中國測繪丨在“早發現”上下功夫 實現“按天”推送衛片成果

作者:管理員 來源:國土衛星中心 日期:2021-6-18 16:12:37 點擊:263


訪自然資源部國土衛星遙感應用中心副主任羅建軍、資源調查監測部主任尤淑撐


曾經擁有約2萬畝“三北”防護林帶的國營敦煌陽關林場,近十余年來持續遭遇大面積“剃光頭”式砍伐,用來種植耗水量大、需頻繁擾動地表土層的葡萄。敦煌市已成立專班對此開展調查。(據2021年1月20日《人民日報》客戶端)

陽關林場毀林種葡萄的消息引起社會廣泛關注。有觀點認為,毀樹容易種樹難,林已被毀,覆水難收,痛心之際,除了調查真相,嚴加究責,恐怕還要考慮如何保護好人們賴以生存的耕地以及濕地、林地、草地等自然資源,才是長遠之計。

3月30日,自然資源部召開“2021年全國衛片執法工作部署暨視頻培訓會議”指出,衛片執法是遏制新增農村亂占耕地建房的重要抓手,要推動衛片執法工作再上新臺階。

為此,圍繞衛片執法中衛星遙感影像的支撐作用這一話題,《中國測繪》記者近日采訪了國土衛星遙感應用中心副主任羅建軍和資源調查監測部主任尤淑撐。

 

          羅建軍在審核遙感監測工作報告          尤淑撐介紹自然資源衛星遙感監測系統


衛片執法是抓手遙感監測是基礎

中國測繪:請介紹一下什么是衛片?衛片如何輔助自然資源部開展土地執法?


羅建軍:在衛片執法監測工作中,中央強調“零容忍”遏制新增違法占用耕地建房,特別突出了自然保護地、長江流域和黃河沿岸縣域等重點地區監管。 

今年3月30日,在自然資源部召開2021年衛片執法工作部署暨視頻培訓會上,自然資源部副總督察陳塵肇強調,要把衛片執法工作作為遏制新增農村亂占耕地建房的“一雙眼睛”“一把利劍”,同部署、同推進、同落實,對新增違法用地要及時發現、及時制止,依法嚴肅處置。他特別強調要在“早”上下功夫,要早發現,早制止,要發現在初始,解決在萌芽。

衛片是土地執法的重要基礎,是落實“采取長牙齒的硬措施,落實最嚴格的耕地保護制度”要求的技術支撐。

通俗來說,衛片就是衛星拍攝的照片,把不同時期衛星拍攝的遙感影像進行對比就可以發現變化。通過衛片的“火眼金睛”,各種變化情況可以一覽無遺。正是有了衛星“天上看”的“天眼”,使違法用地難于隱藏。

土地衛片執法就是基于衛星遙感技術,對某一地區進行定期拍攝,對不同時期衛片進行疊加對比來發現土地利用變化情況,比如新增建筑物、構筑物、道路、耕地利用轉化等。將提取的變化圖斑與國土規劃和審批資料等數據進行疊加預判土地利用的合法性,要求地方政府對變化地塊進行實地核查,進而追究地方政府主要負責人和相關責任人的責任,遏制違法用地上升態勢,切實保護耕地。

事實上,自然資源調查監測是較早應用遙感技術的重要領域,遙感技術也是自然資源管理不可或缺的重要手段之一。

過去,由于遙感影像分辨率不高、覆蓋能力不強,發現變化圖斑時效性不強、精度不高,發現違法圖斑需要借助外業巡查,從違法行為發生到被發現往往時間會比較長,使得衛片執法嚴重滯后。隨著衛星覆蓋和分辨能力的不斷提升,室內影像判讀結果可靠性非常高,絕大部分外業工作可以轉化為內業工作,提高了工作效率,使得作業周期大幅縮短。

2019年1月,重構后的自然資源部國土衛星遙感應用中心(以下簡稱“衛星中心”),為自然資源衛片執法提供了數據、技術和業務支撐,利用優于2米級影像數據首次實現了每個季度對全國土地利用變化情況的全面監測,提升了自然資源監測信息化水平,特別是在執法督查、耕地保護,以及“大棚房”、違建別墅和農村亂占耕地建房等專項整治工作中發揮了重要作用。

尤淑撐:不可否認,衛片執法是土地監管的重要抓手,遙感監測是該項工作的基礎。2020年度,衛星中心共提取了超過50萬個變化圖斑,面積超過1116萬畝,將這些圖斑與相關土地管理資料進行套合,初步篩選出疑似違法圖斑,發現全國絕大多數省份都存在疑似占用永久基本農田現象,有部分變化圖斑位于國家級自然保護區內和國家級主體功能區中的禁止開發區、限制開發區里。這就是衛星遙感“天眼”的作用,而采用傳統調查手段則很難發現這些變化地塊。

