人工智能在广西耕地流入监测工作中的应用与思考_冯一军.pdf

2023.3 南方自然资源43探讨思考中国共产党第二十次全国代表大会报告提到“全方位夯实粮食安全根基，牢牢守住十八亿亩耕地红线，确保中国人的饭碗牢牢端在自己手中”。为有效贯彻落实党的二十大精神和有关文件要求，广西出台了多项耕地保护政策和举措，在严守耕地保护红线、推进耕地保护田长制等方面取得了一定的成绩。研究小组在分析广西耕地流入监测工作现状以及存在不足的基础上，就如何提高耕地流入监测的效率、优化耕地流入监测技术流程进行初探和验证。一、耕地流入监测工作现状广西耕地保护形势严峻，为有效扭转耕地减少趋势，2022 年 10 月 7 日广西田长制办公室印发关于落实好耕地不再减少有关事项的通知，文件中强调各地应按耕地“非农化”“非粮化”整治要求，尽快组织开展耕地恢复工作，对治理恢复为耕地的地块进行实地勾绘，并纳入国土变更调查，自治区将适时通过遥感影像提取恢复耕地图斑下发各市核实，以确保2022 年及以后年度国土变更调查所显示的耕地面积不再减少。二、AI 无人机影像智能解译技术的应用与实践（一）总体技术思路AI 无人机影像智能解译技术以无人机遥感影像数据为基础，依托 AI 人工智能技术对影像覆盖范围进行快速识别和提取，并与最新国土变更调查数据、“桉退蔗进”等业务数据进行叠加分析，通过人工目视核验以及外业核查，形成全区疑似耕地流入图斑，下发各市、县核实，获取出土长苗等处于耕种状态的举证信息，及时纳入日常变更监测范围，为耕地流入有效纳入国土变更调查奠定基础，为自治区研判耕地保护形势和“进出平衡”落实情况等提供参考。（二）工作实践无人机遥感影像数据是耕地流入图斑提取的基础。相比于卫星遥感影像数据，无人机人工智能在广西耕地流入监测工作中的应用与思考 冯一军，李正劼，梁雄乾，陈 霖基金项目广西重点研发计划（桂科AB22080077），广西科技基地和人才专项（桂科AD20238044），广西空间信息与测绘重点实验室基金（191851011）。南方自然资源2023.344探讨思考遥感影像获取的方式更为灵活，图像更加清晰，可直观、准确地反映土地的种植情况。研究小组提取的无人机遥感影像共涉及面积14 628.95平方千米，数据全部来源于自然资源综合监测项目。1.构建人工智能耕地模型为实现无人机遥感影像范围内的耕地快速识别，研究小组于 2022 年下半年开始对历年无人机影像数据进行样本采集，累计采集面积约2 183 平方千米，形成 16 079 个耕地样本，并基于样本进行耕地模型的优化和训练，形成广西自主无人机影像耕地样本和模型。2.提取疑似耕地流入图斑基于广西自主无人机影像耕地模型，研究小组共提取疑似新增耕地图斑 30 575 个，涉及面积 6 767.70 公顷。将其与 2021 年国土变更调查耕地数据、已批建设用地、已上图入库设施农业用地等业务数据进行叠加分析，再经人工筛查形成疑似耕地流入图斑。3.外业实地核查为了进一步验证疑似耕地流入图斑的准确率，研究小组挑选了南宁市青秀区、良庆区、兴宁区，玉林市北流市共115个图斑（97.08公顷）进行了实地核查验证，其中实地为耕地的图斑有 104 个（89.43 公顷），图斑提取准确率达90.43%。（三）数据分析1.地类分析研究小组将提取的疑似耕地流入图斑与2021 年国土变更调查地类数据进行叠加分析。