村鎮土地統一智能調查模式及其應用

唐鐵　劉敏　彭篤明　廖丹霞　張禾裕

摘? ? 要：本文圍繞自然資源調查監測體系頂層設計，基于“感知—互聯—認知”邏輯，提出了一套村鎮統一智能調查模式。該模式通過集成村鎮土地權籍信息自主采集與處理技術、村鎮土地多維度多要素可追溯調查技術以及高分遙感智能主動調查監測技術，創新構建了東部發達地區土地精準調查、中部兩型社會地區土地綜合調查、西部快速發展地區土地高效調查一體化的“資源—生態類”和“村鎮土地權益類”兩種統一調查子模式。并進一步討論了該模式在“省—市—縣—鄉—村”多層級，在國土變更調查、農村宅基地和房地一體確權登記頒證、水利工程管理與保護范圍劃界、耕地保護一張圖更新等不同領域業務中的應用，推動并展望我國村鎮土地調查技術邁入智能化發展階段。

關鍵詞：土地智能調查；調查模式；調查監測體系；跨領域；多層級

中圖分類號： P962? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號：1672-5603（2023）01-63-08

The Unified Intelligent Land Survey Model of Villages and

Small Towns and Its Application

Tang Tie1，2， Liu Min1，3， Peng Duming1，3， Liao Danxia1，2， Zhang Heyu4，5

（1.Hunan Provincial Land and Resources Planning Institute， Changsha Hunan 410119; 2.Hunan Provincial Key Laboratory of Land Resour? ces Evaluation and Utilization， Changsha Hunan 410119;3.Key Laboratory of Natural Resources Monitoring and Supervision in the South hilly Area of the Ministry of Natural Resources， Changsha Hunan 410119; 4.Guangzhou South China Natural Resources Science and Technology Research Institute， Guangzhou Guangdong 570228;5.Ministry of Natural Resources Key Laboratory of Construction Land Redevelopment， Guangzhou Guangdong? 510030）

Abstract： Based on the top-level design of the natural resources survey and monitoring system and the logic of "perception - interconnection - cognition"， this paper proposes a unified intelligent survey model for villages and towns. This model innovatively constructed the accurate land survey in the eastern developed areas， the comprehensive land survey in the central two-oriented social areas， and There are two unified investigation sub-models of "resource-ecological" and "village and town land rights and interests" for the integration of efficient land investigation in the rapidly developing western region. It further discussed the application of this model in the multi-level "province city county township village"， in different fields such as land change survey， rural homestead and real estate integration registration and certification， water conservancy project management and protection scope demarcation， farmland protection map update， and pushed and looked forward to the intelligent development of China's rural land survey technology

Keywords： land intelligent survey; survey model; investigation and monitoring system; cross-domain; multi-levels.

0 引言

建立統一的自然資源調查監測體系、健全監管體制，對保障國家生態安全、糧食安全乃至國家安全，提升國家治理體系和治理能力現代化水平具有重大支撐作用[1]。新一輪機構改革后，自然資源監管對象面臨轉變為“山水林田湖草”生命共同體的新使命。《自然資源調查監測體系構建總體方案》的出臺，明確規劃了自然資源調查監測體系構建的頂層設計藍圖。原有的調查監測技術及作業模式顯然已難以滿足新形勢下自然資源管理工作的需求，迫切需要創新調查監測技術體系和調查模式。同時，在我國鄉村振興戰略背景下，綠色宜居村鎮的規劃建設同樣亟需村鎮土地調查技術與模式的創新應用。土地調查精度和效率的提升，將有助于維護土地利益相關者的權益，減少土地糾紛，維護社會和諧穩定；也為自然資源管理部門、產業政策制定部門等提供可靠的決策依據，提高決策的科學化水平，建設資源節約型社會；同時還能在村鎮區域土地評估、生態環境、災害預警等方面提供數據服務，推動村鎮可持續發展[2]。

本文以支撐自然資源事業高質量發展為目標，面向新型城鎮化建設要求，針對村鎮土地調查服務現實需求，綜合運用相關的新技術、新裝備、新平臺，基于“資源-權益-生態”天空地一體化土地智能調查技術體系和以業務為核心的土地智能調查技術服務平臺，構建了一套村鎮土地統一智能調查新模式，為省-市-縣-鄉-村多層級，自然資源、農業、水利、生態環境等多領域開展土地調查提供技術服務，以支撐自然資源、農業、水利等多領域調查監測業務。

