衛星遙感讓自然資源監測更精準

◎ 本刊記者 王敏

2019 年12 月30 日，河南省自然資源衛星應用技術中心（以下簡稱河南省衛星中心）正式獲得自然資源部批準建設，這標志著河南省正式納入全國自然資源省級衛星應用體系。

履其職，利其器，善其事。一年來，從按需提供影像到衛星影像實時處理，再到常態化季度影像生產和變化圖斑提取，建立橫連各廳局、縱貫各市縣的衛星遙感應用技術體系，河南省衛星中心按照“資源共享 務實管用”的目標，圍繞自然資源主責主業，兼顧其他行業需求，不斷增強遙感影像統籌服務能力，推動衛星遙感數據高效利用，助力河南省自然資源廳實現所有業務在“一張圖”上疊加遙感影像“來批、來看、來監管”，開創了支撐服務自然資源監測監管的新局面。

構建應用技術體系拓展衛星遙感應用服務

2019 年底，河南省自然資源廳廳長張興遼到省測繪地理信息局調研時，對衛星遙感影像統籌工作提出明確要求：“要打破傳統、保守的思維方式，堅持公益和以用為先原則，為政府相關部門免費推送遙感衛星影像等數據產品。抓緊打通衛星遙感影像數據推送環節，盡快構建衛星遙感影像統籌服務團隊，拓展衛星遙感應用服務領域，提高服務水平和科技創新能力，夯實自然資源管理基礎建設工程根基。”

在河南省測繪地理信息局黨委書記、局長劉濟寶的帶領下，河南省測繪地理信息局不斷加強衛星中心建設，優化影像處理流程，調整作業模式，由按需提供影像，轉變成衛星影像實時處理、定期制作鑲嵌產品、專題產品專題制作，建立了一套完整的衛星遙感產品體系，可面向不同用戶需求提供各種尺度級別的衛星遙感數據，大大提高了衛星影像產品服務的響應速度。

河南省衛星中心，設在河南省測繪地理信息局直屬單位省遙感測繪院。近日，記者走進衛星中心，了解當前河南省衛星遙感技術體系建設情況，只見數十名技術人員正在緊張地忙碌著，有的在處理影像，有的在對比變化圖斑。

“我們今天從部衛星中心一共接收了10 景遙感影像。現在我正在對這些影像進行數據平差處理，將全色波段的高分辨率和多光譜影像的彩色進行融合，進而生成單景正射影像。”技術人員李瑞峰告訴記者，河南省衛星中心每天有專人負責衛星遙感數據的接收和處理，日常接收數據需1 ～2 天完成單景正射糾正，以便及時滿足各部門需求。

“按照省自然資源廳要求，我們還以縣（市、區）為單元，實現了覆蓋全省2 米級鑲嵌影像每季度制作一次，并于下一季度首月20 日前推送至廳業務處室；覆蓋全省亞米級鑲嵌影像半年制作一次，并于下半年首月分享至相關單位。”河南省衛星中心數據處理部主任王俊介紹。

以全省自然資源動態遙感監測監管項目為契機，河南省衛星中心建立了橫連各廳局、縱貫各市縣的衛星遙感應用技術體系，接入自然資源專網，打通了省、市、縣網絡鏈路，向電子政務中心等廳屬單位推送正射影像產品和變化圖斑等地圖服務。

“遙感影像在全省自然資源系統內得到共享，各技術支撐單位圍繞具體對象和目標開展自然資源專項監測監管，并將結果與影像一并向市、縣推送，實現了全省影像和應用的省、市、縣全覆蓋。”河南省遙感測繪院院長、河南省衛星中心管理委員會副主任武永斌說，“目前，自然資源系統內的數據共享和應用已形成常態化機制，整個技術體系已基本形成并順利運轉。衛星中心已初具規模，內部設有數據處理、創新研發、成果管理、應用服務等6 個部門，配備了固定人員20 人，專職負責衛星遙感數據的常態化接收、管理與實時加工處理，機動人員30 人，根據數據深加工需要參與動態監測專題產品生產。”