其中，涉及农用地 6 322.61 公顷，占疑似耕地流入图斑总面积的 93.42%；涉及建设用地232.70 公顷，占疑似耕地流入图斑总面积的3.44%；涉及未利用地 212.38 公顷，占疑似耕地流入图斑总面积的 3.14%。农用地中的疑似耕地流入图斑主要来源于园地、林地。其中，园地 5 118.62 公顷，占疑似耕地流入图斑总面积的 75.63%；林地900.25 公顷，占疑似耕地流入图斑总面积的13.30%。建设用地中的疑似耕地流入图斑主要来源于农村宅基地，涉及面积 58.92 公顷，占疑似耕地流入图斑总面积的 0.87%。未利用地中的疑似耕地流入图斑主要来源于其他草地，涉及面积 172.17 公顷，占疑似耕地流入图斑总面积的 2.54%。2.种植属性分析研究小组将疑似耕地流入图斑与 2021 年国土变更调查种植属性数据进行叠加分析发现，位于即可恢复范围内的图斑面积为4 049.00 公顷，占疑似耕地流入图斑总面积的 59.83%；位于工程恢复范围内的图斑面积为 766.13 公顷，占疑似耕地流入图斑总面积的11.32%。3.坡度情况分析研究小组将疑似耕地流入图斑与第三次全国国土调查坡度数据进行叠加分析发现，处于级坡度（不大于 2）的图斑面积为 3 449.89公顷，占疑似耕地流入图斑总面积的 50.98%；处于级坡度（2 6）的图斑面积为1 888.79 公顷，占疑似耕地流入图斑总面积的27.91%；处于级坡度（615）的图斑面积为 1 061.79 公顷，占疑似耕地流入图斑总面 2023.3 南方自然资源45探讨思考积的 15.69%；处于级坡度（15 25）的图斑面积为 237.15 公顷，占疑似耕地流入图斑总面积的 3.50%；处于级坡度（大于 25）的图斑面积为 130.06 公顷，占疑似耕地流入图斑总面积的 1.92%。4.可调整地类情况分析此次研究疑似耕地流入图斑中涉及可调整地类 420.37 公顷（全部位于工程恢复、即可恢复范围内），占疑似耕地流入图斑总面积的6.21%。其中，可调整园地 411.32 公顷，可调整林地 1.01 公顷，可调整坑塘水面 8.04 公顷。三、实践成效（一）有助于解决恢复耕地问题广西具有典型亚热带沿海地域的特点，多云多雨，光学遥感影像覆盖度较低，全域获取2 期影像的周期较长。由于耕地转为建设用地的影像特征较为显著，因此以往侧重于通过遥感影像提取耕地流出图斑。在农业农村主管部门牵头组织开展的耕地“非粮化”整治工作中，存在恢复后的耕地面临没有矢量数据、落实不到具体图斑地块的问题，造成恢复后的耕地无法体现在年度国土变更调查成果中。而其他地类转为耕地的影像需要与林地、园地等相似影像进行区分，提取难度较大，对影像的清晰度要求较高。因此，耕地流入监测工作面临恢复的耕地“在哪里”的问题。无人机影像清晰度高，受云层的影响小，为人工智能提取疑似耕地流入图斑奠定了良好的基础。研究小组充分发挥现代遥感监测与人工智能技术优势，在 1.4 万多平方千米的无人机影像中提取到6 767.70公顷的疑似新增耕地，经实地核查准确率超过 90%。从疑似耕地流入的来源和分布情况来看，超过 70%的疑似耕地来源于即可恢复、工程恢复地类，据此可以确定恢复耕地的重点监测区域。这项技术有助于各地开展常态化耕地整改工作，及时准确定位恢复后的耕地，并解决与年度国土变更调查工作有效衔接的问题。同时，有助于地方开展评估耕地恢复工作和落实耕地“进出平衡”，为国土变更调查、全区耕地面积不再减少提供技术支撑。