地理國情監測年度更新數據預處理方法研究

張祖干

（安徽省第三測繪院，合肥230601）

1 地理國情監測工作開展的總體情況

為全面掌握我國地理國情現狀以及自然資源、生態環境、人類活動基本情況，揭示經濟社會發展和自然資源環境的空間分布及內在關系，滿足經濟社會發展和生態文明建設的需要，2012年10月，國家地理國情監測項目正式立項。2014年，以高分辨率航空遙感影像數據為主要數據源，充分收集、整合、利用與地理國情相關的專題信息及其他重大工程獲取的測繪地理信息成果等資源，通過多源遙感影像快速獲取與處理、信息提取、實地核查、數據庫融合、統計分析等技術手段，對反映地表特征、地理現象和人類活動的各類地理環境要素進行了空間化、定量化和屬性化的普查，形成了以2015年6月30日為普查標準時點的自然資源、生態環境和人文現象的空間分布及其相互關系的全面普查結果，完成了安徽省第一次地理國情監測普查工作[1]。

從2016年起，以每年的6月30日為監測標準時點，地理國情信息面向通用目標、綜合考慮多種需求而進行的年度監測進入常態化監測階段。重點針對地表覆蓋地物及重要地理國情要素內容，收集、分析從上一年度數據采集時間點到本年度監測標準時點期間的各類資料，充分利用已經收集的解譯樣本數據輔助內業解譯，對于難以準確識別的地物，應進行外業調查，補充新增內容，并結合各行業專題數據，對本底數據庫進行更新，使地理國情數據成果盡可能地反映監測年份的狀態，形成覆蓋全省的時間序列數據成果，建立地理國情監測動態數據庫，并持續為各類應用提供地理國情信息支撐和業務化、常態化監測服務。

2014年，依據《安徽省第一次地理國情普查實施方案》的要求，通過公開招標的方式向全社會公開招標，全國共有28家單位中標，共同承擔安徽省第一次地理國情普查相關工作。

2 地理國情變化監測工作內容

1）2014年第一次地理國情普查的具體內容包含GDPJ 01—2013《地理國情普查內容與指標》中定義的12個一級類，58個二級類，135個三級類。

2）從2016年開始進入常態化監測階段，監測生產重點針對地表覆蓋數據中處于非季節性變化中或覆蓋狀態不穩定的地物類別，如人工幼林、建筑工地等，以及非人工建造類別變更為人工建造類別、建造強度發生顯著或根本變化的類別、大面積的植被覆蓋顯著變化等。

2016年，對于本底數據庫中二級類為“其他園地”的圖斑，細化分類到三級類（其他喬灌園地、其他藤本園地、其他草本園地）。

2017年，地理國情監測內容分為10個一級類，59個二級類，143個三級類。合并2個一級類（園地、草地），增加1個二級類（匝道）和8個三級類[立交橋、水源地保護區、生態保護紅線、永久基本農田保護區、城鎮開發邊界、保障性住房建設區、收費停車場（庫）]，對于本底數據庫中二級類為“其他經濟苗木”的圖斑，要求細化分類到三級類。

2018年，地理國情監測的143個三級類中，有23個三級類按需細化。對國情要素中社會經濟區域單元（主體功能區、開發區和保稅區、國有農、林、牧場、自然文化保護區、風景名勝和旅游區、森林公園、地質公園）進行擴展采集。

2019年地理國情監測將二級類“其他草被”類型細化為三級類（細分為“荒地草被”和“工地草被”），并新增全集水網和地表水2個專題采集。

3 監測過程中發現的問題

1）從2016年開始，地理國情監測工作逐年開展，監測內容逐年增多，監測指標越來越嚴，行業資料的利用越來越廣，專題監測項目逐年變化，年度更新工作量逐年增大。

2）地理國情監測項目的實施，每年都集中在8～10月份，全部作業時間最多只有3個月，再者，自然資源部本底數據庫下發太遲，通常無法提前進行更新生產，項目生產工期嚴重不足。

3）地理國情監測項目使用的衛星影像，主要是每年第二季度影像，但安徽省每年4～6月份進入梅雨季節，合格的衛星影像很難獲取。再者，正射影像的分析、處理、制作同樣需要時間，使得地理國情監測項目的生產工期被大大壓縮。

4）中標的28家單位由于資質不同，專業方向不同，作業人員能力差異較大。許多中標單位把第一次地理國情普查工作當成了學生的實習項目或臨時從社會上招聘無任何測繪經驗的人員從事相關工作；有的單位人員變動頻繁，從項目開始到項目結束作業人員已經換了幾遍。由于作業人員能力不足，第一次地理國情普查成果精度高低不一，相同圖斑分類不一致、屬性不一致，定性錯誤普遍，丟漏錯誤較多，原則性錯誤明顯，因而使得第一次地理國情普查成果存在許多明顯錯誤及質量隱患。

