管仁利，盧威志，戚業(yè)菲，唐仕霖，孫曉開(kāi)

(莒縣自然資源和規(guī)劃局，山東 日照 276500)

0 引言

目前，自然資源調(diào)查監(jiān)測(cè)依然存在技術(shù)短板，智能高效的調(diào)查監(jiān)測(cè)技術(shù)手段亟待集成與轉(zhuǎn)化，依賴(lài)人海戰(zhàn)術(shù)、工作強(qiáng)度大、效率低等問(wèn)題亟待破解，新一代調(diào)查監(jiān)測(cè)技術(shù)體系亟待形成?？仗斓匾惑w化技術(shù)具有準(zhǔn)確快速、及時(shí)、大范圍的優(yōu)勢(shì)以及強(qiáng)大的空間信息采集、編輯、處理、分析和管理能力，通過(guò)空天地一體化集成技術(shù)能迅速獲取高精度數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)第三次國(guó)土調(diào)查的精準(zhǔn)化測(cè)量[1-5]。

1 監(jiān)測(cè)技術(shù)方案

本項(xiàng)目采用優(yōu)于1m分辨率的DOM影像，研究適用于第三次國(guó)土調(diào)查的土地利用遙感分類(lèi)體系和內(nèi)業(yè)信息采集標(biāo)準(zhǔn)[6]。通過(guò)對(duì)調(diào)查區(qū)進(jìn)行綜合分析，建立各地類(lèi)解譯標(biāo)志，采用人機(jī)智能協(xié)同作業(yè)模式，提取每塊土地利用圖斑，并賦予預(yù)判類(lèi)型及各類(lèi)綜合屬性。經(jīng)過(guò)全面質(zhì)檢后，及時(shí)提供縣級(jí)用于第三次國(guó)土調(diào)查工作。

1.1 多元信息數(shù)據(jù)收集檢查及空間匹配

為提高內(nèi)業(yè)信息采集工作效率和準(zhǔn)確性，盡可能充分收集項(xiàng)目區(qū)以最高分辨率遙感影像為主的各類(lèi)信息數(shù)據(jù)。由于數(shù)據(jù)來(lái)源和精度差異，導(dǎo)致多元時(shí)空數(shù)據(jù)存在基準(zhǔn)不統(tǒng)一的問(wèn)題，綜合分析各類(lèi)型數(shù)據(jù)的空間位置匹配利用率，采用關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)加密、加權(quán)控制法對(duì)矢量數(shù)據(jù)進(jìn)行空間仿射轉(zhuǎn)換[7]，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)高精度匹配，提高數(shù)據(jù)的利用率。

1.2 采用人機(jī)智能協(xié)同作業(yè)模式

海量圖斑信息提取是本項(xiàng)目面臨的最大工作量，項(xiàng)目中將高分辨率遙感影像進(jìn)行切割，選擇典型特征地類(lèi)用于輸入神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練，通過(guò)大數(shù)據(jù)樣本數(shù)據(jù)集，實(shí)現(xiàn)了對(duì)道路、水面、耕地、森林等部分典型特征地類(lèi)的高精度自動(dòng)采集。采用人機(jī)智能協(xié)同作業(yè)模式進(jìn)行信息提取和圖形修正[8]，大大提高了信息采集效率和精度。

1.3 采用無(wú)人機(jī)進(jìn)行航空測(cè)量

城鎮(zhèn)土地利用現(xiàn)狀調(diào)查采用無(wú)人機(jī)進(jìn)行航空測(cè)量，要求精度優(yōu)于0.2m。無(wú)人機(jī)航拍具有機(jī)動(dòng)靈活、響應(yīng)快、時(shí)效性強(qiáng)等特點(diǎn)，所獲取的影像數(shù)據(jù)空間分辨率高，能精確獲取城鎮(zhèn)土地利用變化情況，并根據(jù)城鎮(zhèn)內(nèi)部土地利用調(diào)查底圖為基礎(chǔ)，按照工作分類(lèi)，參展城鎮(zhèn)規(guī)劃功能分區(qū)，結(jié)合影像特征，綜合判斷土地利用類(lèi)型，例如從影像上判斷為臨街門(mén)面，將會(huì)歸并為城鎮(zhèn)道路外的相鄰街道。無(wú)人機(jī)航拍及數(shù)據(jù)處理要先規(guī)劃飛行路徑，根據(jù)飛行航行獲取原始影像數(shù)據(jù)，使用3Dmax軟件進(jìn)行影像處理，最終生產(chǎn)正射影像圖，將無(wú)人機(jī)應(yīng)用于補(bǔ)充衛(wèi)星遙感影像監(jiān)測(cè)空白區(qū)域，形成多元數(shù)據(jù)合成鑲嵌影像。