（二）有助于提升耕地流入监测的效率基于无人机的 AI 人工智能解译技术，可实现对影像覆盖范围内耕地的快速提取。从耕地单要素地类采集的工作效率来看，100 平方千米的无人机影像进行耕地 AI 人工智能解译只需花费 30 60 分钟，而传统人工目视解译单要素地类采集的工作效率为 8 平方千米/天，因此在理论上 AI 人工智能解译的工作效率是传统人工目视解译的 80 倍以上。同时，与传统的 2 期卫星遥感影像对比提取变化图斑，再经人工目视解译发现疑似耕地流入图斑的方法相比，基于无人机影像的 AI 人工智能解译技术，可直接解译耕地范围，过滤掉实地为非耕地变化图斑，大大缩小需要人工目视解译与核查的范围，从而有效提高耕地流入的监测效率，实现流入耕地早发现、早举证。四、建 议（一）加强无人机遥感影像数据获取，确保及时掌握耕地恢复情况目前，无人机影像覆盖范围有限，尚未实现对广西恢复耕地潜力区域的全覆盖。建议加强无人机遥感影像数据的获取，发挥现代遥感（下转第 50 页）南方自然资源2023.350资源漫话钓樟属，木姜子属，鼠李属南康鼠李，榕属，栗属，栎属，山茱萸属长叶山茱萸，桤木属古尼泊尔桤木，胡桃属，李属，漆属，吴茱萸属，无患子属，梓属，黄檗属，蕨类植物紫萁属等，以及一些三维立体保存的果化石（橄榄和杜英等）。该植物组合反映了当时北海地区生长着一片亚热带阔叶森林。广西植物大化石的历史可追溯到 4 亿多年前的泥盆纪，原始裸蕨植物的出现彻底改变了广西陆地的面貌。泥盆纪至二叠纪晚期，广西所在华南板块遭受频繁的海侵海退影响，植物化石零星出现。直至晚二叠世，繁盛于华北板块的华夏植物群出现在广西陆地，形成了以大羽羊齿植物为特征的种子植物区系。中生代受印支运动影响，广西全境在三叠纪晚期抬升为陆地，以多实拟丹尼蕨陕西似托第蕨组合为特征的古植物群出现在平桂地区，此时裸子植物在植物群中占据重要位置。侏罗纪地层出露不多，植物化石主要发现于十万大山盆地。白垩纪地层虽广布于桂东南地区，但植物化石记录稀少，而被子植物在广西上白垩统地层中的出现却具有重要意义。新生代之后，广西海陆格局基本成型。受喜山运动影响形成的大小盆地是广西新生代植物研究的热点地区。从各盆地植物组成来看，基本以被子植物为主，也有裸子植物和真蕨植物的出现，这也反映了整个新生代的时代特征，而广西现代植物区系组成就是在这些新生代化石植物群的基础之上逐渐发展演化而来的。（作者单位：广西自然博物馆）与人工智能技术的优势，应用最新无人机高分辨率遥感影像数据，结合广西实际情况，有计划、有针对性地提出可恢复为耕地的后备资源潜力集中重点区域和耕地流失严重的重点区域，供相关部门进行选择，并定期监测重点区域，帮助各地第一时间掌握恢复耕地情况。（二）建立常态化的动态监测机制疑似耕地流入图斑从人工智能识别到最终纳入国土变更调查需要经历业务数据分析、人工目视检查、实地调查举证、后期管护监测等多个环节，每个环节都需要花费大量的人力、物力，稍有延迟就会因农户调整种植作物而导致实地举证照片无法支撑变更为耕地地类。因此，通过无人机遥感影像人工智能识别提取的方式，常态化提取耕地流入图斑，将该项工作纳入自然资源综合监测体系，再利用广西自然资源调查云 APP、田长巡 APP 下发给各地进行外业核实举证，并指导纳入地方日常变更成果中。这种方式有利于实现疑似新增耕地早发现、早举证，避免出现年底举证时因实地没有种植农作物致使变更调查无法认定为耕地的情形。（作者单位：广西自然资源调查监测院）（上接第 45 页）