村镇土地统一智能调查模式及其应用

唐铁　刘敏　彭笃明　廖丹霞　张禾裕

摘    要：本文围绕自然资源调查监测体系顶层设计，基于“感知—互联—认知”逻辑，提出了一套村镇统一智能调查模式。该模式通过集成村镇土地权籍信息自主采集与处理技术、村镇土地多维度多要素可追溯调查技术以及高分遥感智能主动调查监测技术，创新构建了东部发达地区土地精准调查、中部两型社会地区土地综合调查、西部快速发展地区土地高效调查一体化的“资源—生态类”和“村镇土地权益类”两种统一调查子模式。并进一步讨论了该模式在“省—市—县—乡—村”多层级，在国土变更调查、农村宅基地和房地一体确权登记颁证、水利工程管理与保护范围划界、耕地保护一张图更新等不同领域业务中的应用，推动并展望我国村镇土地调查技术迈入智能化发展阶段。

关键词：土地智能调查；调查模式；调查监测体系；跨领域；多层级

中图分类号： P962            文献标识码：A            文章编号：1672-5603（2023）01-63-08

The Unified Intelligent Land Survey Model of Villages and

Small Towns and Its Application

Tang Tie1，2， Liu Min1，3， Peng Duming1，3， Liao Danxia1，2， Zhang Heyu4，5

（1.Hunan Provincial Land and Resources Planning Institute， Changsha Hunan 410119; 2.Hunan Provincial Key Laboratory of Land Resour  ces Evaluation and Utilization， Changsha Hunan 410119;3.Key Laboratory of Natural Resources Monitoring and Supervision in the South hilly Area of the Ministry of Natural Resources， Changsha Hunan 410119; 4.Guangzhou South China Natural Resources Science and Technology Research Institute， Guangzhou Guangdong 570228;5.Ministry of Natural Resources Key Laboratory of Construction Land Redevelopment， Guangzhou Guangdong  510030）

Abstract： Based on the top-level design of the natural resources survey and monitoring system and the logic of "perception - interconnection - cognition"， this paper proposes a unified intelligent survey model for villages and towns. This model innovatively constructed the accurate land survey in the eastern developed areas， the comprehensive land survey in the central two-oriented social areas， and There are two unified investigation sub-models of "resource-ecological" and "village and town land rights and interests" for the integration of efficient land investigation in the rapidly developing western region. It further discussed the application of this model in the multi-level "province city county township village"， in different fields such as land change survey， rural homestead and real estate integration registration and certification， water conservancy project management and protection scope demarcation， farmland protection map update， and pushed and looked forward to the intelligent development of China's rural land survey technology

Keywords： land intelligent survey; survey model; investigation and monitoring system; cross-domain; multi-levels.

0 引言

建立統一的自然资源调查监测体系、健全监管体制，对保障国家生态安全、粮食安全乃至国家安全，提升国家治理体系和治理能力现代化水平具有重大支撑作用[1]。新一轮机构改革后，自然资源监管对象面临转变为“山水林田湖草”生命共同体的新使命。《自然资源调查监测体系构建总体方案》的出台，明确规划了自然资源调查监测体系构建的顶层设计蓝图。原有的调查监测技术及作业模式显然已难以满足新形势下自然资源管理工作的需求，迫切需要创新调查监测技术体系和调查模式。同时，在我国乡村振兴战略背景下，绿色宜居村镇的规划建设同样亟需村镇土地调查技术与模式的创新应用。土地调查精度和效率的提升，将有助于维护土地利益相关者的权益，减少土地纠纷，维护社会和谐稳定；也为自然资源管理部门、产业政策制定部门等提供可靠的决策依据，提高决策的科学化水平，建设资源节约型社会；同时还能在村镇区域土地评估、生态环境、灾害预警等方面提供数据服务，推动村镇可持续发展[2]。

本文以支撑自然资源事业高质量发展为目标，面向新型城镇化建设要求，针对村镇土地调查服务现实需求，综合运用相关的新技术、新装备、新平台，基于“资源-权益-生态”天空地一体化土地智能调查技术体系和以业务为核心的土地智能调查技术服务平台，构建了一套村镇土地统一智能调查新模式，为省-市-县-乡-村多层级，自然资源、农业、水利、生态环境等多领域开展土地调查提供技术服务，以支撑自然资源、农业、水利等多领域调查监测业务。

