2024优秀案例丨南宁市智能综合动态监测监管“一张图”建设与应用

在2020年中央经济工作会议上，习近平总书记指出“要牢牢守住18亿亩耕地红线，防止违法改变用途，对违法占用耕地零容忍，坚决遏制耕地非农化，防止非粮化”。2020年，国家下发了《国务院办公厅关于坚决制止耕地“非农化”行为的通知》（国办发明电〔2020〕24号）、《国务院办公厅关于防止耕地“非粮化”稳定粮食生产的意见》（国办发〔2020〕44号）和《自然资源部办公厅关于完善早发现早制止严查处工作机制的意见》（自然资办发〔2021〕33号）等政策法规。2021年9月，广西壮族自治区党委办公厅、广西壮族自治区人民政府办公厅印发《关于全面推行耕地保护田长制的实施意见》（厅发〔2021〕45号），在全国率先从省级党委政府层面全面推动建立田长制。2021年12月，中共南宁市委办公室、南宁市人民政府办公室印发《南宁市全面推行耕地保护田长制实施方案》（南办字〔2021〕71号），在全市设立四级田长，实行耕地保护党政同责、严格考核等制度，进一步压实各级党委和政府保护耕地责任，坚决遏制耕地“非农化”，严格管控耕地“非粮化”，切实保障国家粮食安全。为落实市委市政府对耕地保护工作的部署，本项目依要求设立。本项目自2022年12月开始组建项目组并开始启动，于2023年6月底完成建设内容开发，于2023年7月组织业务系统操作培训和推广应用，投入了包括具有高级工程师职称在内的技术开发人员约20人。

为持续增强科技赋能监管，推进南宁市田长制、林长制、河湖长制工作取得成效，本项目依托南宁市自然资源局时空数据“一张图”平台，建设南宁市综合动态监测“一张图”信息系统及“三长制APP”初步建立“一张网”“一个库”“一平台”的信息化“技防+人防”的综合监测体系。

图1 系统首页

一是建立耕地保护综合监测“一张网”。将南宁市全域划分为约2万个监控网格，利用无人机航拍和卫星遥感影像实现南宁市全域月度全覆盖监测。基于获取的遥感影像，分类提取耕地“非粮化”、耕地“非农化”、林地乱砍滥伐、河湖“四乱”疑似问题图斑，并对新增耕地、耕地恢复、耕地提质改造、重点工程未批先建情况等耕地保护相关工作进行跟踪监测。通过获取无人机遥感影像和卫星遥感影像，提取出耕地、林地、河湖管理范围内疑似违法图斑，利用南宁市综合动态监测一张图系统推送的方式将自主监测图斑提供至各县（市、区）、开发区，以及农业农村、城管、水利、林业等“三长制”相关单位。

图2 一张图影像

二是整合形成内容完整的综合监测“一个库”。已建设包含耕地、林业、湿地、水资源等基础调查数据、管理数据在内，要素完善的基础库，建立动态更新的影像数据库、分类监测数据库、图斑核查处置清单库，高清遥感影像、监测图斑、审批数据、图斑调查举证材料和照片等各类数据均实时更新至综合动态监测系统，支撑各县（市、区）、开发区开展耕地保护工作。

图3 数据主页

三是建立综合监测决策“一平台”。建成南宁市综合动态监测一张图信息系统。本项目于2023年7月1日建设完成南宁市综合动态监测“一张图”系统、移动端App（“三长制App”）、“随手拍”微信小程序，包含了开发“三长制”巡查业务功能和业务流程、耕地保护、林业保护、水利保护日常监测功能和业务流程、群众举报功能、重点任务图斑查询统计功能、国家监测任务调查举证功能、“三长制”巡查工作能效统计、“五个一票否决”指标数据大屏、无人机定制化巡航预约、一张图管理后台、一张图基础工具等功能。

