1、國土資源信息化LandandResourcesInformatization覆蓋“天空地海”的自然資源智能感知監測監管體系建設的構想以江蘇省為例張毅心（1.江蘇省國土資源信息中心，南京210017；2.自然資源部國土空間大數據工程技術創新中心江蘇分中心，南京210017）摘要：現代信息技術和對地觀測技術的快速發展，為加快自然資源智能感知信息化、推進國土空間治理體系與治理能力現代化提供了強有力的契機。自然資源監測監管工作普遍存在標準不一、平臺多源、底圖分散等問題，迫切需要構建一套高效的自然資源智能感知監測監管體系。本文從“天、空、地、海”四個維度描述了自然資源監測監管體系，介紹了“天、空、地、海

2、”自然資源要素的監測監管流程，提出了自然資源智能感知監測監管體系建設的主要研究內容，并以江蘇省為典型案例，說明了體系建設的可行性和有效性。關鍵詞：自然資源；智能感知；監測監管：人工智能收稿日期:2021-07-10：修回日期：2021-08-06基金項目：江蘇省自然資源廳科技計劃項目“江蘇省自然資源信息系統工程”（2021006）作者簡介：張毅（1964一），男，碩上，高級工程師，主要從事自然資源信息化建設與應用工作。E-mail:zjnbzy0引言2020年，自然資源部印發自然資源調查監測體系構建總體方案，提出要建立自然資源統一調查、評價、監測制度，以空間信息、人工智能、大數據等先進技術為手

3、段，構建高效的自然資源調查監測體系。一些學者開展了自然資源調查監測體系方面的研究。張拯寧等在分析當前多基遙感監測和通信傳輸發展現狀和特點的基礎上，結合海洋行業應用需求，提出“天空地海”多基信息融合服務于海洋應用的發展建議。尤淑撐等針對新時期加強白然資源管理要求，提出了“天空地”一體的自然資源遙感監測技術框架。張志剛等基于3S技術，采用遙感監測技術手段獲取周期監測數據源，利用移動GIS與GNSS相結合的方法進行外業調查，并根據調查結果建立并及時調整數據庫同。云計算、大數據、物聯網、三維仿真、人工智能、區塊鏈、5G等現代信息技術與高分辨率衛星、無人機、視頻監控等手段的集成、融合與應用，為建立快速高

4、效的全域全覆蓋自然資源智能感知監測監管體系提供了強有力的技術支撐i白然資源監測監管體系工作仍面臨著“標準有待統一、平臺多源分散、底圖建設尚未匯集整合”的挑戰以。為此，需要運用5G、云計算、大數據、物聯網、三維仿真、人工智能、區塊鏈等新一代信息技術，全面整合自然資源監測監管信息化基礎資源，融合I.地、地質、礦產、城鄉規劃、海洋、林業、測繪等監測監管信息化成果，開展自然資源監測監管基礎設施建設規劃、數據采集與數據傳輸技術研發、數據治理與服務平臺建設等關鍵技術研究，實現''統一標準、統一平臺、統一底圖”，實現對自然資源全時段、全區域、全要素、全業務、全生命周期的監測監管，建成覆蓋“天

5、空地海”的自然資源智能感知監測監管體系。1自然資源智能感知監測監管體系研究1.1體系劃分我國自然資源豐富，具有明顯的不平衡性和規律性的分布特征，實現自然資源智能化監測監管需要進行系統、全面的分析。根據設備、技術以及監管業務，可將自然資源監測監管體系按照“天、空、地、海”四個維度進行劃分。（1）“天上看”°主要利用以人造衛星、宇宙飛船、火箭等航天飛行器為平臺的遙感技術，定期和不定期開展覆蓋全域的自然資源遙感監測，結合業務審批成果，通過對監測圖斑進行快速分析，智能識別各類違法用地地塊，跟蹤資源利用變化情況，實現全天候遙感監測執法。（2）“空中探”。主要以無人機、大飛機等飛行高度在8千米以

