《武漢市地理信息藍(lán)皮書(shū)》在地理市情監(jiān)測(cè)工作中的實(shí)踐與思考

劉昊，劉瑩

(武漢市測(cè)繪研究院，湖北 武漢 430022)

1 引言

2010年12月，國(guó)務(wù)院副總理李克強(qiáng)作出了要求國(guó)家測(cè)繪局和全國(guó)測(cè)繪工作者加強(qiáng)地理國(guó)情監(jiān)測(cè)工作的重要指示。地理國(guó)情是重要的基本國(guó)情，是國(guó)土疆域面積、地理區(qū)域劃分、地形特征、道路交通網(wǎng)絡(luò)、江河湖海分布、土地利用與土地覆蓋、城市布局和城鎮(zhèn)化擴(kuò)張、生產(chǎn)力空間布局等自然和人文地理要素的宏觀性、整體性、綜合性體現(xiàn)。監(jiān)測(cè)地理國(guó)情就是要對(duì)地理方面的國(guó)情進(jìn)行動(dòng)態(tài)地測(cè)繪、統(tǒng)計(jì)和分析研究，并及時(shí)發(fā)布地理國(guó)情監(jiān)測(cè)報(bào)告［1］。

國(guó)際上已有很多國(guó)家開(kāi)展了地理環(huán)境動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)的統(tǒng)計(jì)分析工作。其中，較為著名的有美國(guó)地質(zhì)測(cè)量局(USGS)于2002年啟動(dòng)的地理信息分析和動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)計(jì)劃(Geographic Analysis and Monitoring Program，GAM)，目標(biāo)是用量化方法描述美國(guó)和全球地表變化狀態(tài)和趨勢(shì);分析過(guò)去、現(xiàn)在和將來(lái)對(duì)環(huán)境影響較大的地表變化情況，對(duì)地表動(dòng)態(tài)變化開(kāi)展危險(xiǎn)性和脆弱性評(píng)估;開(kāi)發(fā)可靠實(shí)用的地理空間公交與方法支持科學(xué)決策?，F(xiàn)在USGS已成為美國(guó)乃至世界地理監(jiān)測(cè)分析和信息發(fā)布的權(quán)威機(jī)構(gòu)。

2 開(kāi)展武漢市地理市情監(jiān)測(cè)工作的意義

地理市情是市域面積、地形、道路交通、土地利用、城市布局與發(fā)展等自然和人文地理的宏觀性、整體性、綜合性的體現(xiàn)。地理市情監(jiān)測(cè)的內(nèi)容非常豐富，包括重要地理信息和自然人文地理演化信息等。重要地理信息是指直觀地反映在地圖、遙感影像等載體上的地理要素分布信息，包括地形、道路交通、土地利用等;地理演化信息是在動(dòng)態(tài)測(cè)繪基礎(chǔ)上，獲取一定時(shí)間序列的地理信息，通過(guò)統(tǒng)計(jì)和對(duì)比分析揭示監(jiān)測(cè)對(duì)象的變化演進(jìn)規(guī)律，并對(duì)未來(lái)發(fā)展演化方向進(jìn)行分析預(yù)測(cè)［2］。

武漢目前正處于建設(shè)國(guó)家中心城市的關(guān)鍵時(shí)期，經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展迅速，城市變化日新月異。充分利用測(cè)繪先進(jìn)技術(shù)、數(shù)據(jù)資源和人才優(yōu)勢(shì)，積極開(kāi)展地理市情監(jiān)測(cè)，對(duì)重要地理信息進(jìn)行常態(tài)化監(jiān)測(cè)、統(tǒng)計(jì)、分析，甚至發(fā)展預(yù)測(cè)，為政府、企業(yè)和社會(huì)各方面提供真實(shí)可靠和準(zhǔn)確權(quán)威的地理市情專(zhuān)題信息，對(duì)武漢建設(shè)國(guó)家中心城市、優(yōu)化城市規(guī)劃建設(shè)非常必要。

