地理國情監測框架的探索與實踐
——以城鎮建設進程監測系統為例

孫良俊

(北京三正科技有限公司，北京100081)

地理國情監測框架的探索與實踐
——以城鎮建設進程監測系統為例

孫良俊

(北京三正科技有限公司，北京100081)

介紹地理國情監測的科學含義，從框架結構上探討地理國情監測的工作內容和工作流程。與傳統的測繪工作相比，地理國情監測的研究工作更注重于綜合分析，成果直接服務于科學決策。以城鎮建設進程監測系統應用平臺為例，利用城鎮人口數量和用地面積為主評價指標分析城鎮化的進程，通過數據分析尋找出城鎮發展的規律，認為地理國情監測對于城鎮規劃建設管理有著重要意義。

地理國情監測;框架;城鎮建設;監測系統

一、引 言

地理指的是地表的自然環境和與之有關的人文因素的總和。國情是一個國家在某個時期的基本情況和特點，包括它的地理、歷史、政治、經濟、文化、教育等多方面內容。其中，地理環境是國家民族賴以生存和發展的必要條件，對生產力的發展和經濟建設有著重要意義，因此地理國情是國情的有機組成部分。

地理國情從地理的角度對國情進行全方位的分析和描述，既包括了自然環境等方面的物質基礎，也包括與地理相關的產業經濟和社會文化等方面的內容，它能夠反映國家的自然資源狀況和人類生存環境的各種地理要素。

地理國情監測已被確定為未來20年我國測繪工作的重點之一，其相關內容在國外已有所開展［1］。地理國情監測是綜合利用現代測繪地理信息技術，對地形地貌、地表覆蓋等要素進行動態、定量的監測，反映自然資源、生態環境和經濟要素的空間分布及變化規律，從地理空間的角度客觀、綜合展示國情國力。

國家地理信息公共服務平臺包括天地圖(公眾版)、數字城市(政務版)、地理國情監測(涉密版)，三者相互緊密聯系，互通有無。如在某個已搭建地理空間框架，且“數字城市”建設較為完善的區域，地理國情監測的實施工作就可以按照統一技術標準規劃和建設，充分利用信息和數據。

二、地理國情監測體系的框架

地理國情監測的研究對象可以歸納成兩類:自然要素和人文要素。自然要素包括了與自然有關的資源、生態、環境等內容;人文要素描述的是經濟和社會現象，以及人類活動對自然的影響。通過基礎測繪和對地觀測手段可以直接觀測到自然要素的信息，而人文要素信息的獲取手段并不十分直觀。然而，人文要素和自然要素之間有非常緊密的聯系，可以通過監測自然要素，輔以其他參考數據，進而估計人文要素信息。本文將地理國情監測對象設計成以下幾個方面:地形地貌與土地資源、城鎮居民地與交通狀況、植被與生態環境、礦產資源調查與開發、水資源與水利設施，如圖1所示。

地理國情信息的獲取需要整合及分析現有基礎測繪資料、遙感數據和相關部門的數據，按照地理國情普查內容與指標，開展地理國情信息普查。

建設中的基礎地理信息本底庫是一個大型的數據倉庫，包含地理實體庫、地表覆蓋庫、遙感影像庫和地表形態庫，除此之外還有特征專題庫等其他數據源(如圖2所示)。依據統一的規范和標準，將新中國成立以來積累的地理信息成果，航空和航天等遙感資料都整合進本底庫中;按固定周期動態更新數據，關鍵區域的重要數據需要提高更新頻率;全國覆蓋數據源的分辨率一般要優于2.5 m，城市和經濟活動活躍地區應不低于1 m［2］。

圖1 地理國情監測體系的框架(流程)

圖2 地理國情數據本地數據庫的構成

數據預處理主要包括坐標投影系統統一、紙質地圖矢量化、遙感數據預處理等。由于歷史原因存在多套坐標系統及大量的紙質成果，需要作適當的處理。對于地理國情監測的工作而言，遙感數據的預處理主要有幾何校正、數據融合、圖像鑲嵌等。

數學分析的方法與GIS技術相結合，能夠拓寬其應用領域，充分發揮它在現代地理學研究中的作用。地理國情監測的分析系統需要運用數學方法為其建立空間分析模型?？臻g數據挖掘技術，特別是空間數據理解、空間和非空間數據關系發現、空間知識庫構造，在GIS和遙感等空間數據的應用系統中具有廣闊的應用前景［3］。云計算是一種基于互聯網的超級計算模式，它提高了資源利用效率、空間數據的安全性，降低了網絡的負擔。

空間數據挖掘是一種地理分析技術，而云計算屬于IT技術范疇。數學方法是空間數據挖掘的理論基礎，空間數據挖掘技術會用到一種或多種數學方法，而云計算可以將空間數據挖掘的過程在大型服務上加以實現。地理國情監測的系統性和復雜性的特點決定了空間數據挖掘技術和云計算技術將會成為有效的技術支撐。

現代地理信息技術飛速發展，單一地理信息應用服務的思路會阻礙地理國情監測的發展。深入剖析地理國情監測的問題和需求，明確地理信息要素綜合集成與發布系統的特點:大規模的集成服務平臺、組件化的信息處理方式、集成創新性的應用模式、知識化的可視化系統。

