卫星遥感让自然资源监测更精准

◎ 本刊记者 王敏

2019 年12 月30 日，河南省自然资源卫星应用技术中心（以下简称河南省卫星中心）正式获得自然资源部批准建设，这标志着河南省正式纳入全国自然资源省级卫星应用体系。

履其职，利其器，善其事。一年来，从按需提供影像到卫星影像实时处理，再到常态化季度影像生产和变化图斑提取，建立横连各厅局、纵贯各市县的卫星遥感应用技术体系，河南省卫星中心按照“资源共享 务实管用”的目标，围绕自然资源主责主业，兼顾其他行业需求，不断增强遥感影像统筹服务能力，推动卫星遥感数据高效利用，助力河南省自然资源厅实现所有业务在“一张图”上叠加遥感影像“来批、来看、来监管”，开创了支撑服务自然资源监测监管的新局面。

构建应用技术体系拓展卫星遥感应用服务

2019 年底，河南省自然资源厅厅长张兴辽到省测绘地理信息局调研时，对卫星遥感影像统筹工作提出明确要求：“要打破传统、保守的思维方式，坚持公益和以用为先原则，为政府相关部门免费推送遥感卫星影像等数据产品。抓紧打通卫星遥感影像数据推送环节，尽快构建卫星遥感影像统筹服务团队，拓展卫星遥感应用服务领域，提高服务水平和科技创新能力，夯实自然资源管理基础建设工程根基。”

在河南省测绘地理信息局党委书记、局长刘济宝的带领下，河南省测绘地理信息局不断加强卫星中心建设，优化影像处理流程，调整作业模式，由按需提供影像，转变成卫星影像实时处理、定期制作镶嵌产品、专题产品专题制作，建立了一套完整的卫星遥感产品体系，可面向不同用户需求提供各种尺度级别的卫星遥感数据，大大提高了卫星影像产品服务的响应速度。

河南省卫星中心，设在河南省测绘地理信息局直属单位省遥感测绘院。近日，记者走进卫星中心，了解当前河南省卫星遥感技术体系建设情况，只见数十名技术人员正在紧张地忙碌着，有的在处理影像，有的在对比变化图斑。

“我们今天从部卫星中心一共接收了10 景遥感影像。现在我正在对这些影像进行数据平差处理，将全色波段的高分辨率和多光谱影像的彩色进行融合，进而生成单景正射影像。”技术人员李瑞峰告诉记者，河南省卫星中心每天有专人负责卫星遥感数据的接收和处理，日常接收数据需1 ～2 天完成单景正射纠正，以便及时满足各部门需求。

“按照省自然资源厅要求，我们还以县（市、区）为单元，实现了覆盖全省2 米级镶嵌影像每季度制作一次，并于下一季度首月20 日前推送至厅业务处室；覆盖全省亚米级镶嵌影像半年制作一次，并于下半年首月分享至相关单位。”河南省卫星中心数据处理部主任王俊介绍。

以全省自然资源动态遥感监测监管项目为契机，河南省卫星中心建立了横连各厅局、纵贯各市县的卫星遥感应用技术体系，接入自然资源专网，打通了省、市、县网络链路，向电子政务中心等厅属单位推送正射影像产品和变化图斑等地图服务。

“遥感影像在全省自然资源系统内得到共享，各技术支撑单位围绕具体对象和目标开展自然资源专项监测监管，并将结果与影像一并向市、县推送，实现了全省影像和应用的省、市、县全覆盖。”河南省遥感测绘院院长、河南省卫星中心管理委员会副主任武永斌说，“目前，自然资源系统内的数据共享和应用已形成常态化机制，整个技术体系已基本形成并顺利运转。卫星中心已初具规模，内部设有数据处理、创新研发、成果管理、应用服务等6 个部门，配备了固定人员20 人，专职负责卫星遥感数据的常态化接收、管理与实时加工处理，机动人员30 人，根据数据深加工需要参与动态监测专题产品生产。”

