楚 亮,董士玲,付麗莉,徐 雷

(1.徐州市自然資源和規(guī)劃局，江蘇 徐州 221006;2.中國礦業(yè)大學(xué)環(huán)境與測繪學(xué)院，江蘇 徐州 221116；3.江蘇中天吉奧信息技術(shù)股份有限公司，江蘇 徐州 221008)

0 引言

調(diào)查監(jiān)測各類型自然資源的數(shù)量、質(zhì)量、分布和權(quán)屬是自然資源管理的基本要求。自然資源調(diào)查是指采用一定的技術(shù)方法了解自然資源的現(xiàn)狀和全貌信息[1]。自然資源監(jiān)測是指在自然資源本底數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，掌握自然資源的自身變化及人類活動引起的變化情況[2]。為解決自然資源調(diào)查數(shù)據(jù)由各部門分頭調(diào)查和管理這個長久以來存在的問題，自然資源部提出了建立“六統(tǒng)一”的“1+X”型自然資源調(diào)查監(jiān)測體系，明確了自然資源調(diào)查的目標(biāo)和任務(wù)，調(diào)查監(jiān)測成果將為我國自然資源統(tǒng)一管理提供系統(tǒng)、科學(xué)和長期的依據(jù)[3]。

20世紀(jì)80年代以來，一些國家和國際組織對本國/區(qū)域內(nèi)乃至全球尺度的自然資源開展了相應(yīng)的調(diào)查或監(jiān)測活動，如：美國國家資源清單(National Resources Inventory,NRI)對土壤、水和相關(guān)環(huán)境資源的專項調(diào)查，旨在每5 a評估一次美國非聯(lián)邦土地的狀況和趨勢，并以此作為決策的基礎(chǔ)[4-5]；俄羅斯自然資源和生態(tài)部在本國開展了地質(zhì)調(diào)查、水文觀測網(wǎng)絡(luò)建設(shè)、林用地地籍調(diào)查等項目[6]；中國生態(tài)系統(tǒng)研究網(wǎng)絡(luò)(Chinese Ecosystem Research Network,CERN)以樣點臺站的“水、土、氣、生”觀測為核心，結(jié)合衛(wèi)星遙感開展了多要素生態(tài)數(shù)據(jù)采集與分析[7]。2019年起，江蘇省自然資源廳在省內(nèi)部分區(qū)域開展了自然資源基礎(chǔ)調(diào)查和專項調(diào)查試點，提出了基于高分辨率影像解譯和現(xiàn)有專項調(diào)查數(shù)據(jù)相結(jié)合的調(diào)查方法[8]。此研究在區(qū)域地表覆蓋調(diào)查監(jiān)測和特點專項資源的屬性調(diào)查方面取得了一定進(jìn)展，但并未與我國現(xiàn)有的資源數(shù)據(jù)管理體系相銜接，作為新的調(diào)查工程，不易與延續(xù)多年的土地資源調(diào)查成果相銜接并同步更新。

基于此，本文在研究市級自然資源調(diào)查監(jiān)測技術(shù)路線時，重點關(guān)注自然資源調(diào)查與原有土地調(diào)查數(shù)據(jù)和專項調(diào)查數(shù)據(jù)的銜接方法和聯(lián)動更新方法，并以此構(gòu)建市級自然資源調(diào)查監(jiān)測體系，并以江蘇省徐州市市區(qū)為例進(jìn)行了試驗分析。

1 研究方法

1.1 自然資源分類體系

江蘇省2019年出臺了《江蘇省自然資源調(diào)查分類(試行)》[9](以下簡稱《江蘇標(biāo)準(zhǔn)》)，將自然資源根據(jù)其空間功能用途、自然特性和管理屬性進(jìn)行空間利用層分類、自然物層分類和自然資源管理層分類(表1)。

在徐州市區(qū)自然資源調(diào)查工作實踐中，使用了上述分類標(biāo)準(zhǔn)。具體分類結(jié)構(gòu)如表1所示。

表1 江蘇省自然資源分類Tab.1 Natural resources classification

1.2 自然資源調(diào)查方法

自然資源調(diào)查與土地利用調(diào)查、林業(yè)調(diào)查、水資源調(diào)查、濕地調(diào)查、地理國情監(jiān)測之間存在著一定的交叉關(guān)系，本文使用提取再分類的方法開展了徐州市區(qū)自然資源“基礎(chǔ)-專項”一體化調(diào)查，可縮短調(diào)查周期，節(jié)省調(diào)查經(jīng)費。

自然資源調(diào)查分為基礎(chǔ)調(diào)查和專項調(diào)查，二者具有不同的特點：基礎(chǔ)調(diào)查強調(diào)資源的空間分布、面積等基礎(chǔ)信息[12]，劃定調(diào)查單元后，以調(diào)查斑塊為最小調(diào)查單位，調(diào)查陸表空間層和海洋空間層中的全部自然資源，有利于后續(xù)管理中與其他數(shù)據(jù)進(jìn)行疊加和統(tǒng)計分析；專項調(diào)查強調(diào)資源的質(zhì)量、類別、結(jié)構(gòu)、生態(tài)功能等特征，著重整合已有的專業(yè)調(diào)查數(shù)據(jù)，并從生態(tài)和資源管理的實際出發(fā),補充調(diào)查必要的專項屬性。

