结合“三调”成果，这里用“算法”守护草地资源

　　

野外调查监测数据的采集  受访者供图 

　　
    草地作为新疆最大的植被类型，是新疆自然资源陆地生态系统的主体，既是我国边疆地区主要的生态屏障，也是新疆各民族赖以生存的主要生产资料。

　　    据了解，新疆草原管理数据一直沿用的是20世纪80年代在1∶10万和1∶20万地形图上勾绘的调查成果。30多年来，新疆草地资源已发生了很大变化，草地资源底数不清、动态变化掌握不及时、调查技术手段落后等问题亟待解决。 

　　


新疆那拉提草原  记者王瑜摄 

　　
    随着机构改革工作职能的调整，为尽快实现新疆草地资源的统一调查监测与评价，2020~2021年，新疆维吾尔自治区自然资源部门选取3个重点牧区县——阿勒泰地区富蕴县、伊犁哈萨克自治州新源县和塔城地区托里县作为试点区，借助北京数慧时空信息技术有限公司自主研发的“遥感云脑”平台，采用遥感反演、深度学习和智能解译等新型算法技术，连续两年开展草地资源专项调查监测与“三调”草地数据衔接分析研究，逐步建立了新疆草地资源调查监测云平台。 

　　

从“理论车间”走向“产品流水线”

　　


    在高寒、荒漠区域以及地形复杂的山区复合草地，由于人烟稀少、自然条件恶劣，往往缺乏准确及时有效的监测技术手段。
    新疆维吾尔自治区自然资源林草数据衔接分析项目是构建林草资源调查监测体系的一次探索与实践，旨在借助遥感和人工智能等先进技术，实现3个目标：基于人工智能驱动的遥感解译，快速、准确地获取林草资源的面积、分布、结构等信息；基于遥感反演和评估模型，评估草原综合植被盖度、生物量及合理载畜量；开展林草资源数据与“三调”数据的衔接分析研究。
    新疆自然资源厅调查监测处处长李超介绍，传统的草地监测多采用地面调查技术手段，通过一些样点调查，按照统计学方法反推出草地数据。如今，随着遥感技术的飞速发展，影像分辨率、空间分辨率和光谱分辨率的不断提高，为长时间序列和大区域尺度的草地监测提供了有力的技术支持。调查人员可以利用影像光谱的颜色、纹理、形状等特征与实际的地面植被建立对照模型。
    “我们看到的植物是绿色的，是因为大部分的红光和蓝光被吸收了，只反射了绿光。”李超告诉记者，利用高光谱遥感数据，就可以通过光谱变化的模型，识别出草地的类别，反演植被覆盖度、地上生物量等指标，从而科学评估草原综合植被盖度、生物量、载畜量等。
    这个模型是学术界从20世纪七八十年代一直到现在积累形成的，但从理论走向应用需要经过一个漫长的过程。在实地调查中，工作人员将地面光谱仪采集的数值与卫星光谱数据建立联系，同时还要用无人机航拍技术精确识别地物信息，检验相应样地点位草地类型的准确性。“现在相当于把工艺流程和技术路线确定下来了。”李超说，他们对野外实测样地数据、影像光谱数据进行处理，结合相关性分析，最终筛选出合适的植被指数建立反演模型。这意味着，该模型从理论走向了可以量化生产的工艺。

　　

建立草地类型解译标志库和光谱库 

　　

    新疆林草数据衔接分析项目通过对试点区域约6万平方千米草地资源进行调查监测，充分借鉴草地分类行业标准，结合现行自然资源管理需求，将试点区域草地资源划分为温性荒漠、温性草原、山地草甸等9个类别，解译总体精度达到92%。
    李超介绍，该项目采用空间信息、人工智能、大数据等技术手段，结合深度学习、知识图谱等方式，打造了自动化的遥感数据预处理引擎，构建了智能化的深度学习解译算法框架，实现卫星遥感数据接收、数据处理、样本管理、模型训练、影像解译的全流程处理。

　　   “我们除了需要利用两个月的时间到野外采集样本和验证，剩下的成果全部是自动化生产计算出来的。”李超说，野外采样工作一般在7月~8月开展，这是新疆草原植被生长最旺盛的时期，具有较丰富的光谱信息，可通过光谱特征和解译标志自动化判读，结果客观，不易受人为因素干扰。

　　    通过建立不同草地类型解译标志库和光谱库，项目初步形成了草地资源监测影像解译规范和大数据处理流程，实现无人机航测、卫星遥感影像与地面监测的“天、空、地”数据逻辑关联。

　　    目前，项目已顺利通过省级验收，并得到新疆维吾尔自治区林草主管部门和行业专家的高度认可。技术路线、计算模型和调查监测成果得到了中国科学院、北京林业大学、中国农业大学、国家林业和草原局调查规划设计院等单位专家学者的肯定。

　　

与“三调”数据紧密衔接 

　　


格网计算法  受访者供图 

　　
    新疆林草数据衔接分析项目成果是基于16米分辨率的4波段多光谱影像，经深度学习自动解译提取的结果。而“三调”成果是基于2米或优于2米分辨率的3波段 RGB（颜色系统）影像，人工目视解译矢量化的结果。
    据介绍，“三调”成果数据的优势是以高空间分辨率遥感影像为基础，影像底图纹理清晰、可读性强，并经人工判别举证，成果准确性高。因此，为做好林草资源数据与“三调”数据的有效衔接，对于调查提取成果中的疑似图斑，工作人员要检索对应区域的高空间分辨率（2米或优于2米）遥感影像，充分结合多光谱分辨率、高空间分辨率的优势进行人工补充判读。如果无法通过多光谱信息及人工核查进行判定，则采用外业实地核查，确认地类属性，保证数据成果的准确性与真实性。

　　    通过两年来对3县试点的研究，新疆林草数据衔接分析项目初步形成了可复制、可推广的草地资源调查监测技术方法与工作流程，推进了草地资源调查监测方法的革新，解决了传统监测受人员和技术限制只能“以点推面”的根本问题，提升了调查监测的自动化水平，充分发挥遥感监测技术优势，快速、客观地反映大范围、长时间序列的草地资源情况，在节省大量人力、物力及时间成本的同时，有效提高了监测成果的科学性和准确性。

　　    据悉，为进一步推进草地资源调查监测工作，新疆维吾尔自治区自然资源厅与林业和草原局计划2022年共同开展16个县市的草地资源专项调查监测，在自然资源统一调查监测技术体系的框架下，按照统一标准、统一技术路线，以“三调”数据为基础，将草地资源专项调查监测成果，有序纳入国土调查年度变更工作，实现自然资源专项调查监测与基础调查成果的联动更新，为后续全疆全面开展草地资源专项调查监测奠定基础，最终实现草地资源的数据统一，支撑草原的科学管理与保护。