3 地理信息藍(lán)皮書(shū)在地理市情監(jiān)測(cè)工作中的實(shí)踐

3.1 《武漢市地理信息藍(lán)皮書(shū)》基本情況

《武漢市地理信息藍(lán)皮書(shū)》(以下簡(jiǎn)稱(chēng)《藍(lán)皮書(shū)》)是武漢市乃至全國(guó)的首部城市地理信息藍(lán)皮書(shū)。該《藍(lán)皮書(shū)》以“從地理信息的視角來(lái)反映武漢城市現(xiàn)狀及其變遷”為宗旨，充分利用武漢市基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)、市政基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)據(jù)和航空影像數(shù)據(jù)，運(yùn)用現(xiàn)代GIS技術(shù)，從城市建設(shè)區(qū)、房屋建筑、綜合交通、自然資源環(huán)境等多個(gè)方面，將過(guò)去散布在各類(lèi)地圖圖件、存儲(chǔ)在各個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)里的信息加以挖掘、提煉、統(tǒng)計(jì)分析，客觀地反映武漢城市建設(shè)與發(fā)展的變化，為政府決策、城市管理和社會(huì)各界提供信息參考和決策支持［3］。

《藍(lán)皮書(shū)》于2007年首次發(fā)布，至今已連續(xù)6年編研發(fā)布。書(shū)中的地理信息數(shù)據(jù)以武漢市基礎(chǔ)測(cè)繪工作為依托，涵蓋了系列比例尺地形圖數(shù)據(jù)庫(kù)、全市域航空攝影影像、數(shù)字正射影像、數(shù)字高程模型、武漢市基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)、市政基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)據(jù)庫(kù)等等。通過(guò)連續(xù)幾年的《藍(lán)皮書(shū)》編研工作，獲取了以年度為單位時(shí)間序列的城市地理信息，并通過(guò)統(tǒng)計(jì)和對(duì)比分析揭示監(jiān)測(cè)對(duì)象的變化演進(jìn)規(guī)律，形成了統(tǒng)計(jì)報(bào)告(即《藍(lán)皮書(shū)》)。可以說(shuō)，《藍(lán)皮書(shū)》是從2007年到今，武漢市地理市情監(jiān)測(cè)工作的雛形，是地理市情監(jiān)測(cè)的前期試驗(yàn)性工作，并為之積累了較為成熟的基礎(chǔ)性數(shù)據(jù)資料。

3.2 《藍(lán)皮書(shū)》數(shù)據(jù)資源

目前為止，《藍(lán)皮書(shū)》所采用的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)包括武漢市1986年～2011年多時(shí)相、多尺度航攝資料，系列比例尺數(shù)字基本圖，基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)據(jù)庫(kù)以及地名資料等等。數(shù)據(jù)格式包括 DWG、DGN、DLG、SHP、Excel、Word 等等。

其中，從2007年到目前的城區(qū)1∶2 000地形圖、正射影像圖數(shù)據(jù)、航攝影像數(shù)據(jù)、遠(yuǎn)城區(qū)1∶2 000航攝影像數(shù)據(jù)等基礎(chǔ)資料每年更新1次;武漢市國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)、武漢市環(huán)境狀況公報(bào)及各市政委、辦、局專(zhuān)業(yè)統(tǒng)計(jì)資料等每年收集，其中相關(guān)的地理信息數(shù)據(jù)整理入庫(kù)，每年更新1次。

數(shù)據(jù)一覽表 表1

3.3 監(jiān)測(cè)、統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)類(lèi)別

形成的《藍(lán)皮書(shū)》監(jiān)測(cè)、統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)分自然地理要素和人文地理要素兩大類(lèi)。自然地理要素包括市域境界、水系、山體、地理極值等;人文地理要素包括建設(shè)區(qū)、建筑物、道路交通、橋涵、公園綠地、地下管線等。

