地理国情监测与地理市情深化的生产实践与思考

答星，杨晓东，张倩，孔祥娟，沈莹

(1.武汉市测绘研究院，湖北 武汉 430022； 2.武汉市勘察设计有限公司，湖北 武汉 430022)

1 引 言

地理国情监测是综合利用现代测绘、遥感、GIS、空间统计学、云计算、通讯等技术，在普查成果的基础上对自然、人文和社会经济要素进行动态、定量监测，用以分析评估地理国情信息的时空特征和变化趋势，形成涵盖资源分布与利用、生态环境评估、区域规划、城镇化发展、经济布局、社会公共服务等诸多方面的地理国情监测产品[1]。地理市情(即城市地理国情)监测则是地理国情监测的重要组成部分，在确保总体目标一致的基础上，围绕城市发展战略的重点和热点问题，对城市地区经济发展最快、地表覆盖变化最频繁的区域进行指标深化和扩充。建立从宏观到微观，从全市域、都市发展区到主城区的多层次、多尺度的监测体系，形成彰显地域特征的地理市情智库，为城市战略规划、地方政府管理、生态环境保护、突发事件应对、社会公众服务等提供科学支撑和有力保障[2]。

武汉市测绘研究院于2016年率先实现了地理国情普查到市情监测工作的转段，按普查标准与要求完成了2016年武汉市地理市情监测工作。同期，国家测绘地理信息局也组织了全国地理国情基础性监测试点工作，并于2017年正式下发了全国基础地理国情监测实施方案。依据2017年《湖北省基础性地理国情监测项目技术设计书》及《武汉市2017年度地理国情监测工作方案》等要求，在完成国家统一地理国情监测任务基础上，更新完善武汉市地理市情监测的相关内容，为政府、企业和社会各方面提供真实可靠和准确权威的地理国情数据及专题分析报告，助力武汉创新驱动发展和生态文明建设，充分发挥测绘地理信息“基础地理智库”的作用。

2 主要监测任务

武汉市测绘研究院承担了2017年地理国情监测、地理市情深化监测及统计分析报告编制三个阶段工作。地理国情监测是利用由国家测绘地理信息局统一下发的2016版基础性地理国情监测数据成果作为2017年变化监测的本底数据，以武汉市2016年自主更新的地理市情监测成果作为重要参考资料。较普查阶段的数据生产而言，在数据库组织结构及生产作业标准上有较大改变，如数据库按行政界线分为分区及不分区管理；更新要素层增加UV前缀进行区分；编辑过程中需对生产要素进行标记；要素代码调整及新增属性项添加；遥感解译样本采集要求变更等。

地理市情深化是在2016年独立完成的地理市情监测成果基础上，融合2017年地理国情监测成果，并在此基础上进行成果深化监测更新，从而满足市区两级的数据建库、专题数据库更新、以及统计分析报告编制等需求。在国家和湖北省普查指标基础上，武汉市增加了地下空间利用、行业专题信息2个一级类、8个二级类、33个三级类、11个四级类，共分为12个一级类、67个二级类、167个三级类和11个四级类。

统计分析报告编制工作是在地理市情监测及专题数据库更新完成基础上进行的，包括基本监测成果、基本统计报告、区域专题性监测与特色研究三个部分。基本监测成果用以展示地形地貌、地表覆盖、国情要素、地理单元、专题数据五个方面的监测成果统计和两期数据对比分析。基本统计报告是按照国普办统一规定要求，利用国普办下发的基本统计软件，完成地形地貌、植被覆盖、水域、荒漠与裸露地表、交通网络、居民地及设施、地理单元等7个方面的统计计算，形成基本统计成果。区域专题性监测与特色研究则按照区级“十三五”规划目标和发展重点，开展资源分布支持度、生态环境容纳度、经济社会协调度、城镇建设发展度和公共服务均等度5个方面的专题性监测与综合评价以及区域功能定位和特色研究[3]。具体工作内容如表1所示。

