《通讯》精选 | 自然资源监测监管体系建设中的关键业务与技术解析——以自然资源执法监督应用为例
引言
近年来，不论是习近平总书记对“社会主义生态文明建设”的论述、“两山理论”的提出，还是国家“双碳”目标的设立，都表明自然资源管理在国家建设中的地位日渐突出。在这样的背景下，自然资源监测监管作为自然资源管理的“眼”和“手”显得至关重要。本文将从业务、技术两个角度进行梳理，介绍自然资源监测监管的整体框架，并通过典型案例，说明如何基于此构建特定场景的自然资源监测监管应用方案。
一、背景
1. 国家对自然资源监测监管工作提出了更高要求
随着自然资源机构改革，不断扩大的监管范围和复杂多样的监管对象使自然资源监测监管工作任务愈加繁重。与之相对应的，近年来中央政府和自然资源主管部门相继出台了一系列政策，从空间规划、生态修复、执法监督等多环节着手，建立起事前积极防范、事中及时制止、事后综合修复的全流程高效监管机制，推动自然资源监测监管体系向全域、全要素、全流程过渡发展。
图1 自然资源监测监管政策大事记
2.新技术成熟为自然资源监测监管体系建设提供了支撑
日新月异的信息技术为自然资源监测监管提供了更多想象空间：无人机、高精度遥感卫星等新型设备丰富了自然资源监测手段，为提升监测准确度和精度创造了条件；5G网络的快速布设和接入，使物联网传感器、视频摄像终端等野外动态感知终端大规模接入互联网成为可能，自然资源动态感知能力不断增强，监管效率全面提升；人工智能、大数据分析和实景三维融合等创新技术，为提升自然资源综合监管和宏观决策能力提供有力的技术支撑，推动自然资源监测监管向智慧化发展。
二、全要素、全环节的自然资源监测监管业务体系
自然资源监测监管的内涵丰富。首先，其面向的对象是自然资源全要素，贯穿管理全环节，从履行自然资源“两统一”职责的角度来说，不论是自然资源资产所有者职责的行使，还是国土空间用途管制与生态修复的执行，都离不开监测监管工作的落实；其次，监测监管的本质是“源”和“控”两种行为的统一：监测注重自然资源真实现状的及时、准确获取，监管注重在此基础上做出正确的判断，并进行合理的管控，两者结合形成业务闭环，确保主管部门达成管理目标。
因此，从业务体系的角度来说，自然资源监测监管需要面向“山、水、林、田、湖、草、矿、海、城”等自然资源全要素，贯穿空间规划、用途管制、保护修复、自然资源资产管理、执法监督等全自然资源业务环节。
图2 自然资源监测监管业务体系
其中，自然资源调查监测与确权登记是前提和基础。基于调查监测形成的统一的自然资源“一张底图”，使监测监管业务体系的建立有了数据基础。通过统一确权登记工作构建起统一的产权登记体系，落实自然资源权利主体与保护责任，推动自然资源的保护和监管。
国土空间规划和用途管制是监测监管的引导和落实。作为资源载体使用许可的依据，空间规划通过确定自然资源监管的底图、底数和底线，成为自然资源监管的源头，同时，规划期内的自然资源监测情况，可以有效反映规划的合理性和执行情况，为下一轮规划编制提供依据。而用途管制作为空间规划目标的落实手段，管制对象的明确、管制规则的设定、管制手段的执行，都是自然资源监管工作的重要组成部分。
自然资源开发利用、保护修复和资产管理是重点监测和监管对象。自然资源监测监管的目的是通过信息获取和管控手段，在空间规划的指导下实现自然资源的集约节约利用，在严格管控开发过程的同时，确保修复工作的执行和成效，真正贯彻可持续发展理念。同时自然资源的资产化管理能充分发挥市场力量调节自然资源配置，是激发市场主体保护修复积极性的有效手段。
自然资源执法监督是监测监管的重要保障。自然资源主管部门依照法定职权和程序，对公民、法人和其他组织违反自然资源法律法规的行为进行检查、制止和查处。执法监督工作贯穿自然资源监测监管业务体系的各个环节，为全环节的监测监管保驾护航。
三、“感知、记忆、逻辑”三位一体的
智慧监测监管技术体系
将自然资源监测监管的技术要求进行分解，可类比人的神经系统，抽象为“感知、记忆、逻辑”三方面：感知，即对自然资源监测对象状态的及时、准确获取；记忆，即对海量数据的存储和管理；逻辑，即从海量数据中挖掘关键信息，进行逻辑判别、辅助监管决策。运用互联网“神经网络”，将三种能力连接起来，形成三位一体的智慧监测监管技术体系。
