地理国情普查和监测地图产品体系研究

杜清运，翁 敏，任 福，亢孟军，宋 鹰

（1.武汉大学 资源与环境科学学院，湖北 武汉 430000）

地理国情普查和监测地图产品体系研究

杜清运1，翁 敏1，任 福1，亢孟军1，宋 鹰1

（1.武汉大学 资源与环境科学学院，湖北 武汉 430000）

第一次全国地理国情普查工作已进入尾声，大量地理国情数据迫切需要转化为有效的地图产品，从而更有效地服务于政府、企业和公众。由于地图产品体系的缺失，使得测绘单位在对地理国情数据的进一步生产中缺乏有效指导。针对当前地理国情普查服务形式单一、产品目标不明确的现状，以地图产品为主线，提出了一套地理国情普查与监测地图产品体系，为地理国情数据的进一步加工提供了明确的指导。同时，为缩短从国情数据到地图产品的生产时间，提出了地理国情地图产品在线生产系统的逻辑框架，该系统已投入生产应用，取得了较好的效果。

地理国情数据；地图产品体系；专题地图生产；在线制图系统；决策辅助

2012年3月，国务院印发了《关于开展第一次全国地理国情普查工作的通知》，决定于2013～2015年在全国范围内开展第一次全国地理国情普查工作。目前，此项工作已接近尾声，各类普查数据已陆续完成采集和入库工作[1-2]。地理国情普查数据类别多，共有12 个大类，133个小类[3]；数据形式多样，包括技术文档、普查报告、DEM、影像、照片、矢量数据以及统计和分析成果等[4]；数据量大，以湖北省钟祥市为例，提交的标准版数据达100 G，全国约有3 000个县级行政单位，普查数据总量巨大。如何有效利用这些数据成果，真正实现地理国情普查服务于政府、企业和公众的目标，成为当前迫切需要探讨的问题。

作为国情的重要组成部分，地理国情主要指地表自然和人文地理要素的空间分布、特征及其相互关系[5-6]。地理国情普查是获取地理国情数据的手段和采取的行动，通过普查获取的是国土范围内静态的、现势性的地理国情数据，而地理国情监测是在地理国情普查实施的基础上，对地理国情进行的常态化的数据采集、存储、分析和应对的措施[7-8]。第一次全国地理国情普查成果包括4种形式：文字报告、信息系统、图件集成和数据集成果。

地理国情普查与监测的目的是服务于决策。决策过程是一种信息再生的过程，在收集数据的基础上，运用相关知识分析数据、提取信息，针对任务目标产生求解问题的结论[9]。地理国情数据通过去伪存真、信息提取，借助分析手段形成知识成果，为决策结论的制定提供依据。图1描述了地理国情普查4种成果的相互关系：普查数据是产生后续成果的基础，借助于数理统计手段可产生数理统计知识；借助于空间分析手段可产生空间知识；数据、数理统计和空间分析手段的结合，以及基本空间数据的状态描述，以可视化方式形成地图产品，而地图产品可提供既成的结论性知识和隐性的待发掘的知识，结合不同用户的行业知识，通过知识的融合再生，形成新的结论知识，最终服务于决策结论的制定。文字报告反映了地理国情数据的基本状态、经过初步分析得到的信息以及在此类信息基础上未经确认的半知识，甚至包括部分决策结论。

图1 地理国情普查成果服务于决策的流程

基于图1可知，地图产品集成了最为丰富的数理统计知识和空间分析知识，同时借助于可视化手段，能刺激用户基于视觉发现知识的本能，促进即兴知识、直觉知识和潜知识的产生[10-11]，给予用户更大的知识创新机会，同时借助于用户本身的行业知识积累，创造了衍生知识的环境，从而为决策结论的产生提供更为充足的知识依据。因此，地图产品是地理国情普查最重要的产品形式，通过研究其地图产品体系，确定产品的类型、形态及细节要点，能够有效提高地理国情数据在社会经济建设中的服务作用。

目前，国内对地理国情普查与监测地图产品的体系研究较少，已有的研究多关注国情普查前期的任务规划或普查实施期间的技术细节，缺乏对普查数据采集完成后的产品体系进行远期规划。国际上虽然有相似的普查工作，但往往局限于某个行业内部，在规模、体量、内容、形式和目标上与当前我国实施的地理国情普查工作差距较大，可借鉴的经验亦相对较少。本文针对当前地理国情普查服务形式单一、产品目标不明确的现状，以地图产品为主线，提出了一套地理国情普查与监测地图的产品体系，为地理国情数据进一步加工提供了明确的指导。

