“智慧”守護耕地

◎ 王思遠 譚繼強 呂喜軍 王穎潔 諶佳 鄧曉璇 王永龍

為了堅守18 億畝耕地紅線、像保護大熊貓一樣保護耕地，測繪人發揮測繪地理信息技術優勢，開展耕地遙感調查監測，探索建立了“快速發現﹢高效分析”的耕地保護信息化技術，助力自然資源督察，推動智慧農業發展，為我國耕地資源保護注入了“智慧”力量。

應用測繪技術實時監測耕地數量質量

作為自然資源部派出機構，黑龍江測繪地理信息局圍繞自然資源部“兩統一”職責，充分發揮自身技術和地理信息資源優勢，在為耕地保護提供準確信息數據服務的同時，立足省情實際加快測繪技術在耕地保護中的應用創新，助力耕地保護邁上新臺階。

監測七大農產品主產區空間格局，助力耕地數量和質量保護。2016至2020 年，黑龍江測繪地理信息局連續開展了農產品主產區空間格局、農業戰略格局監測。項目監測范圍覆蓋七大農產品主產區，監測內容包括種植土地資源、水資源、農業潛力情況、耕地資源質量空間分布變化、污染企業分布等，為自然資源部決策判斷提供信息支撐和建議，助力耕地的數量和質量保護。

基于地理國情監測數據，監測區域種植土地的變化量和變化速度、區域內15 度至25 度、25 度以上坡度種植土地變化、區域內退耕還林還草情況、可恢復種植的土地資源恢復及其演變情況，反映耕地數量變化特征及變化規律、耕地后備資源的恢復與利用情況，助力耕地數量保護；對全國七大農產品主產區不同坡度、不同干濕地區范圍內耕地資源進行監測，反映耕地資源質量空間分布變化，為耕地質量保護提供依據。

依托衛星遙感技術，技術人員以高空間分辨率遙感衛星圖像為基準，依據不同作物和地物的光譜特征，結合地面典型調查以及耕地層數據，采用技術手段提取區域主要農作物（水稻、玉米、大豆、小麥）和其他作物空間分布；利用監測年份各時期旱田和水稻植被覆蓋指數與各自標準比對，繪制作物長勢評價圖；利用中分辨率成像光譜儀數據，使用溫度植被干旱指數構建區域干旱指數。通過對作物種植結構、作物長勢和農業災害的監測，可有效測算區域糧食供給狀況，評估區域災害對耕地質量的影響。

立足省情實際，拓展測繪技術在耕地保護中的應用。多年來，黑龍江測繪地理信息局不斷強化測繪地理信息服務與農業農村信息化融合，積極拓展測繪技術在耕地保護中的應用，并與黑龍江省農業農村廳簽訂《合作框架協議》，共同開展農業遙感監測、農作物種植面積遙感估算等工作，推進黑龍江省農業精細化、智慧化管理。

● 工作人員利用地面三維激光掃描儀獲取空間三維點云數據

——完善黑龍江省北斗衛星導航定位“一張網”。基于黑龍江測繪地理信息局前期與氣象局、地震局共同建設的省衛星定位連續運行綜合服務系統，在松嫩平原、三江平原主要農業種植區增建26 座北斗連續運行參考站，充分整合基礎設施資源，有效避免重復建設，減少資金投入，推動北斗衛星導航系統在黑龍江省精準農業領域的規模化應用，促進傳統農業向自動化、信息化、智能化轉型升級。

——開展農村土地承包經營權確權登記頒證影像底圖制作項目。黑龍江測繪地理信息局牢牢樹立“一盤棋”思想，統籌實施農村土地承包經營權確權統一航空攝影、1∶2000 數字正射影像圖制作項目，根據本省地形和氣候特征，從項目實施單位已有軟硬件等各種實際情況出發，大膽采用新技術、新工序、新方法，使生產效率大幅提升，勞動作業強度大幅降低，為耕地保護等方面提供了良好的數據基礎。

——開展高標準農田建設地理信息監控監管平臺建設。與省農業農村廳研討利用測繪地理信息技術對全省高標準農田建設項目成果進行全方位監控監管方法并完善平臺功能，實現高標準基本農田建設項目全流程信息管理、“一張圖”數據查看、省市縣三級聯動、綜合分析、內外業監管等功能于一體的高標準基本農田建設監管系統。

——擴大耕作監測應用范圍。例如，通過高分辨率衛星遙感影像，結合無人機航拍與實地外業核查等方法進行監測分析試驗，采集、分析五常市秸稈出田的情況，并劃定秸稈離田范圍，為五常市完成秸稈離田工作提供科學準確的數據依據；利用航空影像和解譯技術，對嫩江縣耕地侵蝕溝做信息采集與統計分析，形成侵蝕溝調查數據庫、統計報告及相關專題圖件成果，實現黑土地侵蝕溝監測，為嫩江縣侵蝕溝現狀調查和有效治理提供數據保障。

“天眼”助力快速發現違法占用耕地

近年來，四川測繪地理信息局所屬的自然資源部第三航測遙感院圍繞自然資源部“兩統一”職責，利用高分辨率遙感影像、地理國情監測成果等數據，綜合運用深度學習、遙感等技術，在耕地保護遙感調查監測和自然資源督察方面開展了大量科技創新和應用實踐，為促進耕地保護問題 “早發現、早制止”，助力守護耕地保護紅線、保障國家糧食安全提供了重要的技術支撐。

積極探索，遙感技術助力耕地保護。四川省是全國13 個糧食主產省之一，糧食作物主要為水稻、小麥及玉米。2019 ～2020 年，第三航測遙感院率先探索了利用衛星可見光遙感影像對四川地區主要糧食作物的種植范圍進行自動提取的技術方法。利用水稻和小麥在不同時相的衛星可見光遙感影像上的光譜差異，可自動提取出水稻及小麥的種植范圍。運用該方法，第三航測遙感院自動提取出四川省德陽市某區域的小麥和水稻的種植范圍，得到了一致認可。

