從“理論車間”走向“產(chǎn)品流水線”
在高寒、荒漠區(qū)域以及地形復(fù)雜的山區(qū)復(fù)合草地，由于人煙稀少、自然條件惡劣，往往缺乏準(zhǔn)確及時有效的監(jiān)測技術(shù)手段。
新疆維吾爾自治區(qū)自然資源林草數(shù)據(jù)銜接分析項(xiàng)目是構(gòu)建林草資源調(diào)查監(jiān)測體系的一次探索與實(shí)踐，旨在借助遙感和人工智能等先進(jìn)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)3個目標(biāo)：基于人工智能驅(qū)動的遙感解譯，快速、準(zhǔn)確地獲取林草資源的面積、分布、結(jié)構(gòu)等信息；基于遙感反演和評估模型，評估草原綜合植被蓋度、生物量及合理載畜量；開展林草資源數(shù)據(jù)與“三調(diào)”數(shù)據(jù)的銜接分析研究。
新疆自然資源廳調(diào)查監(jiān)測處處長李超介紹，傳統(tǒng)的草地監(jiān)測多采用地面調(diào)查技術(shù)手段，通過一些樣點(diǎn)調(diào)查，按照統(tǒng)計學(xué)方法反推出草地數(shù)據(jù)。如今，隨著遙感技術(shù)的飛速發(fā)展，影像分辨率、空間分辨率和光譜分辨率的不斷提高，為長時間序列和大區(qū)域尺度的草地監(jiān)測提供了有力的技術(shù)支持。調(diào)查人員可以利用影像光譜的顏色、紋理、形狀等特征與實(shí)際的地面植被建立對照模型。
“我們看到的植物是綠色的，是因?yàn)榇蟛糠值募t光和藍(lán)光被吸收了，只反射了綠光。”李超告訴記者，利用高光譜遙感數(shù)據(jù)，就可以通過光譜變化的模型，識別出草地的類別，反演植被覆蓋度、地上生物量等指標(biāo)，從而科學(xué)評估草原綜合植被蓋度、生物量、載畜量等。
這個模型是學(xué)術(shù)界從20世紀(jì)七八十年代一直到現(xiàn)在積累形成的，但從理論走向應(yīng)用需要經(jīng)過一個漫長的過程。在實(shí)地調(diào)查中，工作人員將地面光譜儀采集的數(shù)值與衛(wèi)星光譜數(shù)據(jù)建立聯(lián)系，同時還要用無人機(jī)航拍技術(shù)精確識別地物信息，檢驗(yàn)相應(yīng)樣地點(diǎn)位草地類型的準(zhǔn)確性。“現(xiàn)在相當(dāng)于把工藝流程和技術(shù)路線確定下來了。”李超說，他們對野外實(shí)測樣地數(shù)據(jù)、影像光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，結(jié)合相關(guān)性分析，最終篩選出合適的植被指數(shù)建立反演模型。這意味著，該模型從理論走向了可以量化生產(chǎn)的工藝。
建立草地類型解譯標(biāo)志庫和光譜庫
新疆林草數(shù)據(jù)銜接分析項(xiàng)目通過對試點(diǎn)區(qū)域約6萬平方千米草地資源進(jìn)行調(diào)查監(jiān)測，充分借鑒草地分類行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合現(xiàn)行自然資源管理需求，將試點(diǎn)區(qū)域草地資源劃分為溫性荒漠、溫性草原、山地草甸等9個類別，解譯總體精度達(dá)到92%。
李超介紹，該項(xiàng)目采用空間信息、人工智能、大數(shù)據(jù)等技術(shù)手段，結(jié)合深度學(xué)習(xí)、知識圖譜等方式，打造了自動化的遙感數(shù)據(jù)預(yù)處理引擎，構(gòu)建了智能化的深度學(xué)習(xí)解譯算法框架，實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)接收、數(shù)據(jù)處理、樣本管理、模型訓(xùn)練、影像解譯的全流程處理。
“我們除了需要利用兩個月的時間到野外采集樣本和驗(yàn)證，剩下的成果全部是自動化生產(chǎn)計算出來的。”李超說，野外采樣工作一般在7月~8月開展，這是新疆草原植被生長最旺盛的時期，具有較豐富的光譜信息，可通過光譜特征和解譯標(biāo)志自動化判讀，結(jié)果客觀，不易受人為因素干擾。
