徐鳳喜 張華平

(1. 江西省自然資源測(cè)繪與監(jiān)測(cè)院, 江西 南昌 330002;2. 江西省地質(zhì)局地理信息工程大隊(duì), 江西 南昌 330001)

0 引言

立足于自然資源管理的“兩統(tǒng)一”,構(gòu)建統(tǒng)一的自然資源調(diào)查、監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)機(jī)制,動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)土地、建設(shè)用地以及礦產(chǎn)等自然資源違法行為,做到違法行為“早發(fā)現(xiàn)”“早制止”“早處置”是自然資源執(zhí)法監(jiān)察的一項(xiàng)重要工作[1]。江西省具有良好的生態(tài)環(huán)境、豐富的自然資源,但隨著近年來(lái)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,自然資源價(jià)值提升的同時(shí),各類違法行為也層出不窮[2],因此,迫切需要構(gòu)建一個(gè)全要素、全時(shí)段以及全覆蓋的常態(tài)化自然資源“空天地”一體化的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)體系。本文根據(jù)《自然資源部信息化建設(shè)總體方案》的要求,結(jié)合先進(jìn)的信息化技術(shù)和測(cè)繪手段[3],采用“實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、動(dòng)態(tài)分析、主動(dòng)填報(bào)”的監(jiān)測(cè)機(jī)制,利用衛(wèi)星遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)、低空720全景影像監(jiān)測(cè)技術(shù)以及巡查填報(bào)監(jiān)測(cè)技術(shù)三種關(guān)鍵技術(shù),對(duì)自然資源違法行為進(jìn)行科學(xué)化、常態(tài)化以及智能化監(jiān)測(cè),彌補(bǔ)傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)難、周期長(zhǎng)、效率低等短板[4],形成“空天地”一體化的自然資源違法行為動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)工作流程,實(shí)現(xiàn)自然資源違法行為的長(zhǎng)、中、短監(jiān)測(cè)周期和全域覆蓋、部分覆蓋以及重點(diǎn)覆蓋監(jiān)測(cè)范圍,同時(shí)搭建自然資源違法行為動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)自然資源違法圖斑的采集、處理、提取、驗(yàn)證、展示、統(tǒng)計(jì)、分析以及編制監(jiān)測(cè)成果報(bào)告等功能,極大地提高了自然資源執(zhí)法監(jiān)察工作能力。

1 總體設(shè)計(jì)

1.1 設(shè)計(jì)思路

自然資源違法行為動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)研究的設(shè)計(jì)思路包括三方面內(nèi)容：第一,根據(jù)自然資源違法行為的類型和重要程度,構(gòu)建“空天地”一體化的監(jiān)測(cè)體系,主要采用三種監(jiān)測(cè)方式,一是針對(duì)大面積、大范圍的違法圖斑采用3月一次的衛(wèi)星遙感影像監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù);二是針對(duì)城市內(nèi)小面積、小范圍、重點(diǎn)區(qū)域的違法圖斑采用無(wú)人機(jī)定期采集低空720全景影像監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù);三是針對(duì)無(wú)法確認(rèn)空間位置、群眾舉報(bào)的違法圖斑利用移動(dòng)端手機(jī)應(yīng)用(application,App)采用巡查填報(bào)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)[5]。第二,構(gòu)建自然資源違法行為動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù),主要包括基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)、自然資源專題數(shù)據(jù)庫(kù)、違法圖斑數(shù)據(jù)庫(kù)以及巡查執(zhí)法業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫(kù),為監(jiān)測(cè)系統(tǒng)研發(fā)提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。最后,通過(guò)“空天地”一體化的自然資源違法行為監(jiān)測(cè)工作流程設(shè)計(jì)和WebGIS軟件系統(tǒng)開發(fā),搭建自然資源違法行為動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)違法圖斑從采集到處置的全過(guò)程管理,為自然資源執(zhí)法監(jiān)察部門評(píng)估和監(jiān)督提供技術(shù)支撐和科學(xué)依據(jù)。

1.2 動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)工作流程設(shè)計(jì)

