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        動態(tài)遙感監(jiān)測在補充耕地項目中的應用研究

        2022-12-05 10:34:34王平平
        河南科技 2022年22期
        關鍵詞:坑塘違規(guī)紋理

        王平平

        (河南省自然資源監(jiān)測和國土整治院,河南 鄭州 450016)

        0 引言

        2020年,自然資源部發(fā)布《自然資源調查監(jiān)測體系構建總體方案》,提出對我國范圍內的自然資源定期開展全覆蓋動態(tài)遙感監(jiān)測。自然資源監(jiān)測的主要目標是全面掌握全國耕地、林草、濕地、水及其他自然資源和人工建(構)筑物的類型、面積、范圍、分布和變化等情況[1]。其中,耕地資源是我國的寶貴資源,關乎國家糧食安全,更是關系到十幾億人吃飯的大事,必須要保護好,絕不能有任何閃失。國家明確禁止違規(guī)占用耕地的行為包括違規(guī)占用耕地進行綠化造林、在耕地上超標準建設綠色通道、在耕地上挖湖造景和從事非農建設等[2]。利用遙感影像對耕地的利用狀況進行動態(tài)遙感監(jiān)測,可及時掌握耕地的變化情況,以便能快速發(fā)現(xiàn)問題,并督促整改。補充耕地遙感監(jiān)測是實現(xiàn)耕地全時段、全方位監(jiān)測監(jiān)管,防止耕地“非農化”“非糧化”,切實做到耕地數(shù)量、質量和生態(tài)三位一體保護的重要手段[3-4]。因此,高效利用遙感監(jiān)測能快速發(fā)現(xiàn)耕地“非農化”問題。

        近年來,遙感技術的應用范圍越來越大,深入到生產生活各個領域中,如農業(yè)、智慧城市、地理、地質、水文、海洋、氣象環(huán)境監(jiān)測和軍事偵察等方面[5]。在農業(yè)監(jiān)測方面,遙感技術發(fā)揮著重要作用。例如,農作物與植被的光譜特征較為相似,可根據(jù)農作物的圖形結構、色調及特定的位置特征,通過遙感技術來區(qū)分農作物與植被。農作物主要分布在地理位置較為平坦的平原、盆地和河谷。遙感影像也能精準獲取地面的農作物信息,將獲取到的信息用于農作物生長、自然災害防治等方面。我國是農業(yè)大國,為了使農作物保持健康的生長狀態(tài),可在農業(yè)生產過程中廣泛使用遙感技術。遙感技術可監(jiān)測農作物的分布情況,從而為我國農業(yè)的健康發(fā)展奠定堅實的基礎。因此,將遙感技術應用于農業(yè)生產過程中顯得尤為重要。

        補充耕地項目是新增耕地的重要來源,是農業(yè)發(fā)展的基石。黨中央和國務院都十分重視對耕地的保護,連續(xù)出臺一系列保護耕地的政策,但部分地區(qū)仍存在違規(guī)占用耕地的現(xiàn)象,如常見的建設占用、綠化造林、坑塘和撂荒等。這對補充耕地項目造成極大的沖擊,自然資源部對此高度重視,國家自然資源督察濟南局多次開展耕地保護督察。遙感監(jiān)測是對地面目標物變化進行監(jiān)測的重要手段。本研究針對上述四類違規(guī)占用耕地問題,基于高分辨率衛(wèi)星遙感影像、補充耕地項目坐標等數(shù)據(jù),來探索解決違規(guī)占用耕地問題遙感解譯標志和遙感監(jiān)測的技術路線。

        1 遙感數(shù)據(jù)源

        本研究使用的遙感數(shù)據(jù)源較為豐富,種類較多,能有效解決遙感數(shù)據(jù)區(qū)域覆蓋不充分的問題,使用的數(shù)據(jù)為高分一號、高分二號、高分六號、資源三號和北京二號等高分辨率衛(wèi)星影像以及補充耕地項目坐標。遙感影像的空間分辨率多為2 m,部分為亞米級,空間分辨率較高,可滿足補充耕地遙感監(jiān)測的需求。本研究通過坐標轉換、數(shù)據(jù)融合等方式對遙感數(shù)據(jù)進行預處理,同時對數(shù)據(jù)的規(guī)范性和完整性進行檢查。

        2 遙感解譯標志

        各種目標地物在遙感圖像中不同的色、形、位差異構成可供識別的目標地物特征,即遙感解譯標志,其是遙感目視解譯的關鍵。建立遙感解譯標志對補充耕地項目遙感監(jiān)測工作來說是至關重要的。建立相對準確、具備指導意義的遙感解譯標志是利用遙感影像批量提取違規(guī)占用耕地圖斑的基礎。

        在遙感圖像中,目標地物特征是地物電磁波輻射在遙感影像上的典型差異表現(xiàn)[6]。按照不同的表現(xiàn)形式,可分為“色”“形”“位”三大類?!吧笔侵改繕说匚镌谶b感影像中的顏色,包括目標地物的色調、顏色和陰影等;“形”是指目標地物在遙感影像上的形狀,包括目標地物的形狀、紋理、大小和圖形等;“位”是指目標地物在遙感影像中的空間位置,包括目標地物空間位置的分布情況等。本研究主要對色調、顏色和紋理遙感目視解譯特點進行研究。色調標志是指全色遙感圖像中從白到黑的密度比例,也稱灰度;顏色標志是彩色遙感圖像中識別目標地物的基本依據(jù);地物對可見光入射光進行選擇性吸收,反射到人眼中形成顏色,其是不同地物反射或發(fā)射電磁波輻射能量差異的綜合體現(xiàn)。人眼具有較高的區(qū)分色彩的能力,遙感影像可充分體現(xiàn)地物之間的顏色差異,如人眼看上去農作物和植被的顏色相似,同為綠色,但二者間依然存在微小色差,經(jīng)驗豐富的解譯人員可將二者區(qū)分開。地物內部的色調規(guī)則變化呈現(xiàn)的結構特征稱為紋理,紋理表現(xiàn)為地物表面的質感,特征通常表現(xiàn)為平滑或粗糙,如農田在遙感影像中的條帶狀紋理特征。紋理是判斷地物性質的重要標志。

