◎ 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(fā)揮測繪地理信息技術優(yōu)勢，開展耕地遙感調查監(jiān)測，探索建立了“快速發(fā)現(xiàn)﹢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(yè)發(fā)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(jiān)測耕地數(shù)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(tǒng)一”職責，充分發(fā)揮自身技術和地理信息資源優(yōu)勢，在為耕地保護提供準確信息數(shù)據(jù)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(chuàng)新，助力耕地保護邁上新臺階。

監(jiān)測七大農產品主產區(qū)空間格局，助力耕地數(shù)量和質量保護。2016至2020 年，黑龍江測繪地理信息局連續(xù)開展了農產品主產區(qū)空間格局、農業(yè)戰(zhàn)略格局監(jiān)測。項目監(jiān)測范圍覆蓋七大農產品主產區(qū)，監(jiān)測內容包括種植土地資源、水資源、農業(yè)潛力情況、耕地資源質量空間分布變化、污染企業(yè)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(shù)量和質量保護。

基于地理國情監(jiān)測數(shù)據(jù)，監(jiān)測區(qū)域種植土地的變化量和變化速度、區(qū)域內15 度至25 度、25 度以上坡度種植土地變化、區(qū)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(shù)量變化特征及變化規(guī)律、耕地后備資源的恢復與利用情況，助力耕地數(shù)量保護；對全國七大農產品主產區(qū)不同坡度、不同干濕地區(qū)范圍內耕地資源進行監(jiān)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(jù)。

依托衛(wèi)星遙感技術，技術人員以高空間分辨率遙感衛(wèi)星圖像為基準，依據(jù)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(shù)據(jù)，采用技術手段提取區(qū)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(jiān)測年份各時期旱田和水稻植被覆蓋指數(shù)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(shù)據(jù)，使用溫度植被干旱指數(shù)構建區(qū)域干旱指數(shù)。通過對作物種植結構、作物長勢和農業(yè)災害的監(jiān)測，可有效測算區(qū)域糧食供給狀況，評估區(qū)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(yè)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(yè)農村廳簽訂《合作框架協(xié)議》，共同開展農業(yè)遙感監(jiān)測、農作物種植面積遙感估算等工作，推進黑龍江省農業(yè)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(shù)據(jù)

——完善黑龍江省北斗衛(wèi)星導航定位“一張網(wǎng)”?；诤邶埥瓬y繪地理信息局前期與氣象局、地震局共同建設的省衛(wèi)星定位連續(xù)運行綜合服務系統(tǒng)，在松嫩平原、三江平原主要農業(yè)種植區(qū)增建26 座北斗連續(xù)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(wèi)星導航系統(tǒng)在黑龍江省精準農業(yè)領域的規(guī)模化應用，促進傳統(tǒng)農業(yè)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(tǒng)籌實施農村土地承包經營權確權統(tǒng)一航空攝影、1∶2000 數(shù)字正射影像圖制作項目，根據(jù)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(fā)，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(yè)強度大幅降低，為耕地保護等方面提供了良好的數(shù)據(jù)基礎。

——開展高標準農田建設地理信息監(jiān)控監(jiān)管平臺建設。與省農業(yè)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(jiān)控監(jiān)管方法并完善平臺功能，實現(xiàn)高標準基本農田建設項目全流程信息管理、“一張圖”數(shù)據(jù)查看、省市縣三級聯(lián)動、綜合分析、內外業(yè)監(jiān)管等功能于一體的高標準基本農田建設監(jiān)管系統(tǒng)。

——擴大耕作監(jiān)測應用范圍。例如，通過高分辨率衛(wèi)星遙感影像，結合無人機航拍與實地外業(yè)核查等方法進行監(jiān)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(shù)據(jù)依據(jù)；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(tǒng)計分析，形成侵蝕溝調查數(shù)據(jù)庫、統(tǒng)計報告及相關專題圖件成果，實現(xiàn)黑土地侵蝕溝監(jiān)測，為嫩江縣侵蝕溝現(xiàn)狀調查和有效治理提供數(shù)據(jù)保障。

