生产建设项目水土保持遥感解译与判别技术实践及思考

李 乐，时 宇

(1.水利部水土保持监测中心，北京 100055；2.珠江水利委员会 珠江流域水土保持监测中心站，广东 广州 510611)

随着卫星遥感技术与水土保持行业监管的深度融合，生产建设项目水土保持遥感监管及其技术体系应运而生[1]，并发展成为现阶段水土保持信息化应用的主战场之一。简单来说，遥感监管就是根据水土保持监督管理需求，利用遥感影像、历史监管成果、判别参考数据等基础数据，在一定技术支持下，生产监督业务数据并开展应用的工作。水利部连续两年组织开展了国家级水土保持遥感监管项目，通过卫星遥感解译与判别，发现了大量水土保持违法违规线索，为全国水土保持监督管理提供了有效支撑[2]。遥感监管主要包括遥感解译与判别、现场核查与认定、违法违规项目查处、督促落实整改4个工作环节，经过多年实践和完善，现已形成一条技术步骤依次递进、环环相扣的技术链条。笔者对遥感解译与判别的主要做法进行系统梳理和总结，以期与有关单位同仁探讨交流，为推进生产建设项目水土保持遥感监管提供借鉴。

1 总体技术路线

遥感解译与判别是遥感监管的基础性工作，总体技术路线(详见图1)是先行获取基础数据并建立解译标志，借助相关工作平台开展扰动图斑提取或更新，然后参考水土流失防治责任范围开展合规性判别，最后将发现的疑似违法违规扰动图斑下发应用。

图1 解译与判别总体技术路线

根据其工作阶段又可划分为遥感解译、合规性判别两个主要技术环节。遥感解译是参照生产建设项目解译标志，基于遥感影像开展生产建设项目扰动图斑提取或更新的工作，主要包括基础数据准备、解译标志建立、扰动图斑提取和更新、扰动图斑属性完善等流程。合规性判别是参考水土流失防治责任范围矢量图层，基于合规性判别技术标准，对解译质量合格的扰动图斑开展扰动合规性初步判别的工作，主要包括参考数据准备、合规性判别、疑似违法违规扰动图斑筛查与下发等流程。

2 遥感解译与判别

2.1 基础资料准备

基础资料准备主要包括高分辨率卫星遥感影像收集、历史监管成果数据整合、判别参考数据获取等。

(1)卫星遥感影像。主要通过自行预处理、共享其他同标准影像数据或商业购买的方式获取，遥感影像的各项技术指标应满足《生产建设项目水土保持信息化监管技术规定(试行)》遥感影像处理要求。

(2)历史监管数据。主要包括水利部监管数据和省级监管加密数据，解译和判别工作应在历史监管数据的基础上开展。①工作基准底图整合。以上一年度水利部遥感监管解译数据为基础库，回溯关联图斑现场核查及项目认定查处信息，剔除回溯后的重复图斑和扰动变化类型“不再扰动”的图斑，整合为一个图层，作为全国年度解译判别的工作基准底图。②省级参考数据整合。收集各省上一年度遥感监管的加密数据，回溯关联省级加密的现场核查认定信息，整合成一个单独图层作为解译参考，统计上作为新增图斑处理。

(3)判别参考数据。近年来全国各级水行政主管部门批复的水土保持方案及水土流失防治责任范围矢量数据，主要是通过调取全国水土保持信息管理系统中的水土保持方案信息和矢量数据来获取。

2.2 解译标志建立

建立准确、足量的生产建设项目解译标志是遥感解译的前提和基础，应按生产建设项目所属行业类型和水土流失特点建立解译标志。解译标志应覆盖监管范围涉及的主要水土保持二级区，每个水土保持二级区应至少建立30种类型项目的解译标志。水土保持二级区具体范围为《全国水土保持规划(2015—2030年)》确定的二级区，全国生产建设项目行业类型划分见《生产建设项目水土保持信息化监管规定(试行)》附录1“生产建设项目分类表”。每套解译标志应包含1张实地照片和对应的遥感影像，遥感影像上标注照片拍摄区域，描述生产建设项目解译标志图斑编号、位置、影像特征等信息。

2.3 扰动图斑更新和提取

扰动图斑更新和提取是遥感监管的核心技术环节。主要技术方法是利用相关解译工作平台，参考建立的解译标志，根据获取的最新遥感影像，对生产建设项目扰动图斑进行提取和更新解译，技术路线详见图2。水利部遥感监管扰动图斑提取和更新有如下要求：①原则上最小成图面积≥4.0 mm2的扰动地块均可以开展遥感解译，而成图面积≥1.0 cm2的扰动地块均必须解译，特定目标监管可根据遥感影像分辨率与实际应用需求适当调整。②影像上同一扰动地块应勾绘在同一图斑内，弃渣场作为一种扰动形式单独解译。③解译扰动图斑边界相对于处理后的遥感影像上的同名地物点位移不应大于1个像元。④完成扰动图斑解译后，抽取10%的成果图斑进行审查，若图斑的边界和属性准确率<90%，则需重新对全部扰动图斑进行解译。基于上述要求，从技术组织实施的角度，应先行开展扰动图斑更新，再开展扰动图斑提取，避免扰动变化类型判别时出现混淆。