● 加工处理遥感影像

在武永斌看来，新的职能任务要求下，河南省卫星中心有四大定位。一是服务好自然资源主责主业，保障好山水林田湖草等各业务领域对遥感的应用需求。同时兼顾其他行业需求，及时提供分发数据。二是提供遥感数据的专业化加工和处理服务，最大程度降低用户使用门槛，避免重复加工、生产。三是提供数据解译分类、变化监测、评价报告等专题产品或深层次应用服务。四是广泛开展交流培训，把遥感技术应用推广到相关业务领域和层级部门，让越来越多的单位享用应用成果。

● 调研遥感影像需求

据统计，2020 年度河南省卫星中心累计为自然资源及其他行业提供原始影像1400景，正射影像3264景，镶嵌影像330 万平方公里，实现了立足自然资源监测监管，辐射省内其他行业领域的统筹、共享服务目标。

按季度提取变化图斑有效支撑自然资源监测监管

建立总体的自然资源监测监管体系是履行“两统一”职责的基本需求，是提升自然资源治理能力和治理水平的迫切要求，自然资源监管工作跟不上，行使“两统一”职责就无从谈起。

“要充分发挥卫星遥感在自然资源监测监管中的基础支撑作用，努力把动态遥感监测监管打造成河南省自然资源厅的一项重要治理手段，实现所有业务在‘一张图’基础上叠加遥感影像‘来批、来看、来监管’。”2020 年2 月25 日，在动态遥感监测支撑自然资源日常监管工作推进会上，河南省自然资源厅厅长张兴辽如是要求。

“动态遥感监测监管是一项开创性、全局性、综合性工作，旨在围绕自然资源保护与利用、生态保护与修复等领域，充分利用卫星遥感影像，实现及时掌握地表变化信息、发现预警问题、整改处置到位、优化政策措施的目标，做到及时发现问题、及时防范纠偏，变被动修复为主动保护，变末端治理为前端防护。”河南省测绘地理信息局副局长、河南省卫星中心管理委员会主任毛忠民介绍。

按照省自然资源厅部署，遥感影像和变化监测信息由河南省测绘地理信息局统一提供。河南省卫星中心发挥数据获取和加工的能力优势，按季度加工处理遥感影像，开展变化图斑监测，制作全省影像“一张图”。

“我们采用2 米和0.8 米分辨率的国产卫星遥感影像，每季度对照上一季度影像，对全省150 平方米以上的耕地、园地、林地、草地、湿地等10 类新增或变化的全要素地表信息类别进行提取，生成疑似变化图斑，制作影像地图切片，向厅动态遥感监测监管平台提供在线调用和转发服务，横向推送6 家技术支撑单位，保障各专项监测监管工作开展，纵向将遥感监测结果推送至市县自然资源部门。”王俊说。

据统计，河南省卫星中心今年已累计为各厅局直属单位和地市业务相关单位推送2020 年第一季度、第二季度、第三季度按县域镶嵌正射影像；共计提取变化图斑48.8 万个，其中第一季度33.7 万个，第二季度7.4 万个，第三季度7.7 万个。

“以往监测工作周期长、频率低，时间相对滞后，难以做到早发现、早制止，尤其是破坏类、建设类违法行为，时间越久，执法难度越大。”王俊介绍，按季度提取变化图斑，生成地表覆盖遥感监测成果，有效弥补了自然资源部国土卫星遥感应用中心统一推送变化图斑的时效性，进一步提高了监测效率与精度，还实现了新增建设变化的“早发现”，为违法建设用地的“早制止、严查处”提供了有效支撑，大大提升了河南省自然资源监测监管能力。

此外，还能利用变化图斑分析耕地、产业聚集区、矿山、生态保护修复情况。“以生态保护修复监测情况为例，南太行地区生态修复总面积7.48 万亩，其中，今年上半年恢复新增耕地1.14 万亩，恢复新增林地0.99 万亩，恢复新增草地1.37 万亩。”王俊举例说。

● 基于深度学习提取存量房屋示例

引进人工智能影像识别技术让乱占耕地建房行为无所遁形

自农村乱占耕地建房整治行动开展以来，河南省坚持严控新增与摸排存量同步推进，历时约两个半月完成了246.91 万个疑似建房点位的外业核查、内业整理，已于11 月30 日顺利向国家汇交了摸排成果。这背后离不开卫星遥感这一“天眼”的技术支持。

