山东省第一地质矿产勘查院 山东济南 250102
摘要：结合当前国土资源耕地保护监管的需求,紧扣耕地保护全过程监测监管核心问题。依托国土资源业务网，以技术服务与支持体系和法律法规安全保障体系为基础，介绍了基于云环境的耕地保护动态监管系统建设目标、系统总体架构、形成主要成果及关键技术的研究与实现。实际应用证明系统能有效地支撑和服务耕地保护监管工作,为耕地动态监管系统研究提供思路和参考。
关键词：云环境；动态监管；耕地保护
1引言
粮食，是历代国家治国安邦的根本，耕地是粮食生产的重要前提与保障，粮食生产离不开耕地这铺“温床”，保护耕地就是保护我们的生命线。习近平总书记在不同场合做出重要指示，要求耕地红线要严防死守，绝不能有闪失。当前，全国用地供需矛盾依然突出，土地违法违规形式依然严峻，耕地保护工作任重道远。当前，耕地的数量、质量、生产力、空间布局和利用方式都在不断变化，因此需要对耕地进行动态监测[1-2]。
近年来，国产卫星影像获取手段日益丰富，数据覆盖度与精确度逐渐与世界先进水平持平。2014年，国土资源部（原）启动土地资源全天候遥感监测体系建设，重点围绕永久基本农田、城市开发边界两条红线，逐步探索土地资源全方位监测监管方式，在提高耕地保护工作效能方面起到重要作用。随着高分一号02、03、04卫星的成功发射，我国自主建造并成功组网运行了首个自然资源业务卫星星座，将大幅度提高山、水、林、田、湖、草等自然资源全要素、全覆盖、全天候的实时调查监测能力。
但是，爆发式增长的卫星遥感数据带来一系列问题，实时更新、批量处理遥感影像成为后续变化监测的前提条件，传统的耗时、耗人力的传统影像处理方式已无法满足海量影像处理需求，自动化和快速的全生命周期管理成为制约遥感影像应用的瓶颈。因此，围绕严守耕地红线的总要求，针对补充耕地项目存在建设不真实、数量不足、质量不够等问题，充分利用遥感影像覆盖全、重访周期短的特点，综合运用遥感、地理信息系统和大数据等技术，设计研发基于云环境的耕地保护动态监管系统。
2系统的设计与实现
2.1建设目标
系统围绕严守耕地红线总要求，针对耕地存在核查难、质量差、效率低等问题，利用遥感影像覆盖全、重访周期短的特点，综合运用遥感、大数据分析等技术，实现传统方式无法实现的海量影像处理，探索建立土地资源全方位监测动态监管机制，提高耕地保护效能。
紧扣耕地保护全过程监测监管核心问题，建立耕地保护动态监管机制，采用多源遥感实时处理和在线监测服务方法，设计研发了云端一体化的耕地保护动态监管系统，以满足耕地资源全过程监管、永久基本农田遥感动态监测、新增耕地指标核查等方面的需求，实现耕地保护管理的信息化、智能化、现代化，全面提升耕地保护工作水平和效能。
2.2总体设计
依托国土资源业务网，整合建立全省统一的数据库，建立全省统一的软件平台，建立省、市、县三级国土资源耕地保护管理全业务、全流程的网上运行和全方位监管机制，构建全省统一的耕地保护动态网络体系。
山东省耕地保护动态监管网络平台以技术服务与支持体系和法律法规安全保障体系为基础，分为支撑体系、数据中心、内网监管系统和外业核查系统四个层次。系统技术架构如图1。
1、支撑体系。在网络层上，依托于各级国土部门内网和互联网支撑系统运行，并实现省、市、县的三级互联互通；同时建设基础软硬件环境，包括服务器、防火墙、数据库和GIS软件等。
2、数据中心。以项目数据库为核心，集成项目动态信息、后备资源、占补平衡台帐数据等，依托数据库管理和GIS技术，按照统一的标准，建立全省耕地保护管理综合数据库的组织、管理、维护和更新体系，在线调用土地利用“一张图”数据和地理信息公共服务平台提供的地理信息服务。
3、监管信息系统。基于全省数据中心，实现全省耕地保护“一张图”管理模式，构建山东省耕地保护动态监管信息系统，提供项目管理、项目动态监管、后备资源管理、占补平衡监管和耕地保护监管等功能，实现以二维及三维地图为主要表现形式的地理信息服务，构建网格化监管体系。
4、用户层。用户层可分为两部分，一是信息采集用户：市、县国土局要按照要求动态更新项目信息，进行土地整治项目的三阶段报备；二是管理用户，系统为省厅和相关技术支持单位提供多种形式的信息展现方面，同时通过网络实现数据报备到国土部，方便各级领导使用系统。
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图1
2.3成果