根據(jù)“空天地”一體化自然資源違法行為動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)工作的需求,對(duì)原有違法行為監(jiān)測(cè)方式進(jìn)行了升級(jí)和優(yōu)化,重新設(shè)計(jì)其工作流程,主要包括前期準(zhǔn)備階段、數(shù)據(jù)處理階段以及系統(tǒng)建設(shè)階段。“空天地”一體化自然資源違法行為動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)工作流程設(shè)計(jì)如圖1所示。

圖1 “空天地”一體化的自然資源違法行為動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)工作流程設(shè)計(jì)示意圖

前期準(zhǔn)備階段是開展違法行為動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)工作之前,對(duì)相關(guān)的數(shù)據(jù)進(jìn)行收集和整理、動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)方案的編制。數(shù)據(jù)收集和整理主要包括衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)、航空攝影數(shù)據(jù)、基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)、公眾舉報(bào)數(shù)據(jù)、日常巡查數(shù)據(jù)以及業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)和資料等;監(jiān)測(cè)方案編制主要包括確定監(jiān)測(cè)計(jì)劃、技術(shù)路線以及監(jiān)測(cè)的標(biāo)準(zhǔn)等[6]。

數(shù)據(jù)處理階段主要包括三部分內(nèi)容,一是數(shù)據(jù)的預(yù)處理,如,影像數(shù)據(jù)預(yù)處理、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)預(yù)處理以及業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)預(yù)處理等;二是根據(jù)解譯資料的采集、先驗(yàn)知識(shí)的積累,以自然資源要素的空間、時(shí)間以及光譜特征為依據(jù),采用計(jì)算機(jī)自動(dòng)發(fā)現(xiàn)與人工交互目視解譯的方法,發(fā)現(xiàn)自然資源變化信息并對(duì)變化信息進(jìn)行甄別和偽變化清除。三是違法圖斑提取。將變化信息圖斑與自然資源專題數(shù)據(jù)、審批數(shù)據(jù)進(jìn)行套合比較,判斷其是否為違法圖斑,如是違法圖斑,則勾繪違法圖斑覆蓋區(qū)域和判定違法類型,并采用內(nèi)業(yè)質(zhì)量控制、外業(yè)檢核的方式,最終確定違法圖斑[7]。

系統(tǒng)建設(shè)階段是對(duì)違法圖斑、影像數(shù)據(jù)、自然資源相關(guān)數(shù)據(jù)、基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)等進(jìn)行入庫(kù),并通過(guò)系統(tǒng)進(jìn)行展示、查詢、統(tǒng)計(jì)和分析,從而實(shí)現(xiàn)山水林田湖草自然資源全天候、全覆蓋以及全要素的“空天地”一體化自然資源違法行為動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè),輔助自然資源執(zhí)法監(jiān)察。

1.3 系統(tǒng)框架設(shè)計(jì)

自然資源違法行為動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用分層架構(gòu)技術(shù),具有可更新、可擴(kuò)展、可復(fù)用以及可融合等特點(diǎn),主要包括基礎(chǔ)設(shè)施層、數(shù)據(jù)資源層、服務(wù)能力層、業(yè)務(wù)應(yīng)用層以及用戶層,兩側(cè)是保障平臺(tái)運(yùn)行的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系和信息安全體系。系統(tǒng)框架設(shè)計(jì)示意圖如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)框架設(shè)計(jì)示意圖

基礎(chǔ)設(shè)施層是利用自然資源部門的“自然資源云”相關(guān)的計(jì)算資源、存儲(chǔ)資源以及網(wǎng)絡(luò)資源。數(shù)據(jù)資源層是一方面是調(diào)用自然資源管理“一張圖”的基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)服務(wù),另一方面是處理自然資源相關(guān)的專題數(shù)據(jù)、違法圖斑數(shù)據(jù)以及巡查執(zhí)法業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)等,構(gòu)建自然資源違法行為監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)[8]。服務(wù)能力層主要包括通用服務(wù)和專業(yè)服務(wù),如統(tǒng)一認(rèn)證服務(wù)、角色管理服務(wù)、圖斑提取服務(wù)以及圖斑查詢統(tǒng)計(jì)服務(wù)等。業(yè)務(wù)應(yīng)用層是具體的自然資源違法行為監(jiān)測(cè)業(yè)務(wù)應(yīng)用窗口,主要包括違法圖斑采集、違法圖斑展示、違法圖斑查詢、統(tǒng)計(jì)和分析以及監(jiān)測(cè)成果報(bào)告編制等。用戶層是系統(tǒng)使用人員,主要包括自然資源部門的管理人員、巡查執(zhí)法人員以及運(yùn)維人員等。