图4 移动端APP

本项目创新性地采用基于DeepLabV3_plus模型的无人机影像变化检测方法，提高了综合动态监测中地表变化检测的精度和效率，采用基于分布式多节点容器化地理信息数据查询技术，满足日均访问量超过350万人/次的服务响应要求，同时基于瓦片融合技术的地图服务分区访问策略增强了地图数据的安全性和隐私保护，构建“一巡三查、三长合一”的创新融合应用模式，提升基层治理现代化水平。

1、基于DeepLabV3_plus模型的无人机影像变化检测方法

在以往的遥感影像地类图斑变化发现工作中，往往依赖于人工目视解译或简单的阈值分割，在影像中寻找变化区域，精度和效率有待提高。针对这一问题，本项目提出了一种基于DeepLabV3_plus模型的无人机影像变化检测方法。DeepLabV3_plus模型具有强大的特征学习和分类能力，能够自动识别和区分影像中的变化和不变区域，但多用于卫星影像数据的地类提取工作中。本项目创新性地将DeepLabV3_plus应用于无人机影像变化提取，自动学习和提取无人机影像中的色彩特征、空间特征和纹理特征，实现对地表变化的准确检测。与传统的变化检测方法相比，一是DeepLabV3_plus模型的应用可以自动识别和提取影像中的地物特征，避免了传统方法中人工设定阈值或经验规则的局限性；二是结合多期无人机影像和地面照片数据，实现多源数据的融合分析，提高了地表变化检测的精度和可靠性；三是从数据采集、预处理、训练到变化检测的全程自动化和智能化，只需提供无人机影像数据，即可自动完成变化检测任务，大大减少了人工干预和时间成本；四是通过优化算法和并行计算技术，能够在短时间内完成大规模无人机影像的变化检测任务；五是通过调整模型参数和训练样本，可以适应不同类型的无人机影像和地表覆盖变化，可广泛应用于不同场景和领域。与传统的人工目视解译相比，本方法降低了对人力资源的依赖，减少了实地调查的时间和成本。同时，准确、快速的变化检测能够帮助政府部门及时发现土地利用的不合理之处，为土地调查监测、环境保护、城市规划等提供科学依据，具有显著的环境友好和社会效益。

2、基于分布式多节点容器化地理信息数据查询技术

基于KuBernetes容器化的地理信息服务具有自我修复，弹性收缩，自动部署和回滚，服务发现和负载均衡，存储编排等技术特点，所有的地理信息服务都部署在容器中，在服务节点故障时会自动重启故障容器，替换和重新部署，确保线上服务不中断，基于CPU资源使用情况自动快速扩容和缩容应用程序实例，保证应用业务高峰并发时的高可用性，业务低峰时回收资源，以最小成本运行服务，能够为多个容器提供统一访问入库，并且负载均衡关联所有容器，无需考虑容器IP的问题，能够挂载外部存储系统，无论是来自本地存储，公有云，还是网络存储都可以作为集群资源的一部分使用，极大提供存储使用的灵活性。为了应对海量的地图服务加载和数据查询，采用了“后端分布节点负载、容器伸缩、多级缓存”的方式，显著提升了地理信息服务和查询的速度，保障高峰期多人同时在线、每秒5000次并发以上的请求不卡顿，且响应时间达到毫秒级。

3、基于瓦片融合技术的地图服务分区访问策略

在综合动态监测项目中，地图作为重要的数据承载方式，地图数据具有较高的保密安全要求。瓦片融合技术作为一种高效、可扩展的地图服务方式，能够提供安全可靠的地图数据。本项目创新性地提出了一种基于瓦片融合技术的地图服务分区访问策略，通过为所有用户根据所在行政区设置授权区域，改造现有瓦片地图服务的实现方法，并根据用户授权区域过滤地图服务请求，只允许访问授权区域内的地图瓦片。

通过行政区划授权区域设置、瓦片地图服务改造、用户授权区域识别、地图服务请求过滤、地图瓦片融合显示等技术，有效地提高地图服务的效率和质量，同时还能增强地图数据的安全性和隐私保护。这种策略不仅适用于政府部门、企事业单位等对地图服务有较高要求的领域，还能广泛应用于各种需要地理信息系统支持的应用场景中。

