第1章 自然资源调查监测进入新时代
　　调查华夏山水每一寸土地 监测神州大地每一刻变化
　　“江作青罗带，山如碧玉篸”，漓江山水，美不胜收：青山叠嶂，竹影婆娑，碧水盘绕于峰峦之间，竹筏摇曳在漓江之上（图1.1） 这就是“美丽中国”的一景。2021 年4 月25 日，习近平总书记在广西考察时面对漓江山水，深情地说：“漓江是属于广西人民的，也属于全国人民，也属于全世界人民，是人类共同拥有的自然遗产。我们要很好地去呵护它。”这也是对我们每一个自然资源调查监测人的谆谆教诲。
　　图1.1 桂林山水
　　今天，自然资源调查监测已经紧跟国家战略，进入了新时代。调查华夏山水每一寸土地，监测神州大地每一刻变化，还自然以和谐、给大地以生机，是自然资源调查监测工作者的历史使命。生态文明建设已由理性认识走向量化实践、由分类管理走向体系治理，凸显出对自然资源实施统一调查监测，提供全要素、全时空、多尺度、多维度数据支撑的重要性和必要性。时不我待，我们必须从基础理论、法规制度、政策标准、技术创新等方面发力，进一步提升调查监测数据科学性、权威性、精准性，回答和解决当前自然资源管理存在的问题和矛盾，推动自然资源工作的数字化转型，提升自然资源治理现代化。
　　迈入“十四五”，坚持“绿水青山就是金山银山”理念，让守护碧水蓝天成为全民共识。跋山涉水查家底，经天纬地绘蓝图。踏上新征程，自然资源调查监测将在服务自然资源管理、建设美丽中国征程中走向更加广阔的舞台！
　　1.1 美丽中国建设的新征程
　　美丽中国是生态文明建设的宏伟目标，生态文明建设是“五位一体”总体布局、“四个全面”战略布局的重要内容。
　　1.1.1 美丽中国建设概述
　　1. 美丽中国的内涵
　　美丽中国建设是落实中国生态文明建设的长效目标，也是推动国家实现高质量发展的核心目标，更是实现中华民族永续发展的根本措施。
　　美丽中国首先指“天蓝、地绿、水净”的人化自然环境，体现了自然之美、生态之美以及人与自然的和谐之美，又代表完美的自然环境和社会环境的结合，是一个以生态文明建设为依托，实现经济繁荣、制度完善、文化先进、社会和谐等全面发展的社会。
　　建设美丽中国的完整内涵就是要以生态文明为导向，通过建设资源节约型、环境友好型社会，达到生产发展、生态良好、社会和谐及人民幸福的社会状态。
　　2. 美丽中国建设的内在要求
　　（1）美丽中国建设是历史发展的必然趋势。从人与自然的关系来看，人类社会先后经历了四个阶段的文明形态。
　　① 原始文明阶段。以石器为代表的原始文明阶段（历时上百万年），社会生产力水平低下，人类在与自然的关系中处于依附状态，物质生产活动主要依靠简单的采集渔猎。
　　② 农业文明阶段。以铁器为代表的农业文明阶段（历时约一万年），人类改变自然的能力有了质的提高，在与自然的关系中处于低水平的平衡状态，种植业较为发达。
　　③ 工业文明阶段。以工业机器为代表的工业文明阶段（历时约300年），蒸汽机和工业革命开启了人类现代生活，人类创造了比过去一切时代总和还要多的物质财富，在与自然的关系中处于支配地位，人类为此也付出了沉重的代价。
　　④ 生态文明阶段。20世纪80年代以来，人类社会开始转向生态文明阶段，即在新的生产力条件下实现人与自然新的平衡状态。特别是“十八大”以来，“山水林田湖草是生命共同体”“绿水青山就是金山银山”“人与自然和谐共生”等生态文明理念已融入经济建设、政治建设、文化建设、社会建设各方面和全过程。
　　（2）人与自然和谐共生的生态文明思想是美丽中国建设的理论基础。生态文明思想认为人地关系是一种自人类起源以来就存在的客观本源关系、相互共生关系和互为报应关系，人类开发利用自然资源和环境时，要保持与自然环境之间的协调和共生。具体包括3 种和谐共生关系：
　　① 地与地的关系。强调人类利用自然资源时，切不可只关注单一自然资源要素（自然环境）的单一价值效益，而忽略自然资源的系统性和共生性，要以系统思维和可持续发展理念看待自然资源和自然环境。
　　② 地与人的关系。强调人类在开发利用自然的过程中，不能超过自然资源利用的上限和自然环境承载能力与阈值，要保持自然资源与人类之间的协调共生。
　　③ 人与人的关系。强调在开发利用自然资源中，人与人之间保持和睦、妥协与协调，不可把自然资源作为人与人之间获取利益的主要物质。地与地、地与人、人与人的3 种关系正是美丽中国建设中实现“五位一体”总体布局重点协调的3 种关系，是美丽中国建设的理论基础之一。