2 監(jiān)測(cè)技術(shù)在第三次國(guó)土調(diào)查中的應(yīng)用

2.1 內(nèi)業(yè)信息提取

第三次國(guó)土調(diào)查因?yàn)檫\(yùn)用了空天地一體化，使得內(nèi)業(yè)信息提取過(guò)程變得較為簡(jiǎn)單，給調(diào)查單位提供了一定技術(shù)支持。內(nèi)業(yè)信息提取以各縣級(jí)行政單元為最小單位，涵蓋該縣所轄范圍內(nèi)的國(guó)土資源情況，該種方式能最大程度保障收集到的信息完整、準(zhǔn)確。高空間分辨率的遙感影像伴隨著豐富的光譜和紋理信息，同類(lèi)地物內(nèi)的光譜差異減少，同物異譜及同譜異物現(xiàn)象變得更加嚴(yán)重[9]，本項(xiàng)目以多尺度分割算法得到多尺度的影像分割對(duì)象作為基元，建立影像分割對(duì)象的高層次語(yǔ)義表達(dá)，選擇最優(yōu)樣本進(jìn)行訓(xùn)練，用于分割遙感影像，在進(jìn)行內(nèi)業(yè)信息提取時(shí)，采用了較為關(guān)鍵的空天地一體化，以保證提取工作高效、精準(zhǔn)。

內(nèi)業(yè)信息中較為重要的一項(xiàng)信息體現(xiàn)是圖斑，內(nèi)業(yè)信息中的圖斑是按照遙感技術(shù)下的影像，對(duì)地物特征進(jìn)行綜合描繪，進(jìn)而制作而成[10]。空天地一體化在內(nèi)業(yè)信息圖斑的應(yīng)用中提供遙感技術(shù)，用以支持對(duì)復(fù)雜地形、不易勘測(cè)地形進(jìn)行遙感勘測(cè)。圖斑的使用可以和第二次國(guó)土調(diào)查后的數(shù)據(jù)進(jìn)行反復(fù)對(duì)比，通過(guò)流量變化趨勢(shì)來(lái)做出第三次國(guó)土調(diào)查結(jié)果后的國(guó)土資源預(yù)測(cè)，為我國(guó)最新國(guó)土資源管理起到重要調(diào)整作用。

2.2 外業(yè)調(diào)查舉證

在第三次國(guó)土調(diào)查中，外業(yè)調(diào)查主要負(fù)責(zé)的工作是將各類(lèi)圖斑進(jìn)行舉證，并將調(diào)查底圖中的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行核實(shí)、分析，最終將外業(yè)調(diào)查的地類(lèi)、地物等重要信息進(jìn)行更正。內(nèi)業(yè)和外業(yè)相結(jié)合方式下，使得國(guó)土資源調(diào)查的數(shù)據(jù)精度。

2.3 建立數(shù)據(jù)庫(kù)

在第三次國(guó)土調(diào)查工作過(guò)程中，通過(guò)內(nèi)業(yè)信息的提取、外業(yè)調(diào)查舉證等工作模式，將我國(guó)國(guó)土資源以各縣級(jí)為單位進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)收集，由此建立起了國(guó)土調(diào)查數(shù)據(jù)庫(kù)(圖1)，數(shù)據(jù)庫(kù)的建立讓成果質(zhì)量和工作效率都得到極大提升。

圖1 莒縣第三次國(guó)土調(diào)查數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)

數(shù)據(jù)庫(kù)在建設(shè)中離不開(kāi)空天地一體化對(duì)其內(nèi)容深度、寬度的影響[11]，由于空天地一體化能夠在較為極端環(huán)境下展開(kāi)具體勘探工作，因此對(duì)于數(shù)據(jù)的完整性起到極大地幫助，另外，空天地一體化監(jiān)測(cè)可以通過(guò)將高精度遙感、準(zhǔn)確實(shí)時(shí)定位等功能融入到具體勘測(cè)中[12]，為判斷國(guó)土資源其內(nèi)部具體構(gòu)造提供了較大幫助。尤其某縣山區(qū)較多，部分區(qū)域無(wú)法到達(dá)，在外業(yè)調(diào)查舉證中，可通過(guò)空天地一體化實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程、實(shí)時(shí)勘測(cè)，將調(diào)查工程保持在安全系數(shù)強(qiáng)、精準(zhǔn)率高的工作特性上，較為高效的完成勘測(cè)任務(wù)，并及時(shí)將數(shù)據(jù)上報(bào)，極大提高了舉證效率，節(jié)約了時(shí)間和人力成本，保障了國(guó)土調(diào)查數(shù)據(jù)庫(kù)的建設(shè)順利完成。

2.4 綜合管理平臺(tái)