以项目数据库为核心，集成土地整治项目、占补平衡、永久基本农田和遥感影像等内容，按照统一的标准，建立全省耕地保护业务数据库的组织、管理、维护和更新体系。利用多渠道获取省域过境卫星影像数据，形成监测影像数据库。依托数据库管理和GIS技术，按照统一的标准，建立耕地保护数据库的组织、管理、维护和更新体系。主要搭建了耕地保护业务数据库和遥感影像数据库。耕地保护业务数据库集成了调查类数据、土地整治项目数据、占卜平衡监管数据、永久基本农田数据等。遥感影像数据库整合了2000年后特别是“十二五”以来影像数据资源。
以项目数据库为核心，集成土地整治项目、占补平衡、永久基本农田和遥感影像等内容，按照统一的标准，建立全省耕地保护管理数据库组织、管理、维护和更新体系，在线调用土地利用“一张图”数据和地理信息公共服务平台提供的地理信息服务。
基于全省数据中心，实现全省耕地保护“一张图”管理模式，构建山东省耕地保护动态监管网络平台，根据工作需要，分为内网监管系统和外业核查系统，实现以电子地图为主要表现形式的地理信息服务，构建网络化监管体系。
3关键技术研究
1、提出一种多源遥感影像分布式实时处理和快速服务方法。构建基于空间信息网格体系建立了一套统一的时空网格索引，研发遥感影像实时服务引擎，实现了海量、多源影像数据入库、发布和共享服务全过程管理。通过遥感影像原始数据入库直接发布服务的自动化地图服务管理，实现了“存入即管理、数据即服务、所得即所需”，基于同一套数据同时支撑地图服务应用的需求，解决了传统瓦片更新难、更新慢的问题，从数据冗余和效率上都优于传统的切瓦片的方式，较传统方法数据量压缩至10%，处理效率提升10倍以上。
2、设计一种基于深度学习的高分辨率遥感影像耕地提取方法。设计了一种基于栈式自编码网络和模糊函数的自编码网络模型，通过对获得的云密度影像进行阈值分割，得到最终的精确二值化云检测结果，成功解决了样本库构建中存在的影像云层遮挡问题，提高了耕地样本信息含量，形成了省域多时相耕地样本库，保证了耕地信息识别的精度和效率。除此之外，研究了高分辨率遥感影像耕地提取方法和彩色影响增强算法，进一步对遥感影像提取精度及全局优化提供了保障。
在新的提取方法基础上，建立了覆盖全省域耕地保护的基于遥感的全流程、自动化分析和动态监测技术流程，首次采用形态学滤波法修正了多时相遥感影像基于像素耕地信息变化监测产生的“椒盐现象”。该流程的耕地变化信息自动识别率达到90%，实现了业务化和常态化运行，相比较传统人工目视识别效率提升达5倍以上，使耕地业务审查更加自动化、智能化。
3、提出全省域图斑要素的高校检索分析技术方法。针对地类图斑时空数据建立了多级格网索引，以节点索引与全局索引协调统一、并行构建的方式实现了全覆盖要素的高效检索与实时统计，满足根据空间位置、属性信息、专题关键字快速检索的需求。与OracleCluster、PostgreSQL等传统分布式管理架构相比大幅度提升了图斑数据检索效率，相同物理环境下空间检索效率提升达25倍以上，实现了千万级图斑多年份数据叠加更新自动分析，为新增耕地核查提供大数据技术支撑。
4、设计一种基于时空数据云服务的耕地保护监测方法。设计了面向动态过程模拟和实时表达的扩展时空模型，构建高并发和高性能计算技术建立时空数据云服务模型和高性能影像时空检索技术体系。研发了云端一体化的耕地保护网络监管平台，通过实时影像快速发现新增耕地疑点疑区，使用实地核查APP实现项目区现场的及时核查反馈，建立了对新增耕地和永久基本农田等的高效变化监测模式。
4.结束语
基于云环境的耕地保护动态监管系统的设计与实现是对耕地保护管理工作智能化、规范化的有益探索。系统的应用协助山东省建立了耕地保护检测监管技术体系，夯实了耕地保护管理基础，提升了耕地保护管理信息化、科技化水平；建立了遥感影像实时发布机制，有效支撑了耕地保护监督工作；建立了新增补充耕地核查技术体系，进一步提升了新增耕地核定质量。实际应用证明系统能有效地支撑和服务耕地保护监管工作,为基本农田动态监管系统研究提供思路和参考。
参考文献
[1]李茜，朱剑.大数据背景下的智慧耕地保护动态监管系统设计[j]，南方国土资源2018年12期43-46
[2]邓兵.基于“3S”技术的永久基本农田规定与精细化监控管理[D]，成都理工大学2018年
A，U9V
论文作者:王哲
论文发表刊物:《基层建设》2019年第30期
论文发表时间:2020/3/16
标签：耕地论文; 遥感论文; 影像论文; 数据论文; 动态论文; 系统论文; 全省论文; 《基层建设》2019年第30期论文;