自然資源調查監測體系數字化建設（簡體書）

《自然資源調查監測體系數字化建設》從自然資源調查監測體系數字化建設入手，涵蓋自然資源調查監測體系數字化規劃、建設與支撐業務等全方位的內容。全面闡述自然資源調查監測體系數字化建設與發展的新動態、新思維、新經驗。
《自然資源調查監測體系數字化建設》共12章，內容包括自然資源調查監測進入新時代，自然資源調查監測體系數字化建設總體規劃，自然資源多維立體協同感知網構建，自然資源多源時空數據自動化處理體系構建，自然資源時空數據庫建設，自然資源調查監測成果數據共享服務平臺建設，標準、安全與運維三大保障體系建設，自然資源基礎調查工程，自然資源專項調查工程，自然資源監測工程，自然資源調查監測體系數字化建設案例，廣西自然資源調查監測院的探索。

目錄
第1章 自然資源調查監測進入新時代 1
1.1 美麗中國建設的新征程 2
1.1.1 美麗中國建設概述 2
1.1.2 自然資源治理現代化是美麗中國建設的基礎支撐 3
1.1.3 自然資源統一調查監測是自然資源治理現代化的重要保障 4
1.2 自然資源調查監測體系概述 4
1.2.1 自然資源基本概述 4
1.2.2 自然資源調查監測的方法論 7
1.2.3 自然資源調查監測的發展階段 10
1.2.4 自然資源調查監測主要任務 14
1.2.5 自然資源調查監測業務體系 17
1.3 數字化浪潮推動自然資源治理現代化 19
1.3.1 信息化與數字化 19
1.3.2 數字化轉型概述 20
1.3.3 數字化轉型引領治理現代化 21
1.4 自然資源調查監測體系數字化建設的基本條件 21
1.4.1 自然資源管理機構重組 21
1.4.2 自然資源業務重塑 24
1.4.3 自然資源調查監測體系重構 25
1.4.4 自然資源調查監測體系數字化建設的驅動力 27
1.5 自然資源調查監測體系數字化建設的支撐技術 28
1.5.1 空間信息技術 28
1.5.2 人工智能 31
1.5.3 大數據 33
1.5.4 云計算 35
1.5.5 區塊鏈 36
1.5.6 5G 37
1.5.7 物聯網 38
第2章 自然資源調查監測體系數字化建設總體規劃 40
2.1 規劃背景 40
2.1.1 建設需求 40
2.1.2 數字化建設基礎 42
2.1.3 主要差距 43
2.2 總體構想 44
2.3 建設原則與總體目標 45
2.3.1 建設原則 45
2.3.2 總體目標 46
2.4 總體規劃技術架構 46
2.4.1 結構層次 47
2.4.2 支撐業務 47
2.5 數字化建設內容 48
2.5.1 多維立體協同感知網構建 48
2.5.2 多源時空數據自動化處理體系構建 49
2.5.3 自然資源時空數據庫建設 50
2.5.4 成果數據共享服務平臺建設 51
2.5.5 標準、安全、運維保障體系建設 52
2.6 業務工程實現內容 53
2.6.1 實現思路 53
2.6.2 自然資源調查 54
2.6.3 自然資源監測 57
2.7 保障措施 59
第3章 自然資源多維立體協同感知網構建 61
3.1 構建背景 61
3.1.1 現狀需求 61
3.1.2 基礎技術 62
3.1.3 主要差距 66
3.2 構建目標和任務 67
3.2.1 構建目標 67
3.2.2 構建任務 67
3.3 總體設計 68
3.3.1 總體架構 68
3.3.2 基本組成 68
3.3.3 技術路線 69
3.4 天聯網 71
3.4.1 主要組成 71
3.4.2 主要特點 75
3.4.3 功能用途 75
3.5 空聯網 76