衛星遙感也可對違法整治情況進行持續跟蹤監測。舉例來說,針對黑龍江省牡丹江市“曹園”違法占地建設以及后續違建拆除復原情況的監測,技術人員基于衛星遙感影像制作了曹園土地利用變化圖,并且從2019年4月4日開始,每隔10天對“曹園”整改拆除情況進行監測。連續三期監測結果顯示,截至2019年5月1日,在提取的61塊土地利用圖斑中,有48塊圖斑顯示違建已經完成拆除,2塊圖斑顯示違建正在拆除中,11塊圖斑顯示還沒有變化。通過“天上看,圖上查”的技術手段,為及時掌握“曹園”整改拆除情況提供了有力支撐。


借助衛片“一雙慧眼”助力執法“一把利劍”

中國測繪:您剛剛介紹說,衛星遙感影像是土地執法的“一雙眼睛”“一把利劍”。那么,衛片“慧眼”在土地執法中發揮了怎樣的作用?請簡要介紹目前我國陸地遙感衛星發展情況?



羅建軍:眾所周知,土地是人們賴以生存的生命之源,而耕地是糧食生產的重要基礎,是國家糧食安全的根本保證,也是最為寶貴的土地資源。

農業農村部相關負責人曾公開表示,我國耕地資源十分緊缺,耕地“非農化”現象在不少地區仍然突出,如果任其發展,就會損害糧食產能,威脅國家糧食安全。所以“中國人要把飯碗端在自己手上,而且要裝自己的糧食”,就要保護好我們的耕地。

針對當前一些地方耕地“非農化”突出問題,國務院辦公廳先后制定印發了《關于堅決制止耕地“非農化”行為的通知》,就保護耕地提出了更加明確的措施和要求,以遏制耕地“非農化”、防止耕地“非糧化”。作為土地執法的“一雙眼睛”“一把利劍”,衛星遙感影像和衛片發揮了不可替代的重要作用。

近年來,耕地保護“技防”能力不斷提高。從我國遙感衛星監測能力上看,目前自然資源領域可供利用的高分遙感衛星有20多顆,精度不斷提高,其中2米級衛星遙感影像每季度實現全國覆蓋,優于1米遙感影像年度可實現全國覆蓋,做到了全國耕地和永久基本農田動態監測的全面覆蓋。

同時,我們通過多時相影像分析可準確發現占用耕地進行綠化造林、建設綠色通道、挖湖造景、從事非農建設等情況,通過將提取的圖斑與耕地和基本農田地塊疊加,還可以發現占用永久基本農田擴大自然保護地等情況,分析出耕地轉化為建設用地的數量,從而實現“早發現”違法用地,“早阻止”耕地“非農化”,防止耕地“非糧化”。

前面提到的陽關林場毀林種植葡萄即是涉及“非糧化”的問題。衛星中心利用多年遙感影像對該林場土地利用變化進行監測發現,2002年~2005年期間,林場葡萄園種植面積在持續增加,原有的3片耕地面積大約800余畝,從2005年開始,這些耕地上逐步改種了葡萄,變為了葡萄園,改變了地類屬性??梢?,遙感監測“不會說假話”,其為防止耕地“非糧化”提供了重要手段。

尤淑撐:我國遙感監測的能力提升得益于我國對地觀測體系建設的不斷推進,對地觀測衛星數量不斷增加。

目前,自然資源部已初步構建了陸地業務衛星骨干網,覆蓋光學、立體、激光、高光譜等多種載荷,未來還有雷達、重力等衛星上天。一個全球化、全天候、全天時、全要素、全尺度的自然資源衛星觀測體系正在逐步形成,為自然資源監測管理提供了全方位、高精度、高時間分辨率、高空間分辨率的影像和技術保障。 

2011年

資源一號02C衛星成功發射,開啟了自然資源部業務星體系建設。

2012年

資源三號01衛星成功發射,使我國對地觀測實現了從二維平面觀測到三維立體觀測的跨越。

2019年

5米光學業務衛星成功發射,標志著我國首顆民用高光譜業務衛星正式加入到自然資源業務星序列。同年,高分七號衛星的成功發射標志著我國進入1:1萬比例尺航天測繪新時代。


支撐全系統服務全領域

中國測繪:衛星遙感影像和衛片在服務于自然資源開發、利用、監測和生態文明建設的全業務上起到了哪些支撐作用?



