覆盖“天空地海”的自然资源智能感知监测监管体系建设的构想——以江苏省为例.docx

1、国土资源信息化LandandResourcesInformatization覆盖“天空地海”的自然资源智能感知监测监管体系建设的构想以江苏省为例张毅心（1.江苏省国土资源信息中心，南京210017；2.自然资源部国土空间大数据工程技术创新中心江苏分中心，南京210017）摘要：现代信息技术和对地观测技术的快速发展，为加快自然资源智能感知信息化、推进国土空间治理体系与治理能力现代化提供了强有力的契机。自然资源监测监管工作普遍存在标准不一、平台多源、底图分散等问题，迫切需要构建一套高效的自然资源智能感知监测监管体系。本文从“天、空、地、海”四个维度描述了自然资源监测监管体系，介绍了“天、空、地、海

2、”自然资源要素的监测监管流程，提出了自然资源智能感知监测监管体系建设的主要研究内容，并以江苏省为典型案例，说明了体系建设的可行性和有效性。关键词：自然资源；智能感知；监测监管：人工智能收稿日期:2021-07-10：修回日期：2021-08-06基金项目：江苏省自然资源厅科技计划项目“江苏省自然资源信息系统工程”（2021006）作者简介：张毅（1964一），男，硕上，高级工程师，主要从事自然资源信息化建设与应用工作。E-mail:zjnbzy0引言2020年，自然资源部印发自然资源调查监测体系构建总体方案，提出要建立自然资源统一调查、评价、监测制度，以空间信息、人工智能、大数据等先进技术为手

3、段，构建高效的自然资源调查监测体系。一些学者开展了自然资源调查监测体系方面的研究。张拯宁等在分析当前多基遥感监测和通信传输发展现状和特点的基础上，结合海洋行业应用需求，提出“天空地海”多基信息融合服务于海洋应用的发展建议。尤淑撑等针对新时期加强白然资源管理要求，提出了“天空地”一体的自然资源遥感监测技术框架。张志刚等基于3S技术，采用遥感监测技术手段获取周期监测数据源，利用移动GIS与GNSS相结合的方法进行外业调查，并根据调查结果建立并及时调整数据库同。云计算、大数据、物联网、三维仿真、人工智能、区块链、5G等现代信息技术与高分辨率卫星、无人机、视频监控等手段的集成、融合与应用，为建立快速高

4、效的全域全覆盖自然资源智能感知监测监管体系提供了强有力的技术支撑i白然资源监测监管体系工作仍面临着“标准有待统一、平台多源分散、底图建设尚未汇集整合”的挑战以。为此，需要运用5G、云计算、大数据、物联网、三维仿真、人工智能、区块链等新一代信息技术，全面整合自然资源监测监管信息化基础资源，融合I.地、地质、矿产、城乡规划、海洋、林业、测绘等监测监管信息化成果，开展自然资源监测监管基础设施建设规划、数据采集与数据传输技术研发、数据治理与服务平台建设等关键技术研究，实现''统一标准、统一平台、统一底图”，实现对自然资源全时段、全区域、全要素、全业务、全生命周期的监测监管，建成覆盖“天

5、空地海”的自然资源智能感知监测监管体系。1自然资源智能感知监测监管体系研究1.1体系划分我国自然资源丰富，具有明显的不平衡性和规律性的分布特征，实现自然资源智能化监测监管需要进行系统、全面的分析。根据设备、技术以及监管业务，可将自然资源监测监管体系按照“天、空、地、海”四个维度进行划分。（1）“天上看”°主要利用以人造卫星、宇宙飞船、火箭等航天飞行器为平台的遥感技术，定期和不定期开展覆盖全域的自然资源遥感监测，结合业务审批成果，通过对监测图斑进行快速分析，智能识别各类违法用地地块，跟踪资源利用变化情况，实现全天候遥感监测执法。（2）“空中探”。主要以无人机、大飞机等飞行高度在8千米以

6、下的飞行器作为传感器运载工具的低空遥感技术，对建设集中区域、地质灾害易发区及人员无法到达的其他区域进行实时影像视频数据采集，实现局部地区自然资源现状的快速监测以及各类资源开发利用的实时监管。（3）“地上查”。主要依赖以高塔、车、船等为平台的遥感技术，通过野外采集、实地巡查、布设地面传感器等多种地面监测手段，可对疑似违法图斑进行实地核查，对各类资源开发利用项目实施、灾体动态变化进行精准监管，实现自然资源精细化综合监测。（4）“海上管”。主要结合岸基、浮标、船舶、航空器等监测设施，形成海区中心-中心站-海洋站监测网络体系，对重点海域和陆源排污状况实施实时监控，可有效减轻海域环境压力，加强海洋生态文