图2 扰动图斑更新和提取技术路线

2.3.1 扰动图斑更新

(1)更新对象及原则。①生产建设项目图斑。对工作基准底图中所有的生产建设项目扰动图斑均需要开展更新解译，即扰动图斑中有明确项目信息的所有扰动图斑均应基于最新的遥感影像，开展图斑边界修正和属性完善工作。具体有4种情况：一是遥感影像上所呈现的扰动与上一年度解译成果相比扰动范围扩大，则需要基于影像对扰动图斑边界和属性字段进行更新；二是遥感影像上所呈现的扰动与上一年度解译成果相比扰动范围减小，则需要基于影像对扰动图斑边界和属性字段进行更新；三是遥感影像上所呈现的扰动与上一年度解译成果相比扰动范围没有变化且正在发生扰动，则不修改图斑边界，只更新属性字段；四是遥感影像上所呈现的扰动与上一年度解译成果相比扰动范围没有变化且施工完成，则不修改图斑边界，只更新属性字段。②非生产建设项目图斑。原则上不对上一年度遥感监管成果中的非生产建设项目图斑进行修正，若遇明显变为生产建设项目的图斑(性质变化)则应更改边界和属性。如上一年现场复核后认定为非生产建设项目，下一年度遥感影像反映扰动有明显生产建设扰动特征(如明显机械施工扰动痕迹、新增建筑体及其他生产建设痕迹等)，则需要更新边界和属性。

(2)扰动图斑更新。基于遥感影像，采用人机交互的方法对工作基准底图进行判定与边界修正，同步填写扰动变化类型。对于扰动范围扩大的图斑，扰动变化类型属性更新为“扰动范围扩大”；对于扰动范围缩小的图斑，扰动变化类型属性更新为“扰动范围缩小”；对于扰动范围不变的图斑，扰动变化类型属性更新为“扰动范围不变”；对于不再发生扰动的图斑，扰动变化类型属性更新为“不再扰动”，此类重点关注已现场核查完成且施工状态是“完工”的项目图斑。对更新完成的扰动变化类型应进行详细检查，确保全部完成填写，并且不出现属性空白或“新增扰动”。

2.3.2 扰动图斑提取

对工作基准底图之外的所有新增生产建设项目扰动图斑均要开展提取，即根据遥感影像特征，以先验知识和遥感解译标志作为参考，利用遥感图像处理软件勾绘生产建设项目扰动图斑，并根据要求填写相关属性[3]。扰动图斑相关属性应包括图斑编号、扰动类型、扰动面积、建设状态、项目类型等字段。

省级加密数据应作为重要参考图层参与图斑的提取，在提取过程中，根据实际扰动与加密数据的位置关系可分别做如下处理：①如新发现的扰动与省级加密图斑重叠或有交集，仔细判读后认为是同一个扰动图斑，则可通过解译工作平台的编辑工具对该图斑进行复制操作，相应省级加密的信息均会继承过来。再依据扰动实际情况修正图斑边界，将扰动变化类型赋值为“新增扰动”。②如果新发现的扰动图斑完全独立，则勾绘完成后直接进行属性赋值，扰动类型赋值为“施工扰动或弃渣场”，扰动变化类型赋值为“新增扰动”。

2.4 合规性判别

合规性判别是对扰动图斑的水土保持方案行政许可程序是否合规开展的一项分析工作，具体要求如下：①初步判断调查扰动图斑是否为生产建设项目。②若判断图斑为生产建设项目扰动图斑，根据已入库的水土保持方案批复信息，初步判断其是否编报水土保持方案。③若判断图斑所属项目已编报水土保持方案，根据已入库的水土保持方案批复信息，初步判断其是否超出批复防治责任范围。

借助相关工作平台，将解译的扰动图斑矢量图(Y)与已入库的生产建设项目水土流失防治责任范围矢量图(R)进行叠加分析，根据扰动图斑矢量图(Y)与防治责任范围矢量图(R)的位置关系进行关联，初步判定图斑的扰动合规性，技术路线详见图3。合规性判别结果主要有以下几种情况：

图3 合规性判别技术路线

(1)扰动图斑包含防治责任范围或扰动图斑与防治责任范围相交，初步判定为“疑似超出防治责任范围”。主要方法是调取近年来全国水土保持信息管理系统中的防治责任范围矢量数据，依据“面积法为主、空间法为辅”的原则，计算超出面积和比例，若超出比例大于30%，则判定扰动图斑为“疑似超出防治责任范围”。对于历史已完成认定查处的项目图斑，若下一年度无防治责任范围矢量数据，则合规性赋值保持不变。