● 加工處理遙感影像

在武永斌看來，新的職能任務要求下，河南省衛星中心有四大定位。一是服務好自然資源主責主業，保障好山水林田湖草等各業務領域對遙感的應用需求。同時兼顧其他行業需求，及時提供分發數據。二是提供遙感數據的專業化加工和處理服務，最大程度降低用戶使用門檻，避免重復加工、生產。三是提供數據解譯分類、變化監測、評價報告等專題產品或深層次應用服務。四是廣泛開展交流培訓，把遙感技術應用推廣到相關業務領域和層級部門，讓越來越多的單位享用應用成果。

● 調研遙感影像需求

據統計，2020 年度河南省衛星中心累計為自然資源及其他行業提供原始影像1400景，正射影像3264景，鑲嵌影像330 萬平方公里，實現了立足自然資源監測監管，輻射省內其他行業領域的統籌、共享服務目標。

按季度提取變化圖斑有效支撐自然資源監測監管

建立總體的自然資源監測監管體系是履行“兩統一”職責的基本需求，是提升自然資源治理能力和治理水平的迫切要求，自然資源監管工作跟不上，行使“兩統一”職責就無從談起。

“要充分發揮衛星遙感在自然資源監測監管中的基礎支撐作用，努力把動態遙感監測監管打造成河南省自然資源廳的一項重要治理手段，實現所有業務在‘一張圖’基礎上疊加遙感影像‘來批、來看、來監管’。”2020 年2 月25 日，在動態遙感監測支撐自然資源日常監管工作推進會上，河南省自然資源廳廳長張興遼如是要求。

“動態遙感監測監管是一項開創性、全局性、綜合性工作，旨在圍繞自然資源保護與利用、生態保護與修復等領域，充分利用衛星遙感影像，實現及時掌握地表變化信息、發現預警問題、整改處置到位、優化政策措施的目標，做到及時發現問題、及時防范糾偏，變被動修復為主動保護，變末端治理為前端防護。”河南省測繪地理信息局副局長、河南省衛星中心管理委員會主任毛忠民介紹。

按照省自然資源廳部署，遙感影像和變化監測信息由河南省測繪地理信息局統一提供。河南省衛星中心發揮數據獲取和加工的能力優勢，按季度加工處理遙感影像，開展變化圖斑監測，制作全省影像“一張圖”。

“我們采用2 米和0.8 米分辨率的國產衛星遙感影像，每季度對照上一季度影像，對全省150 平方米以上的耕地、園地、林地、草地、濕地等10 類新增或變化的全要素地表信息類別進行提取，生成疑似變化圖斑，制作影像地圖切片，向廳動態遙感監測監管平臺提供在線調用和轉發服務，橫向推送6 家技術支撐單位，保障各專項監測監管工作開展，縱向將遙感監測結果推送至市縣自然資源部門。”王俊說。

據統計，河南省衛星中心今年已累計為各廳局直屬單位和地市業務相關單位推送2020 年第一季度、第二季度、第三季度按縣域鑲嵌正射影像；共計提取變化圖斑48.8 萬個，其中第一季度33.7 萬個，第二季度7.4 萬個，第三季度7.7 萬個。

“以往監測工作周期長、頻率低，時間相對滯后，難以做到早發現、早制止，尤其是破壞類、建設類違法行為，時間越久，執法難度越大。”王俊介紹，按季度提取變化圖斑，生成地表覆蓋遙感監測成果，有效彌補了自然資源部國土衛星遙感應用中心統一推送變化圖斑的時效性，進一步提高了監測效率與精度，還實現了新增建設變化的“早發現”，為違法建設用地的“早制止、嚴查處”提供了有效支撐，大大提升了河南省自然資源監測監管能力。

此外，還能利用變化圖斑分析耕地、產業聚集區、礦山、生態保護修復情況。“以生態保護修復監測情況為例，南太行地區生態修復總面積7.48 萬畝，其中，今年上半年恢復新增耕地1.14 萬畝，恢復新增林地0.99 萬畝，恢復新增草地1.37 萬畝。”王俊舉例說。

● 基于深度學習提取存量房屋示例

引進人工智能影像識別技術讓亂占耕地建房行為無所遁形

自農村亂占耕地建房整治行動開展以來，河南省堅持嚴控新增與摸排存量同步推進，歷時約兩個半月完成了246.91 萬個疑似建房點位的外業核查、內業整理，已于11 月30 日順利向國家匯交了摸排成果。這背后離不開衛星遙感這一“天眼”的技術支持。