2 關(guān)鍵技術(shù)

2.1 衛(wèi)星遙感影像監(jiān)測(cè)技術(shù)

衛(wèi)星遙感影像監(jiān)測(cè)技術(shù)是自然資源違法行為定期動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)機(jī)制的核心內(nèi)容,是以多源、多時(shí)間序列的衛(wèi)星遙感影像數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),如高分一號(hào)、資源三號(hào)等,通過(guò)比較前后時(shí)相的影像數(shù)據(jù),對(duì)研究區(qū)域自然資源變化圖斑數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、分析和解譯,從而判斷和識(shí)別自然資源變化圖斑,具有監(jiān)測(cè)周期長(zhǎng)、范圍廣且成果直觀等優(yōu)點(diǎn)[9]。衛(wèi)星遙感影像監(jiān)測(cè)技術(shù)流程如圖3所示。本文根據(jù)衛(wèi)星遙感影像地物特征,結(jié)合地形、地貌、地域以及周邊環(huán)境等要素,采用智能自動(dòng)識(shí)別與人機(jī)交互判讀的方式,提取用地、用礦等自然資源違法行為圖斑,并勾繪違法圖斑的范圍。

圖3 衛(wèi)星遙感影像監(jiān)測(cè)技術(shù)流程示意圖

2.2 低空720全景監(jiān)測(cè)技術(shù)

全景影像監(jiān)測(cè)技術(shù)是一種全新的實(shí)景信息記錄手段技術(shù),是傳統(tǒng)影像數(shù)據(jù)庫(kù)的良好補(bǔ)充,具有超寬視角、監(jiān)測(cè)周期適中、成果應(yīng)用廣和辨識(shí)度高等特點(diǎn),同時(shí)也是自然資源違法行為定期動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)機(jī)制的實(shí)現(xiàn)手段[10]。本文利用全景影像中近幾年流行的低空720全景技術(shù)與測(cè)繪地理信息技術(shù)相結(jié)合,將全景影像數(shù)據(jù)空間化和服務(wù)化、解譯內(nèi)容矢量化、圖層對(duì)象信息化以及存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)時(shí)空化,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)小區(qū)域、重點(diǎn)區(qū)域的自然資源違法行為進(jìn)行縱向上時(shí)空比對(duì),橫向上量化比對(duì),從而精確提取違法圖斑。低空720全景監(jiān)測(cè)技術(shù)流程如圖4所示。

圖4 低空720全景監(jiān)測(cè)技術(shù)流程示意圖

2.3 巡查填報(bào)監(jiān)測(cè)技術(shù)

巡查填表監(jiān)測(cè)技術(shù)是利用當(dāng)前流行的移動(dòng)互聯(lián)App技術(shù),服務(wù)于自然資源巡查執(zhí)法人員,用于自然資源違法行為日常巡查和公眾舉報(bào)核實(shí)等工作,具有快速響應(yīng)、監(jiān)測(cè)周期短以及成果豐富等特點(diǎn)[11]。本文搭建的巡查執(zhí)法App功能模塊為蘋果和安卓系統(tǒng)的移動(dòng)智能終端提供統(tǒng)一的應(yīng)用入口,實(shí)現(xiàn)違法圖斑的空間位置采集以及相關(guān)文本、照片、視頻等多媒體數(shù)據(jù)采集和填報(bào),并將圖斑上傳至服務(wù)器,自動(dòng)進(jìn)行入庫(kù)[12]。巡查填報(bào)監(jiān)測(cè)技術(shù)流程如圖5所示。

圖5 巡查填報(bào)監(jiān)測(cè)技術(shù)流程示意圖

3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

自然資源違法行為動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)基于面向服務(wù)架構(gòu)(service-oriented architecture,SOA),混合搭建瀏覽器/服務(wù)器模式(browser/server,B/S)、服務(wù)器-客戶機(jī)(client-server, C/S)以及移動(dòng)端功能[13],主要包括四大核心功能模塊：違法圖斑采集、違法圖斑展示、違法圖斑查詢、統(tǒng)計(jì)和分析以及監(jiān)測(cè)成果報(bào)告編制等。