第三次國(guó)土調(diào)查為加強(qiáng)調(diào)查成果共享使用、協(xié)同分發(fā)等過(guò)程的效率，特建設(shè)了綜合管理平臺(tái)，能夠?qū)⒏黝?lèi)數(shù)據(jù)進(jìn)行良好管控。在綜合管理平臺(tái)的建設(shè)中，通過(guò)采用空天地一體化檢測(cè)技術(shù)能夠?qū)Σ磺逦臄?shù)據(jù)進(jìn)行快速核查，保證管理平臺(tái)中的數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)更新，確保各類(lèi)數(shù)據(jù)資源類(lèi)型完整，提高管理效率。綜合管理平臺(tái)主要包括原始數(shù)據(jù)、成果數(shù)據(jù)、應(yīng)用數(shù)據(jù)等，對(duì)各個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)的綜合庫(kù)進(jìn)行統(tǒng)一管理，為國(guó)土資源業(yè)務(wù)管理、協(xié)同辦公提供數(shù)據(jù)支持。

3 監(jiān)測(cè)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

3.1 測(cè)繪更精準(zhǔn)

傳統(tǒng)測(cè)繪主要依靠各種測(cè)繪工具來(lái)開(kāi)展土地測(cè)繪工作，如測(cè)繪光學(xué)儀器和測(cè)量尺等，這些測(cè)繪工具測(cè)量精度較差，使用不方便，嚴(yán)重影響了測(cè)繪工作的開(kāi)展效率和質(zhì)量。

空天地一體化監(jiān)測(cè)根據(jù)第三次國(guó)土調(diào)查內(nèi)業(yè)信息采集分類(lèi)體系，建立包括所有地類(lèi)的土地利用遙感影像成果集，基于全新分類(lèi)體系及全高清影像[13]，在國(guó)際上尚無(wú)相關(guān)產(chǎn)品出版，基于此提供大量樣本數(shù)據(jù)開(kāi)展智能信息采集訓(xùn)練，提出了“智能+人工”協(xié)同作業(yè)模式[14]，并在第三次國(guó)土調(diào)查項(xiàng)目中全面業(yè)務(wù)化應(yīng)用。在國(guó)際上人工智能信息采集有一定的研究[15-20]，但是利用空天地一體化技術(shù)結(jié)合無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量等多種方式相結(jié)合未見(jiàn)實(shí)際應(yīng)用。

3.2 測(cè)量更智能

對(duì)城鎮(zhèn)土地利用現(xiàn)狀調(diào)查采用無(wú)人機(jī)進(jìn)行航空測(cè)量，能精確獲取城鎮(zhèn)土地利用變化情況，如精準(zhǔn)獲取了莒縣第三次國(guó)土調(diào)查未利用地分布圖(圖2)，并根據(jù)城鎮(zhèn)內(nèi)部土地利用調(diào)查底圖為基礎(chǔ)，按照工作分類(lèi)，開(kāi)展城鎮(zhèn)規(guī)劃功能分區(qū)，結(jié)合影像特征，綜合判斷土地利用類(lèi)型，形成莒縣第三次國(guó)土調(diào)查建設(shè)用地分布圖(圖3)。

圖2 莒縣第三次國(guó)土調(diào)查未利用地分布圖

圖3 莒縣第三次國(guó)土調(diào)查建設(shè)用地分布圖

4 結(jié)論

空天地一體自然資源調(diào)查監(jiān)測(cè)技術(shù)在第三次國(guó)土調(diào)查內(nèi)業(yè)信息提取環(huán)節(jié)中，將遙感影像的對(duì)接、生產(chǎn)任務(wù)下發(fā)與成果接收、監(jiān)理任務(wù)的下發(fā)與監(jiān)理結(jié)果接收等多項(xiàng)工作準(zhǔn)確、高效的在系統(tǒng)中執(zhí)行，比傳統(tǒng)人工效率提升20倍，環(huán)節(jié)執(zhí)行周期縮短1/2，極大節(jié)約了成本。該方法在任務(wù)下發(fā)、成果接收、進(jìn)度查詢(xún)、成果展示等多方面成熟的設(shè)計(jì)思路，可以推廣到其他各工程項(xiàng)目的執(zhí)行中。

本項(xiàng)目在縣級(jí)內(nèi)業(yè)信息提取環(huán)節(jié)中有重要應(yīng)用，為縣級(jí)自查規(guī)則的制定提供了重要篩選條件，提高了核查的準(zhǔn)確性和效率；縣級(jí)內(nèi)業(yè)核查采用逐圖斑核查和抽樣核查相結(jié)合的方式，從而大幅度提高了核查的工作效率。

未來(lái)可拓展服務(wù)于基礎(chǔ)測(cè)繪服務(wù)、土地利用服務(wù)、自然資源開(kāi)發(fā)利用、自然資源調(diào)查監(jiān)測(cè)、國(guó)土年度變更調(diào)查等工作，為城鄉(xiāng)政府提供決策參考，為企業(yè)和居民提供相關(guān)服務(wù)，可大幅減少政企相關(guān)領(lǐng)域的重復(fù)投入，極大增強(qiáng)決策和民生服務(wù)的現(xiàn)實(shí)性和時(shí)效性。