3.5.1 主要組成 76
3.5.2 主要特點 81
3.5.3 功能用途 82
3.6 地聯網 82
3.6.1 主要組成 82
3.6.2 主要特點 85
3.6.3 功能用途 86
3.7 人聯網 86
3.7.1 主要組成 86
3.7.2 主要特點 87
3.7.3 功能用途 88
3.8 網聯網 88
3.8.1 主要組成 88
3.8.2 主要特點 90
3.8.3 功能用途 91
3.9 “互聯網+”協同聯動平臺 91
3.9.1 主要目標 91
3.9.2 主要功能 92
3.9.3 總體架構 93
3.9.4 平臺軟件架構 94
3.9.5 運行流程 95
3.9.6 平臺特點 96
3.9.7 軟硬件要求 96
3.10 應用場景 96
3.10.1 高分多模衛星用於建設用地遙感監測 97
3.10.2 實時遙感服務用於自然資源調查監測 98
3.10.3 視頻感知設備在自然資源違法監測中的應用 98
3.10.4 基於群智感知技術的自然資源監測數據獲取 98
3.10.5 基於互聯網的地理空間變化監測 99
3.11 技術發展方向 99
第4章 自然資源多源時空數據自動化處理體系構建 101
4.1 構建背景 101
4.1.1 構建需求 101
4.1.2 已有基礎 102
4.1.3 主要差距 105
4.2 構建目標和主要任務 106
4.2.1 構建目標 106
4.2.2 主要任務 106
4.3 總體框架 107
4.3.1 基礎設施層 108
4.3.2 數據存儲層 108
4.3.3 算法層 108
4.3.4 服務層 108
4.3.5 數據標準與規範體系 108
4.3.6 運行管理與安全保障體系 108
4.4 多源數據高性能計算平臺 109
4.4.1 高性能計算平臺架構和組成 109
4.4.2 高性能計算集群 111
4.4.3 並行計算框架 112
4.4.4 多源時空數據並行處理策略 113
4.4.5 MapReduce遙感並行算法設計模式 116
4.5 調查監測底圖快速生產 117
4.5.1 技術路線 117
4.5.2 時空數據快速清洗 118
4.5.3 DOM底圖生產流程 121
4.5.4 三維模型底圖生產流程 124
4.5.5 分布式底圖快速生產 126
4.6 自然資源影像智能處理 128
4.6.1 自然資源要素自動分類 128
4.6.2 自然資源變化智能提取 136
4.6.3 海量遙感數據的分布式深度學習實現 140
4.7 “互聯網+”內外協同處理 142
4.7.1 內外協同數據處理基本流程 142
4.7.2 圖像數據快速處理 145
4.7.3 視頻數據快速處理 146
4.8 成果數據質檢、驗證和確權 149
4.8.1 技術路線 149
4.8.2 數據質量檢查 150
4.8.3 數據真實性驗證 154
4.8.4 數據資產確權 155
4.9 技術發展方向 157
第5章 自然資源時空數據庫建設 159
5.1 建設背景 159
5.1.1 建設需求 159
5.1.2 已有基礎 160
5.1.3 主要差距 161
5.2 建設目標與任務 162
5.2.1 建設目標 162
5.2.2 建設任務 162
5.3 總體建設方案 163
5.3.1 總體架構 164
5.3.2 數據架構 164
5.3.3 服務架構 166
5.3.4 運行環境 167
5.3.5 政策架構 167
5.4 時空數據庫建設內容 168
5.4.1 已有數據內容 169
5.4.2 地表覆蓋層建設內容 172
5.4.3 地表基質層建設內容 173