3.1 違法圖斑采集

違法圖斑采集是利用衛(wèi)星遙感影像監(jiān)測(cè)、低空720全景影像監(jiān)測(cè)以及巡查填報(bào)監(jiān)測(cè)技術(shù)對(duì)違法圖斑數(shù)據(jù)進(jìn)行采集,主要包括影像數(shù)據(jù)選擇、違法圖斑發(fā)現(xiàn)和判讀、違法圖斑提取與驗(yàn)證以及違法圖斑標(biāo)準(zhǔn)化處理等功能。

3.2 違法圖斑展示

違法圖斑展示是以基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)和自然資源專題數(shù)據(jù)為底圖,疊加違法圖斑數(shù)據(jù),實(shí)現(xiàn)違法圖斑的圖文一體化、二三維一體化以及時(shí)空一體化展示[14]。圖文一體化展示可以查看違法圖斑的位置信息和相關(guān)的業(yè)務(wù)信息,如圖斑類型、行政單元、采集人等;二三維一體化采用分屏對(duì)比的方式實(shí)現(xiàn)違法圖斑所在區(qū)域三維實(shí)景數(shù)據(jù)與自然資源專題數(shù)據(jù)的比對(duì)展示;時(shí)空一體化展示實(shí)現(xiàn)違法圖斑地塊不同時(shí)間序列信息展示,可以直觀展現(xiàn)違法圖斑的變化過(guò)程。

3.3 違法圖斑查詢、統(tǒng)計(jì)和分析

違法圖斑查詢、統(tǒng)計(jì)和分析是對(duì)自然資源違法行為的空間分布進(jìn)行查詢、統(tǒng)計(jì)和分析,從而找出規(guī)律和結(jié)論,為自然資源精細(xì)化管理提供依據(jù),主要包括違法圖斑區(qū)域、類型和專項(xiàng)查詢、統(tǒng)計(jì)和分析等。區(qū)域查詢、統(tǒng)計(jì)和分析以省、市、縣以及鄉(xiāng)鎮(zhèn)為基本單元,查詢和統(tǒng)計(jì)各其中單元違法圖斑數(shù)據(jù),分析違法圖斑數(shù)量分布通知和密度分布特征,輔助重點(diǎn)自然資源監(jiān)測(cè)區(qū)域劃定。類型查詢、統(tǒng)計(jì)和分析是根據(jù)違法類型、占地類型等方式,對(duì)違法圖斑數(shù)據(jù)和面積進(jìn)行查詢、統(tǒng)計(jì)和分析,輔助自然資源專項(xiàng)監(jiān)測(cè)。專項(xiàng)查詢、統(tǒng)計(jì)和分析是對(duì)違法圖斑數(shù)據(jù)進(jìn)行深入挖掘和分析,包括占用耕地、占用基本農(nóng)田的數(shù)量、面積和分布查詢、統(tǒng)計(jì)和分析[15]。

3.4 監(jiān)測(cè)成果報(bào)告編制

監(jiān)測(cè)成果報(bào)告編制是系統(tǒng)將各類成果進(jìn)行分類、匯總和統(tǒng)計(jì),以更加美觀和直觀地統(tǒng)計(jì)圖表形式編制成報(bào)告,自動(dòng)進(jìn)行導(dǎo)出,讓自然資源管理人員快速獲取聚焦方向。監(jiān)測(cè)成果報(bào)告有違法圖斑成果發(fā)布情況、統(tǒng)計(jì)情況以及變化情況,占用耕地和基本農(nóng)田情況以及監(jiān)測(cè)任務(wù)專題情況等。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文根據(jù)新形勢(shì)下的自然資源執(zhí)法監(jiān)察管理的應(yīng)用需求,探討了“空天地”一體化的自然資源違法行為動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)工作流程和研究了自然資源違法行為動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)總體框架,綜合使用衛(wèi)星遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)、低空720全景影像監(jiān)測(cè)技術(shù)以及巡查填報(bào)監(jiān)測(cè)技術(shù),建立了“空天地”一體化的自然資源違法行為動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)體系,結(jié)合系統(tǒng)提供的功能,為自然資源違法圖斑的采集、管理和處置提供支持,有效提高自然資源執(zhí)法監(jiān)察的處置能力和技術(shù)水平。