1 村鎮土地智能調查關鍵技術體系

目前，現有調查技術手段難以確保國土調查成果的精準度、客觀性和現勢性，這些問題極大制約了我國綠色宜居村鎮的建設運維水平[3]。針對當下村鎮土地地類與產權信息獲取自動化程度低、地類變化快、監測可靠性差、土地資源調查技術和手段相對落后等現實問題，研發集土地權籍信息自主采集與處理、土地多維度多要素可追溯調查、高分遙感智能主動調查監測于一體的村鎮土地智能調查系列關鍵技術及軟硬件裝備。以上技術與裝備既可單獨應用，也可集成服務于自然資源、農業、林業、水利、生態環境等跨領域多部門的調查監測監管業務。

1.1 村鎮土地權籍信息自主采集與處理技術

村鎮土地權籍信息自主采集與處理技術集成了RFID新型電子界址點設備[4]、村鎮土地權籍/現狀調查機器人、村鎮土地權籍調查空地協同局域定位技術以及電子界址點信息時空表達及空間實體化技術等單項技術（圖1）[5-6]。RFID新型電子界址點設備兼容了GNSS和地面衛星系統的收發一體接收機、4G/5G通信模塊、RFID、加速度計等模塊，可實現自動檢測人為移動并上報系統，并可在GNSS開闊區域自主定位，以及在GNSS遮擋區域與無人機及機器人空地協同定位。村鎮土地權籍/現狀調查機器人具備自動搜尋RFID界址點、空地協同定位、現狀信息自主采集功能，可實現電子界址點的自動識別，支持激光/視覺組合定位電子界址點，支持基于宗地信息自動化獲取宗地及不動產現狀信息。村鎮土地權籍調查空地協同局域定位技術支持空中機器人和地面土地權籍/現狀調查機器人協同組網，實現對電子界址點進行高精度位置測量，并可自動路徑規劃、自動搜尋、導航至電子界址點設備，同時實現任務下發、界址點信息自動接入，自主采集處理。村鎮權籍調查電子界址點智能感知平臺具備村鎮權籍調查在線服務能力，支持空中機器人、地面權籍/現狀調查機器人遠程接入，具備任務自動分發、數據實時接收、信息智能處理、權籍數據庫生成等功能，能夠實現高精度、大范圍權籍信息自主獲取與處理。電子界址點信息時空表達及空間實體化技術實現了由離散電子界址點定位信息恢復宗地多邊形，并對界址點自動編碼，自動關聯無人機、機器人采集的地理（時空、影像）信息，自動化構建出權籍數據庫的四至、現場照片等可追溯調查信息。

1.2 村鎮土地多維度多要素可追溯調查技術

通過“5G+北斗+地面衛星系統”與土地調查智能移動終端、組合定位導航設備和空地協同設備，以及土地資源可追溯調查系統，實現了村鎮多維多要素可追溯調查（圖2）。“5G+北斗+地面衛星系統”組合定位導航技術，通過構建兼容北斗與地面衛星信號的組合導航定位系統，形成脈沖收發型地面衛星基站設備和兼容北斗與地面衛星信號的接收機終端設備，建立了北斗與地面衛星協同組網同步監測機制，以實現土地調查中各終端設備的全域高精度定位。土地調查手持智能移動終端是一種小型化、便攜式的土地調查智能移動終端，包含了多數據源質量分析控制、多傳感器離線/在線標定、多傳感器融合SLAM方案、視覺和激光融合等的三維重建關鍵技術，通過集成GNSS/地面衛星、5G、INS、激光雷達與視覺相機等技術實現了村鎮土地多維度多要素信息的采集。該終端通過數傳模塊或5G網支撐實現了無人機與地面移動終端的空地任務聯合規劃、導航及協同工作，解決了空、地設備的激光點云、多角度影像的位姿融合，以及目標點云與影像數據的全域覆蓋等問題[7-9]。高精度激光點云和多角度影像的聯合處理和三維建模方法，實現了村鎮全域土地多維度多要素三維實景構建。村鎮多維度多要素用地信息智能解譯技術，提供了村鎮土地資源“多特征基元提取—業務場景理解—多要素信息提取”智能解譯方案，實現了全域土地資源三維點云的精細分類與語義分割以及村鎮多要素用地信息的智能提取[10]。土地資源可追溯調查技術，基于地理區塊鏈的土地資源調查業務過程可追溯信息的采集、傳輸、存儲及索引等技術，實現了數據的溯源管理和可視化展示。