6、下的飛行器作為傳感器運載工具的低空遙感技術，對建設集中區域、地質災害易發區及人員無法到達的其他區域進行實時影像視頻數據采集，實現局部地區自然資源現狀的快速監測以及各類資源開發利用的實時監管。（3）“地上查”。主要依賴以高塔、車、船等為平臺的遙感技術，通過野外采集、實地巡查、布設地面傳感器等多種地面監測手段，可對疑似違法圖斑進行實地核查，對各類資源開發利用項目實施、災體動態變化進行精準監管，實現自然資源精細化綜合監測。（4）“海上管”。主要結合岸基、浮標、船舶、航空器等監測設施，形成海區中心-中心站-海洋站監測網絡體系，對重點海域和陸源排污狀況實施實時監控，可有效減輕海域環境壓力，加強海洋生態文

7、明建設，保障海洋環境的可持續利用。1.2體系流程“天空地海”智能感知監測監管流程主要包括感知、分析、預警和處置，如圖1所示。感知通過天網、空網、地網以及海網基礎設施對各自維度自然資源數據進行獲取和實時傳輸：分析是對獲取后的數據進行分類、辨析和處理的過程，數據處理包括影像分割、影像解譯、變化監測、三維目標監洲識別、視頻空間定位等；預警根據自然資源業務進行數據分析并形成成果；處置結合業務應用需求，對定向分析的數據結果采取適當的辦法和執行相應的措施，主要分為執法處置和輔助決策。2覆蓋“天空地海”的自然資源智能感知監測監管體系建設2.1總體架構為促進自然資源監測監管全要素化、精確化和實時化發展，本研究

8、圍繞監測監管各時段各領域，開展總體架構設計，由數據感知層、數據傳輸層、數據治理層及應用服務層構成，如圖2所示。制定統-標準規范體系和數據安全體系。建設內容包含天網、空網、地網和海網數據“四網聯動”的數據感知層；定義實時與離線方式的數據傳輸層；研發具備多功能的數據治理層；開發面向規劃管理、開發利用、保護修復等專題應用的應用服務層，形成覆蓋“天空地海”的自然資源智能感知監測監管總體技術架構。（1）數據感知層。數據感知層是自然資源智能化監測監管的本底，是各類核心數據的來源，是智能感知體系的支撐以及實現自然資源全領域全要素監測監管的根本所在。根據資源類型劃分天網數據感知、空網數據感知、地網數據感知及海

9、網數據感知。（2）數據傳輸層。數據傳輸層是在數據感知層基礎上將獲取的數據傳輸至特定的數據庫。實時快捷的數據傳輸是資源監測監管走向實時性、動態性的關鍵。根據數據傳輸過程的時效和安全等將傳輸方式分為實時數據傳輸和離線數據傳輸。（3）數據治理層。數據治理層是對數據進行整理、管理、智能分析并歸類到特定數據庫的一個過渡層，為數據的特定服務和動態高效應用提供前提保障。（4）應用服務層。應用服務層是根據具體業務解決各類資源管理管控、規劃配置等問題的實施效用層，具體業務類型包含規劃管理、開發利用和保護修復等。颶催二A箍Six璉口八3B&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質箍口II箍口口羊劊T二箍口度醵知2.2業務體系聚焦自然資源調查、規劃實施、開發利用、資源與生態保護修復的動態監測監管，以需求為導向，建立統一的監測監管業務體系，如圖3所示。按照自然資源調查、規劃、開發利用、保護修復四個階段，梳理自然資源監測監管業務體系。明確白然資源監測監管體系建設主要對規劃、開發利用、保護修復三個階段自然資源變化情況進行動態監測，獲得最新的現狀數據.粉C璉口口口媛，箍口（!）耐C二入5口口40口辰莎口箍口§!木牙c案璉皿籀晶稅C口濰璉/§口箍口口窗宜禾牙C口璉口/底籀口殖將CU!

11、）!7日曾，涉LLiMid部V籀口臨粉CT-箍口口贛系牙C王5人43日。口公j芷A寶7瞻酷口禎口/呼口曝口日7V箱朋ayt*9箍nwnjT二壞箍（MJ口。口yT-D箍口4號AIUB日/籀Du。口沖T庾口口。口y口管。站多7照3港燃螂麴蹣麟2.3技術體系監測監管技術體系建設貫穿整個監管流程，在自然資源監測監管現有技術和信息化成果基礎上，依托現有的監測監管業務領域的新一代信息技術、監測監管平臺及各類資源管理系統，在基礎設施搭建到數據感知、傳輸和治理的過程中集成應用，構建適應當下需求的智能化監測監管技術體系，解決各類監測監管技術性難題。2.3.1基礎設施在自然資源信息化基礎設施基礎上，以租賃或自建方