5.4.4 地下資源層建設內容 173
5.4.5 管理層建設內容 173
5.5 時空數據模型建設內容 174
5.5.1 時空數據模型概述 174
5.5.2 自然資源實體模型 177
5.5.3 自然資源三維基底 181
5.6 多源異構數據整合 184
5.6.1 多源異構數據整合概述 184
5.6.2 標準化整合技術 184
5.6.3 整合實施 185
5.7 時空數據庫建設 187
5.7.1 技術要求 187
5.7.2 建設原則 188
5.7.3 建設流程 189
5.7.4 概念設計 189
5.7.5 邏輯設計 195
5.7.6 物理設計 201
5.7.7 分數據庫建設 203
5.8 數據庫管理系統建設 208
5.8.1 總體框架 208
5.8.2 系統構成 210
5.8.3 服務發布系統 210
5.8.4 在線應用系統 211
5.8.5 專業管理系統 212
5.8.6 運維監管系統 213
5.8.7 數據集成與系統配置 213
5.8.8 數據庫安全 214
5.9 數據庫更新機制 215
5.9.1 數據更新機制 216
5.9.2 數據共享交換方式 216
5.9.3 數據庫更新模式 216
5.9.4 數據庫更新頻次 216
5.10 技術發展方向 217
第6章 自然資源調查監測成果數據共享服務平臺建設 219
6.1 建設背景 219
6.1.1 建設需求 219
6.1.2 已有基礎 220
6.1.3 主要差距 221
6.2 建設目標和任務 222
6.2.1 建設目標 222
6.2.2 主要任務 222
6.3 總體方案 222
6.3.1 建設原則 223
6.3.2 建設模式 223
6.3.3 總體架構 223
6.3.4 技術架構 227
6.3.5 數據架構 230
6.3.6 共享交換模式 232
6.3.7 關鍵技術 233
6.4 平臺建設內容 234
6.4.1 成果數據共享服務系統 234
6.4.2 大數據挖掘分析服務 240
6.4.3 二三維一體化綜合展示服務 245
6.4.4 移動應用服務 250
6.4.5 智能化知識共享服務 251
6.4.6 定制開發服務 256
6.5 系統部署與運行環境 256
6.5.1 系統部署 256
6.5.2 網絡環境 258
6.5.3 運維環境 259
6.5.4 安全環境 259
6.6 平臺技術發展方向 261
第7章 標準、安全與運維三大保障體系建設 263
7.1 標準、安全與運維體系概述 263
7.1.1 現狀分析 263
7.1.2 建設需求 264
7.2 法規制度和標準體系 265
7.2.1 調查監測業務法規制度和標準 265
7.2.2 數字化建設主要法規制度和標準 281
7.2.3 制度標準數字化應用 283
7.3 安全保障體系 284
7.3.1 安全形勢 284
7.3.2 安全需求 286
7.3.3 安全管理機制、策略和原則 287
7.3.4 安全保障內容 292
7.4 運行維護體系 306
7.4.1 建設原則 306
7.4.2 運維管理 306
7.4.3 組織保障 309
7.4.4 技術保障 310
7.4.5 人才保障 310
第8章 自然資源基礎調查工程 312
8.1 基礎調查概述 312
8.1.1 基礎調查概況 312
8.1.2 基礎調查實施背景 313
8.1.3 主要問題 313
8.1.4 目標與任務 315
8.2 統一基礎調查的總體思路 316
8.2.1 技術思路和工作流程 316 ....