1 地理国情普查与监测地图产品体系

地图产品模式设计是多维度、多变量参与的过程，涉及数据加工深度、内容综合程度、专题信息类别、产品应用广度等多方面的内容。社会经济的发展要求地图产品从单一的结构形态向知识化、多元化和定制化方向发展。

地图产品包含3个固有的属性：地图内容、产品类型和承载介质，可用三元组P=（C，T，M）表示，其中：

1）内容层次，三元组中的C，是指地图产品所提供信息的抽象程度或信息粒度，体现产品的档次和信息加工深度，分为数据层次、信息层次和知识层次。

2）产品类型，三元组中的T，是指从地图生产者的角度看，用户认可或习惯的产品使用方式，体现产品的使用范围和用户对象，是地理国情监测数据加工深度和应用广度的反映，可分为基础类和衍生类：基础类产品是地理国情监测数据经初步加工后的初级产品，衍生产品是在基础产品上进一步深加工后的高端产品，从基础类产品到衍生类产品的划分是一个数据加工深化的过程。

3）产品承载介质，三元组中的M，是指产品存在的媒介形式，包括传统媒体、数字媒体和新媒体等。

用地图产品三维属性空间的采样点Pi=（Ci，Ti，Mi）来表示一种地图产品，如果该空间是连续的，那么地图产品将是无限并连续的产品系列，从而产生多种地图产品分类结果，如从用户使用需求角度可分为政府类、社会类和公众类等产品；从地理国情普查对象和监测内容视角可分为基础类和专题类等产品；从地理国情普查和监测实施技术视角可分为现状类、变更类、分析类等产品；从地理国情普查和监测成果载体视角，可分为传统模拟类（如标准分幅地图、挂图、桌面参考图、组图、三维鸟瞰图、影像地图和地图集等）和新型数字类（如桌面、网络和移动终端）等产品[12]。

实际应用中并不需要种类如此繁多的连续产品体系，目前的技术也无法支撑如此庞大体系的产品生产。因此，可以将产品的3个属性离散化，用立方体来表达产品体系，如图2所示。在该产品属性立方体中，最完美的设计是3个维度交织而成的18个属性块（内容3×类型2×媒介3），并且尤以图中灰色区域的4 个属性块最受关注。因此，地理国情普查和监测地图产品以数字形式为媒介，突出其信息内容的特质，在产品维度上，可分为基础类地图产品和衍生类地图产品两类。

图2 地图产品三维属性空间

基础类地图产品是地理国情监测数据经初步加工的初级产品，可分为综合类地图产品和主题类地图产品。衍生类地图产品是在基础类产品上进一步深加工后的高端产品，可分为统计类地图产品和分析类地图产品，地图产品的具体要素如图3所示。从基础类地图产品到衍生类地图产品是地理国情数据不断加工深化的过程。

1.1 综合类地图产品

综合类地图产品是以全要素综合表达统计区域内国情原始指标要素为目标，综合反映区域国（省、市）情要素分布及态势现状，是产品内容综合程度较高的地图产品。

1.1.1 内容特征

综合类地图产品重点表现基础地理要素及地表覆盖内容的地理位置、分布范围、分布规律、密度差异等空间分布特征；地表的地形、地势特征及地貌形态；要素之间的关系，以及地理要素的名称、分类、分级、管理归属等属性信息。

图3 地理国情普查与监测地图产品体系分类

综合类地图产品可分为3个基本图种，如表1所示，主要是在地表覆盖类型和基础地理要素的基础上，结合不同的地表形态表示形式，包括地势图、地貌晕渲图和遥感影像图，形成的具体的综合类地图产品。涉及地理国情普查几乎所有的数据类别，包括地表覆盖类型、居民地、境界、行政区域、道路及附属设施、水系和地貌。

该类地图产品主要表达普查区域地表自然和人文要素的3个层次的信息内容，包括总体空间分布特征、关键属性特征和与其他要素的空间关系。其中空间分布特征根据要素类别的几何形态差异而不同；属性特征主要反映要素的质量差别，包括要素的本质和结构组成等信息，综合类地图产品主要表达其区别其他类别要素的质量特征，在主题类地图产品中可根据主题意向选择其他属性进行制图表达；空间关系特征包括同类别要素的关系和与其他类别要素的关系，综合类地图产品直观反映该空间关系，不进行深入的数据加工。