“早在今年4 月份，河南省卫星中心就接到了省自然资源厅执法监督局的任务，为全省农村乱占耕地建房排查整治提取疑似违建图斑。”王俊告诉记者，彼时，国家尚未下达具体的工作方案，一切都是摸着石头过河，“我们在郏县、长垣、兰考三个县（市）开展试点，利用遥感和地理信息技术，通过样本训练、人机交互等方式，建立了高效的图斑核查技术方法，助力形成摸底排查‘五步工作法’。”

2020 年7 月，为认真贯彻落实全国农村乱占耕地建房问题整治工作电视电话会议精神，坚决遏制农村新增乱占耕地建房行为，河南省正式开展农村乱占耕地建房问题整治行动，并推出五步工作法。根据该方法，9 月18 日前须圈定全省2013 年以来耕地及新增耕地范围，标定疑似违法建房点位，统一制作全省摸排工作范围底图。

时间紧，任务重，早一天圈定范围、下发底图，就能为后续摸排留出更多时间。河南省卫星中心积极引进人工智能影像识别技术，摸索、总结出了一条行之有效的疑似违法图斑提取技术路线。

在摸清存量方面，首先，收集全省最新遥感影像、土地调查数据、年度土地变更调查数据、永久基本农田等数据，基于深度学习自动解译方式，采用专业系统自动提取出全省耕地范围内的建筑物图斑；其次，叠加河南省合法审批数据、增减挂钩数据，自动擦除耕地范围内合法建筑物图斑 ；再次，利用人工目视方法，修正误判和漏判的建筑物图斑，最终得到全省158 个县（市、区）2013 年至2020 年7 月3 日疑似乱占耕地建房图斑，共计118 万余个，通过“河南省清查整治专项行动管理系统”下发各地核实举证。

“采用深度学习自动解译技术，以自动提取与监测为主、人工交互编辑作业为辅，仅用11 天便完成了此项工作，大大提高了工作效率。而传统遥感解译技术主要依赖人工判读和半自动化软件解译，大约要一两个月方能获取全省疑似乱占耕地建房范围。”王俊说。

在遏制增量房方面，河南省卫星中心利用每天实时接收的最新遥感影像，套合耕地范围，对比2020 年第二季度卫星影像，不间断更新提取2020 年7 月3 日以来耕地范围内的新增房屋疑似图斑，并将其分为公共管理类、产业类、沿路房屋、新农村建设房、村庄外围房、零星散列房六大类。截至目前，已向省自然资源厅提供17 批次成果数据，核查图斑13758 个，辅助遏制新增现象，提高日常违法建筑的处理效率，达到防违控违的效果。

“各地在实地核实时，有许多房屋无法提供准确建筑时间，导致许多图斑都填写为2013 年前建设。”王俊告诉记者，河南省卫星中心利用2012 年、2013年的遥感影像，对全省4.7 万个系统填报为2013 年前建设的图斑进行内业人工影像判读核查，制作多期影像对比成果资料，以确认该类房屋建设的准确时间。

此外，河南省卫星中心还制作了全省50077 个行政村的农村乱占耕地建房问题摸排专题图，图幅内容包括利用三调初始全省行政村界裁剪的亚米影像、全省耕地范围、外业摸排上传的疑似违法图斑，着重突出各行政村的耕地范围和疑似乱占耕地建房的位置分布等信息，为外业实地核查提供工作底图。

“农村乱占耕地建房整治工作是一场持久战，我们将持续开展遥感影像自动化处理、解译与变化提取试验研究，让守望耕地的千里眼真正变成慧眼，坚决遏制新增农村乱占耕地建房行为，牢牢守住耕地保护红线。”毛忠民说。

作为一种高效的对地观测技术，卫星遥感视点高、视域广，数据采集快，可重复、连续观察，在自然资源监测监管方面具有传统方法无法比拟的优势。“下一步，我们将进一步加强河南省卫星中心的能力建设，完善变化发现、自动解译技术体系，提升遥感影像数据获取、处理和加工能力；加强与遥感相关企业、科研院所的合作，丰富卫星遥感数据资源，提高监测频率 ；立足自然资源面向社会各领域，拓展和提升卫星遥感应用服务的广度和与深度，向社会公众提供更加优质的卫星遥感应用产品服务。”毛忠民如是说。