我国自然资源、自然资源资产监测发展现状及问题分析

2019-10-28叶远智张朝忙王建邦

测绘通报 2019年10期

关键词：监测

叶远智，张朝忙，邓轶，张瑜，王建邦，张剑

(1.浙江省自然资源监测中心，浙江杭州 311100；2.华中农业大学园艺林学学院，湖北武汉 430070)

自然资源是在一定历史条件下能够被人类开发利用以提高自己福利水平或生存能力的、具有某种稀缺性的、受社会约束的各种环境因素和条件的综合，社会化的效用性和相对于人类的稀缺性是自然资源的根本属性[1-7]。自然资源不仅是一个自然科学概念，也是一个经济学概念，其内涵和范畴随着人类认识、技术水平等发展而不断变化，总体上呈现不断拓展的态势。自然资源资产是指产权主体明确、产权边界清晰、可给人类带来福利、以自然资源形式存在的稀缺性物质资产[8-11]。自然资源与自然资源资产既有区别也有联系，只有既稀缺又具有明确所有者的自然资源才可能转化为自然资源资产，自然资源的资产化管理已经成为化解自然资源保护和开发矛盾的重要手段。随着国家自然资源统一管理体制的构建，自然资源监测作为其基础性工作，除了要摸清自然资源的空间布局、质量状况，还需要在自然资源价值评估、自然资源资产产权制度等领域中发挥作用，满足自然资源治理体系和治理能力的现代化需求，提高国家自然资源资产管理能力和资源环境经济运行效率。

1 概念及现状

1.1 概念

监测，是对事物不断变化的情况进行连续不断地观测和记录，总结变化规律，预测发展趋势。相对于调查而言，监测具有持续性的含义，监测的基础性工作是调查。

自然资源监测是对自然资源禀赋的认知，是在一定时间和空间范围内,利用各种信息采集和处理方法,对自然资源状态进行系统的观察、测定、记录、分析和评价,以揭示区域自然资源变动过程中各种因素的关系和变化的内在规律，展现资源演变轨迹和变化趋势，其目的是为各级资源主管部门和政府提供宏观和微观的资源现状数据和动态变化数据。在具体落实上，一是形成自然资源统一管理的时空本底数据，二是建立自然资源评价体系，三是形成自然资源变化监测体系，并最终通过国土空间开发格局优化、生态修复等具体手段，提升国家自然资源禀赋，为科学规划、有效保护和永续利用自然资源提供信息基础、监测预警和决策支持[1,2,6]。

自然资源资产监测是摸清自然资源资产的数量、类别、性质、空间分布情况，并对资产日常变化情况进行定期甚至动态跟踪，其目的是支撑自然资源资产价值准确核算及自然资源资产负债表编制工作，健全自然资源资产产权制度和用途管制制度，服务生态文明建设[10-12]。

1.2 现状

目前，多数研究集中在自然资源监测的手段应用上，特别是空天遥感技术的应用上取得了丰富的理论成果[5,13-26]，而对自然资源资产价值核算[3,8-12]、监测网络构建[27-31]、监测基础设施建设[5，8]等方面的研究还不充分，除在专项监测中已有所涉及。

1.2.1 监测体系现状

截至目前，我国尚未开展全国范围、成体系、类别齐全的自然资源及自然资源资产监测工作。从20世纪70年代开始，我国陆续开展了全国范围部分主要自然资源的专项调查、普查、清查工作，这些工作为国家层面自然资源监测体系的构建提供了一定参考，见表1。