通過建立不同草地類型解譯標(biāo)志庫和光譜庫，項(xiàng)目初步形成了草地資源監(jiān)測影像解譯規(guī)范和大數(shù)據(jù)處理流程，實(shí)現(xiàn)無人機(jī)航測、衛(wèi)星遙感影像與地面監(jiān)測的“天、空、地”數(shù)據(jù)邏輯關(guān)聯(lián)。
目前，項(xiàng)目已順利通過省級驗(yàn)收，并得到新疆維吾爾自治區(qū)林草主管部門和行業(yè)專家的高度認(rèn)可。技術(shù)路線、計算模型和調(diào)查監(jiān)測成果得到了中國科學(xué)院、北京林業(yè)大學(xué)、中國農(nóng)業(yè)大學(xué)、國家林業(yè)和草原局調(diào)查規(guī)劃設(shè)計院等單位專家學(xué)者的肯定。
與“三調(diào)”數(shù)據(jù)緊密銜接
新疆林草數(shù)據(jù)銜接分析項(xiàng)目成果是基于16米分辨率的4波段多光譜影像，經(jīng)深度學(xué)習(xí)自動解譯提取的結(jié)果。而“三調(diào)”成果是基于2米或優(yōu)于2米分辨率的3波段 RGB（顏色系統(tǒng)）影像，人工目視解譯矢量化的結(jié)果。
據(jù)介紹，“三調(diào)”成果數(shù)據(jù)的優(yōu)勢是以高空間分辨率遙感影像為基礎(chǔ)，影像底圖紋理清晰、可讀性強(qiáng)，并經(jīng)人工判別舉證，成果準(zhǔn)確性高。因此，為做好林草資源數(shù)據(jù)與“三調(diào)”數(shù)據(jù)的有效銜接，對于調(diào)查提取成果中的疑似圖斑，工作人員要檢索對應(yīng)區(qū)域的高空間分辨率（2米或優(yōu)于2米）遙感影像，充分結(jié)合多光譜分辨率、高空間分辨率的優(yōu)勢進(jìn)行人工補(bǔ)充判讀。如果無法通過多光譜信息及人工核查進(jìn)行判定，則采用外業(yè)實(shí)地核查，確認(rèn)地類屬性，保證數(shù)據(jù)成果的準(zhǔn)確性與真實(shí)性。
通過兩年來對3縣試點(diǎn)的研究，新疆林草數(shù)據(jù)銜接分析項(xiàng)目初步形成了可復(fù)制、可推廣的草地資源調(diào)查監(jiān)測技術(shù)方法與工作流程，推進(jìn)了草地資源調(diào)查監(jiān)測方法的革新，解決了傳統(tǒng)監(jiān)測受人員和技術(shù)限制只能“以點(diǎn)推面”的根本問題，提升了調(diào)查監(jiān)測的自動化水平，充分發(fā)揮遙感監(jiān)測技術(shù)優(yōu)勢，快速、客觀地反映大范圍、長時間序列的草地資源情況，在節(jié)省大量人力、物力及時間成本的同時，有效提高了監(jiān)測成果的科學(xué)性和準(zhǔn)確性。
據(jù)悉，為進(jìn)一步推進(jìn)草地資源調(diào)查監(jiān)測工作，新疆維吾爾自治區(qū)自然資源廳與林業(yè)和草原局計劃2022年共同開展16個縣市的草地資源專項(xiàng)調(diào)查監(jiān)測，在自然資源統(tǒng)一調(diào)查監(jiān)測技術(shù)體系的框架下，按照統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、統(tǒng)一技術(shù)路線，以“三調(diào)”數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，將草地資源專項(xiàng)調(diào)查監(jiān)測成果，有序納入國土調(diào)查年度變更工作，實(shí)現(xiàn)自然資源專項(xiàng)調(diào)查監(jiān)測與基礎(chǔ)調(diào)查成果的聯(lián)動更新，為后續(xù)全疆全面開展草地資源專項(xiàng)調(diào)查監(jiān)測奠定基礎(chǔ)，最終實(shí)現(xiàn)草地資源的數(shù)據(jù)統(tǒng)一，支撐草原的科學(xué)管理與保護(hù)。
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