　　（3）美丽中国建设是实现中华民族伟大复兴中国梦的必然要求。美丽中国建设既传承了中国传统文化关于人与自然关系的哲学思考，又在现代化社会生产水平上努力实现人与自然的新的平衡；既体现了中华民族几千年来对美好生活的追求和向往，又努力实现中华民族子孙万代的永续发展，是在继承中华文明基础上的创新。
　　中国哲学的基本问题是“究天人之际”，基本精神是“天人合一”。中国传统文化强调遵循自然规律，不能凌驾于自然之上，也就是人法地、地法天、天法道、道法自然，万物齐一。中华民族自古以来就对美好生活抱有无限向往并为之不懈追求。美丽中国与中国传统文化精髓相契合，与中华民族对美好生活的向往相适应。
　　我国作为世界上*大的发展中国家。美丽中国建设摒弃了“先污染后治理”的发展老路，遵循尊重自然、顺应自然、保护自然的理念，贯彻节约资源和保护环境的基本国策，更加自觉地推动绿色发展、循环发展、低碳发展，把生态文明建设融入经济建设、政治建设、文化建设、社会建设各方面和全过程，形成节约资源、保护环境的空间格局、产业结构、生产方式、生活方式，为子孙后代留下天蓝、地绿、水清的生产生活环境。
　　3. 美丽中国与富强民主文明和谐美丽的关系
　　富强民主文明和谐美丽反映了人民群众对经济权益、政治权益、文化权益、社会权益、生态权益等整体权益保障的价值诉求。生态权益体现了人民对于优美生态环境的需要，优美的生态环境既保障着人民群众生态权益的实现，又有利于人民群众政治权益、经济权益、文化权益和社会权益的获得与充分实现，对于人的自由而全面的发展起着极大的促进作用。
　　优美宜居的生态环境是建设美丽中国的根本前提，持续稳定的经济增长是建设美丽中国的物质基础，不断完善的民主政治是建设美丽中国的制度保障，先进的社会主义文化是建设美丽中国的精神依托，和谐美好的社会环境是建构美丽中国的*可靠条件。总之，美丽中国体现了自然环境与社会环境有机统一的整体美，是“时代之美、社会之美、生活之美、百姓之美、环境之美”的总和。
　　4. 国家目标及要求
　　建设美丽中国既是实现中国“两个一百年”奋斗目标的新路径，也是实现中华民族伟大复兴中国梦的必然要求，意义重大，任务艰巨，时间紧迫。2018 年，我国明确了建设美丽中国的“时间表”和“路线图”：“确保到2035 年，生态环境质量实现根本好转，美丽中国目标基本实现”，“到本世纪中叶，物质文明、政治文明、精神文明、社会文明、生态文明全面提升，绿色发展方式和生活方式全面形成，人与自然和谐共生，生态环境领域国家治理体系和治理能力现代化全面实现，建成美丽中国”。
　　《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035 年远景目标纲要》指出，必须坚持绿水青山就是金山银山理念，坚持尊重自然、顺应自然、保护自然，坚持节约优先、保护优先、自然恢复为主，实施可持续发展战略，完善生态文明领域统筹协调机制，构建生态文明体系，推动经济社会发展全面绿色转型，建设美丽中国。
　　1.1.2 自然资源治理现代化是美丽中国建设的基础支撑
　　中国已经进入生态文明新时代、高质量发展新阶段、国家治理新时期。新时代的中国，迫切需要建立健全中国特色自然资源治理体系，提升自然资源治理能力。建设美丽中国更离不开自然资源治理体系和治理能力的现代化。从源头、过程、后果的全过程考虑，将“源头严防、过程严管、后果严惩”作为提升自然资源治理现代化具体措施。
　　1. 源头严防是建设美丽中国的治本之策
　　新形势下加快生态文明制度体系建设，需要从源头抓起，从基础性工作抓起。自然资源产权制度是生态文明制度体系中*典型的基础性制度。健全自然资源产权制度，以调查监测和确权登记为基础，着力促进自然资源集约开发利用和生态保护修复，加强监督管理，注重改革创新。
　　2. 过程严管是建设美丽中国的关键环节
　　新形势下加快生态文明制度体系建设，要注重过程严管，对生态文明建设的主干性工作进行针对性的制度引导。根据当前的生态环境保护需要，重点从完善绿色生产和消费的法律制度和政策导向、全面建立资源高效利用制度、构建以国家公园为主体的自然保护地体系三个方面入手。
　　3. 后果严惩是建设美丽中国的重要措施