羅建軍:在監測能力建設方面,衛星中心通過統籌衛星資源、重構監測流程和優化應用服務,顯著提高了自然資源監測效率,首次實現了2米級衛星數據國土季度全覆蓋。

這主要表現在以下幾個方面:一是優化衛星觀測調度計劃,通過衛星資源整合和應用需求統籌,最大程度保障自然資源系統所需影像數據。直白地說,就是通過調度在軌衛星對地觀測視角,或者讓多顆在軌衛星協同,最大化提高衛星對地觀測能力,最大化發揮衛星“天眼”作用。

二是健全遙感影像數據生產體系,實現正射遙感影像圖的自動化生產,保障自然資源常規性及應急監測需求。衛片執法中采用的衛片,就是利用制作生產的正射遙感影像,采用深度學習等人工智能技術提取的變化圖斑,它可以全面真實快速地發現地表變化,發現土地違法情況。衛星數據自動處理技術的突破,使得衛片加工處理等生產環節的滯后性得到不斷改進,大大提高了衛片執法工作時效性,為“早發現、早制止”提供技術保障。

三是建立自然資源常態化遙感監測體系。衛星中心開展的全國季度、重點區域月度和重點目標即時監測,為自然資源調查、監測和監管提供了基礎信息和專題地圖服務。近年來,由于人工智能技術的日新月異和突破創新,變化發現效率不斷提高,從過去1年一次全覆蓋監測,到“季度+年度”監測為主,再到今年的“月清、季核、年度評估”。一次次衛片執法效率提高的背后,也是衛星數據處理與信息提取技術的一次次突破創新。

四是創新應用服務體系,實現遙感影像信息數據在線共享服務,滿足各類用戶對遙感監測信息數據的多樣化需求。衛星遙感影像數據已在衛片執法、國土調查、水利普查、農業發展、地理國情監測等眾多領域提供應用服務。

尤淑撐:圍繞自然資源部履行“統一行使全民所有自然資源資產所有者職責,統一行使所有國土空間用途管制和生態保護修復職責”和新時期加強自然資源管理的要求,為充分發揮遙感監測技術服務自然資源開發、利用、監測和生態文明建設的支撐作用,衛星中心在對接自然資源部相關司局業務需求的基礎上,開展了全國季度、重點區域月度和特定目標即時監測工作(即自然資源地表常態化遙感監測),實現了對自然資源變化的早發現,為早制止和嚴執法提供了技術保障。

主要技術優勢是:

一是快,通過流程優化重組將監測頻次從年度監測提升到季度監測,目前這個能力還在提升中;

二是精,利用深度學習等人工智能技術,將以新增建設用地為主的變化監測提升到典型自然資源類型變化監測;

三是準,綜合利用光譜信息、物候變化特征和地類變化分布等知識,目前主要變化類型內業信息提取準確率達到90%以上。

開展自然資源地表常態化遙感監測先后保障了季度衛片執法遙感監測、全國農村亂占耕地建房專項整治遙感監測、全國“大棚房”問題專項清理整治遙感監測等30余項監測工作,為自然資源管理、生態保護和修復、督察執法等工作提供了有力支撐。


全流程技術創新支撐衛片執法

中國測繪:衛星中心成立兩年多來,在能力建設上做了哪些創新?取得了哪些實效?



羅建軍:衛星中心重構以來,積極推進衛片執法遙感監測全流程技術創新,優化了多星觀測任務規劃和采集計劃,建立了自然資源常態化遙感監測體系,推進了人工智能信息提取技術應用,提升了自然資源常態化遙感監測信息化水平。

一是持續創新優化多星虛擬組網觀測,提高影像覆蓋率,保障2米級數據全國季度覆蓋和亞米級數據全國年度覆蓋;

二是不斷健全完善自然資源常態化遙感監測體系,推進人工智能信息提取技術應用和自然資源常態化遙感監測信息化水平,實現影像接收10日后下發變化圖斑信息;

三是完善自然資源遙感云服務平臺,通過云平臺實現當天信息、當天上云和當天下發,且制作一批,下發一批,隨時監測,隨時下發。同時,向省級自然資源執法部門和自然資源衛星應用技術中心推送非涉密衛星影像圖和變化圖斑信息,最大限度提高數據下發效率,輔助地方早發現、早制止;

四是建立衛片圖斑全生命周期監測系統,通過最新遙感影像對衛片執法工作中的違法用地拆除復耕進行長時序持續監測跟蹤,防止違法用地虛假整改,確保違法違規行為查處整改到位,提高衛片執法成果質量,強化支撐衛片執法工作。

技術創新也帶來了業務能力的提高。正如前面介紹的,在影像獲取方面,實現了2米級衛星數據全國季度覆蓋,有效覆蓋面積比例達到90%以上,月度平均覆蓋由50%提升至70%,北方地區可實現雙月覆蓋,南方獲取困難區有效覆蓋由一年提升至半年。這些能力的提升有力地支撐了衛片執法、全國國土調查等自然資源監測管理。

在自動提取和信息化方面,應用深度學習技術研發了變化圖斑自動檢測軟件,實現了2米分辨率影像變化信息的每日自動提取,每月數據處理面積約450萬平方千米,顯著提高了監測信息提取的效率。