图3 三位一体的自然资源智慧监测监管技术体系
1.感知——“天、空、地、网”智能感知
智能感知能力以基于深度学习的计算机视觉感知技术为核心，为各种业务应用提供卫星遥感、无人机低空遥感、塔基摄像头影像等传感设备数据的接入、解析、识别、研判等能力；同时综合利用有线、4G、5G等高速通讯网络和互联网技术，提供数据实时传输和各种互联网应用，实现对全时、全域、全要素自然资源“天上看、空中探、地上查、网上管”的一体化智能感知。
图4 自然资源智能感知体系
2.记忆——面向主题的自然资源监测监管大数据仓库
自然资源监测监管涉及到的数据量巨大，且存在数据标准不统一、异构性大，部门之间存在数据冗余等问题。为了解决这些问题，更大限度的发挥数据资源的价值，按照面向业务对象分类分层的原则，参照《自然资源部信息化建设总体方案》，根据统一的标准、编码及管理和应用要求，结合自然资源监测监管的业务要求，通过数据接入、汇聚融合，形成面向主题的自然资源监测监管大数据仓库，为各类业务应用提供清晰便捷的数据基础服务。
图5 面向主题的自然资源监测监管大数据仓库
3.逻辑——自然资源监测监管智慧计算
逻辑的定义是思维的规则和规律，有了逻辑的支撑，监测监管就具备智慧化的条件。在计算机智能领域，逻辑通常使用算法模型表达并被特定业务应用调用。根据算法模型的特点和应用目的的不同，通常可分为基于规则的模型和基于概率的模型。前者通常基于高确定性的算法公式，计算结果精确，但特定模型适用性较窄，适合指标值运算或指定阈值的判断；后者基于大量样本对模型的参数进行训练，得到特定模式的概率模型，这种模式更接近人脑的运作模式，例如近年来流行的深度学习等人工智能技术，这类模型适用于较难量化的图像、语音等的识别，和更高阶的预测型判别，但判别的准确性依赖于样本的数量和特征的明显程度。
图6 自然资源监测监管智慧计算架构
根据自然资源监测监管的业务特性，目前对模型的运用总体呈现出以基于规则的模型为主、基于概率的模型为辅，两者结合运用的局面。运用基于概率的模型，构建基础规则、邻近分析、叠加分析等算法模型，支撑常规的基于GIS的红线分析、三生空间分析等业务应用；利用基于概率的模型，能支撑更智能的自然资源监管决策辅助分析等应用。
四、典型应用场景
——以自然资源执法监督应用为例
国图信息在对自然资源监测监管业务和技术的深刻理解基础上，构建自然资源监测监管应用体系，为国土空间规划、用途管制、生态修复、自然资源开发利用、资产化管理、执法监督全业务环节监测监管提供解决方案。这里以自然资源执法监督应用为例进行介绍。
图7 自然资源智慧执法监督系统
经过业务梳理，我们将执法监督业务过程分解为三个阶段：违法线索发现、违法行为处理和执法过程监督。
在违法线索发现阶段，运用基于卫星遥感、无人机、监控摄像头等的计算机视觉感知技术，实现针对特定违法目标或特征进行高精度识别；结合空间定位，通过识别目标与生态保护红线、永久基本农田、供地地块等业务图层的叠加分析，辨别目标所在区域，实现自然资源违法行为精准判别；同时借助互联网手段，接受更广泛的网络舆情举报获取违法线索。
在违法行为处理阶段，在海量的疑似违法影像数据中抽丝剥茧，根据置信度高低向执法者呈现不同等级违法预警，实现态势感知；结合移动设备现场核查手段，获取数据与后台数据比对进行机器和人工综合判定；确认违法，运用流程引擎、规则引擎构建自动化的案件处理和联合执法机制，实现便捷的案件流转。
在执法过程监督阶段，在大量案件数据基础上，构建执法绩效评价指标，运用基于规则的模型构建评价模型，模型库包含执法效能模型、群众满意度模型等，实现对自然资源执法基层网格绩效的有效评价；并于“阳光执法”平台定期非定期公示绩效评价结果和执法工作进展，主动接受公众监督，让群众满意。
图8 自然资源执法监督业务流程
五、总结
时至今日，自然资源监测监管体系仍在不断变化发展。国图信息作为自然资源行业资深从业者也在不断探索，在总结构建体系脉络的基础上，不断创造形成具有特色的自然资源监测监管应用解决方案，利用自身信息化优势为客户履行自然资源“两统一”职责贡献力量。