三、以城鎮建設進程監測系統為例

城市化是世界經濟發展的趨勢，建制鎮的發展是中國城鎮化發展的前奏。本文以城鎮建設進程監測系統為例，介紹地理國情監測的工作框架和內容［4］。首先利用收集的數據建立基礎數據集、開發數學分析模型，然后以城鎮人口數量和用地面積為主要評價指標來分析城鎮化和社會經濟發展之間的關系。

使用的數據包括社會經濟數據、遙感數據和測繪數據，具體介紹如下:

根據各地方2008年的統計年鑒(除海南、云南、臺灣和西藏自治區)，得到了全國縣級經濟數據，包括生產總值、人口數量和財政收入。由于部分地區的統計指標不一致，需要進行換算。

利用單期2008年的TM5影像數據識別城鎮居民地的范圍。遙感數據的預處理用到了ERDAS IMAGINE軟件的ACTOR模塊作大氣校正;用同態濾波算法去除薄云，增強地表信息。

在研究過程中，為了便于分析城鎮的空間分布，以及城鎮與空間要素的空間關系，專門收集了城鎮行政區劃范圍，公路、鐵路網、港口和機場等交通樞紐的坐標等空間測繪數據，經過數據補錄、格式轉換、配準后，使用三正地理空間數據管理平臺進行了數據采集，完成空間數據建庫建設。

數據分析功能有4個模塊，分別是特征提取模塊、聚類分析模塊、空間分析模塊和分組統計模塊。

1)特征提取模塊:在遙感影像上，居民地具有光譜、形狀和紋理的特征?？紤]到TM影像數據的特點，本文只考慮了光譜特征［5］，并基于測繪資料獲取城鎮空間的點位置，同時借助目視解譯的方法提取城鎮居民用地的邊界，制作成矢量文件。

2)聚類分析模塊:分析時將GIS系統和SPSS軟件集成起來，即把GIS數據庫中的空間數據和屬性數據導入統計分析系統，計算完畢后，再把聚類結果返回到GIS數據庫中。

3)空間分析模塊:將人口數據與城鎮面積、交通網絡和交通設施等數據相疊加，作空間分析。發現城鎮居民地主要集中在省界沿線、絲綢之路的東段和中段的北道沿線，以及隴海鐵路沿線。從地理上看，超過90%的人口居住在黑河-騰沖線的東南部。

4)分組統計模塊:主要包括了人口聚類區域空間要素距離的統計，對大型建制鎮和非大型建制鎮以及各個經濟圈分別進行統計分析。圖3中，“含”表示含有暫住人口，“不含”表示不含有暫住人口?？梢钥闯觯笮徒ㄖ奇?大于10 000人)的人口密度比非大型建制鎮(不大于10 000人)的人口密度要普遍比較大，非大型建制鎮的人口密度由于暫住人口的加入明顯出現雙峰分布的特征。這種分布的變動態勢具有很強的社會含義，即市場經濟在我國城鎮人口分布中的作用，并形成逐漸擴大的“鴻溝”。

圖3 大型建制鎮與非大型建制鎮人口密度比較

通過數據分析還發現，建制鎮的面積和人口數量直接相關，其空間分布對人均財政收入的影響顯著、人口密度隨著人口的流動存在著明顯的差異性。大城市產業發展快，對周邊城鎮的經濟、社會和公共事業的發展具有重要影響，但輻射力范圍和強度不均。因此，地理國情監測對于城鎮規劃建設管理有著重要意義。

以上工作流程是在本文建議框架下完成的。以研究對象為基礎，有針對性地選擇數據、獲取數據，注重數據分析，結果能夠為決策服務。

四、結束語

測繪地理信息科技發展“十二五”提出了“構建數字中國、監測地理國情、發展壯大產業、建設測繪強國”的總體發展戰略，勾畫出了未來測繪行業發展的藍圖。地理國情監測工作即將全面展開，本文對于其框架體系和組織工作總結出以下兩點:

1)地理國情監測與傳統測繪工作有相同點，也有不同之處。測繪和地理國情監測的基本要素、技術手段、法律法規、職責定位、組織結構等沒有太大的改變，但是地理國情監測強調動態地發現變化、分析變化、報告變化，服務深入并細化，產品豐富多樣。必須認識到這樣的不同，才能在工作中有的放矢。

2)地理國情監測需要創新性的技術方法作支撐。地理國情監測系統具有綜合性和復雜性等宏觀特點，需要綜合多學科的技術手段進行知識的交叉，提出創新的、可行的數據挖掘算法，提升數據質量，加快成果到決策的轉化過程。

［1］ 喬朝飛.國外地理國情監測概況與啟示［J］.測繪通報，2011(11):81-83.

［2］ 劉若梅.地理國情監測項目實施初步設計［R］.西安:地理國情監測關鍵技術高級研修班，2012.

［3］ 鄔倫.地理信息系統:原理、方法和應用［M］.北京:北京大學出版社，2005.

［4］ 孫良俊.基于地理信息系統(GIS)的建制鎮區位研究［D］.成都:電子科技大學，2010.

［5］ 楊存建，周成虎.TM影像的居民地信息提取方法研究［J］.遙感學報，2000，4(2):146-150.

An Exploration and Practice for the Framework of National Geographic Conditions Monitoring——Taking the Urbanization Monitoring System as an Example

SUN Liangjun

0494-0911(2012)08-0062-03

P20

B

2012-06-20

孫良俊(1973—)，男，安徽霍邱人，高級工程師，碩士，主要從事智慧城市方面的研究工作。