表1 我国主要自然资源专项调查统计

这些调查、普查、清查工作采取的技术手段相近，使用的原始资料(如遥感影像等)相似，调查内容既有重叠又各有侧重，客观上为自然资源监测工作的全面实施提供了数据基础、技术准备和人才储备。国外已开展的监测工作为我国的监测工作开展提供了借鉴。全球层面已建立了全球环境监测系统(GEMS)、全球陆地观测系统(GTOS)、全球气候观测系统(GCOS)、国际长期生态研究网络(ILTER)、通量观测网络(FLUXNET)和综合全球观测战略(IGOS)，它们构成了全球尺度和区域尺度能源、资源、环境的监测网络和监测体系。国家层面，美国实施了“地理分析和动态监测计划”，自然资源监测体系已逐步形成。上述监测体系建立过程中采用了较为统一的技术标准，得以让不同来源和类型的数据用于综合评价和分析，同时大量采用了新技术，如建立新一代对地观测系统、应用卫星定位和航空航天遥感技术等，提高了监测的精度[17-18]。国内学者从自然科学、经济、行政管理等不同角度考量，对我国自然资源监测体系的构建提出了设想，但都集中在技术手段应用和数据体系建设上[10,16,20-24,28]，整体规划与实施层面的研究较少。文献[22]较早提出和建设了资源环境数据库，对后续我国土地资源与生态环境的定期动态监测工作有重要参考价值。文献[24]提出了融合卫星遥感、航空遥感、地面调查、抽样调查在内的综合方法，通过整体布局、合理配置形成有机的监测体系。文献[10]认为土地调查、地理国情数据内容与自然资源资产审计范围高度重合，可作为数据基础,开展自然资源资产监测工作。文献[28]提出了自然资源一体化监测调查体系，但缺乏土地资源以外其他自然资源监测业务层面的具体分析，有待实践的验证。2018年，新组建的自然资源部在第三次全国土地调查工作通气会上宣布我国将构建“统一组织开展、统一法规依据、统一调查体系、统一分类标准、统一技术规范、统一数据平台”的“六统一”自然资源调查监测体系，试图彻底解决各类自然资源调查数出多门的问题，全面查清各类自然资源的分布状况，形成一套全面、完善、权威的自然资源管理基础数据，并构建4个类型的监测体系，即宏观监测、常规监测、精细监测和应急监测[16]，为我国后续自然资源及自然资源资产监测工作明晰了思路。

1.2.2 监测方法与手段

广义上的自然资源包含一国主权范围内自然形成的所有空间资源、物质资源和能量资源，因此自然资源监测涉及的方法和手段也非常丰富[2,21]。本文借鉴圈层分类思想将监测方法和手段划分为行政监测、航天监测、航空监测、地表监测、地下矿产监测、水资源监测、海洋监测进行综述，其内容均包括了自然资源资产监测的方法和手段。

行政监测即从统计的角度通过行政手段逐级上报达到监测目的，是应用最为广泛、技术要求最低、在监测体系构建上最基本的一种监测方法。

航天监测是通过航天器上的监测设备达到监测目的，从20世纪70年代开始，我国就在国土资源领域开始了航天遥感信息的应用[21,32]。目前，学者普遍认为航天遥感技术能够支撑自然资源监测数据采集工作，特别是针对大尺度、大区域监测需求，能够取得较好的应用效果[14,19,22-39]。目前，航天遥感技术针对自然资源监测的原理主要是基于各类资源的物理特征和化学组分决定的波谱特性、自然资源的空间特性(几何机理和模型)，以及通过连续进行遥感监测得到的波谱特性和空间特性随时间变化的规律进行分析，国内外一系列对地观测计划的实施使监测可用波段从可见光、近红外、短波红外、热红外扩展至微波,同时，成像雷达遥感技术的发展也提高了监测信息的覆盖频率，解决了全天候监测问题，从而从根本上保障了自然资源动态监测能力[21，23]。文献[22]证明了利用遥感和地理信息技术进行国家资源环境调查和动态监测的优越性[22]。文献[14，33—36]基于多源遥感数据提出了一套基于变异特征的自然资源动态变化信息的监测方法，通过信息融合初步解决了单一监测设备无法满足复杂自然资源监测的问题，这一方法也成为航天监测数据挖掘的主要思路。文献[37—38]则着眼于数据精度进一步丰富了混合动态监测理论。

航空监测是从飞机、气球、飞艇等空中平台对地面标志资源进行的远程监测。严格意义上的航空范围为600～25 000 m，大量小型无人机开展监测业务工作的飞行高度并不需要达到600 m以上，但文献[31]从平台和技术角度考量，仍将无人机监测归纳为航空监测，本文沿用该观点。航空监测研究大体分为两个方向，一是获取创新性监测评价指标，如通过搭载高光谱仪等设备，对植物病虫害指数等进行空间填图[40-42]；二是通过图像分析和深度学习等手段，进行精准地物判别或建模探索替代地表人工调查的可能，如通过无人机航片获取作物出苗数、构建高精度DSM进行矿区沉陷量监测、利用可见光谱进行的耕地精准分类方法研究等[43-45]。学者普遍认为航空监测继承了航天监测的优势，并在监测数据获取上更为及时[23,31,39]。文献[23]认为航空监测定量、定位、准确、及时的特点为监测工作提供了较航天监测更为先进的探测与研究手段。文献[31]认为航天监测应与其他监测联合开展，以实现自然资源监测信息一体化的采集和快速更新、信息自动化挖掘、定量化分析、实时发布与交互式服务。

