地理國情普查和監測地圖產品體系研究

杜清運，翁 敏，任 福，亢孟軍，宋 鷹

（1.武漢大學 資源與環境科學學院，湖北 武漢 430000）

地理國情普查和監測地圖產品體系研究

杜清運1，翁 敏1，任 福1，亢孟軍1，宋 鷹1

（1.武漢大學 資源與環境科學學院，湖北 武漢 430000）

第一次全國地理國情普查工作已進入尾聲，大量地理國情數據迫切需要轉化為有效的地圖產品，從而更有效地服務于政府、企業和公眾。由于地圖產品體系的缺失，使得測繪單位在對地理國情數據的進一步生產中缺乏有效指導。針對當前地理國情普查服務形式單一、產品目標不明確的現狀，以地圖產品為主線，提出了一套地理國情普查與監測地圖產品體系，為地理國情數據的進一步加工提供了明確的指導。同時，為縮短從國情數據到地圖產品的生產時間，提出了地理國情地圖產品在線生產系統的邏輯框架，該系統已投入生產應用，取得了較好的效果。

地理國情數據；地圖產品體系；專題地圖生產；在線制圖系統；決策輔助

2012年3月，國務院印發了《關于開展第一次全國地理國情普查工作的通知》，決定于2013～2015年在全國范圍內開展第一次全國地理國情普查工作。目前，此項工作已接近尾聲，各類普查數據已陸續完成采集和入庫工作[1-2]。地理國情普查數據類別多，共有12 個大類，133個小類[3]；數據形式多樣，包括技術文檔、普查報告、DEM、影像、照片、矢量數據以及統計和分析成果等[4]；數據量大，以湖北省鐘祥市為例，提交的標準版數據達100 G，全國約有3 000個縣級行政單位，普查數據總量巨大。如何有效利用這些數據成果，真正實現地理國情普查服務于政府、企業和公眾的目標，成為當前迫切需要探討的問題。

作為國情的重要組成部分，地理國情主要指地表自然和人文地理要素的空間分布、特征及其相互關系[5-6]。地理國情普查是獲取地理國情數據的手段和采取的行動，通過普查獲取的是國土范圍內靜態的、現勢性的地理國情數據，而地理國情監測是在地理國情普查實施的基礎上，對地理國情進行的常態化的數據采集、存儲、分析和應對的措施[7-8]。第一次全國地理國情普查成果包括4種形式：文字報告、信息系統、圖件集成和數據集成果。

地理國情普查與監測的目的是服務于決策。決策過程是一種信息再生的過程，在收集數據的基礎上，運用相關知識分析數據、提取信息，針對任務目標產生求解問題的結論[9]。地理國情數據通過去偽存真、信息提取，借助分析手段形成知識成果，為決策結論的制定提供依據。圖1描述了地理國情普查4種成果的相互關系：普查數據是產生后續成果的基礎，借助于數理統計手段可產生數理統計知識；借助于空間分析手段可產生空間知識；數據、數理統計和空間分析手段的結合，以及基本空間數據的狀態描述，以可視化方式形成地圖產品，而地圖產品可提供既成的結論性知識和隱性的待發掘的知識，結合不同用戶的行業知識，通過知識的融合再生，形成新的結論知識，最終服務于決策結論的制定。文字報告反映了地理國情數據的基本狀態、經過初步分析得到的信息以及在此類信息基礎上未經確認的半知識，甚至包括部分決策結論。

圖1 地理國情普查成果服務于決策的流程

基于圖1可知，地圖產品集成了最為豐富的數理統計知識和空間分析知識，同時借助于可視化手段，能刺激用戶基于視覺發現知識的本能，促進即興知識、直覺知識和潛知識的產生[10-11]，給予用戶更大的知識創新機會，同時借助于用戶本身的行業知識積累，創造了衍生知識的環境，從而為決策結論的產生提供更為充足的知識依據。因此，地圖產品是地理國情普查最重要的產品形式，通過研究其地圖產品體系，確定產品的類型、形態及細節要點，能夠有效提高地理國情數據在社會經濟建設中的服務作用。

目前，國內對地理國情普查與監測地圖產品的體系研究較少，已有的研究多關注國情普查前期的任務規劃或普查實施期間的技術細節，缺乏對普查數據采集完成后的產品體系進行遠期規劃。國際上雖然有相似的普查工作，但往往局限于某個行業內部，在規模、體量、內容、形式和目標上與當前我國實施的地理國情普查工作差距較大，可借鑒的經驗亦相對較少。本文針對當前地理國情普查服務形式單一、產品目標不明確的現狀，以地圖產品為主線，提出了一套地理國情普查與監測地圖的產品體系，為地理國情數據進一步加工提供了明確的指導。