圖1 《藍(lán)皮書(shū)》監(jiān)測(cè)、統(tǒng)計(jì)地理要素類(lèi)別

3.4 《藍(lán)皮書(shū)》監(jiān)測(cè)、統(tǒng)計(jì)采用的主要方法

(1)利用武漢市基礎(chǔ)測(cè)繪數(shù)據(jù)成果進(jìn)行挖掘

武漢市基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)庫(kù)包括基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)集、影像數(shù)據(jù)集、框架數(shù)據(jù)集、專(zhuān)題數(shù)據(jù)集、社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)集以及元數(shù)據(jù)庫(kù)幾部分。其中，基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)集由系列比例尺數(shù)據(jù)庫(kù)組成，包括數(shù)字線劃圖(DLG)數(shù)據(jù)、數(shù)字正射影像圖(DOM)數(shù)據(jù)、數(shù)字高程模型(DEM)數(shù)據(jù)、數(shù)字柵格地圖(DRG)數(shù)據(jù)、數(shù)字表面模型(DSM)數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)組成圖如圖2所示。

通過(guò)多年的建設(shè)和積累，武漢市基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)庫(kù)已覆蓋到全市域范圍，其中中心城區(qū)各項(xiàng)基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)基本實(shí)現(xiàn)年度全面更新;數(shù)據(jù)內(nèi)容，從地上拓展到地下、從二維空間發(fā)展到三維空間、從地形圖擴(kuò)展到航空影像、從歷史數(shù)據(jù)延續(xù)到現(xiàn)狀數(shù)據(jù)，記錄了近十年武漢的發(fā)展演變歷程。

具有連續(xù)性強(qiáng)、翔實(shí)準(zhǔn)確等特點(diǎn)的基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)庫(kù)是開(kāi)展《藍(lán)皮書(shū)》統(tǒng)計(jì)分析工作的重要信息來(lái)源，而基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)庫(kù)中對(duì)空間位置、屬性信息的高精度、高要求也是對(duì)《藍(lán)皮書(shū)》成果的準(zhǔn)確性和權(quán)威性的重要支撐。以基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)庫(kù)中已有的信息資源為基礎(chǔ)，可以直接進(jìn)行一些重要地理信息的挖掘、集成融合和統(tǒng)計(jì)分析工作，比如城區(qū)高層建筑數(shù)量和分布密度、高架/立交/市政道路/高速公路的數(shù)量和長(zhǎng)度、水域/山體總數(shù)量和面積以及江河流徑等。同時(shí)，數(shù)據(jù)庫(kù)中長(zhǎng)期積累的地理信息歷史數(shù)據(jù)，也是《藍(lán)皮書(shū)》監(jiān)測(cè)和分析城市地理演變的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

圖2 武漢市基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)容

(2)根據(jù)需求增加基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集、建庫(kù)標(biāo)準(zhǔn)

自“十一五”以來(lái)，武漢市基礎(chǔ)測(cè)繪已形成了定期航空攝影、快速信息采集、常規(guī)測(cè)繪資料整合等多種途徑的綜合性更新方法，對(duì)重大工程項(xiàng)目、市政建設(shè)項(xiàng)目主動(dòng)跟蹤，保持對(duì)自然地貌變化的長(zhǎng)期關(guān)注(如河塘湖泊等的形態(tài)變化、山體資源保護(hù)、用地性質(zhì)轉(zhuǎn)變、地質(zhì)沉降等短時(shí)間內(nèi)不顯著的變化)，與城市規(guī)劃、建設(shè)、管理等相關(guān)部門(mén)之間建立了有效的信息交流渠道，實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)測(cè)繪成果“市域范圍周期更新、熱點(diǎn)區(qū)域動(dòng)態(tài)更新、重大工程實(shí)時(shí)更新”，確保了各種比例尺數(shù)字地形圖的現(xiàn)勢(shì)性。

