)核查、實(shí)地拍照取證，從而確定需要修改的圖斑，完善對接融合工作，進(jìn)而獲取國土與森林資源調(diào)查“一張底圖”，數(shù)據(jù)融合方案流程如圖1所示。

3.1 數(shù)據(jù)預(yù)處理

為達(dá)到自然資源三維立體化管理目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)國土“三調(diào)”數(shù)據(jù)“三維化”“實(shí)體化”，夯實(shí)“一張底圖”基礎(chǔ)，開展國土“三調(diào)”數(shù)據(jù)三維“底圖”核查，分析處理邏輯不合理圖斑。同時(shí)，以國土“三調(diào)”數(shù)據(jù)為依據(jù)，對森林資源管理“一張圖”開展完整性檢查與處理、地類融合、坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換等預(yù)處理工作。

3.2 屬性標(biāo)識(shí)與圖形處理

疊加預(yù)處理后的國土“三調(diào)”數(shù)據(jù)和森林資源管理“一張圖”，保留國土“三調(diào)”數(shù)據(jù)中所有原始屬性信息和林業(yè)所有屬性字段，添加“不一致標(biāo)注”等字段，開展圖形關(guān)系處理，包括碎斑合并、狹長斑處理、尖銳角處理以及拓?fù)潢P(guān)系處理等。碎斑和狹長面處理如圖2所示。

圖1數(shù)據(jù)融合方案流程圖

圖2圖形處理樣例

3.3 不一致圖斑提取

首先，提取國土“三調(diào)”數(shù)據(jù)地類與森林資源管理“一張圖”林地地類的不一致小斑或圖斑，并進(jìn)行不一致標(biāo)注；若森林資源管理“一張圖”為非林地或非林業(yè)部門管理林地，地類以國土“三調(diào)”數(shù)據(jù)地類為準(zhǔn)，不進(jìn)行不一致標(biāo)注。同時(shí)，國土“三調(diào)”數(shù)據(jù)公布前發(fā)生違法違規(guī)改變林地用途的，須標(biāo)注違法違規(guī)情況。然后，對國土“三調(diào)”數(shù)據(jù)地類與林業(yè)地類進(jìn)行一致性關(guān)系對照梳理，并標(biāo)記是否核實(shí)。

3.4 內(nèi)業(yè)認(rèn)定

以地類現(xiàn)狀為認(rèn)定依據(jù)，以國土“三調(diào)”分類標(biāo)準(zhǔn)為認(rèn)定標(biāo)準(zhǔn)，對所有不一致圖斑進(jìn)行內(nèi)業(yè)認(rèn)定，不一致圖斑認(rèn)定到一級(jí)類，若特征明顯清晰，可認(rèn)定至二級(jí)類。優(yōu)先使用2020年度國土變更調(diào)查影像進(jìn)行地類認(rèn)定，對于影像紋理特征不明顯、無法認(rèn)定的圖斑，結(jié)合最新的高分辨率遙感影像和實(shí)地照片輔助認(rèn)定。通過以上兩種影像仍無法認(rèn)定，結(jié)合點(diǎn)云、數(shù)字高程模型、數(shù)字表面模型進(jìn)一步認(rèn)定。若使用上述參考數(shù)據(jù)，均無法通過內(nèi)業(yè)認(rèn)定的不一致圖斑，需要開展外業(yè)核查。

3.5 外業(yè)核查

對內(nèi)業(yè)直接認(rèn)定的圖斑類型，進(jìn)行外業(yè)抽樣復(fù)核；對內(nèi)業(yè)無法準(zhǔn)確判斷的不一致圖斑，按國土變更調(diào)查和森林資源管理“一張圖”更新要求，進(jìn)行現(xiàn)狀地類外業(yè)核查，重點(diǎn)核查疑似違法用地圖斑、公益林核減圖斑、城鎮(zhèn)村周邊圖斑與大面積圖斑。外業(yè)核查時(shí)，使用國土“三調(diào)”分類標(biāo)準(zhǔn)，重點(diǎn)核查圖斑認(rèn)定到二級(jí)類，非重點(diǎn)核查圖斑可認(rèn)定到一級(jí)類。

外業(yè)核查應(yīng)從不同角度拍攝能反映實(shí)地現(xiàn)狀的照片，供后續(xù)舉證上報(bào)、圖斑審核使用；對于無法到達(dá)的外業(yè)核查圖斑和通過外業(yè)樣本庫無法判定地類的非重點(diǎn)核查圖斑，保留疑問圖斑標(biāo)識(shí)，方便后續(xù)對接工作。

同時(shí)，縣區(qū)在國土“三調(diào)”數(shù)據(jù)與森林資源管理“一張圖”對接融合和核查工作中，需要核定林地的范圍界線：公益林變化圖斑、林轉(zhuǎn)非變化圖斑。

3.6 內(nèi)業(yè)整理

外業(yè)核查完成后，整理核查成果，對確定需要修改的圖斑，在對接融合底圖中標(biāo)注。其中，如果需要修正國土“三調(diào)”數(shù)據(jù)的圖斑，按國土變更調(diào)查的要求進(jìn)行上報(bào)，通過國家審核的圖斑，更新對接融合底圖，最終通過國土變更調(diào)查更新國土“三調(diào)”數(shù)據(jù)；如果需要修正森林資源管理“一張圖”，按照森林資源管理“一張圖”更新原則，修正林業(yè)數(shù)據(jù)，更新對接融合底圖，最終通過森林資源管理“一張圖”年度變更調(diào)查更新森林資源管理“一張圖”。兩套成果融合后如圖3所示。

圖3融合后成果樣例

4.結(jié)束語

自然資源調(diào)查監(jiān)測涉及領(lǐng)域廣，綜合調(diào)查隊(duì)伍缺乏，需要有效整合現(xiàn)有各部門、各專項(xiàng)調(diào)查監(jiān)測隊(duì)伍。當(dāng)前，如何構(gòu)建統(tǒng)一的空間規(guī)劃體系是迫在眉睫的舉措。針對地方數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)難題、利益協(xié)調(diào)機(jī)制等諸多問題，以各類空間規(guī)劃的信息平臺(tái)、工作底圖和數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一為基礎(chǔ)，加快編制和實(shí)施統(tǒng)一的國土空間規(guī)劃體系，以有效實(shí)現(xiàn)融合，促進(jìn)自然資源的開發(fā)利用和保護(hù)。因此，本文基于數(shù)據(jù)融合技術(shù)，對接整合臺(tái)山市區(qū)域的國土“三調(diào)”數(shù)據(jù)與森林資源數(shù)據(jù)，從而形成同時(shí)滿足國土與林業(yè)管理需求的高集成通用數(shù)據(jù)底圖，用以保證將來山水林田湖草整體統(tǒng)一“一套數(shù)”的順利推動(dòng)實(shí)施。從結(jié)果上說，臺(tái)山市國土“三調(diào)”與森林資源“一張圖”數(shù)據(jù)的高度融合推進(jìn)自然資源管理信息技術(shù)的發(fā)展，為自然資源監(jiān)管制度體系提供技術(shù)支持，促使自然資源管理向標(biāo)準(zhǔn)化和系統(tǒng)化邁進(jìn)，有利于建立集中統(tǒng)一、監(jiān)管有效、綜合協(xié)調(diào)和運(yùn)行高效的自然資源管理體制，對于助推國家生態(tài)文明建設(shè)具有深遠(yuǎn)的意義。