遙感與GIS技術在地理國情監(jiān)測中的應用與研究
——以天津市為例

王樹文，劉俊衛(wèi)

(天津市測繪院，天津300381)

遙感與GIS技術在地理國情監(jiān)測中的應用與研究
——以天津市為例

王樹文，劉俊衛(wèi)

(天津市測繪院，天津300381)

探討在地理國(市)情監(jiān)測中如何運用遙感和GIS技術對城市地理市情進行監(jiān)測，論述如何以RS、GIS和數(shù)據(jù)庫技術為支撐，獲取不同時期的城市地理信息，對城市地理市情實施監(jiān)測，分析和評估城市地理市情的變化情況，并通過幾個地理市情監(jiān)測案例探討如何為各級政府提供及時、準確、有效和權威的城市地理市情信息，以及如何為社會和公眾提供必要的信息服務。

地理國(市)情;遙感;地理信息系統(tǒng);監(jiān)測

一、引 言

地理國情，是指包括國土疆域面積、地理區(qū)域劃分、地形地貌特征、道路交通網(wǎng)絡、江河湖海分布、土地利用與土地覆蓋、城市布局和城鎮(zhèn)化擴張、生產(chǎn)力空間布局、災害分布等在內(nèi)的自然和人文地理要素在宏觀層面的綜合表達，是基本國情的重要組成部分。

地理國(市)情監(jiān)測，就是要充分利用先進的測繪技術優(yōu)勢和資源優(yōu)勢，對地理國(市)情進行動態(tài)的信息化測繪、統(tǒng)計和分析研究，及時為各級政府、企業(yè)和社會公眾等提供地理國情信息服務，以提高科學決策、科學發(fā)展的水平和能力。它屬于國家基礎測繪地理信息工作的重要組成部分，是對基礎測繪工作向測繪地理信息化的深化和外延的拓展。

天津市作為與國家測繪地理信息局簽署地理國(市)情監(jiān)測合作協(xié)議的城市，2011年完成了全市域的地理市情監(jiān)測初期任務，其后期最終目標是要實現(xiàn)全市基礎地理國(市)情信息的共享、集成和高效利用，為全市信息化建設及政府決策提供地理信息支撐。

二、地理國(市)情監(jiān)測任務的理念特性

天津市作為一個特大型城市，地理國(市)情監(jiān)測具有自己濃厚的城市特色，監(jiān)測的目的和成果也符合特大城市的需求。總體來說，天津地理國(市)情監(jiān)測有如下特性。

1)地理國(市)情監(jiān)測中監(jiān)測任務是動態(tài)變化的，它包含了3方面的意思:一是監(jiān)測的地理國(市)情是隨時發(fā)生變化的，指地理國(市)情的內(nèi)容是不斷變化的，沒有一成不變的地理國(市)情;二是監(jiān)測工作必須隨著地理國(市)情的變化而進行;三是監(jiān)測重點及地理國(市)情信息范圍和程度是變化的。

2)地理國(市)情監(jiān)測中監(jiān)測手段的適應性，監(jiān)測地理國情就是對特定情況下地理信息及時準確的采集和提供。監(jiān)測手段必須與承擔的任務相適應，監(jiān)測的速度和成效是與投入的人力、物力成正比的。根據(jù)監(jiān)測任務特點，建立了不同層面分級符合自身情況的地理國情監(jiān)測的設備和人才隊伍。

3)地理國(市)情監(jiān)測要有統(tǒng)一性，監(jiān)測地理國(市)情是通過對現(xiàn)勢的和過去的地理國(市)信息的分析和歸納，判斷各類自然和人文地理國(市)信息變化的程度，客觀評估利弊，充分揭示經(jīng)濟社會發(fā)展和自然資源環(huán)境的空間分布規(guī)律，為各級政府決策提供可靠依據(jù)。因此，要建立由政府主導、集中社會力量共同監(jiān)測地理國情的有效機制。

4)城市地理國(市)情監(jiān)測有著各自的特點。在監(jiān)測中會著重關注自身城市的地理信息，如城市用地、居民區(qū)的分布、開發(fā)區(qū)分布、港口的填海造陸、化工廠與燃氣罐及垃圾處理廠等危險源分布、城市綠化率、城市道路和交通分布狀況等，這些都是城市關心的地理市情信息。