7、明建设，保障海洋环境的可持续利用。1.2体系流程“天空地海”智能感知监测监管流程主要包括感知、分析、预警和处置，如图1所示。感知通过天网、空网、地网以及海网基础设施对各自维度自然资源数据进行获取和实时传输：分析是对获取后的数据进行分类、辨析和处理的过程，数据处理包括影像分割、影像解译、变化监测、三维目标监洲识别、视频空间定位等；预警根据自然资源业务进行数据分析并形成成果；处置结合业务应用需求，对定向分析的数据结果采取适当的办法和执行相应的措施，主要分为执法处置和辅助决策。2覆盖“天空地海”的自然资源智能感知监测监管体系建设2.1总体架构为促进自然资源监测监管全要素化、精确化和实时化发展，本研究

8、围绕监测监管各时段各领域，开展总体架构设计，由数据感知层、数据传输层、数据治理层及应用服务层构成，如图2所示。制定统-标准规范体系和数据安全体系。建设内容包含天网、空网、地网和海网数据“四网联动”的数据感知层；定义实时与离线方式的数据传输层；研发具备多功能的数据治理层；开发面向规划管理、开发利用、保护修复等专题应用的应用服务层，形成覆盖“天空地海”的自然资源智能感知监测监管总体技术架构。（1）数据感知层。数据感知层是自然资源智能化监测监管的本底，是各类核心数据的来源，是智能感知体系的支撑以及实现自然资源全领域全要素监测监管的根本所在。根据资源类型划分天网数据感知、空网数据感知、地网数据感知及海

9、网数据感知。（2）数据传输层。数据传输层是在数据感知层基础上将获取的数据传输至特定的数据库。实时快捷的数据传输是资源监测监管走向实时性、动态性的关键。根据数据传输过程的时效和安全等将传输方式分为实时数据传输和离线数据传输。（3）数据治理层。数据治理层是对数据进行整理、管理、智能分析并归类到特定数据库的一个过渡层，为数据的特定服务和动态高效应用提供前提保障。（4）应用服务层。应用服务层是根据具体业务解决各类资源管理管控、规划配置等问题的实施效用层，具体业务类型包含规划管理、开发利用和保护修复等。飓催二A箍Six琏口八3B&八口死1.n/§留口口.P7牝倍EKQ口1倍牝。口口倍口

10、牝刃口T倍口A瑜口寸b22日m苓03口奕奕|e"|2|棘奇V箍口g质箍口II箍口口羊刽T二箍口度醵知2.2业务体系聚焦自然资源调查、规划实施、开发利用、资源与生态保护修复的动态监测监管，以需求为导向，建立统一的监测监管业务体系，如图3所示。按照自然资源调查、规划、开发利用、保护修复四个阶段，梳理自然资源监测监管业务体系。明确白然资源监测监管体系建设主要对规划、开发利用、保护修复三个阶段自然资源变化情况进行动态监测，获得最新的现状数据.粉C琏口口口媛，箍口（!）耐C二入5口口40口辰莎口箍口§!木牙c案琏皿籀晶税C口潍琏/§口箍口口窗宜禾牙C口琏口/底籀口殖将CU!

11、）!7日曾，涉LLiMid部V籀口临粉CT-箍口口赣系牙C王5人43日。口公j芷A宝7瞻酷口祯口/呼口曝口日7V箱朋ayt*9箍nwnjT二坏箍（MJ口。口yT-D箍口4号AIUB日/籀Du。口冲T庾口口。口y口管。站多7照3港燃螂麴蹒麟2.3技术体系监测监管技术体系建设贯穿整个监管流程，在自然资源监测监管现有技术和信息化成果基础上，依托现有的监测监管业务领域的新一代信息技术、监测监管平台及各类资源管理系统，在基础设施搭建到数据感知、传输和治理的过程中集成应用，构建适应当下需求的智能化监测监管技术体系，解决各类监测监管技术性难题。2.3.1基础设施在自然资源信息化基础设施基础上，以租赁或自建方

12、式，构建地下、地上和空中监测监管基础设施，如图4所示。结合5G基站建设需求，建立适应自然资源监测监管需求的5G基站网络；进一步完善基于塔基视频监控的自然资源智能感知模式（简称“慧眼守土”）视频监测网络；逐步建立地质灾害、耕地质量、生态保护等动态监测物联网网络；拓展无人机低空摄影测量成果应用，探索建立全省自然资源无人机低空监测监管设施；发挥国土资源卫星应用技术中心作用，提高自然资源卫星影像云服务能力，持续开展季度、月度卫星遥感监测，在线推送基础卫星影像底图、调查监测信息、海洋卫星专题产品和统计分析等数据，缩短卫星遥感数据获取周期，拓展卫星遥感在自然资源监测监管中的应用领域。（1）建立“天网”基础