综合类地图产品根据制图区域的不同可分为国家级、省级、地市级和县区级4种。由于地理国情普查提交的成果主要以县区为单位，因此要生成高级别行政区域的综合类地图产品需要对低级别行政区域普查数据进行整合，并在制图时进行地图综合，以反映地表覆盖的总体特征。

1.1.2 制图表达

制图表达是综合类地图内容表达的核心部分，该部分内容包括：制图综合方向和重点、制图综合原则、图型组合模式、表示方法组合模式、指标表达模式、符号设计模式及色彩表达模式。其中：

1）制图综合方面，需较完整地表达地表覆盖类型，遵循制图综合的基本原则，以地理要素表达的精确性和全面性为主要目的，图型概括的操作基本不做（仅在图形出现小于0.5 mm2的弯曲或凸凹拐角时，可适当进行图型概括的操作）。各类要素的详细程度相对平衡，正确处理要素之间的压盖关系，必要时进行移位处理。统一协调的内容取舍和概括原则，同类地物在不同比例尺的图幅上应保持相应的密度对比和轮廓形状。制图综合中采用统一的图形最小尺寸，最小线段长度为5.0 mm，最小斑块面积为0.5 mm2，舍去小于规定尺寸的图形，保持地理要素图形的基本特征、类型特征和制图对象的结构对比。

表1 综合类地图产品指标、信息及表达方法

2）表示方法方面，主要利用定点符号法、线状符号法、范围法、质底法、晕渲法、遥感影像法和分层设色法，来表达地理国情普查指标的定性和定量内容。

1.2 主题类地图产品

主题类地图产品是以单要素或相关多要素表达统计区域内国情原始指标要素为目标，重点突出表现一种或数种自然要素或社会经济现象或反映区域国（省、市）情某项或某几项分类要素分布及态势现状的地图产品。

1.2.1 内容特征

主题类地图产品是以地理国情监测要素中的单要素或相关多要素为表达目标，反映与社会生活密切相关、具有较为稳定的空间范围或边界、具有或可以明确标识、有独立监测和统计分析意义的重要地物及其属性。重点显示耕地、园地、林地与草地、荒漠与裸露地表、水系要素、地形分区、地貌区划、地貌、道路及交通设施、自然/文化遗产、风景名胜、湿地保护区、城镇建筑类型、工矿企业分布、城镇休闲娱乐场所等专题要素的地理位置、分布范围、密度差异、分布规律等空间分布特征，地理要素的名称、分类、分级、管理归属等属性信息以及要素之间的关系。由主图、附图、文字、图表、图片等构成，各图幅可根据地理要素的复杂程度选择行政区划平面或地貌晕渲为背景。

主题类地图产品关注专题信息，是综合类地图产品在要素子集上的实例化，反映的信息内容是表达主题的空间分布特征、关键属性特征和与其他要素的空间关系，如表2所示。

1.2.2 制图表达

制图表达是主题类地图产品的特色部分，其中：

1）制图综合方面，遵循制图综合的基本原则，以专题要素的选取和分类、分级的归并操作为主；图形概括方面重点关注相邻的同类图斑的合并问题，同时注意概括制图物体的细部特征。其他综合原则可参照综合类地图产品的设计原则。

表2 主题类地图产品指标、信息及表达方法

2）表达方法方面，可采用定点符号法、线状符号法、范围法、质底法、等值线法、定位图表法、点数法、运动线法、分级统计图法、分区统计图表法、晕渲法、分层设色法和遥感影像法来表达地理国情专题的定量和定性信息[13-15]。

1.3 统计类地图产品

统计类地图产品是通过对地理国情指标要素的一次统计分析，以地理国情普查基本统计、综合统计成果和其他相关资料为主要数据源，利用专题制图表达方法制作的统计专题图[10]。

1.3.1 内容特征

统计类地图产品是按照地图主题要求，表示不同制图单元的某一种或几种与主题相关的自然要素和人文要素，将隐藏于统计数据中的信息以地图的形式展示。统计类地图产品主要从资源、生态、经济、社会等方面，反映地理国情信息的空间分布、空间结构、地域差异，客观准确地揭示其空间分布、组合规律及相互联系[16]。

