地理國情監(jiān)測系列地方標準研究與應用

王 淼 郭燕賓 楊旭東 秦 飛 余永欣

(1. 北京市測繪設計研究院, 北京 100038; 2. 城市空間信息工程北京市重點實驗室, 北京 100038;3. 工匠創(chuàng)新工作室, 北京 100038)

0 引言

標準是經(jīng)濟社會發(fā)展的技術(shù)支撐，也是國家質(zhì)量技術(shù)基礎(chǔ)建設的重要內(nèi)容，是提升行業(yè)自主創(chuàng)新能力的必由之路[1]。2013年2月國務院發(fā)文決定于2013—2015年開展第一次全國地理國情普查。北京市于2013年9月印發(fā)了《關(guān)于開展北京市第一次地理國情普查的通知》(京政發(fā)〔2013〕31號)，決定于2014—2016年投入專項資金開展北京市第一次地理國情普查工作，包括了《地理國情信息內(nèi)容與指標》《地理國情信息外業(yè)調(diào)查與核查技術(shù)規(guī)程》《地理國情信息內(nèi)業(yè)采集與編輯整理技術(shù)規(guī)程》3個地方標準的研究、制定工作，是國內(nèi)最早開展地理國情地方標準研制的省市。2016年11月，北京市完成地理國情常態(tài)化監(jiān)測立項工作，包括《地理國情信息基本統(tǒng)計技術(shù)規(guī)程》《地理國情普查成果質(zhì)量檢查與驗收標準》和《地理國情信息外業(yè)調(diào)繪底圖制作技術(shù)規(guī)程》3個地方標準的研究、制定工作。2017年浙江省開展了《城鎮(zhèn)建成區(qū)調(diào)查技術(shù)規(guī)范》地方標準的研制，2018年廣東省啟動《地理國情監(jiān)測技術(shù)規(guī)程(外業(yè)調(diào)查)》地方標準的研制，主要是以單個事項的技術(shù)規(guī)范。

地理國情監(jiān)測是一項重大國情國力調(diào)查[2]。目前，國家發(fā)布了《地理國情普查內(nèi)容與指標》技術(shù)文件，但北京作為社會經(jīng)濟發(fā)展的領(lǐng)先城市，以及其獨特地理環(huán)境，需要在國家文件的基礎(chǔ)上，對普查的種類和詳細程度進行加密和擴充。編制一套適合北京市具體情況的地理國情信息內(nèi)容與指標是非常必要的。

1 技術(shù)內(nèi)容

(1)構(gòu)建了滿足城市精細化管理的地理國情信息內(nèi)容與指標體系[3-4]

基于國家三級分類體系，采用線分類法和從屬關(guān)系原則，增加監(jiān)測內(nèi)容、細化分類指標、拓展四級分類體系，分類編碼結(jié)構(gòu)采用4～5位十進制數(shù)字或字母，分別為按數(shù)字和字母順序排列的一級類、二級類、三級類和四級類碼如圖1～2所示。

圖1 分類編碼規(guī)則

圖2 分類編碼實例(行政辦公建筑05621)

(2)研究了精簡高效的內(nèi)業(yè)采集與編輯整理的方法

結(jié)合北京市地理國情普查的現(xiàn)狀和實踐經(jīng)驗，制定了地理國情信息的數(shù)據(jù)分層組織、屬性定義、內(nèi)業(yè)采集、成果編輯整理、成果質(zhì)量控制和成果匯交等技術(shù)要求，優(yōu)化了作業(yè)流程，創(chuàng)新了技術(shù)方法，提高了數(shù)據(jù)的精度和生產(chǎn)效率，具有較強的實用性和可操作性[5-7],如圖3所示。

圖3 地理國情普查內(nèi)業(yè)采集與整理流程

(3)一種創(chuàng)新的外業(yè)調(diào)繪方法

研發(fā)了兼容北斗的GNSS高精度外業(yè)調(diào)繪設備及信息系統(tǒng)，實現(xiàn)高精度定位、內(nèi)外業(yè)一體化作業(yè)和流程化管理，為地理國情空間數(shù)據(jù)的調(diào)查與核查以及樣本點數(shù)據(jù)采集等提供工作平臺[8-11]，如圖4所示。