第1章 自然資源調查監測進入新時代
調查華夏山水每一寸土地 監測神州大地每一刻變化
“江作青羅帶，山如碧玉篸”，漓江山水，美不勝收：青山疊嶂，竹影婆娑，碧水盤繞於峰巒之間，竹筏搖曳在漓江之上（圖1.1） 這就是“美麗中國”的一景。2021 年4 月25 日，習近平總書記在廣西考察時面對漓江山水，深情地說：“漓江是屬於廣西人民的，也屬於全國人民，也屬於全世界人民，是人類共同擁有的自然遺產。我們要很好地去呵護它。”這也是對我們每一個自然資源調查監測人的諄諄教誨。
圖1.1 桂林山水
今天，自然資源調查監測已經緊跟國家戰略，進入了新時代。調查華夏山水每一寸土地，監測神州大地每一刻變化，還自然以和諧、給大地以生機，是自然資源調查監測工作者的歷史使命。生態文明建設已由理性認識走向量化實踐、由分類管理走向體系治理，凸顯出對自然資源實施統一調查監測，提供全要素、全時空、多尺度、多維度數據支撐的重要性和必要性。時不我待，我們必須從基礎理論、法規制度、政策標準、技術創新等方面發力，進一步提升調查監測數據科學性、權威性、精準性，回答和解決當前自然資源管理存在的問題和矛盾，推動自然資源工作的數字化轉型，提升自然資源治理現代化。
邁入“十四五”，堅持“綠水青山就是金山銀山”理念，讓守護碧水藍天成為全民共識。跋山涉水查家底，經天緯地繪藍圖。踏上新征程，自然資源調查監測將在服務自然資源管理、建設美麗中國征程中走向更加廣闊的舞臺！
1.1 美麗中國建設的新征程
美麗中國是生態文明建設的宏偉目標，生態文明建設是“五位一體”總體布局、“四個全面”戰略布局的重要內容。
1.1.1 美麗中國建設概述
1. 美麗中國的內涵
美麗中國建設是落實中國生態文明建設的長效目標，也是推動國家實現高質量發展的核心目標，更是實現中華民族永續發展的根本措施。
美麗中國首先指“天藍、地綠、水凈”的人化自然環境，體現了自然之美、生態之美以及人與自然的和諧之美，又代表完美的自然環境和社會環境的結合，是一個以生態文明建設為依托，實現經濟繁榮、制度完善、文化先進、社會和諧等全面發展的社會。
建設美麗中國的完整內涵就是要以生態文明為導向，通過建設資源節約型、環境友好型社會，達到生產發展、生態良好、社會和諧及人民幸福的社會狀態。
2. 美麗中國建設的內在要求
（1）美麗中國建設是歷史發展的必然趨勢。從人與自然的關係來看，人類社會先後經歷了四個階段的文明形態。
① 原始文明階段。以石器為代表的原始文明階段（歷時上百萬年），社會生產力水平低下，人類在與自然的關係中處於依附狀態，物質生產活動主要依靠簡單的采集漁獵。
② 農業文明階段。以鐵器為代表的農業文明階段（歷時約一萬年），人類改變自然的能力有了質的提高，在與自然的關係中處於低水平的平衡狀態，種植業較為發達。
③ 工業文明階段。以工業機器為代表的工業文明階段（歷時約300年），蒸汽機和工業革命開啟了人類現代生活，人類創造了比過去一切時代總和還要多的物質財富，在與自然的關係中處於支配地位，人類為此也付出了沉重的代價。
④ 生態文明階段。20世紀80年代以來，人類社會開始轉向生態文明階段，即在新的生產力條件下實現人與自然新的平衡狀態。特別是“十八大”以來，“山水林田湖草是生命共同體”“綠水青山就是金山銀山”“人與自然和諧共生”等生態文明理念已融入經濟建設、政治建設、文化建設、社會建設各方面和全過程。
（2）人與自然和諧共生的生態文明思想是美麗中國建設的理論基礎。生態文明思想認為人地關係是一種自人類起源以來就存在的客觀本源關係、相互共生關係和互為報應關係，人類開發利用自然資源和環境時，要保持與自然環境之間的協調和共生。具體包括3 種和諧共生關係：