1 村镇土地智能调查关键技术体系

目前，现有调查技术手段难以确保国土调查成果的精准度、客观性和现势性，这些问题极大制约了我国绿色宜居村镇的建设运维水平[3]。针对当下村镇土地地类与产权信息获取自动化程度低、地类变化快、监测可靠性差、土地资源调查技术和手段相对落后等现实问题，研发集土地权籍信息自主采集与处理、土地多维度多要素可追溯调查、高分遥感智能主动调查监测于一体的村镇土地智能调查系列关键技术及软硬件装备。以上技术与装备既可单独应用，也可集成服务于自然资源、农业、林业、水利、生态环境等跨领域多部门的调查监测监管业务。

1.1 村镇土地权籍信息自主采集与处理技术

村镇土地权籍信息自主采集与处理技术集成了RFID新型电子界址点设备[4]、村镇土地权籍/现状调查机器人、村镇土地权籍调查空地协同局域定位技术以及电子界址点信息时空表达及空间实体化技术等单项技术（图1）[5-6]。RFID新型电子界址点设备兼容了GNSS和地面卫星系统的收发一体接收机、4G/5G通信模块、RFID、加速度计等模块，可实现自动检测人为移动并上报系统，并可在GNSS开阔区域自主定位，以及在GNSS遮挡区域与无人机及机器人空地协同定位。村镇土地权籍/现状调查机器人具备自动搜寻RFID界址点、空地协同定位、现状信息自主采集功能，可实现电子界址点的自动识别，支持激光/视觉组合定位电子界址点，支持基于宗地信息自动化获取宗地及不动产现状信息。村镇土地权籍调查空地协同局域定位技术支持空中机器人和地面土地权籍/现状调查机器人协同组网，实现对电子界址点进行高精度位置测量，并可自动路径规划、自动搜寻、导航至电子界址点设备，同时实现任务下发、界址点信息自动接入，自主采集处理。村镇权籍调查电子界址点智能感知平台具备村镇权籍调查在线服务能力，支持空中机器人、地面权籍/现状调查机器人远程接入，具备任务自动分发、数据实时接收、信息智能处理、权籍数据库生成等功能，能够实现高精度、大范围权籍信息自主获取与处理。电子界址点信息时空表达及空间实体化技术实现了由离散电子界址点定位信息恢复宗地多边形，并对界址点自动编码，自动关联无人机、机器人采集的地理（时空、影像）信息，自动化构建出权籍数据库的四至、现场照片等可追溯调查信息。

1.2 村鎮土地多维度多要素可追溯调查技术

通过“5G+北斗+地面卫星系统”与土地调查智能移动终端、组合定位导航设备和空地协同设备，以及土地资源可追溯调查系统，实现了村镇多维多要素可追溯调查（图2）。“5G+北斗+地面卫星系统”组合定位导航技术，通过构建兼容北斗与地面卫星信号的组合导航定位系统，形成脉冲收发型地面卫星基站设备和兼容北斗与地面卫星信号的接收机终端设备，建立了北斗与地面卫星协同组网同步监测机制，以实现土地调查中各终端设备的全域高精度定位。土地调查手持智能移动终端是一种小型化、便携式的土地调查智能移动终端，包含了多数据源质量分析控制、多传感器离线/在线标定、多传感器融合SLAM方案、视觉和激光融合等的三维重建关键技术，通过集成GNSS/地面卫星、5G、INS、激光雷达与视觉相机等技术实现了村镇土地多维度多要素信息的采集。该终端通过数传模块或5G网支撑实现了无人机与地面移动终端的空地任务联合规划、导航及协同工作，解决了空、地设备的激光点云、多角度影像的位姿融合，以及目标点云与影像数据的全域覆盖等问题[7-9]。高精度激光点云和多角度影像的联合处理和三维建模方法，实现了村镇全域土地多维度多要素三维实景构建。村镇多维度多要素用地信息智能解译技术，提供了村镇土地资源“多特征基元提取—业务场景理解—多要素信息提取”智能解译方案，实现了全域土地资源三维点云的精细分类与语义分割以及村镇多要素用地信息的智能提取[10]。土地资源可追溯调查技术，基于地理区块链的土地资源调查业务过程可追溯信息的采集、传输、存储及索引等技术，实现了数据的溯源管理和可视化展示。

