遙感影像在耕地保護(hù)中的應(yīng)用研究

張方方

（微山縣自然資源和規(guī)劃局，山東 微山 277600）

我國是一個人口大國，糧食消耗量也位居世界第一，捍衛(wèi)糧食安全已經(jīng)成為當(dāng)前階段我國農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要任務(wù)。自從改革開放之后，隨著工業(yè)、服務(wù)業(yè)的快速發(fā)展，農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)附加值占據(jù)我國GDP 的比重不斷增加，在土地資源配置中，用于工業(yè)、服務(wù)業(yè)的土地規(guī)模不斷增加，農(nóng)業(yè)用地持續(xù)降低。為確保我國的糧食安全，黨中央國務(wù)院明確劃定了18 億畝耕地紅線，同時出臺了一系列法律法規(guī)進(jìn)一步加強(qiáng)了對耕地的保護(hù)力度。然而，在經(jīng)濟(jì)利益的驅(qū)動下，侵犯耕地的情況時有發(fā)生，為此，加強(qiáng)現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)在耕地保護(hù)中的應(yīng)用就顯得尤為重要。遙感技術(shù)能夠通過影像來快速獲得土地的使用情況，從而了解耕地的實際狀況，以便相關(guān)部門迅速開展治理工作。加強(qiáng)遙感技術(shù)在耕地保護(hù)中的應(yīng)用也已經(jīng)成為當(dāng)前階段我國耕地保護(hù)工作的必由之路。為此，在本文的研究當(dāng)中，筆者結(jié)合自己的實際工作經(jīng)驗，并查閱相關(guān)文獻(xiàn)，對遙感影像技術(shù)在耕地保護(hù)中的應(yīng)用這一課題展開了深入的研究與分析。

1 現(xiàn)階段我國耕地保護(hù)現(xiàn)狀分析

1.1 耕地總量大，但人均耕地量低

第三次全國國土調(diào)查結(jié)果顯示，2019 年年底，我國耕地面積為19.18 億畝，人均耕地面積只有1.36 畝，不足世界平均水平的40%。盡管雜交水稻等現(xiàn)代化育種技術(shù)的推廣、現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)種植的發(fā)展已經(jīng)從根本上解決了我國的糧食安全問題，但農(nóng)業(yè)耕地作為民生保障的重要基礎(chǔ)，必須要不斷加強(qiáng)保護(hù)。在“國土三調(diào)”成果基礎(chǔ)上，自然資源部會同有關(guān)部門聯(lián)合編制《全國國土空間規(guī)劃綱要（2021-2035 年）》，先行在我國6 省（市）按照耕地和永久基本農(nóng)田紅線、生態(tài)保護(hù)紅線和城鎮(zhèn)開發(fā)邊界的優(yōu)先序開展了“三區(qū)三線”劃定試點，截至2022 年12 月，包括山東在內(nèi)的“三區(qū)三線”成果正式啟用的?。ㄊ校┛倲?shù)已達(dá)20 個。設(shè)立耕地“進(jìn)出平衡”制度，并有計劃、有目標(biāo)、有節(jié)奏地推動耕地恢復(fù)，只要統(tǒng)籌安排，嚴(yán)格管控，完全可以守牢18億畝耕地紅線。

1.2 耕地占補(bǔ)平衡存在缺陷

隨著我國城鎮(zhèn)化建設(shè)進(jìn)程的不斷加速，非農(nóng)業(yè)用地需求持續(xù)增加，這就導(dǎo)致耕地被占用，耕地面積持續(xù)減少。為此，我國制定了耕地“占補(bǔ)平衡”，即“占一補(bǔ)一”的政策。當(dāng)耕地用途被轉(zhuǎn)化為非農(nóng)業(yè)用地之后需要通過其他途徑解決被占用耕地的面積缺額，從而守住18 億畝耕地紅線。然而，在經(jīng)濟(jì)效益的驅(qū)動下，耕地占補(bǔ)平衡政策的執(zhí)行存在一定的缺陷，具體主要表現(xiàn)在如下兩個方面：一方面是占優(yōu)補(bǔ)劣。部分優(yōu)質(zhì)耕地被轉(zhuǎn)化為非農(nóng)業(yè)用地，但補(bǔ)足的耕地則為劣質(zhì)耕地，地力不足，從而造成了耕地質(zhì)量的下降。另一方面則是單純的經(jīng)濟(jì)補(bǔ)償。為解決部分地區(qū)用地矛盾，耕地占補(bǔ)平衡政策也允許可以采用貨幣補(bǔ)貼等方式來補(bǔ)償，在實際中貨幣補(bǔ)償原則被嚴(yán)重濫用，從而導(dǎo)致在部分地區(qū)尤其是在城市近郊地區(qū)耕地被大量占用。基于耕地占補(bǔ)平衡存在缺陷，2021 年11 月27 日，自然資源部、農(nóng)業(yè)農(nóng)村部、國家林業(yè)和草原局共同印發(fā)《關(guān)于嚴(yán)格耕地用途管制有關(guān)問題的通知》（自然資發(fā)〔2021〕166 號），明確對耕地轉(zhuǎn)為其他農(nóng)用地及農(nóng)業(yè)設(shè)施建設(shè)用地實行年度“進(jìn)出平衡”，即“轉(zhuǎn)一補(bǔ)一”，耕地保護(hù)正式由“占補(bǔ)平衡”進(jìn)入“占補(bǔ)平衡”+“進(jìn)出平衡”階段，耕地用途管制更加嚴(yán)格。

