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关于利用卫星遥感和区块链技术服务于自然资源管理的几点建议

    区块链技术是利用块链式数据结构来验证与存储数据、利用分布式节点共识算法来生成和更新数据、利用密码学的方式保证数据传输和访问的安全、利用由自动化脚本代码组成的智能合约来编程和操作数据的一种分布式基础架构与计算范式。 ...

作者:王权来源:自然资源部测绘发展研究中心|2021年05月28日

    区块链技术是利用块链式数据结构来验证与存储数据、利用分布式节点共识算法来生成和更新数据、利用密码学的方式保证数据传输和访问的安全、利用由自动化脚本代码组成的智能合约来编程和操作数据的一种分布式基础架构与计算范式。

    与传统技术对比,区块链的特点包含几个方面:智能合约技术和分布式节点公式算法,使其数据一致,可靠性高;非对称加密算法和分布式账本,使其数据不能被篡改,可信度高;分布式数据库和数字签名等技术,使其数据抗抵赖,安全性高;网状直接协作机制,使其数据更加透明,可追溯性高。

    党和国家高度重视区块链技术和产业发展,习近平总书记在中央政治局第十八次集体学习时强调,“区块链技术的集成应用在新的技术革新和产业变革中起着重要作用。我们要把区块链作为核心技术自主创新的重要突破口,明确主攻方向,加大投入力度,着力攻克一批关键核心技术,加快推动区块链技术和产业创新发展。”当前,区块链技术结合行业应用向纵深发展已是大势所趋,必将给现有产业模式带来深刻变革。

    党的十九届四中全会提出坚持和完善生态文明制度体系,促进人与自然和谐共生。生态文明建设是关系中华民族永续发展的千年大计,必须践行绿水青山就是金山银山的理念,坚持节约资源和保护环境的基本国策。提高自然资源管理能力是守住绿水青山,完善山水林田湖草系统治理,促进土地、矿产等自然资源可持续利用的必要手段。建立自然资源统一调查、评价、监测制度,健全自然资源监管体制,是完善生态文明制度体系,推进国家治理体系和治理能力现代化重要组成部分。

    随着经济和社会快速发展,人类对自然资源的开发与利用与日俱增,自然资源管理也面临着许多问题。一是地表覆盖变化量大。2019年前三季度完成的全国范围遥感监测工作,全国累计新增建设用地变化图斑(400平方米(含)以上)约51.5万个,变化面积达1185万亩,变化量大。二是土地利用审批周期长、追溯难。亟需强有力的科技支撑探索和完善自然资源调查和监测手段。区块链技术全程留痕、防篡改、可追溯及公开透明等特性,可为自然资源地类变化全历程监测、审批全流程监管、信息全方位确认等提供高效、透明、可信的技术保障。

 

利用卫星遥感和区块链技术服务于自然资源管理的建议如下:

    (一)基于区块链技术的自然资源地类变化全历程监测

    针对自然资源地类变化信息管理中图斑身份唯一认证、变化全历程可溯源、图斑信息防篡改等需求,研究基于区块链的自然资源地表变化信息数据映射机制,构建统一的映射机制与多尺度地貌特征的表征算法,融合先进的基于卷积神经网络、图卷积神经网络以及全连接特征提取的深度学习方法,支撑地类图斑的身份唯一认证与变化过程溯源。研究自然资源地类变化数据区块存储模型,形成高效、分布式的地类图斑数据区块链存储方案,保证地类数据的安全和高效存取。研究顾及时间与空间维度的地类图斑数据高效溯源查询算法,实现子链间的数据交换主链周转,实现在不同链上、不同区块结构上的分布式高性能统一查询处理,服务自然资源地类变化数据全流程高效溯源查询。精准记录长序列自然资源变化图斑时间维度、空间维度属性及其全流程各时相信息的连续性、相关性,实现自然资源地类图斑身份管理与认证、多维信息集成化一体化档案式管理、全历程变化监控和管理,使每个地类图斑源头可追溯、流向可跟踪、信息可查询,为自然资源管理、生态保护、综合整治及督察执法等提供高效、透明、可信的数据与技术保障。