1.3 高分遥感智能主动调查监测技术

高分遥感智能主动调查监测技术依托构建的村镇土地变化智能监测平台，面向村镇土地利用变化监测需求，解析土地利用高分遥感地面基准网，利用变化信息主动监测与识别技术，链接村镇土地样本库，实现村镇土地利用变化的自动化、智能化、高效化监测识别和管理（图3）。多尺度高分遥感地面基准网技术在遥感影像地面基准网的基础上，建立了影像控制点基准库和辐射控制基准库，并通过自动匹配生成控制点和辐射校正基准，完成原始影像的几何校正和辐射校正，该技术有效提高了遥感影像校正的效率，实现了高分遥感影像的一体化校正[11]。土地利用变化高分遥感主动发现技术以村镇典型地类变化监测需求（耕地、道路、建筑物、水体等）为引导，基于国产高分等多源高分辨率遥感数据和村镇土地样本库，采用智能分类方法研究村镇土地利用变化主动发现技术，构建村镇土地利用变化规则库，并建立典型地类特征变化发现模型库，实现村镇土地利用变化的主动监测[12-14]。土地利用变化无人机自主在线监测技术，以卫星影像进行主动监测的局部变化图斑为输入对象，利用集成旋转激光、影像、IMU以及GPS的无人机进行局部区域多源数据的自主获取。村镇土地样本库在线支持技术，即通过收集大量地物的类别、录入时间等相关信息，并将影像和样本解译数据存入影像样本库中，得到典型地物样本库，为村镇土地智能化分类和监测提供样本数据保障。

2 村镇土地统一智能调查模式构建

土地智能调查对象主要面向村镇土地（土壤）、森林、草原、水、湿地等地上资源，调查监测类型涵盖“资源、权益、生态”三大类。相关技术及装备可直接服务于村镇建设领域的土地资源调查与监测、自然资源综合监管以及自然资源统一调查监测，还可间接服务于生态环境、自然灾害等动态监测。村镇土地统一智能调查模式通过集成村镇土地权籍信息自主采集与处理技术，优化了以往常规地籍测量与权属调查结合的方式，采用村镇土地多维度多要素可追溯调查技术，实现了土地多维多要素的智能化、可追溯调查，以高分遥感智能主动调查监测技术替代人工判读比对提取变化信息的方式，构建东部发达地区土地精准调查、中部两型社会地区土地综合调查、西部快速发展地区土地高效調查一体化的“资源—生态类”和“村镇土地权益类”两种调查子模式。

2.1 “资源—生态类”调查模式

针对当下调查方式存在的工作体量大、周期短、成果真实性难以保证、调查软件不统一、技术人员更换频繁等现实问题，“资源—生态类”调查模式以业务需求为目标，对土地智能调查关键技术进行串联，形成集影像处理、内业底图处理、外业调查、建库核查于一体的调查模式（图4）。其中，变化信息提取及影像处理主要采用多尺度高分遥感地面基准网技术、村镇土地样本库在线支持技术以及村镇土地利用变化高分遥感主动发现技术等实现大尺度范围下的变化图斑提取；采用村镇土地样本库在线支持技术和无人机自主在线监测技术实现小范围的自主变化图斑的精细提取，实现精准调查。内业底图处理主要包括变化信息上图，标注外业图斑。外业调查主要采用“5G+北斗+地面卫星系统”与空地协同的移动视觉融合的全域调查技术，结合村镇多维度用地信息智能解译技术实现精准调查；采用无人机、手持智能调查移动终端视觉语义快速分割技术开展复杂地形地貌区的快速调查。数据库建设主要包括外业调查成果核实以及属性完善。成果核查采用土地资源可追溯调查技术，实现土地资源可追溯调查。以上技术确保了调查数据的实时、动态获取。

“资源—生态类”调查模式的建立可服务于自然资源和生态现状调查、变化监测及综合评价等工作，支撑年度国土变更调查、“1+N”卫星遥感监测[15]、耕地保护一张图更新、自然灾害监测等“资源—生态类”调查监测类业务的快速、准确实施，进而提升自然资源的精细化管理水平。