13、设施。通过资源卫星、环境卫星、海洋卫星、气象卫星、测绘卫星、商业卫星等，实现对地感知与观测。实时获取数据，形成多星组网、协同应用的新局面【6-气(2) 建立“空网”基础设施。“空网”基础设施由机载通信、联网无人机、智慧机场组成。(3) 建立“地网”基础设施。“地网”基础设施由气象站、物联网采集设备、视频监控、人工作业等构成，与“天网"“空网”共同构成对地的全面监测监管。(4) 建立“海网”基础设施。“海网”基础设施由检测浮标、检测船、水下采集装置、水下传感器等组成，实现对海域的监测监管。(a)“夭网”基础设施(b)“空网”基础设施(c)“地网"基础设施(d)“海网”基础设施

14、2. 3.2数据采集平台以业务需求为导向，基于覆盖地下、地上、海上、中低空和太空的自然资源监测基础设施，完善卫星遥感和视频监测在自然资源动态监测中的技术体系，重点突破基于“5G+无人机”的物联网监测数据动态采集、视频监测数据动态采集、海上及水下目标监视监测等技术集成应用瓶颈，构建智能化、多类型、多任务的自然资源动态监测数据采集平台。2.3.3数据传输技术基于5G基站网络的“慧眼守土”视频地面动态监测数据在线实时传输和基于“5G+无人机”的自然资源动态监测数据移动传输技术，建立适应自然资源监测监管需求的数据传输技术标准，建立完整的自然资源动态监测数据传输技术体系。在基于无人机、窄带物联网、监控视

15、频和车载摄像头等数据采集传输设备的实际应用中，具象分析数据传输技术的作业模式，集成数据传输技术。(1) 基于4G/5G通信网络的无人机数据实时传输作业方式。无人机搭载相机等传感器获取数据，将数据传输至通讯终端，再通过基站传输回指挥大厅，达到数据实时传输与处理的效果。(2) 基于窄带物联网的地球化学、地球物理监测监管数据传输。通过埋设的传感器获取数据，基于GSM网络、UMTS网络、LTE网络传输，相对于传统的物联网技术具有效率高、成本低的优点。（3）基于高塔摄像头的“慧眼守土”数据采集与传输。摄像头获取的视频与照片通过智能引擎数据处理，智能识别照片内容。减少人为观察工作，减轻观察人员负担。（4）

16、基于车载摄像头的数据采集与传输。车载摄像头具有流动性好、机动性强等优势，实时方便获取数据。解决了部分地区获取数据难的问题。2.3.4数据治理与服务平台以统一的监测监管数据治理目录与服务标准为研究对象，依托自然资源大数据平台（“一平台”）和自然资源“一张图”核心数据库，整合各类自然资源业务管理综合监管平台，构建自然资源监测监管数据治理与服务专题平台和监测监管专题数据库，如图5所示，实现自然资源监测监管数据动态管理与智能服务，全面提升自然资源开发利用事中事后全程监测监管能力。担琏空:b担琏建:b3应用案例3.1区域特征江苏省地处怆江、淮河中下游，东靠黄海，是中国大陆东部沿海地区的中心，主要由平原、

17、水域及低山丘陵构成，省内平原面积占比为68.8%、水面面积占比为16.9%,江河湖泊密布国。优越的自然资源为江苏省经济社会快速发展创造了有利的条件，但省内各区域经济发展水平、生态环境状况及资源禀赋都存在较大差距。全省人均耕地面积为573.34平方米，仅为全国平均水平的54.42%,逼近联合国粮农组织警戒线，同时耕地后备资源紧缺，区域粮食安全面临严峻考验。国土开发强度接近21%,远远超过全国平均水平的4.02%,资源环境支撑保障能力不足Bl。局部地区生态系统较为敏感，具有不同程度的生态脆弱性。实现省内资源可持续发展，监测自然资源变化情况，识别土地利用特征，分析理清资源配置.状况，都需要加强自然资

18、源监测监管的力度。3.2典型示范本文梳理各部分业务，根据需求从规划实施、开发利用和保护修复三个方面逐步开展应用研究。开展基于“5G+无人机”的监测监管、“慧眼守土”监测监管、“互联网+”地面动态巡查，基于物联网的地质灾害、耕地质量、生态保护等自然资源监测监管试点示范应用，验证和完善覆盖“天空地海”的自然资源智慧监测监管技术体系，有效提升自然资源执法和监督反应与处置能力。3.2.1规划实施规划实施的典型应用包括利用高分卫片，根据模型提取城市在时序影像中的空间范围，对城市扩张规模、趋势进行评估；基于遥感影像开展地类图斑识别与变化检测，辅助土地利用现状分析，将用地现状与用地规划进行对比；利用“5G+