5）由于地理國情監測年度更新任務中本底數據庫質量有待提高，作業時間不足，幾乎每年都在項目進度與成果質量上左右權衡，只能“抓大放小”，明顯影響正常年度數據更新工作。

4 數據預處理方法研究

通過近幾年地理國情監測數據的變化更新生產，對于徹底解決本底數據庫中遺留問題、提高年度更新效率及更好地解決成果質量與生產工期相矛盾等方面的問題，提出了如下數據預處理解決方法（以2021年地理國情監測變化更新為例）。

4.1 數據預處理原則

1）應更盡更原則（達到更新指標，成果數據未進行更新的內容）；

2）路網必更新原則（影像清晰的硬化道路、具有明顯連通功能的道路、具有分割復雜地類圖斑的道路）；

3）精度超限必更新原則（采集精度超限的各類要素，應重新糾正）；

4）有錯必改原則（對本底數據庫中原有的或變化更新時出現的錯誤，應全面改正）；

5）影像分辨率優先原則。使用2020年度更新項目推送的DOM影像數據，按照分辨率優先，時相次之的原則選取本次數據預處理工作所需影像。若選中影像的云層、濃霧遮擋較多時，可選擇其他影像作為參考影像，參考影像選取原則與工作影像選取原則一致。

4.2 數據預處理方法

以2020年地理國情監測更新最終上交歸檔的成果數據作為預處理起點數據，收集的各類專題資料和歷年監測更新形成的解譯樣本庫作為本次數據預處理的參考資料。

采集編輯軟件使用國信司南軟件，數據分析處理軟件使用ArcGIS軟件。

4.2.1 數據準備

1）將2020年度國情監測年度更新最終上交的不分區數據成果中的HYDA、HYDL2層數據按更新區域完整遷移至各分區數據中；

2）將2020年度國情監測年度更新最終上交的分區數據成果JC20_******.gdb（含HYDA、HYDL）數據庫內各層名稱“UV_****”修改為“V_****”；

3）將分區數據JC20_******.gdb（含HYDA、HYDL）中邏輯刪除（changtype=3）的要素實體進行物理刪除，再將剩余各層所有要素實體changtype屬性統一修改為“-9999”。

4.2.2 新建工程

在國信司南軟件中把準備好的分區數據JC20_******.gdb（含HYDA、HYDL）作為本底數據庫（預處理數據庫），工程年份選擇2021（變更時Tag自動賦值21*）。

4.2.3 采集編輯

按本方案數據預處理原則進行采集編輯，本底數據中Tag=204的圖斑暫不更新，若其相鄰圖斑發生變化，圖斑共邊處因“持續關注”可暫不更新；

本底數據圖斑節點勿手動刪除，采集編輯時盡量捕捉、利用本底數據圖斑節點，避免圖形產生微小變動時國信司南軟件未對其Tag、changtype等屬性自動賦值；

本底數據單個圖斑內影像解譯包含多個地類分類時，應先對該圖斑進行采集分割，并按需標記外業核查點。

4.2.4 空間分析

“Tag=21*”的圖斑數量理論上與“changtype＜＞-9999”的圖斑數量相等，不相等時應分析原因；

對“Tag＜＞21*”的圖斑與下發的數據進行空間位置疊加分析，理論上空間位置一致，不一致時應分析原因。

4.2.5 數據提取

將“changtype＜＞-9999”的點、線、面要素實體完整提取。

4.2.6 數據更新

1）將上述提取的點、線、面更新數據分層整體替換至當年（2021年）下發的本底數據庫中，完成數據更新；

2）替換數據時不宜使用面切割的方法進行數據更新，避免本底未變化時圖斑因面切割操作導致圖斑節點數發生變化。

4.2.7 數據檢查

預處理后的數據要進行空間拓撲關系檢查，檢查是否存在漏洞、重疊、縫隙等錯誤；各要素屬性表瀏覽檢查，檢查數據各屬性項填寫是否正確、有無異常等，至此，數據預處理全部完成。

5 結語

通過對上年度本底數據庫的預處理，以增量方式先將所有預處理數據提取并完善至2021年度自然資源部下發的本底數據庫中，進一步處理后再分發給作業人員全面開展2021年度地理國情監測更新工作。由于數據預處理使用的是上年度下發的本底數據庫和衛星影像，即使本年度本底數據庫和影像未下發，也不影響年度更新工作的正常開展。數據預處理能將工作重心前移，能對更新采集的疑問圖斑提前進行外業核查，很好地解決了作業工期不足的問題，有充足的時間從根本上解決本底數據庫中存在的質量問題。