主要阶段的任务表 表1

3 监测框架流程

地理国情监测是在2016年国家下发的监测本底数据成果库基础上，对照2016年下发卫星遥感影像及2017年下发的卫星遥感影像进行两期影像对比，通过变化识别，甄别变化区域，对地理国情信息数据库进行监测更新。地理国情监测采用内外业结合的方法开展，按照“内业为主、外业为辅”组织生产，并完成遥感解译样本采集及元数据制作。在此基础上，结合武汉市地理市情深化监测的需求，提取2017年更新后的国情数据库中的变化更新信息(符合国家标准)，并更新至武汉市地理市情数据库中，同时对市情扩展及细化的图层进行补充要素更新。通过收集、整合最新的多行业专题资料，对专题数据库进行行业专题的监测与更新，对与地理市情数据库中同时利用到的专题资料，确保数据一致性。最后利用2017年地理市情深化监测数据库与专题数据库，按功能区单元完成统计分析报告编制工作。具体项目实施技术流程如图1所示：

图1项目实施技术流程图

4 项目实施过程中的技术难点

首先，全国性的监测核准时间紧，任务重，遥感影像底图是整个核准阶段的重要参考资料，利用省普查办分批次地提供了多种时态、不同传感器的卫星遥感影像，如何快速生产出符合质量要求的影像底图数据，对整个项目的推进起着至关重要的作用。

其次，2017年地理国情监测工作是在2016年国家下发的监测本底数据成果库基础上，国家对数据库组织结构、编辑标注方式、分类标准都进行了较大幅度的改变，本底数据资料下发较晚、提交成果资料复杂，如何快速甄别变化区域是提高国情监测数据生产的关键。

再者，地理市情深化的内容与指标比地理国情监测更加细化，且数据库组织结构有较大不同，如直接将地理国情监测成果导入地理市情深化监测数据库中会产生大量的逻辑一致性问题。因武汉市实际管理单元与行政区界线划分不统一，两套数据库在数据融合过程中还需考虑如何将省级验收的13个行政区拆分为16个实际管理单元，因此如何更加科学地设计数据融合方案从而既能满足地理国情监测需求，又能快速地完成地理市情深化成为技术难点。

最后，专题资料是地理国情监测数据的补充和完善，也是后期统计分析与应用服务的重要内容。由于搜集到相关职能部门的专题数据在格式、时效、管理模式、数字化程度等均有不同，导致收集的资料存在时点不统一、内容不统一和格式不统一等差异。如何快速整理利用各类专题资料，进行空间定位和入库以及满足专题统计和制图需求直接关系到监测成果的深层次应用。

5 数据生产过程中的技术创新

5.1 基于PF像素工厂的影像底图快速生产

以北京二号卫星和高分二号卫星采集的48景高分辨率卫星遥感影像作为基础数据，分辨率 0.8 m，利用PF像素工厂高性能的分布式并行计算能力，按照几何纠正、配准、镶嵌、裁切、坐标变换等步骤处理原始影像。特别是其Mosaic模块中的自动镶嵌线计算快视图，将匀光、匀色工序放在参考影像上进行，极大减少了数据量的计算[4]。针对高分二号卫星的绿波段直接融合会使植被显示效果较为暗淡、层次感不强的问题，通过波段加权运算，利用绿波段与近红外波段进行加权处理，如B_NEW=B_GREEN*a+B_NIR(1-a)，a权重值为0.8-0.9，形成较为理想的真彩色影像。对正射纠正后整景影像采集不少于50个检查点，且均匀分布于监测影像重叠区域，确保整景精度不超限。最后按 1∶25 000标准分幅最小矩形外扩100个像素的矩形裁切影像，得到共计110幅监测影像。利用PF像素工厂极大地提高了卫星遥感影像的处理效率，同样规模的影像生产项目较常规软件处理，效率可提高一倍，成果精度满足地理国情生产需求。影像处理前后变化如图2所示。