1.2.1 基礎(chǔ)調(diào)查

第三次國土調(diào)查(以下簡稱“三調(diào)”)數(shù)據(jù)相較地理國情和各類專項資源調(diào)查數(shù)據(jù)而言，現(xiàn)勢性強、圖形采集精度高、覆蓋面廣[13]，與當(dāng)前地表覆蓋的符合度高，因此市級自然資源基礎(chǔ)調(diào)查以“三調(diào)”數(shù)據(jù)為主要依據(jù)，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行外業(yè)核實和自然再分類工作(圖1)。

在“三調(diào)”使用的《第三次全國土地調(diào)查工作分類》[11]中，存在著一些因復(fù)合管理需求、根據(jù)功能和用途劃分的地類，如公園與綠地，特殊用地中可能含有森林、河流、湖泊、濕地等各類自然資源，這些資源滿足自然資源的定義，若在基礎(chǔ)調(diào)查時舍棄此類數(shù)據(jù)，將造成自然資源總量統(tǒng)計上的缺失，也會對自然資源生態(tài)影響分析和評價造成影響。因此，在徐州市自然資源調(diào)查中，提取了“三調(diào)”數(shù)據(jù)中的公園與綠地等圖斑，利用高分辨率遙感影像進(jìn)行解譯，然后根據(jù)資源類型對其進(jìn)行再分類，并進(jìn)行實地核實。

濕地資源是實施自然生態(tài)空間用途管制的重要空間，在《第三次全國土地調(diào)查工作分類》中濕地為一級類，以索引形式包含紅樹林地等8個二級類，而在濕地調(diào)查國家標(biāo)準(zhǔn)《濕地分類》[14]中自然濕地還包括了河流和湖泊?；跐竦刭Y源的特殊性，若在陸表空間層中作為一級類單獨存在，必然和其他資源產(chǎn)生交叉重疊。因此，本次調(diào)查采用《江蘇標(biāo)準(zhǔn)》，以濕地索引形式，對《濕地分類》中的濕地進(jìn)行了取舍，將表1“陸表空間層”中的河流水面、森林沼澤、紅樹林海域等13個三級類列入濕地索引。

抽取“三調(diào)”成果中包含自然資源要素的各圖層，并對部分功能地類進(jìn)行再分類，所有調(diào)查斑塊經(jīng)影像判讀和實地核實后，形成自然資源基礎(chǔ)調(diào)查數(shù)據(jù)庫。

圖1 自然資源調(diào)查技術(shù)路線Fig.1 Technical route of natural resources surveying

1.2.2 專項調(diào)查

在基礎(chǔ)調(diào)查對“三調(diào)”中的資源圖斑進(jìn)行提取再分類后形成資源調(diào)查斑塊，按照《江蘇標(biāo)準(zhǔn)》并結(jié)合各類型自然資源管理需求，對每類資源建立專項屬性結(jié)構(gòu)表，從已收集的各類專題資料中抽取相應(yīng)字段屬性填入專項屬性結(jié)構(gòu)表字段，并對空缺屬性字段進(jìn)行補充調(diào)查，形成自然資源專項調(diào)查數(shù)據(jù)庫。

1.3 數(shù)據(jù)庫組織

自然資源調(diào)查不同于傳統(tǒng)土地調(diào)查，各種資源在空間和邏輯上可能存在交叉，因此投影在二維地表空間時會出現(xiàn)重疊,宜把資源視為一個三維“資源體”。在數(shù)據(jù)庫組織上，將所有的資源按類型分層，以基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫和專項數(shù)據(jù)庫的形式存在；公共管制界線和權(quán)屬界線作為參考圖層單獨存放(圖2)，二者均不切割調(diào)查斑塊，在調(diào)查監(jiān)測結(jié)束后，按權(quán)屬生成匯總表。

圖2 自然資源數(shù)據(jù)庫組織形式Fig.2 Organization form of natural resources database

1.4 自然資源監(jiān)測和數(shù)據(jù)更新方法

自然資源監(jiān)測是在一定時間和空間范圍內(nèi)，利用各種信息采集和處理方法，對自然資源狀態(tài)進(jìn)行系統(tǒng)的觀察、測定、記錄、分析和評價，以揭示區(qū)域自然資源變動過程中各種因素的關(guān)系和變化的內(nèi)在規(guī)律，展現(xiàn)資源演變軌跡和變化趨勢，其目的是為各級資源主管部門和政府提供宏觀和微觀的資源現(xiàn)狀數(shù)據(jù)和動態(tài)變化數(shù)據(jù)[15]。