12、式，構建地下、地上和空中監測監管基礎設施，如圖4所示。結合5G基站建設需求，建立適應自然資源監測監管需求的5G基站網絡；進一步完善基于塔基視頻監控的自然資源智能感知模式（簡稱“慧眼守土”）視頻監測網絡；逐步建立地質災害、耕地質量、生態保護等動態監測物聯網網絡；拓展無人機低空攝影測量成果應用，探索建立全省自然資源無人機低空監測監管設施；發揮國土資源衛星應用技術中心作用，提高自然資源衛星影像云服務能力，持續開展季度、月度衛星遙感監測，在線推送基礎衛星影像底圖、調查監測信息、海洋衛星專題產品和統計分析等數據，縮短衛星遙感數據獲取周期，拓展衛星遙感在自然資源監測監管中的應用領域。（1）建立“天網”基礎

13、設施。通過資源衛星、環境衛星、海洋衛星、氣象衛星、測繪衛星、商業衛星等，實現對地感知與觀測。實時獲取數據，形成多星組網、協同應用的新局面【6-氣(2) 建立“空網”基礎設施。“空網”基礎設施由機載通信、聯網無人機、智慧機場組成。(3) 建立“地網”基礎設施。“地網”基礎設施由氣象站、物聯網采集設備、視頻監控、人工作業等構成，與“天網"“空網”共同構成對地的全面監測監管。(4) 建立“海網”基礎設施。“海網”基礎設施由檢測浮標、檢測船、水下采集裝置、水下傳感器等組成，實現對海域的監測監管。(a)“夭網”基礎設施(b)“空網”基礎設施(c)“地網"基礎設施(d)“海網”基礎設施

14、2. 3.2數據采集平臺以業務需求為導向，基于覆蓋地下、地上、海上、中低空和太空的自然資源監測基礎設施，完善衛星遙感和視頻監測在自然資源動態監測中的技術體系，重點突破基于“5G+無人機”的物聯網監測數據動態采集、視頻監測數據動態采集、海上及水下目標監視監測等技術集成應用瓶頸，構建智能化、多類型、多任務的自然資源動態監測數據采集平臺。2.3.3數據傳輸技術基于5G基站網絡的“慧眼守土”視頻地面動態監測數據在線實時傳輸和基于“5G+無人機”的自然資源動態監測數據移動傳輸技術，建立適應自然資源監測監管需求的數據傳輸技術標準，建立完整的自然資源動態監測數據傳輸技術體系。在基于無人機、窄帶物聯網、監控視

15、頻和車載攝像頭等數據采集傳輸設備的實際應用中，具象分析數據傳輸技術的作業模式，集成數據傳輸技術。(1) 基于4G/5G通信網絡的無人機數據實時傳輸作業方式。無人機搭載相機等傳感器獲取數據，將數據傳輸至通訊終端，再通過基站傳輸回指揮大廳，達到數據實時傳輸與處理的效果。(2) 基于窄帶物聯網的地球化學、地球物理監測監管數據傳輸。通過埋設的傳感器獲取數據，基于GSM網絡、UMTS網絡、LTE網絡傳輸，相對于傳統的物聯網技術具有效率高、成本低的優點。（3）基于高塔攝像頭的“慧眼守土”數據采集與傳輸。攝像頭獲取的視頻與照片通過智能引擎數據處理，智能識別照片內容。減少人為觀察工作，減輕觀察人員負擔。（4）

16、基于車載攝像頭的數據采集與傳輸。車載攝像頭具有流動性好、機動性強等優勢，實時方便獲取數據。解決了部分地區獲取數據難的問題。2.3.4數據治理與服務平臺以統一的監測監管數據治理目錄與服務標準為研究對象，依托自然資源大數據平臺（“一平臺”）和自然資源“一張圖”核心數據庫，整合各類自然資源業務管理綜合監管平臺，構建自然資源監測監管數據治理與服務專題平臺和監測監管專題數據庫，如圖5所示，實現自然資源監測監管數據動態管理與智能服務，全面提升自然資源開發利用事中事后全程監測監管能力。擔璉空:b擔璉建:b3應用案例3.1區域特征江蘇省地處愴江、淮河中下游，東靠黃海，是中國大陸東部沿海地區的中心，主要由平原、