① 地與地的關係。強調人類利用自然資源時，切不可只關注單一自然資源要素（自然環境）的單一價值效益，而忽略自然資源的系統性和共生性，要以系統思維和可持續發展理念看待自然資源和自然環境。
② 地與人的關係。強調人類在開發利用自然的過程中，不能超過自然資源利用的上限和自然環境承載能力與閾值，要保持自然資源與人類之間的協調共生。
③ 人與人的關係。強調在開發利用自然資源中，人與人之間保持和睦、妥協與協調，不可把自然資源作為人與人之間獲取利益的主要物質。地與地、地與人、人與人的3 種關係正是美麗中國建設中實現“五位一體”總體布局重點協調的3 種關係，是美麗中國建設的理論基礎之一。
（3）美麗中國建設是實現中華民族偉大復興中國夢的必然要求。美麗中國建設既傳承了中國傳統文化關於人與自然關係的哲學思考，又在現代化社會生產水平上努力實現人與自然的新的平衡；既體現了中華民族幾千年來對美好生活的追求和向往，又努力實現中華民族子孫萬代的永續發展，是在繼承中華文明基礎上的創新。
中國哲學的基本問題是“究天人之際”，基本精神是“天人合一”。中國傳統文化強調遵循自然規律，不能凌駕於自然之上，也就是人法地、地法天、天法道、道法自然，萬物齊一。中華民族自古以來就對美好生活抱有無限向往並為之不懈追求。美麗中國與中國傳統文化精髓相契合，與中華民族對美好生活的向往相適應。
我國作為世界上*大的發展中國家。美麗中國建設摒棄了“先污染後治理”的發展老路，遵循尊重自然、順應自然、保護自然的理念，貫徹節約資源和保護環境的基本國策，更加自覺地推動綠色發展、循環發展、低碳發展，把生態文明建設融入經濟建設、政治建設、文化建設、社會建設各方面和全過程，形成節約資源、保護環境的空間格局、產業結構、生產方式、生活方式，為子孫後代留下天藍、地綠、水清的生產生活環境。
3. 美麗中國與富強民主文明和諧美麗的關係
富強民主文明和諧美麗反映了人民群眾對經濟權益、政治權益、文化權益、社會權益、生態權益等整體權益保障的價值訴求。生態權益體現了人民對於優美生態環境的需要，優美的生態環境既保障著人民群眾生態權益的實現，又有利於人民群眾政治權益、經濟權益、文化權益和社會權益的獲得與充分實現，對於人的自由而全面的發展起著極大的促進作用。
優美宜居的生態環境是建設美麗中國的根本前提，持續穩定的經濟增長是建設美麗中國的物質基礎，不斷完善的民主政治是建設美麗中國的制度保障，先進的社會主義文化是建設美麗中國的精神依托，和諧美好的社會環境是建構美麗中國的*可靠條件。總之，美麗中國體現了自然環境與社會環境有機統一的整體美，是“時代之美、社會之美、生活之美、百姓之美、環境之美”的總和。
4. 國家目標及要求
建設美麗中國既是實現中國“兩個一百年”奮斗目標的新路徑，也是實現中華民族偉大復興中國夢的必然要求，意義重大，任務艱巨，時間緊迫。2018 年，我國明確了建設美麗中國的“時間表”和“路線圖”：“確保到2035 年，生態環境質量實現根本好轉，美麗中國目標基本實現”，“到本世紀中葉，物質文明、政治文明、精神文明、社會文明、生態文明全面提升，綠色發展方式和生活方式全面形成，人與自然和諧共生，生態環境領域國家治理體系和治理能力現代化全面實現，建成美麗中國”。
《中華人民共和國國民經濟和社會發展第十四個五年規劃和2035 年遠景目標綱要》指出，必須堅持綠水青山就是金山銀山理念，堅持尊重自然、順應自然、保護自然，堅持節約優先、保護優先、自然恢復為主，實施可持續發展戰略，完善生態文明領域統籌協調機制，構建生態文明體系，推動經濟社會發展全面綠色轉型，建設美麗中國。
1.1.2 自然資源治理現代化是美麗中國建設的基礎支撐
中國已經進入生態文明新時代、高質量發展新階段、國家治理新時期。新時代的中國，迫切需要建立健全中國特色自然資源治理體系，提升自然資源治理能力。建設美麗中國更離不開自然資源治理體系和治理能力的現代化。從源頭、過程、後果的全過程考慮，將“源頭嚴防、過程嚴管、後果嚴懲”作為提升自然資源治理現代化具體措施。