(2)只有扰动图斑，可以将扰动合规性初步判定为“疑似未批先建”“疑似未批先弃”。

(3)扰动图斑包含于防治责任范围，初步判定为“程序合规”。

2.5 违法违规图斑下发

违法违规图斑下发是遥感解译与判别的最后一个技术环节，下发的图斑是现场核查的具体目标对象。

(1)明确现场核查对象。现场核查对象为所有面积大于1 hm2且合规性分析结果为疑似未批先建、疑似未批先弃和疑似超出防治责任范围的图斑，主要包括3类：一是解译新增且合规性判别结果为不合规的疑似图斑；二是历史已发现且下一年度合规性分析结果为超出防治责任范围的项目图斑；三是历史现场复核结果是非生产建设项目且下一年度转为生产建设项目的图斑。

(2)图斑检查与下发。图斑下发前，应集中开展下发数据的汇集、逻辑检查和拓扑检查，确保下发图斑质量和精度，避免遗漏和重复下发。再根据现场复核工作平台的账户和权限，将疑似违法违规图斑准确下发至相应用户，至此遥感解译与判别工作全部完成。

3 质量控制措施

成果质量是遥感解译与判别的关键性工作，质量好坏直接决定了后续工作的精度和可靠程度。按照技术规定要求，依据监管目标和应用需求，应检查所有成果的正确性、规范性和一致性，确保成果质量审核抽查率≥10%，各项检查内容合格率≥90%。遥感解译与判别质量控制的主要做法有制定统一的技术标准、开展技术交流研讨、三级质量审核等。

(1)技术标准制定。由于解译和判别是劳动密集型的技术工作，同时参与工作的单位和人员均较多，应在解译与判别等关键技术环节制定统一的项目技术标准和技术要求，以实现技术协同。技术标准主要包括遥感解译与判别实施技术规程、扰动图斑解译和更新技术要求、扰动图斑合规性判别规则、疑似违法违规图斑下发要求等。

(2)技术交流研讨。在项目实施关键节点上，组织开展针对解译更新、合规性判别、交叉检查、数据汇集和下发等关键环节的技术培训和交流研讨，强化经验共享，统一技术标准，保证成果准确一致。

(3)三级质量审核。遥感解译与判别质量审核包括整体性检查、最小扰动图斑面积检查、图斑界线勾绘准确性检查、漏判和误判图斑检查、图斑编号唯一性检查、拓扑关系与属性表内容检查等。工作过程中应开展质量自查和交叉审核，自查比例按100%执行，交叉审核比例不低于10%。在完成以上检查程序后，还应组织专家对解译与判别成果进行审查，最终实现“自查-互查-抽查”三级质量审核。

4 结论与建议

遥感监管具有发现问题及时、全面、精准的特点，是一项新兴、高效、实用的技术手段，目前已发展成为水土保持行业的一项常态化工作。行业主管部门十分重视这项工作，把生产建设项目信息化监管应用作为重中之重，近几年在全国范围内大力推进生产建设项目水土保持遥感监管，发现并查处了大量以前难以发现的违法违规行为，遥感监管的良好态势正在显现。遥感解译与判别是遥感监管的基础工作和核心环节，为地方现场核查处置提供了明确的对象，但受制于遥感影像质量、人工经验差异以及工作平台不统一等因素，目前还存在解译和判别精度有待进一步提升、工作效率不高、工作深度不够等问题，需要从提高解译精度、规范参考数据、做好数据衔接、统一工作平台等方面加强和提升解译与判别工作。

(1)进一步提高解译精度。通过完善解译标准、丰富解译标志库、加强技术培训、强化质量把关等方式进一步提高扰动图斑解译精度，减少自然地貌、自然侵蚀、农业耕作等错误图斑的解译。另外，应通过科研探索逐步实现人工智能深度学习和自动识别，减少人工误差。

(2)规范判别参考数据。完整规范的参考数据是开展合规性判别的基础保障，若参考数据不完整、不规范则会严重影响合规性分析结果。建议规范合规性判别参考数据，提升合规性判别质量：一是完善水土保持方案制图技术标准和要求，规范防治责任范围制图，提高设计资料的准确性；二是严格水土保持方案审批，方案报批前应要求建设单位完成水土流失防治责任范围矢量图；三是加强水土流失防治责任范围数据入库管理，提升判别参考数据的数量和质量。

(3)做好部、省数据衔接。根据《水利部办公厅关于推进水土保持监管信息化应用工作的通知》(办水保〔2019〕198号)要求，国家和各省要建立上下协同、分工负责、信息共享的多频次的遥感监管工作机制。因此，部省两级的遥感监管数据应实现实时共享，在解译工作中互为参考，避免重复解译、重复下发，造成资源浪费。

(4)统一解译工作平台。在解译和判别工作中，各技术服务单位所采用的工作平台不尽相同，导致组织方式、技术实施、成果要求、工作进度难以统一，也会大大影响数据汇集、质量检查和成果下发的效率。因此，在遥感解译中应统一工作平台，优先采用可以实现协同工作的平台[3]，以统一数据规范性，提高扰动图斑解译质效。