為進一步推動測繪地理信息支撐服務耕地保護等工作，2021 年，第三航測遙感院以四川省眉山市、雅安市等為研究區域，采用衛星可見光影像、衛星高光譜影像、星載SAR 數據和機載SAR 數據等多種衛星和航空遙感影像，綜合運用多源遙感融合、光譜分析、影像信息自動提取等技術對試驗區域內房屋、道路和推填土等耕地“非農化”重點監測對象，以及茶園、果園和林地等耕地“非糧化”重點監測對象進行提取，通過對自動提取圖斑進行分析得到試驗區“非農化”“非糧化”監測結果，探索出一套遙感監測技術流程，并在此基礎上形成關鍵技術難點的解決方案。

科技創新，鎖定違法占用耕地行為。近年來，國家自然資源督察成都局與四川測繪地理信息局建立了長期的戰略合作關系。第三航測遙感院作為具體支撐保障單位參與了重慶、四川、云南、西藏4 省（區、市）的土地例行督察、耕地保護督察等工作。

在長期的督察支撐保障中，第三航測遙感院充分利用日益豐富的遙感影像資源和日漸成熟的大數據分析技術，探索建立了“快速發現﹢高效分析”的耕地保護信息化技術方法。該院基于四川省遙感大數據應用工程技術研究中心成立了遙感信息智能化處理應用創新團隊，圍繞如何快速提取督察要素目標，自主研發出“自然資源督察要素遙感識別監測系統”；通過遙感識別監測系統，采集房屋建筑、道路、推填土等容易占用耕地的重點要素建立樣本庫，快速從衛星遙感影像中提取相關督察目標要素；以國產化為目標研發了“大數據綜合分析平臺”，結合土地利用管理數據對提取的目標要素進行分析，判斷是否占用耕地或永久基本農田、是否屬于違法占地等，平臺實現耕地保護疑點要素圖斑快速分析與管理、外業核查舉證單生成、綜合統計評價及多源多時態異構數據整合與分析等功能，大幅提升了分析效率和準確性。

● 技術人員實地測量耕地圖斑

跨界合作繪就三維精準耕作圖

初夏，正是農忙時節，在上海市松江區新浜鎮林建村，田間地頭的農民或在除蟲施肥，或在引水灌溉，一派繁忙景象。一架無人機正飛翔在田野上空，按照既定航道實施作業任務。“這架無人機的任務是用大約20 多分鐘時間，完成對100 畝農田空間的信息高精度‘繪圖’。”陜西測繪地理信息局所屬的自然資源部第一地形測量隊工程師李旭洋介紹。

近年來，在全面融入自然資源管理的大格局下，陜西測繪地理信息局圍繞“兩支撐、一提升”根本定位，在助力耕地資源保護、服務農業發展方面開展了諸多研究和探索。林建村的這個項目，就是自然資源部第一地形測量隊與上海土是寶農民專業合作社共同開展的一項農業數字裝備技術試驗，目的是繪制出該區域內1000 畝農田的高精度全要素地面數字模型，提供實現各類機具導航自動工作的信息數據實體基礎，嘗試實現“水稻耕作無人駕駛，但可精準作業”的設想，助力智慧農業發展。

據了解，該項目將建立的高精度區域控制網、數字空間實景模型、區域導航系統等與現代農業設施裝備開發和改良相結合，通過數據識別和傳導，“指揮”機器自己“行走”在特定空間內，完成指定任務。“試驗目標準確地說，是將測繪地理信息技術應用到農業作業場景中，實現智能農機自動駕駛、作物生長實時監控和精準作業無人化、智能化，最終達到無人農場管理目標。”自然資源部第一地形測量隊技術員張旋介紹。

通過無人機飛行和三維激光掃描，隊員們獲取了田間的高精度數據，再將田埂、道路、樹木、水渠及附屬設施等相關要素模型均清晰地顯示在實景三維模型上，從而實現數據的精準分析應用。在播種階段，可對農田的整理、規劃和利用做出精準部署；在生長階段，可動態觀測其生長狀態，并為預防病蟲災害提供科學數據；在收獲階段，可對產量數據進行比對分析。

“測繪技術建成的三維模型數據，將進一步提升我們的農業自動化和科技化水平。我相信，在不遠的將來，農業耕種將會逐步實現自動化。”上海土是寶農民專業合作社負責人對該項目技術表示肯定和贊賞，憧憬著未來智慧農業的發展。

目前，首期針對1000 畝試驗田的空間信息數字化精準建模和空間數據的集成分析應用系統開發工作即將完成。預計明年初，可開展農機實地作業試驗。

“發送簡單指令，機器便能夠在農業生產的全生命周期自動作業，實現農業生產精時、精量、優質。通過中央控制室‘指揮’，遠距離遙控各類農機作業，是未來‘數字農業’可能達到的狀態。”李旭洋微笑著說。

這樣的跨界合作，使測繪地理信息技術推動農業生產作業的數字化、無人化、智能化和精細化成為現實。“將測繪科學技術與農業生產進行跨界融合，在技術實踐上是首次，但取得的應用效果卻是高于我們的預期的。”自然資源部第一地形測量隊副隊長陳永軍說。

當前，“智慧城市”“智慧小區”方興未艾，“智慧農業”也逐漸走進大眾視野。自然資源部第一地形測量隊正依托攝影測量、遙感技術、衛星定位導航、精密工程測量等一系列測繪地理信息技術優勢，大膽創新，嘗試為“智慧農業”的未來發展探索出一條新路徑。