邵 恒，黃 俊

(1.江蘇省測繪工程院,江蘇 南京 210013； 2.太倉市自然資源和規(guī)劃局，江蘇 太倉 215400)

1 概述

目前，全國各地自然資源部門主要利用航空航天遙感影像數(shù)據(jù)，結(jié)合人工實地巡查的方法進行自然資源監(jiān)管，這些技術(shù)手段在日常監(jiān)管工作中發(fā)揮了很大作用，但在高效性、便利性、準確性等方面還存在一些不足[1]。

陸昊部長在2019年全國自然資源工作會議上提出要“建立貫通部、省、市、鄉(xiāng)(縣)的衛(wèi)星應(yīng)用技術(shù)體系”。自然資源部《關(guān)于加快推進自然資源省級衛(wèi)星應(yīng)用技術(shù)體系建設(shè)的函》明確要求在江蘇省開展衛(wèi)星應(yīng)用技術(shù)體系建設(shè)試點的工作。并在此項工作中總結(jié)經(jīng)驗形成可復(fù)制、可推廣的模式[2]。自2016年以來，太倉市利用“慧眼守土”視頻監(jiān)管平臺，在全市范圍選取了215個基站鐵塔作為視頻監(jiān)測站點，實現(xiàn)了對全市土地利用情況的全方位、全天候、多角度、實時、實景監(jiān)管。目前，正在研究開發(fā)智能識別系統(tǒng)，實現(xiàn)慧眼守土圖像自動比對和預(yù)警功能，提升慧眼守土系統(tǒng)的使用效能，盡可能減小巡查壓力[3]。

同時，太倉局還將試點使用無人機應(yīng)用于耕地保護、項目驗收、重大項目批后監(jiān)管等，通過獲取地塊實時照片和影像數(shù)據(jù)，對違法盲點巡查、耕地保護核查、重點項目建設(shè)進度監(jiān)管等需求提供機動化的補充數(shù)據(jù)服務(wù)。

最終將遙感動態(tài)監(jiān)測、慧眼守土、圖像自動比對、無人機輔助服務(wù)集成于同一平臺，形成“天上看、視頻探、網(wǎng)上管、地上查”的用地管理模式，從而打造“天地空一體化”自然資源監(jiān)管體系。

2 研究方法和技術(shù)路線

2.1 研究方法

太倉市“天地空一體化”自然資源監(jiān)管是為滿足宏觀調(diào)控、資源監(jiān)管、輔助決策等功能，同時實現(xiàn)各類自然資源數(shù)據(jù)共享、處理、應(yīng)用、分析、挖掘等管理和服務(wù)的集成。平臺利用衛(wèi)星遙感、航空攝影、視頻監(jiān)控、無人機等數(shù)據(jù)，依托遙感變化檢測、圖像自動比對技術(shù)，提供太倉市自然資源變化監(jiān)測成果，集成調(diào)用平臺支撐數(shù)據(jù)庫中的資源和業(yè)務(wù)規(guī)則，為自然資源監(jiān)管各項業(yè)務(wù)工作提供數(shù)據(jù)及服務(wù)平臺[4-5]。

其中，圖像自動比對功能基于最新的計算機視覺領(lǐng)域知識對自然資源圖像中存在的違法行為進行甄別鑒定，檢測流程具體包括三個模塊：1)自然資源圖像預(yù)處理模塊；2)違法行為識別模塊；3)違法行為預(yù)警模塊。本功能在使用最新計算機技術(shù)的同時，緊貼實際需求，圍繞“守護自然資源“這一主題合理組合并開發(fā)多種先進算法，充分利用慧眼守土視頻監(jiān)控圖像資源，識別過程大大節(jié)約人力物力，能夠達到項目預(yù)期[6]。

2.2 技術(shù)路線設(shè)計

整體技術(shù)路線分為5個部分：1)影像數(shù)據(jù)獲?。喊ㄐl(wèi)星遙感影像、無人機攝影和慧眼守土監(jiān)控視頻影像信息的獲取，監(jiān)測覆蓋面積從大到小、監(jiān)測頻率由低至高，形成全局統(tǒng)籌、應(yīng)急機動、重點實時的監(jiān)測數(shù)據(jù)獲取模式。2)自然資源變化發(fā)現(xiàn)：加工處理獲取數(shù)據(jù)，利用深度學(xué)習(xí)算法及人工編輯的方法準確勾繪出太倉市的自然資源變化情況，并對自然資源變化情況進行統(tǒng)計，實現(xiàn)太倉市自然資源變化的無縫動態(tài)監(jiān)測。3)圖像自動比對和預(yù)警：具體包括三個模塊。a.自然資源圖像預(yù)處理模塊：由于自然資源圖像受到霧氣、物理遮擋等影響，存在亮度低、分辨率低、內(nèi)容模糊等情況。在該模塊中，系統(tǒng)首先對土地資源圖像進行自適應(yīng)去霧處理，并將光照調(diào)至合理范圍，并在調(diào)整后的基礎(chǔ)上，進行后續(xù)違法行為識別流程。其中開發(fā)的去霧算法可以有效去除98%的真實情況霧氣。b.違法行為識別模塊：使用經(jīng)過去霧及調(diào)整光照的圖像進行自然資源違法行為識別，使用faster-rcnn深度學(xué)習(xí)模型進行目標檢測，檢測對象分為兩類：工程車輛類(具體包括：壓路機、挖掘機、吊車、起重機等大型車輛)；違法建筑類(具體包括：彩鋼房、框架結(jié)構(gòu)、土房等不合規(guī)建筑)。在檢測過程中，使用并行加速技術(shù)，一次性可識別多張圖像中違法行為，并分別畫出具體位置，畫出的位置框能夠做到緊貼識別對象，不誤框也不漏框。c.違法行為預(yù)警模塊：動態(tài)篩選違法行為識別模塊中存在違法行為的圖像，統(tǒng)一匯總違法行為類別，然后進行分類預(yù)警，進行違法行為報表。4)遙感監(jiān)測服務(wù)平臺構(gòu)建：以遙感動態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，結(jié)合遙感影像服務(wù)，開展遙感動態(tài)監(jiān)測服務(wù)平臺的研制工作，以此實現(xiàn)遙感地圖時序化服務(wù)、周期性監(jiān)測等GIS應(yīng)用。5)專題用地監(jiān)管服務(wù)：充分利用各種監(jiān)測數(shù)據(jù)服務(wù)，實現(xiàn)遙感監(jiān)測信息與業(yè)務(wù)系統(tǒng)對接，為土地利用、耕地保護等自然資源管理工作提供支撐。