“早在今年4 月份，河南省衛星中心就接到了省自然資源廳執法監督局的任務，為全省農村亂占耕地建房排查整治提取疑似違建圖斑。”王俊告訴記者，彼時，國家尚未下達具體的工作方案，一切都是摸著石頭過河，“我們在郟縣、長垣、蘭考三個縣（市）開展試點，利用遙感和地理信息技術，通過樣本訓練、人機交互等方式，建立了高效的圖斑核查技術方法，助力形成摸底排查‘五步工作法’。”

2020 年7 月，為認真貫徹落實全國農村亂占耕地建房問題整治工作電視電話會議精神，堅決遏制農村新增亂占耕地建房行為，河南省正式開展農村亂占耕地建房問題整治行動，并推出五步工作法。根據該方法，9 月18 日前須圈定全省2013 年以來耕地及新增耕地范圍，標定疑似違法建房點位，統一制作全省摸排工作范圍底圖。

時間緊，任務重，早一天圈定范圍、下發底圖，就能為后續摸排留出更多時間。河南省衛星中心積極引進人工智能影像識別技術，摸索、總結出了一條行之有效的疑似違法圖斑提取技術路線。

在摸清存量方面，首先，收集全省最新遙感影像、土地調查數據、年度土地變更調查數據、永久基本農田等數據，基于深度學習自動解譯方式，采用專業系統自動提取出全省耕地范圍內的建筑物圖斑；其次，疊加河南省合法審批數據、增減掛鉤數據，自動擦除耕地范圍內合法建筑物圖斑 ；再次，利用人工目視方法，修正誤判和漏判的建筑物圖斑，最終得到全省158 個縣（市、區）2013 年至2020 年7 月3 日疑似亂占耕地建房圖斑，共計118 萬余個，通過“河南省清查整治專項行動管理系統”下發各地核實舉證。

“采用深度學習自動解譯技術，以自動提取與監測為主、人工交互編輯作業為輔，僅用11 天便完成了此項工作，大大提高了工作效率。而傳統遙感解譯技術主要依賴人工判讀和半自動化軟件解譯，大約要一兩個月方能獲取全省疑似亂占耕地建房范圍。”王俊說。

在遏制增量房方面，河南省衛星中心利用每天實時接收的最新遙感影像，套合耕地范圍，對比2020 年第二季度衛星影像，不間斷更新提取2020 年7 月3 日以來耕地范圍內的新增房屋疑似圖斑，并將其分為公共管理類、產業類、沿路房屋、新農村建設房、村莊外圍房、零星散列房六大類。截至目前，已向省自然資源廳提供17 批次成果數據，核查圖斑13758 個，輔助遏制新增現象，提高日常違法建筑的處理效率，達到防違控違的效果。

“各地在實地核實時，有許多房屋無法提供準確建筑時間，導致許多圖斑都填寫為2013 年前建設。”王俊告訴記者，河南省衛星中心利用2012 年、2013年的遙感影像，對全省4.7 萬個系統填報為2013 年前建設的圖斑進行內業人工影像判讀核查，制作多期影像對比成果資料，以確認該類房屋建設的準確時間。

此外，河南省衛星中心還制作了全省50077 個行政村的農村亂占耕地建房問題摸排專題圖，圖幅內容包括利用三調初始全省行政村界裁剪的亞米影像、全省耕地范圍、外業摸排上傳的疑似違法圖斑，著重突出各行政村的耕地范圍和疑似亂占耕地建房的位置分布等信息，為外業實地核查提供工作底圖。

“農村亂占耕地建房整治工作是一場持久戰，我們將持續開展遙感影像自動化處理、解譯與變化提取試驗研究，讓守望耕地的千里眼真正變成慧眼，堅決遏制新增農村亂占耕地建房行為，牢牢守住耕地保護紅線。”毛忠民說。

作為一種高效的對地觀測技術，衛星遙感視點高、視域廣，數據采集快，可重復、連續觀察，在自然資源監測監管方面具有傳統方法無法比擬的優勢。“下一步，我們將進一步加強河南省衛星中心的能力建設，完善變化發現、自動解譯技術體系，提升遙感影像數據獲取、處理和加工能力；加強與遙感相關企業、科研院所的合作，豐富衛星遙感數據資源，提高監測頻率 ；立足自然資源面向社會各領域，拓展和提升衛星遙感應用服務的廣度和與深度，向社會公眾提供更加優質的衛星遙感應用產品服務。”毛忠民如是說。