2.2 “村镇土地权益类”调查模式

“村镇土地权益类”调查模式主要服务于全民所有的水流、森林、山岭、草原、荒地、湿地等自然资源资产进行统一调查统计、确权登记等权益管理类调查相关工作，如农村土地承包经营权确权登记、农村宅基地房地一体确权登记、自然资源统一确权登记、全民所有自然资源资产清查、水利工程管理与保护范围划界等权益管理类业务。相对于城市权益类调查，村镇权益类调查具有分布范围广、地域分散、适用村镇确权政策的特点。在地籍测量方面，部分地区高等级控制点稀少甚至没有，使常规控制测量陷入困境。在资料收集方面，村镇权籍调查涉及点多且分散，如果将所有工作中遇到的文件、证明材料、测量控制点等均录入数据库，在造成数据冗余的同时，也使数据库管理运行缓慢，导致工作效率低下。资料存储方面，村镇权籍调查中的权属资料包括：身份证、户口簿、房屋产权证、土地证、契约等相关证明文件，权源材料繁多，调查单元涉及人员众多。目前的管理储存方法容易造成文件混淆、丢失，大量的手动录入信息也容易出错[16]。

“村镇土地权益类”调查模式借助土地智能调查系列关键技术，形成集内业底图处理、外业调查、数据库建设和审核归档于一体权籍调查模式（图5）。内业底图处理的内容为对资料收集、整理，叠合地形、地籍、发证资料等，在宗地统一编码规则基础上划分宗地。外业调查主要采用RFID新型电子界址点设备、土地权籍/现状调查机器人、村镇土地权籍调查空地协同局域定位技术，以及“5G+北斗+地面卫星”组合定位导航技术、手持智能移动终端及空中无人机多传感器终端相结合的空地协同的移动视觉全域土地调查技术。数据库建设主要采用电子界址点信息空间表达及空间实体化技术实现权籍界址点的自动成图，并按照建库要求将相关资料整理入库。成果审核归档主要采用土地资源可追溯调查平台系统在数据库审核归档过程中确保数据可追溯，防止数据篡改，确保数据一致性。

基于东部和中部城镇地区权籍精细化调查需求，在影像无遮蔽区，采用“5G+北斗+地面卫星”组合定位导航技术，借助土地调查手持智能移动终端及空中无人机多传感器终端相结合的空地协同移动视觉全域土地调查技术实现无人机倾斜摄影三维建模，并通过室内解译的方法识别界址点；在遮蔽区或室内无法解译识别界址点的区域，通过人工布设界址点，利用机器人开展空地协同定位，采集界址点现状信息，并对界址点信息进行空间实体化。基于西部地区及中部农村地区快速权籍调查需求，采用无人机倾斜摄影三维建模、室内解译的方法识别大部分界址点，在遮蔽区或室内无法解译识别界址点的区域，通过人工布设界址点，结合界址点之间的超宽带（Ultra Wide-Band，UWB）测距和部分已知界址点信息实现未知定位界址点的定位，利用权籍调查终端读取UWB测距信息，进行三维建模。

3 村镇土地统一智能调查模式典型应用

通过梳理总结全国现阶段不同地区的新型城镇化建设需要，尤其是土地调查的现实技术需求，为“省—市—县—乡—村”多层级，自然资源、农业农村、水利等多领域涉及的国土变更调查、农村宅基地和集体建设用地房地一体确权登记颁证、水利工程管理与保护范围划界、耕地保护一张图更新等核心业务，构建了各自的集成应用方案。

3.1 国土变更调查

国土变更调查中，采用多尺度高分遥感地面基准网技术，对影像进行几何/辐射一体化校正，得到基准统一的广域多源多期的村镇土地调查监测影像；采用多尺度高分遥感地面基准网技术、村镇土地样本库在线支持技术以及村镇土地利用变化高分遥感主动发现技术等实现大尺度范围下的变化图斑提取；采用村镇区域差异化的土地样本库在线支持技术和无人机自主在线监测技术实现小范围的自主变化图斑的精细提取，实现精准调查；调绘实地建设范围和地类时，采用“5G+北斗+地面卫星系统”与空地协同的移动视觉融合的全域调查技术，结合村镇多维度用地信息智能解译技术实现对东部地区的精准调查；采用无人机、手持智能调查移动终端视觉语义快速分割技术开展对中西部复杂地形地貌区的快速调查；成果核查数据汇交过程中采用村镇土地资源可追溯调查技术，实现数据变化过程可追溯，防止数据篡改。