1.3 高分遙感智能主動調查監測技術

高分遙感智能主動調查監測技術依托構建的村鎮土地變化智能監測平臺，面向村鎮土地利用變化監測需求，解析土地利用高分遙感地面基準網，利用變化信息主動監測與識別技術，鏈接村鎮土地樣本庫，實現村鎮土地利用變化的自動化、智能化、高效化監測識別和管理（圖3）。多尺度高分遙感地面基準網技術在遙感影像地面基準網的基礎上，建立了影像控制點基準庫和輻射控制基準庫，并通過自動匹配生成控制點和輻射校正基準，完成原始影像的幾何校正和輻射校正，該技術有效提高了遙感影像校正的效率，實現了高分遙感影像的一體化校正[11]。土地利用變化高分遙感主動發現技術以村鎮典型地類變化監測需求（耕地、道路、建筑物、水體等）為引導，基于國產高分等多源高分辨率遙感數據和村鎮土地樣本庫，采用智能分類方法研究村鎮土地利用變化主動發現技術，構建村鎮土地利用變化規則庫，并建立典型地類特征變化發現模型庫，實現村鎮土地利用變化的主動監測[12-14]。土地利用變化無人機自主在線監測技術，以衛星影像進行主動監測的局部變化圖斑為輸入對象，利用集成旋轉激光、影像、IMU以及GPS的無人機進行局部區域多源數據的自主獲取。村鎮土地樣本庫在線支持技術，即通過收集大量地物的類別、錄入時間等相關信息，并將影像和樣本解譯數據存入影像樣本庫中，得到典型地物樣本庫，為村鎮土地智能化分類和監測提供樣本數據保障。

2 村鎮土地統一智能調查模式構建

土地智能調查對象主要面向村鎮土地（土壤）、森林、草原、水、濕地等地上資源，調查監測類型涵蓋“資源、權益、生態”三大類。相關技術及裝備可直接服務于村鎮建設領域的土地資源調查與監測、自然資源綜合監管以及自然資源統一調查監測，還可間接服務于生態環境、自然災害等動態監測。村鎮土地統一智能調查模式通過集成村鎮土地權籍信息自主采集與處理技術，優化了以往常規地籍測量與權屬調查結合的方式，采用村鎮土地多維度多要素可追溯調查技術，實現了土地多維多要素的智能化、可追溯調查，以高分遙感智能主動調查監測技術替代人工判讀比對提取變化信息的方式，構建東部發達地區土地精準調查、中部兩型社會地區土地綜合調查、西部快速發展地區土地高效調查一體化的“資源—生態類”和“村鎮土地權益類”兩種調查子模式。

2.1 “資源—生態類”調查模式

針對當下調查方式存在的工作體量大、周期短、成果真實性難以保證、調查軟件不統一、技術人員更換頻繁等現實問題，“資源—生態類”調查模式以業務需求為目標，對土地智能調查關鍵技術進行串聯，形成集影像處理、內業底圖處理、外業調查、建庫核查于一體的調查模式（圖4）。其中，變化信息提取及影像處理主要采用多尺度高分遙感地面基準網技術、村鎮土地樣本庫在線支持技術以及村鎮土地利用變化高分遙感主動發現技術等實現大尺度范圍下的變化圖斑提取；采用村鎮土地樣本庫在線支持技術和無人機自主在線監測技術實現小范圍的自主變化圖斑的精細提取，實現精準調查。內業底圖處理主要包括變化信息上圖，標注外業圖斑。外業調查主要采用“5G+北斗+地面衛星系統”與空地協同的移動視覺融合的全域調查技術，結合村鎮多維度用地信息智能解譯技術實現精準調查；采用無人機、手持智能調查移動終端視覺語義快速分割技術開展復雜地形地貌區的快速調查。數據庫建設主要包括外業調查成果核實以及屬性完善。成果核查采用土地資源可追溯調查技術，實現土地資源可追溯調查。以上技術確保了調查數據的實時、動態獲取。