(4)確定了北京特色的統(tǒng)計單元與指標要求

針對北京市的實際數(shù)據(jù)情況，確定了基本統(tǒng)計單元、指標、內(nèi)容、流程和成果形式，規(guī)定了基本統(tǒng)計單元、統(tǒng)計內(nèi)容、統(tǒng)計指標、數(shù)據(jù)預處理、統(tǒng)計流程、統(tǒng)計配置、統(tǒng)計計算等內(nèi)容，有效指導北京市地理國情信息基本統(tǒng)計工作的開展。地理國情統(tǒng)計單元具體內(nèi)容見表1。

表1 地理國情統(tǒng)計單元

(5)明確了精細分類的成果質(zhì)量檢查與驗收的技術(shù)規(guī)范

將地理國情普查成果檢驗內(nèi)容按照質(zhì)量元素、質(zhì)量子元素、檢查項進行了細化，明確了空間參考系、時間精度、邏輯一致性、位置精度、表征質(zhì)量、完整性等質(zhì)量元素的具體檢查內(nèi)容、權(quán)重分配及成果質(zhì)量的錯漏分類，并注重保持其與相關(guān)的國標、行標和地標的一致性，使得本標準更有可操作性。

(6)規(guī)范了地理國情普查底圖制作方法與內(nèi)容表達

基于地理國情要素數(shù)據(jù)、地表覆蓋分類數(shù)據(jù)和必要的專題數(shù)據(jù)，疊加高分辨率遙感影像據(jù)，制作地理國情外業(yè)調(diào)查工作底圖。規(guī)定了北京市地理國情信息外業(yè)調(diào)繪底圖的表示內(nèi)容、編繪技術(shù)流程、質(zhì)量控制等的要求[11]。

2 技術(shù)創(chuàng)新點

(1)突破了地理國情監(jiān)測數(shù)據(jù)建模理論與方法，構(gòu)建了滿足城市精細化管理的地理國情信息內(nèi)容與指標體系。項目以適合現(xiàn)代計算機和數(shù)據(jù)庫技術(shù)應用和管理為目標，結(jié)合線分類法和CRT回歸樹分類模型，按地理國情信息的要素特征或?qū)傩赃M行科學分類，在國家三級分類體系基礎(chǔ)上，按照從屬關(guān)系，將北京市增加內(nèi)容納入分類體系，擴展為四級分類體系，在房屋、用地、交通、水務、生態(tài)環(huán)境等5個方面進行了擴充和細化，形成了北京市特色的內(nèi)容與指標體系[8]。

利用CRT回歸樹分類模型、線分類法和地理國情信息分類代碼的編碼方法，主要方法步驟如下：①判斷分類對象是否為自然和人工地物；②判斷分類對象有無植被、是否為實體；③判斷分類對象的栽培程度(人工為主/自然生長為主)、人工程度(人工建造為自主/自然形成為主)；④判斷分類對象的植被類型(草/木)、形態(tài)、區(qū)域；⑤綜合判斷分類對象的形態(tài)特征、覆蓋度、分布區(qū)域等特點確定地物類型。此方法在北京市地理國情常態(tài)化監(jiān)測項目工作中得到了應用驗證，有效地避免了跨一級類錯誤的發(fā)生，提高了地表覆蓋分類數(shù)據(jù)成果的正確性，同時也提高了工作效率。

(2)構(gòu)建了全流程、多種類、立體化的城市地理國情監(jiān)測數(shù)據(jù)快速獲取、自動化處理、模塊化質(zhì)檢、快速可視化的城市監(jiān)測技術(shù)體系。在高分辨率遙感影像城市典型要素提取、城市地表信息快速變化精細檢測和地理國情信息自動化制圖等關(guān)鍵技術(shù)有突破，大幅提升了城市地理國情監(jiān)測信息解譯、變化發(fā)現(xiàn)和成果服務的精度和效率，城市監(jiān)測技術(shù)達到國際先進水平。構(gòu)建的地理國情信息的采集、處理、存儲、質(zhì)檢、分析、管理與應用等一整套監(jiān)測技術(shù)、方法、軟件，可為其他省市開展地理國情監(jiān)測提供借鑒和參考[12]。