4、“一巡三查、三长合一”的创新应用模式

本项目创新性地整合巡田员、护林员、巡河员职能，通过人员联动、技术联接等手段，同步开展耕地、林地、河湖巡护工作，构建“一巡三查、三长合一”的集约高效、监管全面、协作配合的应用模式，集任务分解、线下核查、数据分析、意见反馈等功能于一体，统筹实施三长制工作，实现三长制事前预防、事中管控、事后检验、全程监督的全覆盖，解决三长“各自为战”、统一管理难、管护成本大等问题，压缩了巡查事项，提高了工作效率，不仅可以实现减员增效，同时也可以避免各部门、各县（市、区）重复投资建设，提高资金使用效率。同时本项目实现田、林、河湖自然资源保护情况的集中反映与动态记录，推动“山水林田湖草沙”一体化保护和系统治理，不仅促进了生态文明建设，更将生态环境保护和社会经济发展相互结合起来，也为智慧城市和数字经济的发展与应用提供了新思路。

本项目自开发完成后即推广至各县（市、区）、开发区，各乡镇（街道），各级自然资源、城管、林业、农业农村、水利等部门，实现高清遥感影像、监测图斑、卫片数据、审批数据等各类数据的共用共享。目前综合动态监测系统及南宁三长App注册用户约18000人，自7月3日起赴各县（市、区）、开发区，各乡镇（街道），各级“三长制”相关单位开展系统使用培训及巡田有关问题座谈。7月26日完成了119个乡镇（街道）三级田长、四级田长、巡田网格员培训；8月8日完成了15个县（市、区）、开发区田长办成员单位的培训；8月15日、8月28日，分别对接市林业局、市水利局开展培训。截至目前，共开展现场培训137场次、网络直播（录播）培训156场次。项目在后续推广过程中受到用户的广泛好评，其中南宁市自然资源局、横州市自然资源局和那阳镇在2023年6-7月分别通过新闻报道表示依托南宁市综合动态监测一张图信息系统和邕护田APP（现“三长制APP”）信息化技术手段加快推进各项工作，提高核查工作效率和准确率，提升了各级田长、网格员运用信息化手段开展巡护田工作的能力，进一步提高对图斑核查的工作效率和准确率，为基层开展耕地保护工作提供业务指导和技术支撑。

本项目主要产生社会效益，一是减轻基层负担，提升作业效率。自南宁市综合动态监测一张图信息系统及“三长制APP”上线以来，南宁市“三长制”巡查记录超17万条，结合基层自然资源综合治理实际情况，将巡田、巡河、巡林工作有效统一到“三长制APP”里，减轻了基层人员频繁切换不同软件作业的繁杂程度，进而提升了“三长制”巡查工作的效率。二是加强数据互通，提高治理效能。本项目利用“一张图”平台和标准数据接口，将动态监测图斑业务数据同步推送到林业、水利、自治区等部门，同时实现了跟国土调查云，自治区自然资源厅田长巡业务系统的协同业务办理，形成多渠道综合监测数据优势互补，给市级主管部门提供更精准的决策依据。三是建立长效机制，促进以“自然资源一张图”核心数据库为基础，结合卫星遥感、无人机航拍、卫片执法及“互联网+举证”等技术手段，建立“一平台、一张网、一个库”三位一体的三长制信息管理平台。利用无人值守机场和常态化飞行监控手段，合理划分各级风险区域网络，实现对耕地特别是永久基本农田上的“非农化”“非粮化”问题进行重点监测，着力构建“天空地人网”立体监测体系，实现“早发现、早制止、严打击”的监管预期及精细化管控需求。打造全市耕地保护田长制监管数据中心，打通信息通道，实现对各级田长的信息收集汇聚，监测数据共享下达，智能数据预警预报，查询分析。实现全市领域用地监测、监管巡查发现和制止违法行为的全覆盖，建立健全以县（市、区）政府开发区管委会以及乡（镇）政府、街道办事处为责任主体和多部门共同监管的“技防+人防”长效执法监管机制，推动南宁市自然资源领域综合监测事业的发展。