1 地理國情普查與監測地圖產品體系

地圖產品模式設計是多維度、多變量參與的過程，涉及數據加工深度、內容綜合程度、專題信息類別、產品應用廣度等多方面的內容。社會經濟的發展要求地圖產品從單一的結構形態向知識化、多元化和定制化方向發展。

地圖產品包含3個固有的屬性：地圖內容、產品類型和承載介質，可用三元組P=（C，T，M）表示，其中：

1）內容層次，三元組中的C，是指地圖產品所提供信息的抽象程度或信息粒度，體現產品的檔次和信息加工深度，分為數據層次、信息層次和知識層次。

2）產品類型，三元組中的T，是指從地圖生產者的角度看，用戶認可或習慣的產品使用方式，體現產品的使用范圍和用戶對象，是地理國情監測數據加工深度和應用廣度的反映，可分為基礎類和衍生類：基礎類產品是地理國情監測數據經初步加工后的初級產品，衍生產品是在基礎產品上進一步深加工后的高端產品，從基礎類產品到衍生類產品的劃分是一個數據加工深化的過程。

3）產品承載介質，三元組中的M，是指產品存在的媒介形式，包括傳統媒體、數字媒體和新媒體等。

用地圖產品三維屬性空間的采樣點Pi=（Ci，Ti，Mi）來表示一種地圖產品，如果該空間是連續的，那么地圖產品將是無限并連續的產品系列，從而產生多種地圖產品分類結果，如從用戶使用需求角度可分為政府類、社會類和公眾類等產品；從地理國情普查對象和監測內容視角可分為基礎類和專題類等產品；從地理國情普查和監測實施技術視角可分為現狀類、變更類、分析類等產品；從地理國情普查和監測成果載體視角，可分為傳統模擬類（如標準分幅地圖、掛圖、桌面參考圖、組圖、三維鳥瞰圖、影像地圖和地圖集等）和新型數字類（如桌面、網絡和移動終端）等產品[12]。

實際應用中并不需要種類如此繁多的連續產品體系，目前的技術也無法支撐如此龐大體系的產品生產。因此，可以將產品的3個屬性離散化，用立方體來表達產品體系，如圖2所示。在該產品屬性立方體中，最完美的設計是3個維度交織而成的18個屬性塊（內容3×類型2×媒介3），并且尤以圖中灰色區域的4 個屬性塊最受關注。因此，地理國情普查和監測地圖產品以數字形式為媒介，突出其信息內容的特質，在產品維度上，可分為基礎類地圖產品和衍生類地圖產品兩類。

圖2 地圖產品三維屬性空間

基礎類地圖產品是地理國情監測數據經初步加工的初級產品，可分為綜合類地圖產品和主題類地圖產品。衍生類地圖產品是在基礎類產品上進一步深加工后的高端產品，可分為統計類地圖產品和分析類地圖產品，地圖產品的具體要素如圖3所示。從基礎類地圖產品到衍生類地圖產品是地理國情數據不斷加工深化的過程。

1.1 綜合類地圖產品

綜合類地圖產品是以全要素綜合表達統計區域內國情原始指標要素為目標，綜合反映區域國（省、市）情要素分布及態勢現狀，是產品內容綜合程度較高的地圖產品。

1.1.1 內容特征

綜合類地圖產品重點表現基礎地理要素及地表覆蓋內容的地理位置、分布范圍、分布規律、密度差異等空間分布特征；地表的地形、地勢特征及地貌形態；要素之間的關系，以及地理要素的名稱、分類、分級、管理歸屬等屬性信息。

圖3 地理國情普查與監測地圖產品體系分類

綜合類地圖產品可分為3個基本圖種，如表1所示，主要是在地表覆蓋類型和基礎地理要素的基礎上，結合不同的地表形態表示形式，包括地勢圖、地貌暈渲圖和遙感影像圖，形成的具體的綜合類地圖產品。涉及地理國情普查幾乎所有的數據類別，包括地表覆蓋類型、居民地、境界、行政區域、道路及附屬設施、水系和地貌。

該類地圖產品主要表達普查區域地表自然和人文要素的3個層次的信息內容，包括總體空間分布特征、關鍵屬性特征和與其他要素的空間關系。其中空間分布特征根據要素類別的幾何形態差異而不同；屬性特征主要反映要素的質量差別，包括要素的本質和結構組成等信息，綜合類地圖產品主要表達其區別其他類別要素的質量特征，在主題類地圖產品中可根據主題意向選擇其他屬性進行制圖表達；空間關系特征包括同類別要素的關系和與其他類別要素的關系，綜合類地圖產品直觀反映該空間關系，不進行深入的數據加工。