3.2 农村宅基地和房地一体确权登记颁证

农村宅基地和房地一体确权登记颁证调查中，采用“5G+北斗+地面卫星”组合定位导航技术，土地调查手持智能移动终端及空中无人机多传感器终端相结合的空地协同的移动视觉全域土地调查技术实现无人机倾斜摄影三维建模，实现地形地籍修补测；东部发达地区，变化宗地的界址点需要在权属核查后同样采用“5G+北斗+地面卫星”组合定位导航技术，土地调查手持智能移动终端及空中无人机多传感器终端相结合的空地协同的移动视觉全域土地调查技术实现无人机倾斜摄影+激光点云三维建模，在此基础上，直接在内业底图上进行图解测定界址点；在遮蔽区或室内无法解译识别界址点的区域，通过人工布设界址点，利用机器人开展空地协同定位，采集界址点现状信息，对界址点信息进行空间实体化处理。西部及中部农村地区为实现快速权籍调查，可通过界址点之间的UWB测距和部分已知界址点信息实现未知定位界址点的定位，利用权籍调查终端读取UWB测距信息，结合内业底图确定界址点。

3.3 水利工程管理与保护范围划界

基于水利工程管理和保护范围划定的要求，采用空中无人机多传感器终端、手持智能移动终端，实现三维建模。通过土地调查手持移动终端、权籍调查机器人，采集水库坝顶、堰顶高程信息。采用RFID新型电子界址点设备、权籍调查机器人，开展空地协同定位，并采集界址点现状信息，通过界址点信息空间实体化技术，实现建筑物、溢洪道等水利工程轮廓线的确定。利用村镇多维度多要素用地信息智能解译技术，对其他水利工程轮廓线予以确定。在此基础上，通过设计洪水位线的分析，开展水利工程管理与保护范围线的标绘，并布设电子界桩和电子告示牌（图6）。

3.4 耕地保护一张图更新

根据耕地保护一张图更新业务对土地资源调查监测技术的需求，利用高分遥感地面基准网构建技术，实现了高分遥感/辐射一体化校正，便于不同期次影像对比。土地样本库在线支持技术通过海量的村镇耕地、耕地“非粮化”以及耕地“非农化”训练样本，形成了多尺度、多时相、本地域的样本库支持，为村镇土地智能化分析和监测提供样本数据保障。遥感卫星主动监测技術基于U-net、U-net++等语义分割模型的改进和应用，有力地支撑区域耕地变化地块的提取。采用“5G+北斗+地面卫星系统”与移动视觉融合的全域调查技术实现了视觉、点云等多维度用地信息智能解译技术调查核实，实现耕地非农化、非粮化以及耕地抛荒图斑的精准识别（图7）。

4 展望

通过村镇土地智能调查关键技术体系的研究和村镇土地统一智能调查模式的构建，主要解决了村镇土地权籍信息自主采集与处理、村镇土地资源多维度多要素高精度可追溯调查、土地利用变化主动发现、无人机自主在线监测等前沿科学问题，以推动我国村镇土地调查技术迈入智能化发展阶段。

“十四五”时期，面向自然资源全生命周期的管理要求及自然资源智慧治理能力提升需求，土地调查正在完成向精准化、网络化、数字化、智能化和规范化的转变，区域定期调查、场地尺度精细调查及地块尺度快速取证与样点监测相结合的“天-空-地-网”一体化智能监测系统正在逐步形成。调查监测领域也在逐步探索结合知识图谱等手段，形成更为优化的技术方法。服务模式方面，从自然资源治理理念、架构、对象、方式等出发，针对不同地区、不同层级的调查监测评价及预警指标需求，探索差异化的服务模式将成为趋势。未来的智能调查将着重于集成更多高度自动化和信息化手段，为耕地资源保护、土地生态管护、国土空间保护开发利用等具体业务需求提供更为精细化的应对方案。

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收稿日期：2023-01-05;                改回日期：2023-03-02。

*基金项目：国家重点研发计划课题“村镇土地智能调查关键技术集成与应用示范”（编号：2020YFD1100205）。

*第一作者简介：唐铁（1987—），男，硕士，工程师；主要从事自然资源调查监测相关工作;E-mail： tangtie19@126.com。