隨著衛(wèi)星傳感器技術(shù)的不斷發(fā)展，高分辨率遙感影像提供了具體豐富的地物信息、光譜信息、空間幾何信息和紋理信息[16]，能夠為自然資源圖形邊界的分類和邊界變化提供極大的支持。2012年以來，深度學(xué)習(xí)在遙感影像的地表覆蓋分類方面取得了諸多進(jìn)展[17-20]，實現(xiàn)了自動學(xué)習(xí)非人工設(shè)計的分類特征，既減少了人工干預(yù)，又提高了分類精度，逐漸成為資源地表覆蓋監(jiān)測的主要技術(shù)手段。

自然資源數(shù)據(jù)庫建立以后，應(yīng)定期通過監(jiān)測活動掌握自然資源的變化情況，其在數(shù)據(jù)庫中的更新包括資源范圍變化更新、資源屬性變化更新以及二者同時更新3種情況。市級數(shù)據(jù)監(jiān)測和更新采用基礎(chǔ)調(diào)查和專項調(diào)查同步更新的方法：基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫中的資源范圍變化主要通過高分辨率遙感影像和深度學(xué)習(xí)算法提取，之后通過外業(yè)核實進(jìn)行確認(rèn)并更新；專項屬性的變化可通過專業(yè)調(diào)查進(jìn)行更新。具體流程見圖3。

圖3 自然資源監(jiān)測和數(shù)據(jù)更新流程Fig.3 Flow chart of natural resources monitoring and data updating

2 實踐驗證

為驗證《江蘇標(biāo)準(zhǔn)》以及調(diào)查方法、數(shù)據(jù)庫組織方法和監(jiān)測更新方法的有效性和合理性，本文以江蘇省徐州市主城區(qū)和經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)為例，對調(diào)查監(jiān)測體系進(jìn)行了驗證。

2.1 研究區(qū)概況

徐州市主城區(qū)和經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)總面積約579.29 km2，位于華北平原東南部，屬溫帶季風(fēng)氣候，四季分明。區(qū)內(nèi)自然資源主要有耕地資源、水資源、森林資源及濕地資源。

2.2 調(diào)查分類執(zhí)行與驗證

本文調(diào)查實踐將《第三次全國土地調(diào)查工作分類》中涉及自然資源的二級類歸集到《江蘇標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定的自然資源分類中，建立研究區(qū)自然資源類型與“三調(diào)”地類的對照索引表。如本次調(diào)查的水資源主要為地表水，在研究區(qū)范圍內(nèi)存在河流、湖泊、水庫、水塘、溝渠和沼澤6種地表水，實踐中將其歸集到河流水、湖泊水、水庫水、水塘水和其他地表水5類水資源分類中。再如研究區(qū)范圍內(nèi)存在喬木林、竹林、灌木林和其他林，實踐中將其細(xì)化為針葉林、闊葉林、針闊混、其他竹林、特殊灌木林5種森林資源，并將桃林、梨林等“三調(diào)”成果中的園地歸集到特殊灌木林。

2.3 自然資源數(shù)據(jù)分析

研究區(qū)內(nèi)自然資源空間分布如圖4所示，自然資源面積統(tǒng)計匯總?cè)绫?所示。由圖4、表2可知，自然資源按面積統(tǒng)計由大到小分別為耕地資源、森林資源、水資源和濕地資源。

以森林資源為例，將2018年自然資源調(diào)查中森林資源數(shù)據(jù)與土地利用調(diào)查中林地資源數(shù)據(jù)進(jìn)行對比(表3)，森林資源面積(86.17 km2)明顯多于林地面積(22.70 km2)，這是由于2種調(diào)查的分類標(biāo)準(zhǔn)和最小上圖面積均不同，且自然資源調(diào)查側(cè)重反映資源量，土地利用調(diào)查側(cè)重區(qū)分土地利用形式和功能，這也說明了開展資源調(diào)查并查清資源總量的必要性。

圖4 徐州市自然資源空間分布Fig.4 Spatial distribution of natural resources in Xuzhou City

表2 徐州市區(qū)自然資源面積統(tǒng)計匯總Tab.2 Statistical summary of urban natural resources areas in Xuzhou City

3 結(jié)論與存在問題

3.1 結(jié)論

本文以第三次國土調(diào)查和各類專項調(diào)查數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)開展了市級自然資源調(diào)查實踐，對《江蘇省自然資源調(diào)查分類(試行)》進(jìn)行了驗證，并構(gòu)建了自然資源基礎(chǔ)調(diào)查數(shù)據(jù)庫和專項調(diào)查數(shù)據(jù)庫。

以徐州市區(qū)為例開展的自然資源調(diào)查實踐，能較好地完成對區(qū)域內(nèi)自然資源數(shù)量和質(zhì)量的調(diào)查，并具備持續(xù)更新形成多期數(shù)據(jù)集的能力，可作為后續(xù)資源和生態(tài)評價的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。本研究成果可為地級市自然資源調(diào)查監(jiān)測工作提供參考。

3.2 存在問題

當(dāng)前自然資源調(diào)查對專項調(diào)查的廣度和深度界定尚不明確，下一步可探索適合國家級、省級、市級不同調(diào)查尺度下的專項調(diào)查內(nèi)容，梳理適宜的專項調(diào)查屬性，形成專項調(diào)查規(guī)范。