地表监测是对地表空间、物质、能量的分布、质量、数量、物理性质、化学性质等进行监测，从类别上看包括土地利用监测、水土保持监测、土壤环境监测、耕地质量监测、森林资源监测等一大批监测方案。随着空天监测的快速发展，大量原来基于人力的监测工作得以通过空天高新装备开展，如水土保持监测、荒漠化监测等工作，已经大量地依托空天监测技术进行实施[46-49]。但地表监测是技术人员深度参与的一种方式，同时也是空天监测的重要验证和补充，目前仍具有不可替代性，如崩岗监测等工作现有空天监测技术还无法完成[50]。空天监测方法此节不再赘述。考虑自然资源的规模、复杂性及人工调查的局限性，抽样调查理论在地表监测各类工作中发挥着重要作用[51-53]，形成了利用固定样地为主进行定期复查的自然资源调查方法，并衍生了监测点、监测站、监测区域的建设需要。具体方法上，参与式监测在国内的应用也越来越普遍。参与式监测是在传统监测的基础上,充分考虑监测工作相关团体的参与性、内容的有效性、过程的效率、基层的权力等各方面的内容,形成的一种定性描述和定量分析相结合的监测方法，该方法在森林资源调查、水土保持调查等工作上都取得了较好的应用效果[6,54-55]。此外，巡护监测在现阶段也依然发挥着重要作用，巡护监测是自然资源资产监测和自然资源保护的重要方法，是通过巡视员轨迹、相片、记录等多种方式，收集区域内各类信息，同时可通过在巡护样线上布置红外设备，达到全天候监测目的[56]。

地下矿产监测主要是对矿产规划执行情况、矿产开发情况、矿山储量、矿山地质环境进行监测。目前的研究相对较少[57-61]，主要依托的技术为空天监测技术，其技术原理是通过信息提取对开采图斑的时空分布规律和动态变化特征进行分析同时辅之以实地调查,可为矿政管理、地质保护、国土空间用途管制工作提供可靠依据。

水资源监测是对地表江河湖泊，以及埋藏在土壤、岩石的孔隙、裂隙和溶隙中各种不同形式的水进行监测。涉及水资源的监测较多，包括并不限于水循环监测、水质监测、水功能区监测、饮用水源地监测、入河排污口监测、地下水监测、水生态监测等[62-67]。在水循环监测方面，我国从“十五”开始就加强了与水相关的气象、水文观测系统的建设，发展了大量的反演模型，尤其是在蒸散和土壤含水量遥感监测方面取得了一系列重要成果[63]。在水质监测方面，我国已经具备了组织机构网络化和监测分析技术体系化的雏形，形成了以流域为单元、优化断面为基础、连续自动监测分析技术为先导，以手工采样、实验室分析技术为主体，以移动式现场快速应急监测技术为辅助手段的自动监测、常规监测与应急监测相结合的监测技术路线[64]。地下水监测方面目前建立的模型主要包括了数理统计模型、水质模型，以及与地理信息系统和遥感相结合的综合模型。考虑污染物传输及动态影响的理论及模型还相对欠缺[66-67]，我国国家地下水监测工程建设已于2018年完成，能够实现监测数据动态分析、水质水量综合评价等功能，并建立了国家—省—市县多级数据共享与异地联动的工作模式，对自然资源国家监测体系的建设有积极的参考意义。

海洋监测是认知海洋的重要途径,是海洋事业发展的基础。我国已经建成了由航天遥感、航空遥感、海洋站、调查监测船、浮标、水下移动观测平台设备组成的立体监测网络，但在传感器、测量仪器装备建设及监测数据集成水平上和国外还有所差距[68-69]。现已建成的海洋生态环境监督管理系统和海域使用动态监视监测系统,能够分别对我国海洋生态环境和海洋资源利用进行监测。目前的研究和实践中，同时集成多种监测手段获取海洋自然资源监测数据并实时进行分析和应用的系统建设逐渐增多[70-72]，海洋监测正逐步向岸基、船基、海基、空基、天基相结合的综合监测方向发展。