   (二)基于区块链技术的土地利用审批全流程监管

     在国土空间基础信息平台的基础上,应用区块链技术构建便民、高效、协同、安全和共享的土地利用审批遥感监管系统,发挥区块链技术信任可传递、信息可共享、数据可回溯、天然防篡改等优势,解决用地需求真实信息传递不畅、数据互享互用不高、规划土地业务链条不全、业务操作繁琐、审批效率低、监管难的痛点。以区块链技术重构一套审批技术体系,充分利用遥感数据客观性、真实性、动态性的特点,对用地需求预测、年度土地指标分解、建设用地审查报批、工程建设项目审批、批后监管等业务系统进行全流程、全覆盖、全层级遥感监管,以区块链技术重构一套完整、科学、便捷、高效的审批服务体系,建立业务标准化、数据标准化、接口标准化服务。开展业务标准化,通过统一审批事项、统一审批流程、统一办事指南等内容,实现审批事项标准化;开展数据标准化,按照“统一收集存储、统一编码、统一管理”的原则,参照国家和行业标准,建立统一的土地利用审批数据库;开展接口标准化,建立满足土地利用审批管理系统的接口规范,实现横向联通发改、环保等部门,纵向贯通国家、省、市等各级部门,互联互通的系统。

    (三)基于区块链技术的自然资源信息变化全方位确认

     面向自然资源统一管理和生态保护修复,对变化的类型、范围、现势性、可靠性、实时交互性等提出了更高要求,现有的信息化手段和管理模式的弊端也逐渐显现,数据安全风险大、共享效率不高、汇交方式单一、验证难度大等业务问题亟待解决。区块链技术构建了一个新的信任体系,具有数据不可篡改、信息透明、去中心化集体维护、可追溯性等特点,有助于实现各部门数据的安全共享与可信服务。将区块链技术引入自然资源管理这样一个多方协作的业务系统,有助于高效地记录、核准和查询所有数据的产生、处理和迁移过程,既能够保证数据的真实可靠、公开透明,又可降低成本、提高效率,大幅减少内部摩擦成本、提高系统循环效率。区块链技术能让区块链中的数据更有价值,通过多个节点共同参与数据记录,并且互相验证其信息的准确性和有效性,可实现对信息的全方位确认与验证,进而消除不确定性和达成共识。随着遥感数据获取手段的日益丰富,可同步在区块链的多个节点上,基于不同传感器、不同谱段获取的同一目标或场景的多张卫星遥感影像,对地块的位置变化、范围变化、用途变化、品质变化、温度场变化等几何信息和物理信息进行监测,将包含同一目标或场景的时-空-谱互补的多源遥感数据按照一定规则进行处理分析,进而获得比任何单一数据更精确、完整、有效的信息,然后通过一定的手段和技术方法,完成变化信息的确认和验证,以达到对变化要素的综合、完整描述。

     (四)基于卫星遥感和区块链技术服务于自然资源管理

     目前,以自然资源部作为牵头主用户的陆地卫星包括可见光、高光谱、激光测高、雷达和重力5个类别共25个卫星纳入国家规划。到2019年底,在轨运行的卫星已有10颗,具有当日空间重访能力和全国范围2米分辨率季度有效获取能力,可为自然资源大区域、高频次地表覆盖变化监测提供支撑。自然资源卫星遥感云服务平台自2016年5月29日正式开通以来,已在全国范围内正式开通了22个部属机构、31个省级中心、28个省级节点、126个市级节点,开创性地建立了多层、多级服务网络,形成了自然资源卫星遥感数据新型共享服务模式。这为利用区块链技术在自然资源体系内实现卫星遥感数据产品与信息产品的分布式存储和应用进行了有益的探索。

     面向“十四五”,力求在传统的“3S”(system)的基础上,大力发展新型“3S”(serves),将卫星遥感、人工智能、5G和区块链技术紧密结合在一起,形成卫星遥感监测服务,进一步推进传统测绘的转型发展进而服务于自然资源管理。

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