“資源—生態類”調查模式的建立可服務于自然資源和生態現狀調查、變化監測及綜合評價等工作，支撐年度國土變更調查、“1+N”衛星遙感監測[15]、耕地保護一張圖更新、自然災害監測等“資源—生態類”調查監測類業務的快速、準確實施，進而提升自然資源的精細化管理水平。

2.2 “村鎮土地權益類”調查模式

“村鎮土地權益類”調查模式主要服務于全民所有的水流、森林、山嶺、草原、荒地、濕地等自然資源資產進行統一調查統計、確權登記等權益管理類調查相關工作，如農村土地承包經營權確權登記、農村宅基地房地一體確權登記、自然資源統一確權登記、全民所有自然資源資產清查、水利工程管理與保護范圍劃界等權益管理類業務。相對于城市權益類調查，村鎮權益類調查具有分布范圍廣、地域分散、適用村鎮確權政策的特點。在地籍測量方面，部分地區高等級控制點稀少甚至沒有，使常規控制測量陷入困境。在資料收集方面，村鎮權籍調查涉及點多且分散，如果將所有工作中遇到的文件、證明材料、測量控制點等均錄入數據庫，在造成數據冗余的同時，也使數據庫管理運行緩慢，導致工作效率低下。資料存儲方面，村鎮權籍調查中的權屬資料包括：身份證、戶口簿、房屋產權證、土地證、契約等相關證明文件，權源材料繁多，調查單元涉及人員眾多。目前的管理儲存方法容易造成文件混淆、丟失，大量的手動錄入信息也容易出錯[16]。

“村鎮土地權益類”調查模式借助土地智能調查系列關鍵技術，形成集內業底圖處理、外業調查、數據庫建設和審核歸檔于一體權籍調查模式（圖5）。內業底圖處理的內容為對資料收集、整理，疊合地形、地籍、發證資料等，在宗地統一編碼規則基礎上劃分宗地。外業調查主要采用RFID新型電子界址點設備、土地權籍/現狀調查機器人、村鎮土地權籍調查空地協同局域定位技術，以及“5G+北斗+地面衛星”組合定位導航技術、手持智能移動終端及空中無人機多傳感器終端相結合的空地協同的移動視覺全域土地調查技術。數據庫建設主要采用電子界址點信息空間表達及空間實體化技術實現權籍界址點的自動成圖，并按照建庫要求將相關資料整理入庫。成果審核歸檔主要采用土地資源可追溯調查平臺系統在數據庫審核歸檔過程中確保數據可追溯，防止數據篡改，確保數據一致性。

基于東部和中部城鎮地區權籍精細化調查需求，在影像無遮蔽區，采用“5G+北斗+地面衛星”組合定位導航技術，借助土地調查手持智能移動終端及空中無人機多傳感器終端相結合的空地協同移動視覺全域土地調查技術實現無人機傾斜攝影三維建模，并通過室內解譯的方法識別界址點；在遮蔽區或室內無法解譯識別界址點的區域，通過人工布設界址點，利用機器人開展空地協同定位，采集界址點現狀信息，并對界址點信息進行空間實體化。基于西部地區及中部農村地區快速權籍調查需求，采用無人機傾斜攝影三維建模、室內解譯的方法識別大部分界址點，在遮蔽區或室內無法解譯識別界址點的區域，通過人工布設界址點，結合界址點之間的超寬帶（Ultra Wide-Band，UWB）測距和部分已知界址點信息實現未知定位界址點的定位，利用權籍調查終端讀取UWB測距信息，進行三維建模。

3 村鎮土地統一智能調查模式典型應用

通過梳理總結全國現階段不同地區的新型城鎮化建設需要，尤其是土地調查的現實技術需求，為“省—市—縣—鄉—村”多層級，自然資源、農業農村、水利等多領域涉及的國土變更調查、農村宅基地和集體建設用地房地一體確權登記頒證、水利工程管理與保護范圍劃界、耕地保護一張圖更新等核心業務，構建了各自的集成應用方案。