1.3 耕地質(zhì)量保護(hù)有待提升

第三次全國國土調(diào)查結(jié)果顯示，2019 年年底，我國耕地面積為19.18 億畝，人均耕地面積只有1.36 畝，不足世界平均水平的40%。同時，我國耕地資源空間分布不均衡，總體質(zhì)量不高，超過一半的耕地靠天收。我國的耕地保育技術(shù)落后，資金不足，對耕地的保護(hù)開墾工作不積極，化肥用量高、利用率低、施肥比例不合理、重金屬污染等情況嚴(yán)重。基于我國目前的耕地質(zhì)量的情況，我國開始大力開展耕地地力保育工程，提高耕地保育技術(shù)，合理耕種。推廣秸稈還田技術(shù)，補(bǔ)充和平衡耕地養(yǎng)分，改善土壤理化性質(zhì)和生物學(xué)性質(zhì)，同時增加有機(jī)肥，推廣綠肥種植技術(shù)，挖掘現(xiàn)有的耕地潛力。珍惜每一寸珍貴的土地資源，做到資源的綜合利用制度。

2 加強(qiáng)遙感技術(shù)在耕地保護(hù)中應(yīng)用的必要性

2.1 遙感技術(shù)的原理

遙感技術(shù)是通過在大氣層內(nèi)部飛行的飛行器來獲得地面上指定目標(biāo)電磁輻射信息，從而對地面環(huán)境與資源情況進(jìn)行查看的一種現(xiàn)代化技術(shù)。遙感技術(shù)的基本原理是基于不同物體的光譜影像特點來識別具體的物體圖像，從而對環(huán)境進(jìn)行遠(yuǎn)距離勘察。在早期，遙感技術(shù)大多基于衛(wèi)星來實現(xiàn)，通過衛(wèi)星捕捉電磁波成像，這種遙感技術(shù)由于距離較遠(yuǎn)，電磁波能量耗損相對較大，從而導(dǎo)致成像質(zhì)量不高。近年來，隨著飛行器的不斷發(fā)展，航拍技術(shù)不斷進(jìn)步，遙感成像的清晰度大幅度提升，遙感技術(shù)應(yīng)用于耕地保護(hù)的條件已經(jīng)成熟。[1]

2.2 遙感技術(shù)提升了耕地保護(hù)的效率

遙感影像技術(shù)在耕地保護(hù)中的應(yīng)用最突出的優(yōu)勢在于解決了地面調(diào)查的時空束縛，能夠直接通過影像來確定耕地情況，并建立耕地檔案從而及時對發(fā)生變化的耕地情況進(jìn)行調(diào)查分析，快速找到可能被破壞的耕地范圍。傳統(tǒng)以走訪調(diào)查、信訪舉報為基礎(chǔ)的耕地保護(hù)需要耗費大量的人力物力，且時效性過低已經(jīng)無法滿足時代的發(fā)展需求。基于遙感技術(shù)的耕地保護(hù)能夠大幅度提升耕地保護(hù)的效率。此外，隨著GIS 技術(shù)與遙感技術(shù)的融合發(fā)展，耕地保護(hù)的效率能夠得以進(jìn)一步提升。[2]