三、遙感與GIS技術對地理國(市)情監(jiān)測的技術支撐

地理國(市)情監(jiān)測的開展需要及時、快速和準確地獲取基礎地理信息，遙感技術(RS)能快速、動態(tài)、準確提供地球表層的地理信息［1］，為人們提供高時間分辨率和空間分辨率的遙感數(shù)據(jù)，滿足城市地理國(市)情監(jiān)測和督察的時效性，能夠支撐地理國(市)情監(jiān)測所需的基礎的地理信息。而地理信息系統(tǒng)(GIS)為空間數(shù)據(jù)組織、管理、分析與可視化提供了強大的工具，適合用來管理城市基礎地理信息數(shù)據(jù)，并具有強大的制圖功能［2］，如圖1所示。

圖1 城市地理國(市)情監(jiān)測的系統(tǒng)結(jié)構圖

例如，近年來，隨著天津市持續(xù)快速的發(fā)展，城市快速擴張使得城市各種功能設施急速擴大和變化，城市基礎設施、土地利用及城市用地結(jié)構等各種地理國(市)情信息發(fā)生明顯變化。針對海邊港口城市的特點，及時、準確地掌握城市地理市情信息資源的數(shù)量、質(zhì)量、分布及其變化趨勢，直接關系到國民經(jīng)濟的持續(xù)發(fā)展與規(guī)劃［3－4］。

RS和GIS技術一直在完善和服務天津市城市規(guī)劃用地建設執(zhí)法檢查和城市土地利用規(guī)模監(jiān)測、城市園林綠化統(tǒng)計、水系和濕地分布及變化情況監(jiān)測、海岸線變化監(jiān)測等方面的督察工作及城市地理信息數(shù)據(jù)的規(guī)劃、管理、保護和利用上起著重要的作用［5－6］。如2011年天津市地理市情監(jiān)測中遙感與GIS在督察城市建設用地規(guī)劃與土地利用方面的主要作用是:①為國土資源管理提供現(xiàn)時基礎資料;②檢查土地利用總體規(guī)劃執(zhí)行情況;③復核土地變更調(diào)查數(shù)據(jù);④為土地執(zhí)法檢查提供服務。

城市地理國(市)情動態(tài)監(jiān)測管理是以3S技術一體化為基礎，運用專業(yè)遙感技術，對地理對象的影像特征進行采樣和分析，快速獲取其空間特征，結(jié)合GIS分析，利用分析解譯結(jié)果與城市各種行業(yè)的規(guī)劃編制、規(guī)劃審批成果之間的比對分析，掌握城市建設中與規(guī)劃不符的情況，并通過核查上報、統(tǒng)計分析等手段，為城市各種規(guī)劃管理、城市建設監(jiān)察提供服務［7－8］，如圖2、圖3所示。

圖2 遙感技術動態(tài)監(jiān)測管理的技術流程

圖3 遙感與GIS監(jiān)管地理市情信息技術構架——分系統(tǒng)框架示意圖

四、遙感與GIS技術在地理國(市)情監(jiān)測中的應用案例

1.2009 —2011年遙感監(jiān)測城市用地現(xiàn)狀變化分析

通過不同時期的衛(wèi)星影像與對應區(qū)域城市用地規(guī)劃的對比，可以找出違法用地的位置。本文以天津市津南區(qū)城市建設用地變化進行監(jiān)測，如圖4、圖5所示。

圖4 2009年耕地(a)到2011年變成違法房屋(b)

圖5 2009年耕地(a)到2011年變成違法建筑(b)

依據(jù)《天津市城市用地分類標準》對天津市津南區(qū)2009年和2011年的城市用地現(xiàn)狀進行監(jiān)測，如圖6、圖7所示，整體分析E6(村鎮(zhèn)建設用地)面積變化最大，減少約4.35 km2，而R1(一類居住用地)面積則增加最多，約3.2 km2。

圖6 2009年用地現(xiàn)狀分類分布圖

圖7 2011年用地現(xiàn)狀分類分布圖

通過數(shù)據(jù)的分析比對，進一步統(tǒng)計津南區(qū)公共設施用地大類中各中類用地的面積變化情況，如圖8所示。C6(教育科研用地)面積明顯增加，約3.03 km2，C2(商業(yè)金融用地)面積也有所增加，約0.43 km2，其他地類面積沒有較明顯的變化。