　　新形势下加快生态文明制度体系建设，要注重后果严惩，坚持问题导向和结果导向，从责任明确和责任追究入手，严明生态环境保护责任制度，如：生态环境监测和评价制度、中央生态环境保护督察制度、生态文明建设目标评价考核制度。
　　1.1.3 自然资源统一调查监测是自然资源治理现代化的重要保障
　　自然资源统一调查监测体系建设既是一项制度构建，又是一项技术体系重塑，对推进自然资源精细化管理具有重要的基础性作用，对提升我国治理现代化具有不可替代的作用，在落实碳达峰、碳中和目标中具有战略支撑作用，是全面推动我国国家治理现代化和实现美丽中国建设的有力保障。
　　1. 自然资源调查是自然资源治理现代化的基础工作不做调查没有发言权，不做正确的调查同样没有发言权。自然资源的准确科学调查是提升自然资源治理现代化的基础，但长期以来，我国自然资源调查工作存在调查部门分散、调查标准交叉重叠、调查工作重复疏漏、成果数据共享难等问题，既不能有效服务于自然资源开发、保护、利用的整体性工作统筹推进，也难以满足推进自然资源治理现代化的迫切要求。自然资源统一调查是对自然资源的禀赋特征和特定需要开展的基础性和专业性调查工作，多个维度来全面摸清自然资源家底和共同描述自然资源总体情况，为自然资源管理提供统一、科学、准确、权威的自然资源一张“底版”和一套“底数”。
　　2. 自然资源监测是自然资源治理现代化的技术手段
　　自然资源监测是在自然资源一张“底版”和一套“底数”基础上，围绕自然资源管理中的热点、痛点、难点和堵点，利用各种监测设备和技术手段，对重点区域、重点要素、重要时点的自然资源开展动态监测，及时掌握自然资源数量、质量、结构、生态等方面的变化情况，支撑基础调查成果年度更新，服务于规划实施监督、国土空间用途管制、耕地保护、生态保护与修复、执法监督、自然资源资产审计、基础测绘产品更新等各项工作，提升自然资源治理能力，服务建设美丽中国。
　　1.2 自然资源调查监测体系概述
　　《自然资源调查监测体系构建总体方案》是对我国自然资源资产管理系列改革要求的深化落实，是对生态文明建设的有力支撑，在管理体制上体现了从条块分割到系统集成的转变，在技术体系上体现了自然资源调查监测从分散治理到系统治理的转变，有效提升自然资源治理效能。
　　1.2.1 自然资源基本概述
　　1. 基本定义
　　人类认识和利用自然资源的历史久远，自然资源范畴也随着人类社会和科学技术的发展而不断拓展。不同领域对自然资源概念的定义与描述也有所区别。表1.1 列举了不同时期的文献资料中对自然资源的科学定义。
　　表1.1 自然资源的科学定义
　　《中华人民共和国宪法》第九条规定，矿藏、水流、森林、山岭、草原、荒地、滩涂等自然资源，都属于国家所有，即全民所有；由法律规定属于集体所有的森林和山岭、草原、荒地、滩涂除外。
　　2. 基本属性
　　自然资源以有限空间或物质实体形式存在，具有自然、经济、社会、生态等多

目录
第1章 自然资源调查监测进入新时代 1
1.1 美丽中国建设的新征程 2
1.1.1 美丽中国建设概述 2
1.1.2 自然资源治理现代化是美丽中国建设的基础支撑 3
1.1.3 自然资源统一调查监测是自然资源治理现代化的重要保障 4
1.2 自然资源调查监测体系概述 4
1.2.1 自然资源基本概述 4
1.2.2 自然资源调查监测的方法论 7
1.2.3 自然资源调查监测的发展阶段 10
1.2.4 自然资源调查监测主要任务 14
1.2.5 自然资源调查监测业务体系 17
1.3 数字化浪潮推动自然资源治理现代化 19
1.3.1 信息化与数字化 19
1.3.2 数字化转型概述 20
1.3.3 数字化转型引领治理现代化 21
1.4 自然资源调查监测体系数字化建设的基本条件 21
1.4.1 自然资源管理机构重组 21
1.4.2 自然资源业务重塑 24
1.4.3 自然资源调查监测体系重构 25
1.4.4 自然资源调查监测体系数字化建设的驱动力 27
1.5 自然资源调查监测体系数字化建设的支撑技术 28
1.5.1 空间信息技术 28
1.5.2 人工智能 31
1.5.3 大数据 33
1.5.4 云计算 35
1.5.5 区块链 36
1.5.6 5G 37
1.5.7 物联网 38
第2章 自然资源调查监测体系数字化建设总体规划 40
2.1 规划背景 40