此外,還研發了自然資源常態化遙感監測平臺,支持每日15萬平方千米以上自然資源常態化遙感監測作業生產,實現了監測全流程監控和成果自動化流轉,提高了整個監測工作的自動化水平。值得肯定的是,在2019年實現了全國按季度開展2米尺度衛星遙感監測基礎上,目前實現了10天以內從衛星影像接收到監測產品的生成,并且實現“按天”推送衛片成果。

同時也應看到,衛星遙感技術目前還存在一些短板,有待加強和提高。比如現有的光學衛星數量不足,尤其是亞米級高分辨率的衛星偏少、覆蓋率不夠高;另外,衛片靈活性和機動性還不夠強,特別是針對應急監測,光學數據獲取時效性還不夠高,還需要航空手段和地面調查輔助配合。這些一定程度影響著衛片執法和自然資源監測成效。

尤淑撐:衛片執法效率和能力主要受三個方面影響:

一是數據獲取能力。受衛星數量和回歸周期的影響,特別是光學數據受天氣影響嚴重,總體上還不能實現月度或更短周期的全國國土有效覆蓋;

二是數據處理能力。衛片的生成涉及衛星數據接收、傳輸、處理、信息提取、質檢、歸檔上云等多個環節,現在每天接收的衛星數據量超過300T,目前我們做到了數據接收后10日下發衛片圖斑,與之前相比有了顯著提升,但與應用需求仍存在一定差距;

三是變化提取自動化水平。目前衛星數據正射影像處理可以基本實現自動化,但信息提取仍然需要自動提取和人機交互核實相結合來完成,全國性衛片季度監測需要投入100人左右來完成。


短板強能力讓“技防”更精準

中國測繪:如何在“補短板、強能力”上下功夫?下一步還有什么打算和舉措?


羅建軍:自然資源部陸昊部長對衛星中心提出了“補短板、強能力”要求。針對如何“補短板、強能力”,全國政協委員王權在今年兩會上提交了一份關于完善我國空間基礎設施建設的提案,“希望在未來五年,我國能從空基大國變成空基強國?!?/span>

針對新形勢,面向新階段高質量發展,衛星中心將繼續發揮衛星遙感全球性和客觀性技術優勢,助力衛片執法和自然資源監測管理更精準、高效、快捷。

首先,進一步加強陸地衛星遙感觀測體系建設,按計劃推進衛星的立項、研制、發射和運營,充實衛星類型和型譜,逐步實現自然資源的全天候、全天時監測。

其次,逐步健全完善自然資源山水林田湖草一體化遙感監測體系,將各類自然資源要素和地表人工設施的存量、空間布局、變化態勢以及對土壤、水體、礦物和植被等要素的成分、長勢的監測納入到日常監測工作中。

三是強化衛片監管支撐服務能力,聚焦“十四五”開局起步,繼續發揮好陸地衛星遙感應用“國家隊”的作用,加快自然資源衛星遙感監測監管技術體系建設,更好地為自然資源部調查監測、國土空間規劃、用途管制、督察執法等17個業務司局提供影像保障、監測監管、分析評價等服務。同時,在自然資源變化監測、耕地“非農化”“非糧化”監測、國土空間規劃及實施監督、支撐衛片執法等方面,充分發揮衛星遙感的“基礎性、先行性”支撐作用,“用盡、用足、用好”衛星遙感數據資源,服務國家生態文明建設,更好地為高質量發展提供衛星遙感保障。

尤淑撐:面向未來,聚焦“十四五”新發展需求,更好地服務自然資源“兩統一”職責,我們有一個初步設想,就是“建機制、強能力、高質量”。


           尤淑撐(左三)在?東省湛江市對紅樹林變化信息進?外業核實

具體來說,一是推進建立全生命周期遙感監測監管工作機制,充分發揮衛星中心影像獲取和遙感技術優勢,以及自然資源部其他直屬單位在調查、核查、管理信息等方面的專業優勢,建立影像及變化圖斑常態化保障、調查監測協同、監測監管聯動的高效自然資源監測監管新機制,實現從變化圖斑發現、疑似違法圖斑確定、違法情況核實到整改跟蹤監測的變化圖斑全生命周期管理。

二是加強技術創新,進一步提升自動變化的發現和信息提取業務化支撐能力,逐步實現以新增建設用地為主向耕地、園地、林地、草地、濕地、建設用地等典型地類全要素變化監測轉變。

三是加強高光譜、雷達等多源數據業務化應用,開展各類地區自然本底狀況遙感調查,獲取植被長勢、水體富營養化、懸浮物濃度以及土壤有機質含量等各類自然資源要素質量信息,逐步實現以數量監測為主到數量、質量和生態一體化監測。


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