        根據(jù)上述遙感目視解譯標志的特點,本研究結合違規(guī)占用耕地的遙感影像特征,同時輔以野外驗證,建立建設占用、綠化造林、坑塘、撂荒的遙感解譯標志,其主要特征如下。

        2.1 建設占用

        建設占用在遙感影像中的特征明顯,顏色多為藍色、白色等,形狀為規(guī)則立體,紋理光滑細膩,與周圍耕地在顏色和紋理方面的差異較大。在遙感影像中,建設占用地與周圍耕地能很好地區(qū)分開來,見圖1。

        圖1 建設占用在遙感影像與無人機航拍中的特征對比

        2.2 綠化造林

        林木在遙感影像中的顏色比耕地深,多呈深綠色,且紋理特征明顯,有較為致密的顆粒感和粗糙感,與周圍耕地的顏色和細膩紋理特征有明顯的區(qū)別,見圖2。

        圖2 綠化造林在遙感影像與無人機航拍中的特征對比

        2.3 坑塘

        坑塘為水體的一種,其在遙感影像中的顏色通常為深黑色調,表面的紋理均勻細膩,形狀規(guī)則,邊界清晰,與周圍地物有較大的區(qū)別,見圖3。

        圖3 坑塘在遙感影像與無人機航拍中的特征對比

        2.4 撂荒

        撂荒地是指連續(xù)兩個及以上種植季未種植的耕地。正常耕種的土地農作物生長狀況具有明顯的季節(jié)性特征,植被覆蓋度時序特征顯著,而撂荒地的地表覆蓋的是裸地或有雜草生長,大多數(shù)的生長狀況明顯弱于有農作物生長的耕地[7]。撂荒地常與坡耕地相伴,周圍被坡耕地包圍。撂荒地在遙感影像中的顏色多呈土黃色,顏色與周圍農作物差異較大,形狀規(guī)則邊界明顯,且有較細膩的紋理特征,見圖4。

        圖4 撂荒在遙感影像與無人機航拍中的特征對比

        3 遙感監(jiān)測技術路線

        本研究根據(jù)建立的建設占用、綠化造林、坑塘、撂荒的遙感解譯標志,將補充耕地項目坐標與遙感影像結合,并通過人機交互解譯的方式來提取以上四類違規(guī)占用耕地的疑似圖斑。將提取到的疑似圖斑進行統(tǒng)計匯總,形成問題預警信息,并上報業(yè)務處室,下發(fā)至市縣自然資源管理部門[8]。地方自然資源部門對下發(fā)的疑似圖斑進行核實舉證,發(fā)現(xiàn)有問題的,要及時進行整改或核減?;谏鲜龇绞?,形成常態(tài)化補充耕地項目動態(tài)監(jiān)測監(jiān)管機制,建立違規(guī)占用耕地圖斑動態(tài)變化數(shù)據(jù)庫,編制動態(tài)遙感監(jiān)測報告。本研究使用的遙感影像數(shù)據(jù)具有更新速度快、空間分辨率高的特點,通常以7 d為時間間隔來更新獲取的遙感數(shù)據(jù)。綜上所述,本研究采取周監(jiān)測、周統(tǒng)計、月報告、季度報告、半年報告和年度報告的方式,建立的動態(tài)遙感監(jiān)測數(shù)據(jù)庫采取類似時間間隔方式,全方位實時監(jiān)測補充耕地項目的變化情況,為補充耕地項目和糧食安全提供強有力的保障[9]。補充耕地項目動態(tài)遙感監(jiān)測技術路線圖如圖5所示。

        圖5 遙感監(jiān)測技術路線圖

        4 結語

        在耕地保護越來越嚴格的背景下,如何有效快速發(fā)現(xiàn)違規(guī)占用耕地問題,有針對性地監(jiān)督和保護耕地,是自然資源部門的重點任務。本研究針對違規(guī)占用耕地的問題,利用高分辨率衛(wèi)星影像,補充耕地項目坐標,從色調、顏色和紋理3個方面出發(fā),重點分析違規(guī)占用耕地情況的遙感影像特征,并初步進行解譯,同時輔以野外驗證,建立建設占用、綠化造林、坑塘和撂荒等違規(guī)占用耕地問題的遙感解譯標志。通過建立的遙感解譯標志來提取補充耕地項目違規(guī)占用耕地的疑似圖斑,下發(fā)市縣自然資源部門,并開展核實舉證整改工作。最終形成補充耕地項目違規(guī)占用耕地圖斑遙感監(jiān)測數(shù)據(jù)庫和遙感監(jiān)測報告,實現(xiàn)遙感技術監(jiān)測補充耕地項目動態(tài)變化情況的目標,并建立補充耕地項目遙感監(jiān)測技術路線,為補充耕地項目遙感監(jiān)測提供新思路新方法,從而保障國家糧食安全。

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