2.1.1 建设需求 40
2.1.2 数字化建设基础 42
2.1.3 主要差距 43
2.2 总体构想 44
2.3 建设原则与总体目标 45
2.3.1 建设原则 45
2.3.2 总体目标 46
2.4 总体规划技术架构 46
2.4.1 结构层次 47
2.4.2 支撑业务 47
2.5 数字化建设内容 48
2.5.1 多维立体协同感知网构建 48
2.5.2 多源时空数据自动化处理体系构建 49
2.5.3 自然资源时空数据库建设 50
2.5.4 成果数据共享服务平台建设 51
2.5.5 标准、安全、运维保障体系建设 52
2.6 业务工程实现内容 53
2.6.1 实现思路 53
2.6.2 自然资源调查 54
2.6.3 自然资源监测 57
2.7 保障措施 59
第3章 自然资源多维立体协同感知网构建 61
3.1 构建背景 61
3.1.1 现状需求 61
3.1.2 基础技术 62
3.1.3 主要差距 66
3.2 构建目标和任务 67
3.2.1 构建目标 67
3.2.2 构建任务 67
3.3 总体设计 68
3.3.1 总体架构 68
3.3.2 基本组成 68
3.3.3 技术路线 69
3.4 天联网 71
3.4.1 主要组成 71
3.4.2 主要特点 75
3.4.3 功能用途 75
3.5 空联网 76
3.5.1 主要组成 76
3.5.2 主要特点 81
3.5.3 功能用途 82
3.6 地联网 82
3.6.1 主要组成 82
3.6.2 主要特点 85
3.6.3 功能用途 86
3.7 人联网 86
3.7.1 主要组成 86
3.7.2 主要特点 87
3.7.3 功能用途 88
3.8 网联网 88
3.8.1 主要组成 88
3.8.2 主要特点 90
3.8.3 功能用途 91
3.9 “互联网+”协同联动平台 91
3.9.1 主要目标 91
3.9.2 主要功能 92
3.9.3 总体架构 93
3.9.4 平台软件架构 94
3.9.5 运行流程 95
3.9.6 平台特点 96
3.9.7 软硬件要求 96
3.10 应用场景 96
3.10.1 高分多模卫星用于建设用地遥感监测 97
3.10.2 实时遥感服务用于自然资源调查监测 98
3.10.3 视频感知设备在自然资源违法监测中的应用 98
3.10.4 基于群智感知技术的自然资源监测数据获取 98
3.10.5 基于互联网的地理空间变化监测 99
3.11 技术发展方向 99
第4章 自然资源多源时空数据自动化处理体系构建 101
4.1 构建背景 101
4.1.1 构建需求 101
4.1.2 已有基础 102
4.1.3 主要差距 105
4.2 构建目标和主要任务 106
4.2.1 构建目标 106
4.2.2 主要任务 106
4.3 总体框架 107
4.3.1 基础设施层 108
4.3.2 数据存储层 108
4.3.3 算法层 108
4.3.4 服务层 108
4.3.5 数据标准与规范体系 108
4.3.6 运行管理与安全保障体系 108
4.4 多源数据高性能计算平台 109
4.4.1 高性能计算平台架构和组成 109
4.4.2 高性能计算集群 111
4.4.3 并行计算框架 112
4.4.4 多源时空数据并行处理策略 113
4.4.5 MapReduce遥感并行算法设计模式 116
4.5 调查监测底图快速生产 117
4.5.1 技术路线 117
4.5.2 时空数据快速清洗 118
4.5.3 DOM底图生产流程 121
4.5.4 三维模型底图生产流程 124
4.5.5 分布式底图快速生产 126
4.6 自然资源影像智能处理 128
4.6.1 自然资源要素自动分类 128
4.6.2 自然资源变化智能提取 136
4.6.3 海量遥感数据的分布式深度学习实现 140
4.7 “互联网+”内外协同处理 142
4.7.1 内外协同数据处理基本流程 142
4.7.2 图像数据快速处理 145
4.7.3 视频数据快速处理 146
4.8 成果数据质检、验证和确权 149
4.8.1 技术路线 149
4.8.2 数据质量检查 150
4.8.3 数据真实性验证 154
4.8.4 数据资产确权 155