19、无人机”技术对重点区域进行巡查，并对管控区域的违法建设行为进行预警等，有效增强土地利用规划、国土空间总体规划实施及自然资源专项规划实施的监管智能化程度。3.2.2开发利用开发利用监管主要对土地的“批、征、供、用”，矿产资源的“探、采、储”及海洋中能源、生物、矿产的开发利用各时段资源利用状况进行监测监管。典型应用包括利用高清探头“慧眼守上”技术对建设用地进行批后监管，识别其开竣工情况、建设周期等；通过倾斜摄影、精细建模等，实现从二维到三维不动产的一体化管理以及无人机不定期矿产资源开采巡查；利用布设监测网点、监测船采样、无人船巡航等多种手段对海洋环境、能源、生物进行监测等。3. 2.3保护修复耕地

20、保护、生态修复、灾害预警等是保护修复监管的重要内容，开展的典型应用包括利用遥感解译、无人机实时传输、视频监控、计算机比对分析等手段对长江沿岸生态进行保护；遥感监测与视频监控相结合对流域湿地修复项目进行全过程监测；运用航空卫星、低空无人机遥感、INSAR对矿山环境治理全过程进行监测；通过卫星影像数据定期解译判读耕地变化情况，对耕地变化情况图斑与管理数据进行叠加分析和外业实地核实，进行耕地占用、破坏、整改的全周期管理，实现“天上看”及时发现、“地上查”及时制止处理、“网上管”有效监管。4结语在国家治理能力现代化目标下，新时代新技术的创新集成发展带来新的契机。以自然资源监测监管为主题的部分典型应用，

21、突出了5G、云计算、大数据、物联网、三维仿真、人工智能、区块链等新一代信息技术和无人机监察、视频监控等新监测手段在自然资源监测监管应用中的实践性作用和创造性意义。新一代信息技术在监测监管各领域的应用，将有效弥补目前自然资源监测监管领域中的不足和空白，全面整合自然资源监测监管信息化基础资源，结合现有的测量、信息网络以及空间探测等技术手段，共同构建覆盖“天空地海”的自然资源智能感知监测监管体系。监测监管体系建设提升自然资源动态监测和态势感知能力，促进自然资源监测监管向全面化、常态化、智能化发展，为粮食安全、生态文明建设、耕地保护、节约集约用地、海洋强国建设等提供现代化智能感知监测监管手段。参考文献

22、【11张拯宁，安玉拴.“天空地海”多基协同多源融合的海洋应用设想J.卫星应用，2019(2):24-2+32-33.2尤淑控，何芸.自然资源遥感监测体系建设现状与发展展望J.无线电工程,2020,50(5):343-348.M张志刚，尤春芳.基于3S技术的自然资源一体化监测调查体系探索J.北京测绘，2019,33(4):476-479.印吴群，王田，王汉武，等.现代智能视频监控研究综述J.计算机应用研究，2016,33(6):1601-1606.自然资源信息化建设迈向新阶段N,中国自然资源报，2020-02-20(007).6 张永军，张祖勋，龚健雅.天空地多源遥感数据的广义摄影测量学J.测绘

23、学报，2021,50(1):1-11.7 胡芬，高小明.面向测绘应用的遥感小卫星发展趋势分析J-测绘科学，2019,44(1)：132-138+150.8 范业婷，金晓斌，项晓敏，等.江苏省土地利用功能变化及其空间格局特征J.地理研究，2019,38(2):383-398.9 范业婷，金晓斌，项晓敏，等.苏南地区耕地多功能评价与空间特征分析J.资源科学，2018,40(5):980-992.Thoughtsontheconstructionofintelligentsensingmonitoringandsupervisionsystemofnaturalresourcescovering&q

24、uot;sky,air,landandsea"acasestudyofJiangsuprovinceZHANGYi1,2(1.InformationCenterofLandandResourcesofJiangsuProvince,Nanjing210017,China;2.DivisionofInnovationCenterforTerritorial&SpatialBigData,MNR,Nanjing210017,China)Abstract:Therapiddevelopmentofmoderninformationtechnologyandearthobservat

25、iontechnologyhasprovidedastrongopportunityforacceleratingtheinformatizationofnaturalresourcesintelligentperceptionandpromotingthemodernizationofterritorialspacegovernancesystemandgovernancecapacity.However,suchproblemsas"differentstandards,multi-sourceplatformsanddecentralizedbasemaps"arecommonincurrentnaturalresourcesmonitoringandsupervisionwork,soitisurgenttobuildasetofefficientintelligentsensingmonitor