1. 源頭嚴防是建設美麗中國的治本之策
新形勢下加快生態文明制度體系建設，需要從源頭抓起，從基礎性工作抓起。自然資源產權制度是生態文明制度體系中*典型的基礎性制度。健全自然資源產權制度，以調查監測和確權登記為基礎，著力促進自然資源集約開發利用和生態保護修復，加強監督管理，注重改革創新。
2. 過程嚴管是建設美麗中國的關鍵環節
新形勢下加快生態文明制度體系建設，要注重過程嚴管，對生態文明建設的主幹性工作進行針對性的制度引導。根據當前的生態環境保護需要，重點從完善綠色生產和消費的法律制度和政策導向、全面建立資源高效利用制度、構建以國家公園為主體的自然保護地體系三個方面入手。
3. 後果嚴懲是建設美麗中國的重要措施
新形勢下加快生態文明制度體系建設，要注重後果嚴懲，堅持問題導向和結果導向，從責任明確和責任追究入手，嚴明生態環境保護責任制度，如：生態環境監測和評價制度、中央生態環境保護督察制度、生態文明建設目標評價考核制度。
1.1.3 自然資源統一調查監測是自然資源治理現代化的重要保障
自然資源統一調查監測體系建設既是一項制度構建，又是一項技術體系重塑，對推進自然資源精細化管理具有重要的基礎性作用，對提升我國治理現代化具有不可替代的作用，在落實碳達峰、碳中和目標中具有戰略支撐作用，是全面推動我國國家治理現代化和實現美麗中國建設的有力保障。
1. 自然資源調查是自然資源治理現代化的基礎工作不做調查沒有發言權，不做正確的調查同樣沒有發言權。自然資源的準確科學調查是提升自然資源治理現代化的基礎，但長期以來，我國自然資源調查工作存在調查部門分散、調查標準交叉重疊、調查工作重復疏漏、成果數據共享難等問題，既不能有效服務於自然資源開發、保護、利用的整體性工作統籌推進，也難以滿足推進自然資源治理現代化的迫切要求。自然資源統一調查是對自然資源的稟賦特徵和特定需要開展的基礎性和專業性調查工作，多個維度來全面摸清自然資源家底和共同描述自然資源總體情況，為自然資源管理提供統一、科學、準確、權威的自然資源一張“底版”和一套“底數”。
2. 自然資源監測是自然資源治理現代化的技術手段
自然資源監測是在自然資源一張“底版”和一套“底數”基礎上，圍繞自然資源管理中的熱點、痛點、難點和堵點，利用各種監測設備和技術手段，對重點區域、重點要素、重要時點的自然資源開展動態監測，及時掌握自然資源數量、質量、結構、生態等方面的變化情況，支撐基礎調查成果年度更新，服務於規劃實施監督、國土空間用途管制、耕地保護、生態保護與修復、執法監督、自然資源資產審計、基礎測繪產品更新等各項工作，提升自然資源治理能力，服務建設美麗中國。
1.2 自然資源調查監測體系概述
《自然資源調查監測體系構建總體方案》是對我國自然資源資產管理系列改革要求的深化落實，是對生態文明建設的有力支撐，在管理體制上體現了從條塊分割到系統集成的轉變，在技術體系上體現了自然資源調查監測從分散治理到系統治理的轉變，有效提升自然資源治理效能。
1.2.1 自然資源基本概述
1. 基本定義
人類認識和利用自然資源的歷史久遠，自然資源範疇也隨著人類社會和科學技術的發展而不斷拓展。不同領域對自然資源概念的定義與描述也有所區別。表1.1 列舉了不同時期的文獻資料中對自然資源的科學定義。
表1.1 自然資源的科學定義
《中華人民共和國憲法》第九條規定，礦藏、水流、森林、山嶺、草原、荒地、灘塗等自然資源，都屬於國家所有，即全民所有；由法律規定屬於集體所有的森林和山嶺、草原、荒地、灘塗除外。
2. 基本屬性
自然資源以有限空間或物質實體形式存在，具有自然、經濟、社會、生態等多