地理信息藍(lán)皮書(shū)的編研目標(biāo)，是形成一本對(duì)整個(gè)武漢市城市地理信息和資源進(jìn)行挖掘、融合、統(tǒng)計(jì)、分析的工具書(shū)，傳統(tǒng)的測(cè)繪勘察內(nèi)容不能完全滿足藍(lán)皮書(shū)的數(shù)據(jù)需要。因此，在新的應(yīng)用需求下，必然要根據(jù)實(shí)際情況及時(shí)的對(duì)基礎(chǔ)測(cè)繪常規(guī)數(shù)據(jù)采集內(nèi)容、建庫(kù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行調(diào)整，增加基礎(chǔ)信息采集內(nèi)容、制定相應(yīng)建庫(kù)標(biāo)準(zhǔn)，充分體現(xiàn)藍(lán)皮書(shū)數(shù)據(jù)在獲取和服務(wù)上的專(zhuān)業(yè)化優(yōu)勢(shì)。

(3)充分利用GIS技術(shù)和統(tǒng)計(jì)信息空間可視化技術(shù)

GIS是一種特定的十分重要的空間信息系統(tǒng)。它是在計(jì)算機(jī)硬、軟件系統(tǒng)支持下，對(duì)整個(gè)或部分地球表層(包括大氣層)空間中的有關(guān)地理分布數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、存儲(chǔ)、管理、運(yùn)算、分析、顯示和描述的技術(shù)系統(tǒng)。它處理、管理的對(duì)象是多種地理空間實(shí)體數(shù)據(jù)及其關(guān)系，包括空間定位數(shù)據(jù)、圖形數(shù)據(jù)、遙感圖像數(shù)據(jù)、屬性數(shù)據(jù)等，用于分析和處理在一定地理區(qū)域內(nèi)分布的各種現(xiàn)象和過(guò)程，解決復(fù)雜的規(guī)劃、決策和管理問(wèn)題［4，5］。

統(tǒng)計(jì)信息空間可視化技術(shù)，指將傳統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)信息基于地圖圖形表達(dá)，表現(xiàn)出不同時(shí)空狀況下對(duì)象的數(shù)量特征、變化規(guī)律等，并通過(guò)對(duì)對(duì)象的分布狀況分析，為圖形思考、數(shù)據(jù)挖掘、規(guī)律發(fā)現(xiàn)等提供便利。統(tǒng)計(jì)信息空間可視化，既是一種統(tǒng)計(jì)信息的空間表達(dá)方式，又是一種空間分析的方法。

《藍(lán)皮書(shū)》的空間統(tǒng)計(jì)分析正是應(yīng)用了地理信息特有的信息集成、空間分析處理能力，把地理信息技術(shù)與地理信息進(jìn)行了集成，充分利用各種現(xiàn)代GIS技術(shù)和統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)空間可視化技術(shù)，綜合各時(shí)期已有測(cè)繪成果檔案，對(duì)各類(lèi)監(jiān)測(cè)要素進(jìn)行動(dòng)態(tài)和定量化、空間化的監(jiān)測(cè)，并統(tǒng)計(jì)分析其變化量、變化頻率、分布特征等，得到反映各類(lèi)監(jiān)測(cè)要素的空間分布及其發(fā)展變化規(guī)律的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和統(tǒng)計(jì)圖形。

4 關(guān)于《藍(lán)皮書(shū)》和地理市情監(jiān)測(cè)工作進(jìn)一步結(jié)合的思考

4.1 不同標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)致的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)不一致

《藍(lán)皮書(shū)》采用的地理實(shí)體描述和量測(cè)大多采用GIS測(cè)繪規(guī)范中的現(xiàn)有設(shè)定，往往同有關(guān)專(zhuān)業(yè)部門(mén)對(duì)相關(guān)地理實(shí)體的描述和量測(cè)方法不一致，導(dǎo)致監(jiān)測(cè)統(tǒng)計(jì)結(jié)果的差異。比如水域面積，《藍(lán)皮書(shū)》計(jì)算水域面積依靠的是從每年航空攝影數(shù)據(jù)中獲取的水域水涯線，而水涯線與航空攝影當(dāng)時(shí)的季節(jié)有很大關(guān)系，而水利部門(mén)則是以常水位或是最高水位來(lái)表示水涯線。如此一來(lái)，兩個(gè)口徑統(tǒng)計(jì)結(jié)構(gòu)難免存在差異。