3.1 國土變更調查

國土變更調查中，采用多尺度高分遙感地面基準網技術，對影像進行幾何/輻射一體化校正，得到基準統一的廣域多源多期的村鎮土地調查監測影像；采用多尺度高分遙感地面基準網技術、村鎮土地樣本庫在線支持技術以及村鎮土地利用變化高分遙感主動發現技術等實現大尺度范圍下的變化圖斑提取；采用村鎮區域差異化的土地樣本庫在線支持技術和無人機自主在線監測技術實現小范圍的自主變化圖斑的精細提取，實現精準調查；調繪實地建設范圍和地類時，采用“5G+北斗+地面衛星系統”與空地協同的移動視覺融合的全域調查技術，結合村鎮多維度用地信息智能解譯技術實現對東部地區的精準調查；采用無人機、手持智能調查移動終端視覺語義快速分割技術開展對中西部復雜地形地貌區的快速調查；成果核查數據匯交過程中采用村鎮土地資源可追溯調查技術，實現數據變化過程可追溯，防止數據篡改。

3.2 農村宅基地和房地一體確權登記頒證

農村宅基地和房地一體確權登記頒證調查中，采用“5G+北斗+地面衛星”組合定位導航技術，土地調查手持智能移動終端及空中無人機多傳感器終端相結合的空地協同的移動視覺全域土地調查技術實現無人機傾斜攝影三維建模，實現地形地籍修補測；東部發達地區，變化宗地的界址點需要在權屬核查后同樣采用“5G+北斗+地面衛星”組合定位導航技術，土地調查手持智能移動終端及空中無人機多傳感器終端相結合的空地協同的移動視覺全域土地調查技術實現無人機傾斜攝影+激光點云三維建模，在此基礎上，直接在內業底圖上進行圖解測定界址點；在遮蔽區或室內無法解譯識別界址點的區域，通過人工布設界址點，利用機器人開展空地協同定位，采集界址點現狀信息，對界址點信息進行空間實體化處理。西部及中部農村地區為實現快速權籍調查，可通過界址點之間的UWB測距和部分已知界址點信息實現未知定位界址點的定位，利用權籍調查終端讀取UWB測距信息，結合內業底圖確定界址點。

3.3 水利工程管理與保護范圍劃界

基于水利工程管理和保護范圍劃定的要求，采用空中無人機多傳感器終端、手持智能移動終端，實現三維建模。通過土地調查手持移動終端、權籍調查機器人，采集水庫壩頂、堰頂高程信息。采用RFID新型電子界址點設備、權籍調查機器人，開展空地協同定位，并采集界址點現狀信息，通過界址點信息空間實體化技術，實現建筑物、溢洪道等水利工程輪廓線的確定。利用村鎮多維度多要素用地信息智能解譯技術，對其他水利工程輪廓線予以確定。在此基礎上，通過設計洪水位線的分析，開展水利工程管理與保護范圍線的標繪，并布設電子界樁和電子告示牌（圖6）。

3.4 耕地保護一張圖更新

根據耕地保護一張圖更新業務對土地資源調查監測技術的需求，利用高分遙感地面基準網構建技術，實現了高分遙感/輻射一體化校正，便于不同期次影像對比。土地樣本庫在線支持技術通過海量的村鎮耕地、耕地“非糧化”以及耕地“非農化”訓練樣本，形成了多尺度、多時相、本地域的樣本庫支持，為村鎮土地智能化分析和監測提供樣本數據保障。遙感衛星主動監測技術基于U-net、U-net++等語義分割模型的改進和應用，有力地支撐區域耕地變化地塊的提取。采用“5G+北斗+地面衛星系統”與移動視覺融合的全域調查技術實現了視覺、點云等多維度用地信息智能解譯技術調查核實，實現耕地非農化、非糧化以及耕地拋荒圖斑的精準識別（圖7）。

4 展望

通過村鎮土地智能調查關鍵技術體系的研究和村鎮土地統一智能調查模式的構建，主要解決了村鎮土地權籍信息自主采集與處理、村鎮土地資源多維度多要素高精度可追溯調查、土地利用變化主動發現、無人機自主在線監測等前沿科學問題，以推動我國村鎮土地調查技術邁入智能化發展階段。