(3)提出了北京特色的統(tǒng)計分析單元與計算方法，并研發(fā)了統(tǒng)計分析與評估系列軟件。

針對北京市的實際數(shù)據(jù)情況，獨特的地理特征，特殊的政治地位、社會經(jīng)濟發(fā)展水平和政府管理服務需求，提出了北京特色的統(tǒng)計分析單元與計算方法。基本統(tǒng)計單元在國家要求的規(guī)則地理網(wǎng)格單元、行政區(qū)劃單元、高程帶、坡度帶和地貌單元的基礎(chǔ)上，擴充了主體功能區(qū)、規(guī)劃管理單元(三城一區(qū)、核心區(qū)、城市副中心、老城區(qū)、淺山區(qū)、南城地區(qū)、新城)、環(huán)路(實心環(huán)路、空心環(huán)路)等具有北京特色的統(tǒng)計單元。

提出了大區(qū)域柵格數(shù)字高程模型的地表表面面積計算、公共設施輻射覆蓋程度、城市職居空間匹配指數(shù)、城市無障礙設施布局等城市綜合輔助決策分析模型方法，建立了城市建設、城市宜居、城市更新、城市治理等城市評估指標體系。

(4)構(gòu)建了城市地理國情社會化應用的軟件體系、產(chǎn)品體系和應用模式。建立了按需監(jiān)測、定期評估、動態(tài)調(diào)整的城市地理國情動態(tài)監(jiān)測方法，研發(fā)了包含13個軟件系統(tǒng)的地理國情信息平臺，提出了10種監(jiān)測成果的地理國情產(chǎn)品體系，提出了6種應用層面的地理國情服務模式，創(chuàng)建并實現(xiàn)了“年—半年—季—月—周—日”的城市地理國情動態(tài)監(jiān)測模式，建立了多尺度、多時序、多源異構(gòu)的地理國情時空數(shù)據(jù)庫和云服務系統(tǒng)，形成了城市地理國情信息一張圖。

(5)明確了精細分類的成果質(zhì)量檢查與驗收的技術(shù)規(guī)范。將地理國情信息成果檢驗內(nèi)容按照質(zhì)量元素、質(zhì)量子元素、檢查項進行了細化，明確了空間參考系、時間精度、邏輯一致性、位置精度、表征質(zhì)量、完整性等質(zhì)量元素的具體檢查內(nèi)容、權(quán)重分配及成果質(zhì)量的錯漏分類，并注重保持其與相關(guān)的國標、行標和地標的一致性，使得本標準更有可操作性。

3 結(jié)束語

項目制定了基于北京市、服務于特大城市的地理國情監(jiān)測的技術(shù)體系，并研發(fā)了覆蓋地理國情信息的獲取、采集處理、質(zhì)檢、分析、管理與應用等軟件體系，提高了工作效率；提出了創(chuàng)新的外業(yè)調(diào)繪方法和系統(tǒng)；提出了北京特色的統(tǒng)計分析單元與計算方法，并研發(fā)了統(tǒng)計分析與評估系列軟件；準確快速解譯地理國情普查對象地類分類代碼的判定方法和理論研究；研究了精簡高效的地理國情數(shù)據(jù)快速獲取與處理的方法和工藝流程。在廣泛調(diào)查研究，認真總結(jié)實踐經(jīng)驗，總結(jié)現(xiàn)有城市規(guī)劃、地理國情普查、地理國情監(jiān)測、監(jiān)管部門的管理要求、流程，廣泛征求意見，綜合部分在近幾年發(fā)展起來的新技術(shù)、新方法。編制適合北京市具體特點的地理國情監(jiān)測系列標準，保證其實用性、針對性、先進性和可操作性，對地理國情監(jiān)測的開展具有指導和促進作用。

隨著國務院組成部門調(diào)整的完成，自然資源的管理職能已合并于自然資源部，自然資源調(diào)查與監(jiān)測的含義更加明確，對于全流程自然資源管理而言，調(diào)查是本底，監(jiān)測是常態(tài)。地理國情系列標準的研究與應用顯得尤其重要，本項目立足于北京市，具有地方特色，以服務特大城市為目的，在北京市地理國情監(jiān)測工作中得以應用，也可應用于同類型城市中，但在一般城市和地區(qū)的地理國情監(jiān)測的應用和推廣中存在一定的局限性；同時隨著自然資源統(tǒng)一調(diào)查監(jiān)測評價的要求，不同自然資源調(diào)查監(jiān)測的內(nèi)容、指標和要求等需要進一步的融合，適應新時代背景下的自然資源調(diào)查監(jiān)測標準體系要求。