17、水域及低山丘陵構成，省內平原面積占比為68.8%、水面面積占比為16.9%,江河湖泊密布國。優越的自然資源為江蘇省經濟社會快速發展創造了有利的條件，但省內各區域經濟發展水平、生態環境狀況及資源稟賦都存在較大差距。全省人均耕地面積為573.34平方米，僅為全國平均水平的54.42%,逼近聯合國糧農組織警戒線，同時耕地后備資源緊缺，區域糧食安全面臨嚴峻考驗。國土開發強度接近21%,遠遠超過全國平均水平的4.02%,資源環境支撐保障能力不足Bl。局部地區生態系統較為敏感，具有不同程度的生態脆弱性。實現省內資源可持續發展，監測自然資源變化情況，識別土地利用特征，分析理清資源配置.狀況，都需要加強自然資

18、源監測監管的力度。3.2典型示范本文梳理各部分業務，根據需求從規劃實施、開發利用和保護修復三個方面逐步開展應用研究。開展基于“5G+無人機”的監測監管、“慧眼守土”監測監管、“互聯網+”地面動態巡查，基于物聯網的地質災害、耕地質量、生態保護等自然資源監測監管試點示范應用，驗證和完善覆蓋“天空地海”的自然資源智慧監測監管技術體系，有效提升自然資源執法和監督反應與處置能力。3.2.1規劃實施規劃實施的典型應用包括利用高分衛片，根據模型提取城市在時序影像中的空間范圍，對城市擴張規模、趨勢進行評估；基于遙感影像開展地類圖斑識別與變化檢測，輔助土地利用現狀分析，將用地現狀與用地規劃進行對比；利用“5G+

19、無人機”技術對重點區域進行巡查，并對管控區域的違法建設行為進行預警等，有效增強土地利用規劃、國土空間總體規劃實施及自然資源專項規劃實施的監管智能化程度。3.2.2開發利用開發利用監管主要對土地的“批、征、供、用”，礦產資源的“探、采、儲”及海洋中能源、生物、礦產的開發利用各時段資源利用狀況進行監測監管。典型應用包括利用高清探頭“慧眼守上”技術對建設用地進行批后監管，識別其開竣工情況、建設周期等；通過傾斜攝影、精細建模等，實現從二維到三維不動產的一體化管理以及無人機不定期礦產資源開采巡查；利用布設監測網點、監測船采樣、無人船巡航等多種手段對海洋環境、能源、生物進行監測等。3. 2.3保護修復耕地

20、保護、生態修復、災害預警等是保護修復監管的重要內容，開展的典型應用包括利用遙感解譯、無人機實時傳輸、視頻監控、計算機比對分析等手段對長江沿岸生態進行保護；遙感監測與視頻監控相結合對流域濕地修復項目進行全過程監測；運用航空衛星、低空無人機遙感、INSAR對礦山環境治理全過程進行監測；通過衛星影像數據定期解譯判讀耕地變化情況，對耕地變化情況圖斑與管理數據進行疊加分析和外業實地核實，進行耕地占用、破壞、整改的全周期管理，實現“天上看”及時發現、“地上查”及時制止處理、“網上管”有效監管。4結語在國家治理能力現代化目標下，新時代新技術的創新集成發展帶來新的契機。以自然資源監測監管為主題的部分典型應用，

21、突出了5G、云計算、大數據、物聯網、三維仿真、人工智能、區塊鏈等新一代信息技術和無人機監察、視頻監控等新監測手段在自然資源監測監管應用中的實踐性作用和創造性意義。新一代信息技術在監測監管各領域的應用，將有效彌補目前自然資源監測監管領域中的不足和空白，全面整合自然資源監測監管信息化基礎資源，結合現有的測量、信息網絡以及空間探測等技術手段，共同構建覆蓋“天空地海”的自然資源智能感知監測監管體系。監測監管體系建設提升自然資源動態監測和態勢感知能力，促進自然資源監測監管向全面化、常態化、智能化發展，為糧食安全、生態文明建設、耕地保護、節約集約用地、海洋強國建設等提供現代化智能感知監測監管手段。參考文獻

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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