下一步《藍(lán)皮書(shū)》工作向地理市情監(jiān)測(cè)工作轉(zhuǎn)化，必須解決不同標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)致的監(jiān)測(cè)統(tǒng)計(jì)結(jié)果不一致的問(wèn)題。這需要會(huì)商相關(guān)行業(yè)、部門(mén)，確定出一套完整的、統(tǒng)一的地理實(shí)體描述和監(jiān)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，從而得到公眾認(rèn)可、接受、唯一的監(jiān)測(cè)成果。

4.2 不斷完善基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集標(biāo)準(zhǔn)和內(nèi)容

空間定位準(zhǔn)確、內(nèi)容豐富、現(xiàn)勢(shì)性強(qiáng)的基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)是地理市情監(jiān)測(cè)工作的基礎(chǔ)，地理市情工作的開(kāi)展對(duì)基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)的獲取和更新提出了更高要求，因此必須進(jìn)一步加強(qiáng)基礎(chǔ)地理信息的獲取、更新和內(nèi)容完善工作。

今后《藍(lán)皮書(shū)》編研工作要以地理市情監(jiān)測(cè)的需求為向?qū)?，進(jìn)一步拓展基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的采集要素類(lèi)型，豐富信息內(nèi)容，規(guī)范采集標(biāo)準(zhǔn)，加強(qiáng)更新力度和頻率，以滿足地理市情監(jiān)測(cè)工作的需求。

4.3 深化分析，開(kāi)展趨勢(shì)預(yù)測(cè)模型研究

地理市情監(jiān)測(cè)除了監(jiān)測(cè)歷史和現(xiàn)狀地理市情的發(fā)展、演變工作外，還有分析、預(yù)測(cè)的內(nèi)容。即根據(jù)不同的需要，以統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，采用各種分析方法，對(duì)地理要素及其相關(guān)的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、文化現(xiàn)象進(jìn)行綜合的、動(dòng)態(tài)的描述、評(píng)價(jià)、預(yù)測(cè)而得到的信息。分析信息是地理市情與地理信息區(qū)別的主要因素［6］。

在過(guò)去幾年的《藍(lán)皮書(shū)》工作中，我們著重的是過(guò)去什么樣、現(xiàn)在什么樣，反映的是發(fā)展和演變的過(guò)程。下一步，我們需要加強(qiáng)分析研究，開(kāi)展演變趨勢(shì)模型分析，按照當(dāng)前的發(fā)展演變模式來(lái)預(yù)測(cè)未來(lái)將是什么樣。

5 結(jié)語(yǔ)

多年以來(lái)，《藍(lán)皮書(shū)》提供的多項(xiàng)城市地理信息監(jiān)測(cè)、統(tǒng)計(jì)成果和專(zhuān)題信息已為武漢市、區(qū)各級(jí)政府及相關(guān)部門(mén)所使用，成為日常工作的工具書(shū)。通過(guò)《藍(lán)皮書(shū)》監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和統(tǒng)計(jì)成果的支持，政府部門(mén)解決了一些長(zhǎng)期以來(lái)存在爭(zhēng)議、懸而未決的重要地理要素劃分和地理市情信息，比如武漢市地理四至數(shù)據(jù)、江南三區(qū)插花地調(diào)整等，提高了規(guī)劃決策的科學(xué)性，節(jié)省了工作時(shí)間，在政府部門(mén)中和社會(huì)上引起了較好的反響。

但是不可否認(rèn)的是《武漢市地理信息藍(lán)皮書(shū)》距離《武漢市地理市情監(jiān)測(cè)統(tǒng)計(jì)報(bào)告》還有段距離，地理要素統(tǒng)計(jì)體系和統(tǒng)計(jì)方法還有待繼續(xù)研究和完善，對(duì)于地理市情的預(yù)測(cè)分析還未進(jìn)行深化研究。這些都需要我們?cè)谖磥?lái)的工作中不斷創(chuàng)新、大膽探索、小心實(shí)踐，也需要相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)部門(mén)的大力支持，為地理市情監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的建立提供重要的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、政策支撐。

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