3 成果應(yīng)用

3.1 遙感動態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)建設(shè)

自然資源遙感動態(tài)監(jiān)測以1 m～2 m分辨率衛(wèi)星影像為主要數(shù)據(jù)源，利用已有控制資料進行正射糾正形成DOM成果，通過計算機自動變化檢測技術(shù)，與前時相影像進行比較，提取出感興趣的變化區(qū)域，最后經(jīng)人工目視檢查編輯，形成具有明確變化范圍和變化類型的監(jiān)測圖斑，并完成相關(guān)的監(jiān)測報告，經(jīng)過數(shù)據(jù)檢查與入庫后，形成了太倉市自然資源遙感動態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)庫。自然資源遙感動態(tài)監(jiān)測技術(shù)路線見圖1。

3.2 監(jiān)測成果服務(wù)系統(tǒng)建設(shè)

3.2.1 數(shù)據(jù)疊加分析

通過疊加基本農(nóng)田保護區(qū)、建設(shè)用地管制區(qū)等專題數(shù)據(jù)，實現(xiàn)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)與監(jiān)測成果、歷史遙感影像等多源數(shù)據(jù)融合，為多渠道、多數(shù)據(jù)源疊加分析提供數(shù)據(jù)支撐(見圖2)。

3.2.2 時序遙感影像回溯

以遙感影像數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)，實現(xiàn)多時相影像數(shù)據(jù)管理與應(yīng)用。通過歷史遙感影像動態(tài)回溯，可以直觀的看到歷年來監(jiān)測成果的變化(見圖3)。

3.2.3 動態(tài)監(jiān)測成果統(tǒng)計分析

根據(jù)監(jiān)測類型、監(jiān)測周期等分類，對監(jiān)測圖斑類型、分布和面積等信息進行分類統(tǒng)計，生成多種形式的統(tǒng)計圖表，為領(lǐng)導(dǎo)決策分析提供直觀的數(shù)據(jù)支撐(見圖4)。

3.2.4 無人機、監(jiān)控平臺融合

系統(tǒng)還與自然資源其他業(yè)務(wù)系統(tǒng)進行了對接，實現(xiàn)多系統(tǒng)快速訪問、統(tǒng)籌管理；提供與本系統(tǒng)相關(guān)網(wǎng)站鏈接，包括太倉市“慧眼守土”視頻監(jiān)管平臺以及其他相關(guān)網(wǎng)站；并整合無人機數(shù)據(jù)資源，實現(xiàn)衛(wèi)星遙感監(jiān)測與無人機監(jiān)測互補[7](見圖5)。

3.3 自然資源遙感監(jiān)測調(diào)查系統(tǒng)建設(shè)

圖斑基礎(chǔ)信息查看功能見圖6。

基于遙感監(jiān)測成果圖斑，用戶通過移動端小程序進入監(jiān)測成果目錄，并通過列表或地圖模式進行監(jiān)測圖斑分布展示；實現(xiàn)調(diào)查圖斑定位導(dǎo)航，在線填報調(diào)查內(nèi)容，現(xiàn)場采集圖片等功能，為土地執(zhí)法調(diào)查提供移動互聯(lián)網(wǎng)外業(yè)調(diào)查系統(tǒng)，實現(xiàn)了平臺“互聯(lián)網(wǎng)+移動GIS”的建設(shè)目標[8]。

4 結(jié)語

通過對“天地空一體化”自然資源監(jiān)管體系的研究，實現(xiàn)了將衛(wèi)星遙感、無人機航拍、地面視頻監(jiān)控“天地空一體化”數(shù)據(jù)的整合，并成功建立了相關(guān)的數(shù)據(jù)資源管理平臺，實現(xiàn)遙感監(jiān)測成果和各類監(jiān)測數(shù)據(jù)自動化提取、一體化應(yīng)用。下一步，將在監(jiān)控圖像自動化比對方面進行深入研究，利用深度學(xué)習(xí)等技術(shù)加強對違法違規(guī)行為特征提取的算法與模型進行研究，進一步提高自動化圖像比對的正確率。