2.3 打造自動化、智能化耕地保護(hù)新機(jī)制

傳統(tǒng)以遙感圖像為主的監(jiān)測技術(shù)只能采用單機(jī)化圖像處理，雖然信息采集效率得以提升，但后期的數(shù)據(jù)處理依然需要占據(jù)大量的時間。GIS 技術(shù)與遙感技術(shù)的融合為耕地保護(hù)提供了一個新平臺，近年來，隨著物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等現(xiàn)代化信息技術(shù)在遙感技術(shù)中的滲透，遙感數(shù)據(jù)自動化采集技術(shù)已經(jīng)基本趨于成熟，同時后期數(shù)據(jù)處理的智能化水平大幅度提升。甚至可以基于特定系統(tǒng)實現(xiàn)對指定環(huán)境目標(biāo)的動態(tài)監(jiān)測，不僅有效避免了后期大量的數(shù)據(jù)處理，同時也提升了監(jiān)測效率。這就使得耕地保護(hù)能夠構(gòu)建自動監(jiān)測系統(tǒng)，從而構(gòu)造了一種新型保護(hù)機(jī)制。[3]

3 遙感影像技術(shù)應(yīng)用于耕地保護(hù)的基本技術(shù)路徑

根據(jù)當(dāng)前階段遙感影像技術(shù)的特征，將其應(yīng)用于耕地保護(hù)的基本技術(shù)路徑如下：

3.1 利用遙感技術(shù)對所需要勘測的耕地進(jìn)行遠(yuǎn)距離的勘察

目前，在耕地保護(hù)遙感測量中既有大范圍的衛(wèi)星遙感遠(yuǎn)距離勘測，也有基于航拍無人機(jī)的小范圍勘測。不管采用何種遙感測繪技術(shù)，都是在測繪飛行器上搭設(shè)一個信息空間站，并通過傳感器獲得信息并傳輸?shù)娇臻g站，最后發(fā)送到地面進(jìn)行數(shù)據(jù)處理分析。衛(wèi)星遙感航測最大的優(yōu)勢在于監(jiān)測的范圍廣，能夠滿足大范圍耕地監(jiān)測的需求。通過衛(wèi)星遙感，可以對耕地進(jìn)行動態(tài)巡查，并保證監(jiān)測工作的時效性，滿足周期性監(jiān)測需求。

3.2 基于直升機(jī)、無人機(jī)等飛行工具的近距離耕地勘測

遠(yuǎn)距離的遙感技術(shù)雖然能夠?qū)崿F(xiàn)大范圍的勘測，從宏觀上堅守耕地保護(hù)底線，但在精確方面卻存在明顯缺陷，近距離的遙感技術(shù)應(yīng)用則有效克服了這一缺陷，從而使得其在耕地權(quán)屬審查方面具有較為廣泛的應(yīng)用。通過近距離的遙感技術(shù)能夠了解耕地的實際種植情況，并結(jié)合耕地的用地手續(xù)、登記類型等從而對耕地的實際使用情況進(jìn)行多方面的核對檢驗。如果發(fā)現(xiàn)耕地存在被非法占用，則可以立即通知相關(guān)部門進(jìn)行監(jiān)察執(zhí)法并監(jiān)督整改，同時通過近距離遙感所得到的影像可以作為執(zhí)法依據(jù)。對于審核變動了用途的耕地，也可以通過近距離遙感技術(shù)對耕地的使用面積進(jìn)行核驗，謹(jǐn)防出現(xiàn)違規(guī)擴(kuò)大耕地性質(zhì)變更等情況，從而有效保護(hù)耕地實際面積。

3.3 構(gòu)建耕地遙感影像庫，以滿足耕地保護(hù)技術(shù)升級的需求

實際上，遙感影像技術(shù)在耕地保護(hù)中的應(yīng)用就是基于遙感圖像的方式來實現(xiàn)的，通過不同圖像的確認(rèn)、配準(zhǔn)與校正，從而對耕地的使用變化情況進(jìn)行分析，以確定耕地是否處于合理利用的范圍之內(nèi)，對比同一耕地在不同時期的遙感影像，可以明顯發(fā)現(xiàn)在早期此耕地的耕種范圍明顯更大，后期耕地的“非糧化”現(xiàn)象逐漸突出。通過構(gòu)建耕地遙感影像庫，不僅能滿足當(dāng)下的實際需求，同時也為后期現(xiàn)代化信息技術(shù)在耕地保護(hù)中的應(yīng)用奠定了必要的基礎(chǔ)。[4-5]