圖8 津南區(qū)公共設施用地面積年度對比統(tǒng)計

2.以2009年為參照，2010年遙感監(jiān)測土地利用現(xiàn)狀變化分析

土地利用動態(tài)監(jiān)測的主要內(nèi)容有:土地資源狀況、土地利用狀況、土地權屬狀況、土地條件狀況、土地質(zhì)量和等級狀況等。土地利用動態(tài)監(jiān)測的主要方式是土地利用變更調(diào)查和遙感動態(tài)監(jiān)測方法［9］，遙感動態(tài)監(jiān)測方法的結(jié)果如表1所示。

表1 2010年全年土地利用現(xiàn)狀凈增減總表 km2

由表1可知，2010年全年，天津市變化量較大的地類是耕地、水域及水利設施用地、城鎮(zhèn)村及工礦用地和交通運輸用地。為了更好地分析天津市2010年全年遙感監(jiān)測土地流向情況，筆者制作了2010年全年遙感監(jiān)測土地流向分析表，具體情況如表2所示。

表2 2010年全年遙感與GIS結(jié)合監(jiān)測土地流向分析表 km2

由表2可知，2010年全年天津市土地變化具體情況:耕地凈減少最多，其次是水域及水利設施用地減少。這兩項主要流向是變更為城鎮(zhèn)村及工礦用地、交通運輸用地，部分變更為耕地的屬于農(nóng)業(yè)結(jié)構調(diào)整。

以上變化的主要原因是城市建設發(fā)展的需要，根據(jù)規(guī)劃征轉(zhuǎn)審批新增建設用地、城鎮(zhèn)建設用地掛鉤試點、國家重點工程占用了大量耕地和水域及水利設施用地，另外部分違法用地也占用了少量耕地和水域及水利設施用地，從而造成耕地和水域及水利設施用地總量的減少，以及城鎮(zhèn)村及工礦用地和交通運輸用地的增加。

五、結(jié)束語

地理國(市)情監(jiān)測是國家賦予測繪信息化工作的新職責、新任務和新要求，地理國(市)情監(jiān)測成果使政府和公眾能準確地掌握地理國情、國力，也是管理者作出重大決策的重要依據(jù)。綜合運用遙感與GIS技術手段進行地理國(市)情監(jiān)測是當今測繪信息化正在進入一個變革時代的需求，即以地理國(市)情監(jiān)測為核心的測繪信息化向知識化變化，也是全社會對3S行業(yè)提高服務能力和服務水平的必然要求。因此，對地理國(市)情監(jiān)測提出如下建議:

1)地理國(市)情監(jiān)測應重點為各級政府綜合規(guī)劃、決策、監(jiān)督等服務，提供客觀、公正和準確的參考信息和數(shù)據(jù)。

2)地理國(市)情監(jiān)測應根據(jù)國家重大工程、重大戰(zhàn)略和宏觀管理等需要開展監(jiān)測，作出示范向?qū)?與相關業(yè)務主管部門的管理和監(jiān)測內(nèi)容互為補充，完善監(jiān)測體制;以長遠發(fā)展的戰(zhàn)略加強裝備與人才建設。

3)統(tǒng)一地理國(市)情監(jiān)測標準，地理信息標準化是地理信息廣泛應用的前提和基礎，地理國情信息更要以標準化為前提，充分保障地理國情信息的權威性、準確性、可比性和適用性。因此，要和相關部門合作加快研究制定最大限度符合多部門需求的地理國情監(jiān)測的技術標準、基準和統(tǒng)計指標體系，為全面推進地理國情監(jiān)測工作提供標準保障。

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Application and Research of Geographical Conditions Monitoring Based on Remote Sensing and GIS——Taking Tianjin as a Case Study

WANG Shuwen，LIU Junwei

0494－0911(2012)08－0051－04

P237

B

2012－04－05

王樹文(1979—)，男，天津人，碩士，高級工程師，主要從事攝影測量與遙感、地理信息系統(tǒng)的研究工作。