根据地理国情普查基本统计结果，统计类地图产品的主要指标可以从数量、长度、面积、格局和变化等方面归纳如表3所示。

表3 统计类地图产品专题制图指标

1.3.2 专题符号表达

统计类地图产品的表达方法以常规的专题图表示方法为主，包括定点符号法、线状符号法、范围法、分区统计图表法、分级统计图法等，同时又可对这些方法进行引申、拓展、综合运用，有所创新，归纳为以下几种：面积法叠加分析、八方向图法、时间系列图法、影像对比分析法等。

1.4 分析类地图产品

分析类地图产品是通过对地理国情指标要素的深度分析，以及将指标数据与其他社会经济数据进行融合分析的基础上，形成的各类分析结果的空间分布、聚集与态势特征，进而整理得到的地图产品。

分析类地图产品的信息主要来自于地理国情分析数据成果，以及与其他社会经济等要素融合所产生的结果。根据监测实施技术视角的不同，分析类地图产品可分为变化监测型地图产品、趋势预测型地图产品、相关分析型地图产品及现状评价型地图产品，这些类型产品主要面向专业部门及国家决策部门等层面。其中：

1）变化监测型地图产品，以单个、多个地理国情指标或综合指标为监测对象，对同一区域不同年份同/多时相下该指标的监测，通过对监测数据进行分析加工得到，突出了区域的变化性和多时相性。

2）趋势预测型地图产品，以单个、多个监测指标或由监测结果得出的综合指标为监测对象，通过对不同时相下该指标的对比分析，结合地理知识对该指标的未来变化趋势进行预测得到。

3）相关性分析型地图产品，对两个或多个具备相关性的监测指标进行分析，从而衡量两个监测指标的相关密切程度，并以其分析结果为基础制作的地图产品。突出了表达区域的多指标性、相关性、空间分布特征、变化性和时序性。

4）现状评价型地图产品，指对单个或多个监测指标，通过制定一系列的标准，对指标本身的价值、优劣或该指标对社会、经济、资源、环境等因素的影响程度进行相应的评价和估量，并由此产生的地图产品。

2 地图产品示例及快速发布

图4～7展现了青海省佛坪县综合类、主题类、统计类和分析类地图产品的示例。其中图4a以全要素覆盖作为底图，4b以地貌晕渲图作为底图，4c以灰度晕渲图作为底图。图5主要表示构筑物类别中水工设施主题。图6是对水工设施类别进行综合统计的指标展示。图7是对湖北省荆门市东宝区基础教育设施覆盖度的表达，通过对模型处理后结果的地图表达，明显反映出该区域基础教育设施覆盖度较低，而且设施资源分布不平衡。

地理国情普查数据量大，必须缩短从数据到地图的生产时间，以提高地图产品的现势性，同时能够为紧急决策提供更好的支持。地理国情地图产品在线生产系统是实现从地理国情普查数据到4类地图产品的快速生产系统，该系统利用Web技术实现了地图产品的在线快速发布[17-18]。如图8所示，系统以地理国情普查标准提交成果格式为数据源，利用基本地图制图方法、在线专题符号库、统计模型等构建地图产品的生成规则，同时赋予用户更多的地图定制权限，从而更好地为决策服务[19-21]。

图4 综合类地图产品示例

图5 主题类（水体）地图产品示例

图6 统计类地图产品示例

图7 基础教育设施覆盖度分析图

图8 地理国情地图产品在线制图系统

3 结 语

地理国情普查与监测已成为一项基本国策，随着普查工作的不断深入，将会积累大量的地理国情数据。地图作为地理国情数据的一种重要产品形式，需要针对地理国情数据的特点和服务目标，形成合理清晰的产品体系框架及相关的作业工艺流程，从而指导地理普查工作的后期数据生产。本文针对目前地理国情普查产品体系缺乏这一现状，提出了地图产品体系的框架及相关的实现细节，并为缩短从国情数据到地图的生产时间，设计实现了地理国情地图产品在线生产系统，能够实现从标准的地理国情普查成果到地图产品的快速生产、个性定制及一体化在线发布，极大地提高了地图生产效率，缩短了地图发布并应用于实践的时间。

目前，该系统已应用于某省级测绘单位，并已支持一个地市级的地理国情普查数据的在线生产与发布，但要应用于整个省级或国家级数量的地理国情普查数据还需进一步验证和测试。

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P208

B

1672-4623（2016）10-0001-06

10.3969/j.issn.1672-4623.2016.10.001

杜清运，教授，博士生导师，研究方向为数字地图学、地理信息科学理论、移动地理计算及空间分析等。

2016-09-01。

项目来源：自然科学基金资助项目（41371427/D0108，41271455/D0108）。