綜合類地圖產品根據制圖區域的不同可分為國家級、省級、地市級和縣區級4種。由于地理國情普查提交的成果主要以縣區為單位，因此要生成高級別行政區域的綜合類地圖產品需要對低級別行政區域普查數據進行整合，并在制圖時進行地圖綜合，以反映地表覆蓋的總體特征。

1.1.2 制圖表達

制圖表達是綜合類地圖內容表達的核心部分，該部分內容包括：制圖綜合方向和重點、制圖綜合原則、圖型組合模式、表示方法組合模式、指標表達模式、符號設計模式及色彩表達模式。其中：

1）制圖綜合方面，需較完整地表達地表覆蓋類型，遵循制圖綜合的基本原則，以地理要素表達的精確性和全面性為主要目的，圖型概括的操作基本不做（僅在圖形出現小于0.5 mm2的彎曲或凸凹拐角時，可適當進行圖型概括的操作）。各類要素的詳細程度相對平衡，正確處理要素之間的壓蓋關系，必要時進行移位處理。統一協調的內容取舍和概括原則，同類地物在不同比例尺的圖幅上應保持相應的密度對比和輪廓形狀。制圖綜合中采用統一的圖形最小尺寸，最小線段長度為5.0 mm，最小斑塊面積為0.5 mm2，舍去小于規定尺寸的圖形，保持地理要素圖形的基本特征、類型特征和制圖對象的結構對比。

表1 綜合類地圖產品指標、信息及表達方法

2）表示方法方面，主要利用定點符號法、線狀符號法、范圍法、質底法、暈渲法、遙感影像法和分層設色法，來表達地理國情普查指標的定性和定量內容。

1.2 主題類地圖產品

主題類地圖產品是以單要素或相關多要素表達統計區域內國情原始指標要素為目標，重點突出表現一種或數種自然要素或社會經濟現象或反映區域國（省、市）情某項或某幾項分類要素分布及態勢現狀的地圖產品。

1.2.1 內容特征

主題類地圖產品是以地理國情監測要素中的單要素或相關多要素為表達目標，反映與社會生活密切相關、具有較為穩定的空間范圍或邊界、具有或可以明確標識、有獨立監測和統計分析意義的重要地物及其屬性。重點顯示耕地、園地、林地與草地、荒漠與裸露地表、水系要素、地形分區、地貌區劃、地貌、道路及交通設施、自然/文化遺產、風景名勝、濕地保護區、城鎮建筑類型、工礦企業分布、城鎮休閑娛樂場所等專題要素的地理位置、分布范圍、密度差異、分布規律等空間分布特征，地理要素的名稱、分類、分級、管理歸屬等屬性信息以及要素之間的關系。由主圖、附圖、文字、圖表、圖片等構成，各圖幅可根據地理要素的復雜程度選擇行政區劃平面或地貌暈渲為背景。

主題類地圖產品關注專題信息，是綜合類地圖產品在要素子集上的實例化，反映的信息內容是表達主題的空間分布特征、關鍵屬性特征和與其他要素的空間關系，如表2所示。

1.2.2 制圖表達

制圖表達是主題類地圖產品的特色部分，其中：

1）制圖綜合方面，遵循制圖綜合的基本原則，以專題要素的選取和分類、分級的歸并操作為主；圖形概括方面重點關注相鄰的同類圖斑的合并問題，同時注意概括制圖物體的細部特征。其他綜合原則可參照綜合類地圖產品的設計原則。

表2 主題類地圖產品指標、信息及表達方法

2）表達方法方面，可采用定點符號法、線狀符號法、范圍法、質底法、等值線法、定位圖表法、點數法、運動線法、分級統計圖法、分區統計圖表法、暈渲法、分層設色法和遙感影像法來表達地理國情專題的定量和定性信息[13-15]。

1.3 統計類地圖產品

統計類地圖產品是通過對地理國情指標要素的一次統計分析，以地理國情普查基本統計、綜合統計成果和其他相關資料為主要數據源，利用專題制圖表達方法制作的統計專題圖[10]。

1.3.1 內容特征

統計類地圖產品是按照地圖主題要求，表示不同制圖單元的某一種或幾種與主題相關的自然要素和人文要素，將隱藏于統計數據中的信息以地圖的形式展示。統計類地圖產品主要從資源、生態、經濟、社會等方面，反映地理國情信息的空間分布、空間結構、地域差異，客觀準確地揭示其空間分布、組合規律及相互聯系[16]。