2 主要问题分析与对策

2.1 科学界定内涵与分类及监测目录

科学界定自然资源内涵并在此基础上划定监测目录，有利于自然资源的调查、规划、保护、确权、利用和监管。当前，学者对自然资源内涵认识上仍存在着不同理解。在分类研究上，1988年，国务院将地质矿产资源(矿产资源、地下水)、水利资源(水域空间、地表水、江河水能)、森林资源、草原资源、土地资源、海洋资源、气象资源的社会行政管理职责分别赋予了7个部门，形成了以行政管理为依据的实用分类[2]。实用分类仅考虑了主要自然资源，并且分类要素内容存在交叉和重复等一系列问题。文献[9]在此基础上提出了自然资源系统分类框架初步构想，即将统一的自然资源分类因素(分类指标体系)放置不同的分类阶层，形成多阶层的自然资源系统，但未提出具体的分类成果。其他学者从科学角度提出了不同的分类方法，如按自然资源的增殖性能将自然资源划分为可再生、可更新、不可再生资源；从数量变化的角度将自然资源划分为耗竭性自然资源、稳定性自然资源、流动性自然资源(恒定流动、变动流动)等多种分类方法，这些方法都未能取代实用分类的主流地位。法律层面，我国《宪法》将国家所有自然资源类型的表述确定为“矿藏、水流、森林、山岭、草原、荒地、滩涂等”。相关立法形式也分别明确了各类自然资源的权属。目前，有明确规定的国有自然资源包括13种：矿藏、水资源、森林、山岭、草原、荒地、滩涂、土地、野生动植物资源、无线电频谱资源、海域、无居民海岛和空域。长期以来，由于自然资源的内涵和分类没有达成统一，各部门采用的分类体系、技术标准、调查方法、底图精度、调查时点等各不相同，自然资源资产权属不清晰、部门间自然资源数据库不一致甚至相互矛盾等问题，尤其是在耕地、林地、草地、滩涂等数据上，交叉重叠问题比较突出，严重制约了“多规合一”和统一确权等工作的开展。亟待在“两统一”背景下开展自然资源科学分类体系及监测目录构建工作，同时也迫切需要自然资源部、农业农村部等部委和研究学者共同参与，在总结前人研究基础上，结合行政管理的实际，综合考虑来源、空间、物质、能量、自然信息等因素，构建不重不漏的自然资源监测分类体系，确定自然资源和自然资源资产的行政监测目录。

2.2 国家自然资源监测网络整合与建设

自然资源国家监测网络的整合与建设是构建国家自然资源监测体系的基础，有利于优化整合现有监测站点资源，统一监测规划、统一监测标准规范、统一评价方法、统一信息发布，满足国家生态文明建设对中自然资源数据、指标的各类需求。我国20世纪90年代编著的《中国21世纪议程》就曾提出过可整合卫星等相关资源，建立国家层面的自然资源监测网络的构想。但由于自然资源的复杂性，我国目前还没有建立起覆盖所有自然资源类别、统一管理的全国自然资源监测网络。以水资源监测网络建设为例，虽然不少地方已经形成了一定规模的水资源监测网络，但从国家角度来看，监测点主要集中在城市与大型供水水源周围,国家级的监测网点数量不足,监测站点分布不均匀,监测指标不足，可共享的监测数据都非常有限，地方之间的监测标准也存在区别[63-65]。要建设国家级的监测网络，需要在国家层次上，统一监测规划和设计，将跨部门、跨行业、跨地域的监测研究基地资源、监测设备资源、监测数据及监测人力资源进行整合和规范化，有效地组织网络的联网监测与试验，构建国家的自然资源监测与研究的野外基地平台、数据共享平台、项目合作平台等，同时制定数据管理与共享办法，保障数据采集层面的顺畅。

2.3 自然资源监测时空框架构建

众多学者都验证了地理信息技术在自然资源监测工作中的优势和基础性作用。自然资源本身具有空间属性，而监测不仅具有持续性的含义，相对探测和调查还包括了对监测对象的分析和评价任务，这就意味着监测数据不仅需要在时间上进行连续记录，更需要实现在目标、指标、坐标3个层次上的管理。因此，自然资源监测工作的开展需要一个科学的监测时空框架的支撑。

目前，基于和服务于自然资源、自然资源资产管理和监测的数据体系建设还缺乏足够的理论研究和实践检验，全国统一的、权威的自然资源基础数据平台还有待建设。这方面，数字城市地理空间框架建设积累的理论和经验能够为自然资源时空框架建设提供积极的参考。自然资源监测时空框架建设应该能够为全国的自然资源监测工作提供权威的监测目录、监测指标和监测内容；提供统一并可定制化的数据工作底图；能够系统集成并可视化各类自然资源数据的分布格局、变化规律；能够支撑大数据量的分析工作并集成一批演算模型、评价模型；能够实现自然资源数据的分发、共享等，推动自然资源领域的研究工作。