4.9 技术发展方向 157
第5章 自然资源时空数据库建设 159
5.1 建设背景 159
5.1.1 建设需求 159
5.1.2 已有基础 160
5.1.3 主要差距 161
5.2 建设目标与任务 162
5.2.1 建设目标 162
5.2.2 建设任务 162
5.3 总体建设方案 163
5.3.1 总体架构 164
5.3.2 数据架构 164
5.3.3 服务架构 166
5.3.4 运行环境 167
5.3.5 政策架构 167
5.4 时空数据库建设内容 168
5.4.1 已有数据内容 169
5.4.2 地表覆盖层建设内容 172
5.4.3 地表基质层建设内容 173
5.4.4 地下资源层建设内容 173
5.4.5 管理层建设内容 173
5.5 时空数据模型建设内容 174
5.5.1 时空数据模型概述 174
5.5.2 自然资源实体模型 177
5.5.3 自然资源三维基底 181
5.6 多源异构数据整合 184
5.6.1 多源异构数据整合概述 184
5.6.2 标准化整合技术 184
5.6.3 整合实施 185
5.7 时空数据库建设 187
5.7.1 技术要求 187
5.7.2 建设原则 188
5.7.3 建设流程 189
5.7.4 概念设计 189
5.7.5 逻辑设计 195
5.7.6 物理设计 201
5.7.7 分数据库建设 203
5.8 数据库管理系统建设 208
5.8.1 总体框架 208
5.8.2 系统构成 210
5.8.3 服务发布系统 210
5.8.4 在线应用系统 211
5.8.5 专业管理系统 212
5.8.6 运维监管系统 213
5.8.7 数据集成与系统配置 213
5.8.8 数据库安全 214
5.9 数据库更新机制 215
5.9.1 数据更新机制 216
5.9.2 数据共享交换方式 216
5.9.3 数据库更新模式 216
5.9.4 数据库更新频次 216
5.10 技术发展方向 217
第6章 自然资源调查监测成果数据共享服务平台建设 219
6.1 建设背景 219
6.1.1 建设需求 219
6.1.2 已有基础 220
6.1.3 主要差距 221
6.2 建设目标和任务 222
6.2.1 建设目标 222
6.2.2 主要任务 222
6.3 总体方案 222
6.3.1 建设原则 223
6.3.2 建设模式 223
6.3.3 总体架构 223
6.3.4 技术架构 227
6.3.5 数据架构 230
6.3.6 共享交换模式 232
6.3.7 关键技术 233
6.4 平台建设内容 234
6.4.1 成果数据共享服务系统 234
6.4.2 大数据挖掘分析服务 240
6.4.3 二三维一体化综合展示服务 245
6.4.4 移动应用服务 250
6.4.5 智能化知识共享服务 251
6.4.6 定制开发服务 256
6.5 系统部署与运行环境 256
6.5.1 系统部署 256
6.5.2 网络环境 258
6.5.3 运维环境 259
6.5.4 安全环境 259
6.6 平台技术发展方向 261
第7章 标准、安全与运维三大保障体系建设 263
7.1 标准、安全与运维体系概述 263
7.1.1 现状分析 263
7.1.2 建设需求 264
7.2 法规制度和标准体系 265
7.2.1 调查监测业务法规制度和标准 265
7.2.2 数字化建设主要法规制度和标准 281
7.2.3 制度标准数字化应用 283
7.3 安全保障体系 284
7.3.1 安全形势 284
7.3.2 安全需求 286
7.3.3 安全管理机制、策略和原则 287
7.3.4 安全保障内容 292
7.4 运行维护体系 306
7.4.1 建设原则 306
7.4.2 运维管理 306
7.4.3 组织保障 309
7.4.4 技术保障 310
7.4.5 人才保障 310
第8章 自然资源基础调查工程 312
8.1 基础调查概述 312
8.1.1 基础调查概况 312
8.1.2 基础调查实施背景 313
8.1.3 主要问题 313
8.1.4 目标与任务 315
8.2 统一基础调查的总体思路 316
8.2.1 技术思路和工作流程 316
8