4 基于遙感影像的耕地保護(hù)發(fā)展策略研究

在上文的研究當(dāng)中，筆者分析了我國耕地保護(hù)的現(xiàn)狀與遙感技術(shù)應(yīng)用于耕地保護(hù)的必要性，并分析了具體的技術(shù)應(yīng)用路徑，下文當(dāng)中將對當(dāng)前階段遙感影像技術(shù)應(yīng)用于耕地保護(hù)的具體發(fā)展策略展開進(jìn)一步的探索。

4.1 強(qiáng)化智能化技術(shù)應(yīng)用

隨著數(shù)據(jù)處理技術(shù)的不斷發(fā)展，遙感影像技術(shù)所獲得的后臺數(shù)據(jù)處理效率已經(jīng)得到了大幅度提升，但總的來說，遙感影像的后臺數(shù)據(jù)處理依然需要消耗大量的人力、物力，從而導(dǎo)致時效性無法滿足要求，工作效率不高。從遙感影像技術(shù)在耕地保護(hù)的基本原理與實際應(yīng)用場景來看，其本質(zhì)就是圖像的對比分析，在基于遙感影像樣本庫建設(shè)完成的基礎(chǔ)之上，可以進(jìn)一步加強(qiáng)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、云計算、計算機(jī)視覺分析等現(xiàn)代化信息技術(shù)應(yīng)用，構(gòu)建智能化耕地監(jiān)測平臺，并將平臺與相關(guān)行政管理平臺的業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)鏈接起來，允許平臺自動對耕地保護(hù)情況進(jìn)行研判，必要時可以直接向相關(guān)管理部門發(fā)出預(yù)警信號，實現(xiàn)更徹底的智能化耕地保護(hù)。[6]

4.2 完善基于GIS 的遙感耕地保護(hù)平臺建設(shè)

GIS 技術(shù)的發(fā)展為遙感影像技術(shù)的情景落地提供了有效的信息平臺，通過GIS 技術(shù)能夠有效實現(xiàn)對地表空間的管理，基于GIS 技術(shù)的遙感影像技術(shù)能夠為耕地管理提供一個可視化的操作平臺，從而便于耕地管理。目前，GIS 技術(shù)在各個領(lǐng)域中的應(yīng)用已經(jīng)較為廣泛，但在耕地管理中的應(yīng)用則依然存在著較大的欠缺，為此，在當(dāng)下應(yīng)充分發(fā)揮GIS 技術(shù)優(yōu)勢，不斷強(qiáng)化GIS技術(shù)聯(lián)合遙感影像技術(shù)在耕地保護(hù)中的應(yīng)用。

一方面，要重視數(shù)據(jù)規(guī)劃，提升信息流的兼容性。應(yīng)兼顧GIS 軟件與國土空間規(guī)劃“一張圖”系統(tǒng)之間的技術(shù)特點，制定耕地保護(hù)數(shù)據(jù)信息標(biāo)準(zhǔn)格式，提升信息流的宏觀兼容性。

另一方面，應(yīng)基于GIS 軟件構(gòu)建耕地三維模型，并以此為基礎(chǔ)開展作為數(shù)據(jù)庫建設(shè)與耕地管理的技術(shù)基礎(chǔ)。[7]

4.3 進(jìn)一步提升遙感成像技術(shù)，實現(xiàn)對耕地質(zhì)量的有效治理

基于遙感影像的耕地管理，主要是基于植被的光譜特性與外形來識別植被，從而判斷耕地是否出現(xiàn)了“非農(nóng)化”現(xiàn)象。目前的遙感技術(shù)難以有效識別植被的具體類別，從而使得耕地的低效利用、土地荒廢等現(xiàn)象層出不窮，這些實際上也造成了耕地資源的嚴(yán)重浪費。為此，應(yīng)結(jié)合地方農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)特色，構(gòu)建植被樣本庫，并以此為基礎(chǔ)提升遙感成像質(zhì)量，從而有效判別出耕地種植情況，提升耕地管理質(zhì)量。[8]

5 結(jié)語

糧食安全是社會發(fā)展的根本基礎(chǔ)，也是關(guān)切人民群眾切身利益的民生大計，做好耕地保護(hù)工作是功在當(dāng)代、利在千秋的百年大計。做好耕地保護(hù)工作至關(guān)重要，為此，在本文的研究當(dāng)中，筆者通過查閱文獻(xiàn)并結(jié)合自己的實際工作經(jīng)驗，從多個角度分析了遙感影像技術(shù)應(yīng)用于耕地保護(hù)的必要性、可行性與具體方法，旨在為促進(jìn)我國耕地保護(hù)工作效率的進(jìn)一步提升提供借鑒。