根據地理國情普查基本統計結果，統計類地圖產品的主要指標可以從數量、長度、面積、格局和變化等方面歸納如表3所示。

表3 統計類地圖產品專題制圖指標

1.3.2 專題符號表達

統計類地圖產品的表達方法以常規的專題圖表示方法為主，包括定點符號法、線狀符號法、范圍法、分區統計圖表法、分級統計圖法等，同時又可對這些方法進行引申、拓展、綜合運用，有所創新，歸納為以下幾種：面積法疊加分析、八方向圖法、時間系列圖法、影像對比分析法等。

1.4 分析類地圖產品

分析類地圖產品是通過對地理國情指標要素的深度分析，以及將指標數據與其他社會經濟數據進行融合分析的基礎上，形成的各類分析結果的空間分布、聚集與態勢特征，進而整理得到的地圖產品。

分析類地圖產品的信息主要來自于地理國情分析數據成果，以及與其他社會經濟等要素融合所產生的結果。根據監測實施技術視角的不同，分析類地圖產品可分為變化監測型地圖產品、趨勢預測型地圖產品、相關分析型地圖產品及現狀評價型地圖產品，這些類型產品主要面向專業部門及國家決策部門等層面。其中：

1）變化監測型地圖產品，以單個、多個地理國情指標或綜合指標為監測對象，對同一區域不同年份同/多時相下該指標的監測，通過對監測數據進行分析加工得到，突出了區域的變化性和多時相性。

2）趨勢預測型地圖產品，以單個、多個監測指標或由監測結果得出的綜合指標為監測對象，通過對不同時相下該指標的對比分析，結合地理知識對該指標的未來變化趨勢進行預測得到。

3）相關性分析型地圖產品，對兩個或多個具備相關性的監測指標進行分析，從而衡量兩個監測指標的相關密切程度，并以其分析結果為基礎制作的地圖產品。突出了表達區域的多指標性、相關性、空間分布特征、變化性和時序性。

4）現狀評價型地圖產品，指對單個或多個監測指標，通過制定一系列的標準，對指標本身的價值、優劣或該指標對社會、經濟、資源、環境等因素的影響程度進行相應的評價和估量，并由此產生的地圖產品。

2 地圖產品示例及快速發布

圖4～7展現了青海省佛坪縣綜合類、主題類、統計類和分析類地圖產品的示例。其中圖4a以全要素覆蓋作為底圖，4b以地貌暈渲圖作為底圖，4c以灰度暈渲圖作為底圖。圖5主要表示構筑物類別中水工設施主題。圖6是對水工設施類別進行綜合統計的指標展示。圖7是對湖北省荊門市東寶區基礎教育設施覆蓋度的表達，通過對模型處理后結果的地圖表達，明顯反映出該區域基礎教育設施覆蓋度較低，而且設施資源分布不平衡。

地理國情普查數據量大，必須縮短從數據到地圖的生產時間，以提高地圖產品的現勢性，同時能夠為緊急決策提供更好的支持。地理國情地圖產品在線生產系統是實現從地理國情普查數據到4類地圖產品的快速生產系統，該系統利用Web技術實現了地圖產品的在線快速發布[17-18]。如圖8所示，系統以地理國情普查標準提交成果格式為數據源，利用基本地圖制圖方法、在線專題符號庫、統計模型等構建地圖產品的生成規則，同時賦予用戶更多的地圖定制權限，從而更好地為決策服務[19-21]。

圖4 綜合類地圖產品示例

圖5 主題類（水體）地圖產品示例

圖6 統計類地圖產品示例

圖7 基礎教育設施覆蓋度分析圖

圖8 地理國情地圖產品在線制圖系統

3 結 語

地理國情普查與監測已成為一項基本國策，隨著普查工作的不斷深入，將會積累大量的地理國情數據。地圖作為地理國情數據的一種重要產品形式，需要針對地理國情數據的特點和服務目標，形成合理清晰的產品體系框架及相關的作業工藝流程，從而指導地理普查工作的后期數據生產。本文針對目前地理國情普查產品體系缺乏這一現狀，提出了地圖產品體系的框架及相關的實現細節，并為縮短從國情數據到地圖的生產時間，設計實現了地理國情地圖產品在線生產系統，能夠實現從標準的地理國情普查成果到地圖產品的快速生產、個性定制及一體化在線發布，極大地提高了地圖生產效率，縮短了地圖發布并應用于實踐的時間。

目前，該系統已應用于某省級測繪單位，并已支持一個地市級的地理國情普查數據的在線生產與發布，但要應用于整個省級或國家級數量的地理國情普查數據還需進一步驗證和測試。

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P208

B

1672-4623（2016）10-0001-06

10.3969/j.issn.1672-4623.2016.10.001

杜清運，教授，博士生導師，研究方向為數字地圖學、地理信息科學理論、移動地理計算及空間分析等。

2016-09-01。

項目來源：自然科學基金資助項目（41371427/D0108，41271455/D0108）。