“十四五”時期，面向自然資源全生命周期的管理要求及自然資源智慧治理能力提升需求，土地調查正在完成向精準化、網絡化、數字化、智能化和規范化的轉變，區域定期調查、場地尺度精細調查及地塊尺度快速取證與樣點監測相結合的“天-空-地-網”一體化智能監測系統正在逐步形成。調查監測領域也在逐步探索結合知識圖譜等手段，形成更為優化的技術方法。服務模式方面，從自然資源治理理念、架構、對象、方式等出發，針對不同地區、不同層級的調查監測評價及預警指標需求，探索差異化的服務模式將成為趨勢。未來的智能調查將著重于集成更多高度自動化和信息化手段，為耕地資源保護、土地生態管護、國土空間保護開發利用等具體業務需求提供更為精細化的應對方案。

參考文獻/References

[1] 張禾裕，劉雙，李偉秋，等.新治理體系下自然資源監測監管研究綜述[J].自然資源情報.2022，（11）：13-19.

[2] 王建鋒，封寧.國土調查成果優化服務自然資源管理探討[J].中國土地，2023（01）：54-55.DOI：10.13816/j.cnki.ISSN1002-9729.2023.01.17.

[3] 彭朝冰. 土地調查監測技術及應用[M]. 北京： 中國地質出版社.2018.

[4] 周詩洋，吳向陽，楊高朝，等.一種利用擬牛頓法優化解算界址點坐標的方法[J].計算機與網絡，2021，47（23）：66-69.

[5] 高翔，姚鐘惠，朱妍，等.一種存量房屋分戶分間模型及其數據生成方法[J].中國房地產，2022（04）：35-39.DOI：10.13562/j.china.real.estate.2022.04.017.

[6] 劉治東，封寧，米紅.一種基于改進遺傳算法的村鎮土地宗地多邊形自動構建方法[J].測繪與空間地理信息，2023，46（02）：13-15+24.

[7] 閆利，戴集成，譚駿祥，等.SLAM激光點云整體精配準位姿圖技術[J].測繪學報，2019，48（03）：313-321.

[8] 謝洪，陳立波，聶倩，等. 利用點云配準的空地影像融合技術[J].測繪通報，2022，（06），82-87. doi：10.13474/j.cnki.11-2246.2022.0176.

[9] 閆利，任大偉，謝洪，等. 激光點云與密集匹配點云融合方法[J].中國激光，2022，49（09）：175-185.

[10] 文學東，陳為民，謝洪，等. 一種融合多源特征的建筑物三維模型重建方法[J].武漢大學學報（信息科學版），2019，44（05）：731-736+764.DOI：10.13203/j.whugis20180320.

[11] 閆涵，張毅.利用GF-6影像結合國土“三調”開展西部地區縣域自然資源調查[J/OL].自然資源遙感：1-11[2023-02-24].https：//kns-cnki-net.webvpn.jmu.edu.cn/kcms/detail/10.1759.p.20221102.1831.022.html.

[12] 袁翠霞，趙春江，任艷敏，等.基于U-Net網絡的高標準農田道路識別方法[J/OL].農業機械學報：1-11[2023-02-24].https：//kns-cnki-net.webvpn.jmu.edu.cn/kcms/detail/11.1964.S.20230221.1440.024.html.

[13] 熊曦柳，胡月明，文寧，等.耕地遙感識別研究進展與展望[J].農業資源與環境學報，2020，37（06）：856-865.DOI：10.13254/j.jare.2020.0457.

[14] 胡偉，文武，魏敏.改進U-Net的高分辨率遙感圖像輕量化分割[J].計算機系統應用，2022，31（12）：135-146.DOI：10.15888/j.cnki.csa.008824.

[15] 劉專，肖海，彭能舜，等.湖南省“1+N”衛星監測體系構建[J].國土資源導刊，2022，19（03）：61-65.

[16] 甘明超，鄧姝.新技術與傳統測繪方法結合在宅基地確權登記中的應用[J].國土資源導刊，2020，17（04）：76-79.

收稿日期：2023-01-05;? ? ? ? ? ? ? ? 改回日期：2023-03-02。

*基金項目：國家重點研發計劃課題“村鎮土地智能調查關鍵技術集成與應用示范”（編號：2020YFD1100205）。

*第一作者簡介：唐鐵（1987—），男，碩士，工程師；主要從事自然資源調查監測相關工作;E-mail： tangtie19@126.com。