“天眼”助力快速發(fā)現(xiàn)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(tǒng)一”職責，利用高分辨率遙感影像、地理國情監(jiān)測成果等數(shù)據(jù)，綜合運用深度學習、遙感等技術，在耕地保護遙感調查監(jiān)測和自然資源督察方面開展了大量科技創(chuàng)新和應用實踐，為促進耕地保護問題 “早發(fā)現(xiàn)、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(wèi)星可見光遙感影像對四川地區(qū)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(wèi)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(qū)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(qū)域，采用衛(wèi)星可見光影像、衛(wèi)星高光譜影像、星載SAR 數(shù)據(jù)和機載SAR 數(shù)據(jù)等多種衛(wèi)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(qū)域內房屋、道路和推填土等耕地“非農化”重點監(jiān)測對象，以及茶園、果園和林地等耕地“非糧化”重點監(jiān)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(qū)“非農化”“非糧化”監(jiān)測結果，探索出一套遙感監(jiān)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(chuàng)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(zhàn)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 ?。▍^(qū)、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(shù)據(jù)分析技術，探索建立了“快速發(fā)現(xiàn)﹢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(shù)據(jù)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(chuàng)新團隊，圍繞如何快速提取督察要素目標，自主研發(fā)出“自然資源督察要素遙感識別監(jiān)測系統(tǒng)”；通過遙感識別監(jiān)測系統(tǒng)，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(wèi)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(fā)了“大數(shù)據(jù)綜合分析平臺”，結合土地利用管理數(shù)據(jù)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(xiàn)耕地保護疑點要素圖斑快速分析與管理、外業(yè)核查舉證單生成、綜合統(tǒng)計評價及多源多時態(tài)異構數(shù)據(jù)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(jié)，在上海市松江區(qū)新浜鎮(zhèn)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(yè)任務?！斑@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’?！标兾鳒y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(yè)發(fā)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(yè)合作社共同開展的一項農業(yè)數(shù)字裝備技術試驗，目的是繪制出該區(qū)域內1000 畝農田的高精度全要素地面數(shù)字模型，提供實現(xiàn)各類機具導航自動工作的信息數(shù)據(jù)實體基礎，嘗試實現(xiàn)“水稻耕作無人駕駛，但可精準作業(yè)”的設想，助力智慧農業(yè)發(fā)展。

據(jù)了解，該項目將建立的高精度區(qū)域控制網(wǎng)、數(shù)字空間實景模型、區(qū)域導航系統(tǒng)等與現(xiàn)代農業(yè)設施裝備開發(fā)和改良相結合，通過數(shù)據(jù)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?！霸囼災繕藴蚀_地說，是將測繪地理信息技術應用到農業(yè)作業(yè)場景中，實現(xiàn)智能農機自動駕駛、作物生長實時監(jiān)控和精準作業(yè)無人化、智能化，最終達到無人農場管理目標?！弊匀毁Y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(shù)據(jù)，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(xiàn)數(shù)據(jù)的精準分析應用。在播種階段，可對農田的整理、規(guī)劃和利用做出精準部署；在生長階段，可動態(tài)觀測其生長狀態(tài)，并為預防病蟲災害提供科學數(shù)據(jù)；在收獲階段，可對產量數(shù)據(jù)進行比對分析。

“測繪技術建成的三維模型數(shù)據(jù)，將進一步提升我們的農業(yè)自動化和科技化水平。我相信，在不遠的將來，農業(yè)耕種將會逐步實現(xiàn)自動化?！鄙虾Ｍ潦菍氜r民專業(yè)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(yè)的發(fā)展。

目前，首期針對1000 畝試驗田的空間信息數(shù)字化精準建模和空間數(shù)據(jù)的集成分析應用系統(tǒng)開發(fā)工作即將完成。預計明年初，可開展農機實地作業(yè)試驗。

“發(fā)送簡單指令，機器便能夠在農業(yè)生產的全生命周期自動作業(yè)，實現(xiàn)農業(yè)生產精時、精量、優(yōu)質。通過中央控制室‘指揮’，遠距離遙控各類農機作業(yè)，是未來‘數(shù)字農業(yè)’可能達到的狀態(tài)?！崩钚裱笪⑿χf。

這樣的跨界合作，使測繪地理信息技術推動農業(yè)生產作業(yè)的數(shù)字化、無人化、智能化和精細化成為現(xiàn)實?！皩y繪科學技術與農業(yè)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?！弊匀毁Y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(qū)”方興未艾，“智慧農業(yè)”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(wèi)星定位導航、精密工程測量等一系列測繪地理信息技術優(yōu)勢，大膽創(chuàng)新，嘗試為“智慧農業(yè)”的未來發(fā)展探索出一條新路徑。