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數據來源：中國自然資源報
2022-01-21
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草地作為新疆最大的植被類型，是新疆自然資源陸地生態系統的主體，既是我國邊疆地區主要的生態屏障，也是新疆各民族賴以生存的主要生產資料。
據了解，新疆草原管理數據一直沿用的是20世紀80年代在1∶10萬和1∶20萬地形圖上勾繪的調查成果。30多年來，新疆草地資源已發生了很大變化，草地資源底數不清、動態變化掌握不及時、調查技術手段落后等問題亟待解決。
隨著機構改革工作職能的調整，為盡快實現新疆草地資源的統一調查監測與評價，2020~2021年，新疆維吾爾自治區自然資源部門選取3個重點牧區縣——阿勒泰地區富蘊縣、伊犁哈薩克自治州新源縣和塔城地區托里縣作為試點區，借助北京數慧時空信息技術有限公司自主研發的“遙感云腦”平臺，采用遙感反演、深度學習和智能解譯等新型算法技術，連續兩年開展草地資源專項調查監測與“三調”草地數據銜接分析研究，逐步建立了新疆草地資源調查監測云平臺。
從“理論車間”走向“產品流水線”
在高寒、荒漠區域以及地形復雜的山區復合草地，由于人煙稀少、自然條件惡劣，往往缺乏準確及時有效的監測技術手段。
新疆維吾爾自治區自然資源林草數據銜接分析項目是構建林草資源調查監測體系的一次探索與實踐，旨在借助遙感和人工智能等先進技術，實現3個目標：基于人工智能驅動的遙感解譯，快速、準確地獲取林草資源的面積、分布、結構等信息；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；開展林草資源數據與“三調”數據的銜接分析研究。
新疆自然資源廳調查監測處處長李超介紹，傳統的草地監測多采用地面調查技術手段，通過一些樣點調查，按照統計學方法反推出草地數據。如今，隨著遙感技術的飛速發展，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域尺度的草地監測提供了有力的技術支持。調查人員可以利用影像光譜的顏色、紋理、形狀等特征與實際的地面植被建立對照模型。
“我們看到的植物是綠色的，是因為大部分的紅光和藍光被吸收了，只反射了綠光。”李超告訴記者，利用高光譜遙感數據，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，從而科學評估草原綜合植被蓋度、生物量、載畜量等。
這個模型是學術界從20世紀七八十年代一直到現在積累形成的，但從理論走向應用需要經過一個漫長的過程。在實地調查中，工作人員將地面光譜儀采集的數值與衛星光譜數據建立聯系，同時還要用無人機航拍技術精確識別地物信息，檢驗相應樣地點位草地類型的準確性。“現在相當于把工藝流程和技術路線確定下來了。”李超說，他們對野外實測樣地數據、影像光譜數據進行處理，結合相關性分析，最終篩選出合適的植被指數建立反演模型。這意味著，該模型從理論走向了可以量化生產的工藝。
建立草地類型解譯標志庫和光譜庫
新疆林草數據銜接分析項目通過對試點區域約6萬平方千米草地資源進行調查監測，充分借鑒草地分類行業標準，結合現行自然資源管理需求，將試點區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，解譯總體精度達到92%。
李超介紹，該項目采用空間信息、人工智能、大數據等技術手段，結合深度學習、知識圖譜等方式，打造了自動化的遙感數據預處理引擎，構建了智能化的深度學習解譯算法框架，實現衛星遙感數據接收、數據處理、樣本管理、模型訓練、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證，剩下的成果全部是自動化生產計算出來的。”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志自動化判讀，結果客觀，不易受人為因素干擾。
通過建立不同草地類型解譯標志庫和光譜庫，項目初步形成了草地資源監測影像解譯規范和大數據處理流程，實現無人機航測、衛星遙感影像與地面監測的“天、空、地”數據邏輯關聯。
目前，項目已順利通過省級驗收，并得到新疆維吾爾自治區林草主管部門和行業專家的高度認可。技術路線、計算模型和調查監測成果得到了中國科學院、北京林業大學、中國農業大學、國家林業和草原局調查規劃設計院等單位專家學者的肯定。
與“三調”數據緊密銜接
新疆林草數據銜接分析項目成果是基于16米分辨率的4波段多光譜影像，經深度學習自動解譯提取的結果。而“三調”成果是基于2米或優于2米分辨率的3波段 RGB（顏色系統）影像，人工目視解譯矢量化的結果。
據介紹，“三調”成果數據的優勢是以高空間分辨率遙感影像為基礎，影像底圖紋理清晰、可讀性強，并經人工判別舉證，成果準確性高。因此，為做好林草資源數據與“三調”數據的有效銜接，對于調查提取成果中的疑似圖斑，工作人員要檢索對應區域的高空間分辨率（2米或優于2米）遙感影像，充分結合多光譜分辨率、高空間分辨率的優勢進行人工補充判讀。如果無法通過多光譜信息及人工核查進行判定，則采用外業實地核查，確認地類屬性，保證數據成果的準確性與真實性。
通過兩年來對3縣試點的研究，新疆林草數據銜接分析項目初步形成了可復制、可推廣的草地資源調查監測技術方法與工作流程，推進了草地資源調查監測方法的革新，解決了傳統監測受人員和技術限制只能“以點推面”的根本問題，提升了調查監測的自動化水平，充分發揮遙感監測技術優勢，快速、客觀地反映大范圍、長時間序列的草地資源情況，在節省大量人力、物力及時間成本的同時，有效提高了監測成果的科學性和準確性。
據悉，為進一步推進草地資源調查監測工作，新疆維吾爾自治區自然資源廳與林業和草原局計劃2022年共同開展16個縣市的草地資源專項調查監測，在自然資源統一調查監測技術體系的框架下，按照統一標準、統一技術路線，以“三調”數據為基礎，將草地資源專項調查監測成果，有序納入國土調查年度變更工作，實現自然資源專項調查監測與基礎調查成果的聯動更新，為后續全疆全面開展草地資源專項調查監測奠定基礎，最終實現草地資源的數據統一，支撐草原的科學管理與保護。
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