图2影像经像素工厂处理影像的前后变化

5.2 监测工作的重点和界定方法

地理国情监测不仅涵盖地表覆盖的自然单元，还包括地理国情要素和地理单元方面的人文因素，设计并提取地理国情监测重点区域对推动数据生产是非常必要的环节。对于地表覆盖图层，监测阶段首先重点针对本底数据库中的TAG值处于变化阶段的4图斑及CC码大类为7和8的图斑进行逐一核实。借助多时像遥感数据的光谱异质性与形状异质性运用分类后比较法，对每景影像设置统一的分类体系，然后对比两期影像分类数据提取变化图斑。由于光谱相似性较近的图斑阈值难以界定，因而对细微变化无法有效提取。同时，因耕园林草地块间的轮种会产生较多冗余变化图斑，需要人工排查，但此法对较大面积的地表开挖区或城建变化区的提取效果较好[5]。此外，利用武汉市测绘研究院逐年航飞的全市域航摄影像，通过像素工厂快速匹配生成地表高程模型间的差分处理，提取超阈值区域，能有效监测建筑物增建区域的变化区域。

对于国情要素和地理单元要素图层的监测，先根据地表覆盖中生产标记为“17*”类图斑进行更新，对新增路网、建筑区、水域等要素则较为直观，但对于如城镇功能单元要素类的新增、要素属性项扩充和完善等，则更多地需要参考收集资料，进行属性挂接或定位上图。根据要素编辑标记字段，反向检查修改更新区域是否需要同步更新地表覆盖，以免产生逻辑一致性问题。

5.3 地理国情监测与地理市情深化数据的融合方法

由于省局下发的武汉市地理国情监测本底数据库是按13个行政区界线划分，与地理市情深化使用16个功能区界线划分单元不一致。同时，地理国情数据库中设计了保留要素唯一值编码和更新编辑标记以便数据的历史回溯，但这极大地增加了人工排查、机查错误的问题。如直接将地理国情监测成果合并再重新依照地理市情深化数据库的标准进行更新，会产生大量的逻辑一致性问题，给后续的统计分析和专题信息提取造成干扰。为更好地利用和融合两套数据，对地理市情深化监测中的唯一编码及要素变化标识不保留，后期再通过两期数据对比提取灭失及编辑图斑，此法能确保更新后要素逻辑的一致性。对不同类型的地理国情监测要素层，笔者总结设计了以下三种情况处理方法，确保国情监测和市情监测深化的一致性和成果的完整性。

(1)对分类指标不变且不需细化的图层，保留利用地理国情监测成果，采取合并后拆分处理，确保从国家到地方分类指标的一致和延续，如LCA，HYDA等；

(2)对分类指标不变、但需市情细化的图层，首先提取地理国情中的编辑成果，在原地理市情数据库中进行还原，然后再根据有关专题资料或影像对照进行更新，如LCTL，LRDL；

(3)对分类指标改变的图层，应先将地理国情中对应图层的要素进行地理市情标准的转换，确保无误后再进行数据融合，如地理国情中CtyDataset城镇功能单元数据集包含13个图层，但地理市情数据库则在BUCA层利用CC码进行细分存储，同时还需对国情库中CPDA单位院落图层进行市情细分指标深化(114A-114K)。

5.4 专题数据库更新方法

专题数据库是地理国情监测数据的补充和完善，是后期进行基本统计分析与专题性监测的重要信息来源，也是相关专题图表制作的主要数据源。专题数据库涵盖基础性监测及专题性监测的信息图层，对前者应保证与地理国情监测数据库中信息一致，再辅助扩充无须在地理国情监测的要素，并根据制图要求进行要素几何格式的转换，如教育资源分布图中对幼儿园和中等职业学校等进行了扩充，制图表达过程则需将CPDA中的面要素转换为点要素存储，如图3所示。对专题性监测涉及的深化项内容应确保入库要素投影坐标系的一致，通过专题细化形成城市建设管理、公共管理服务、纳税企业、人口、市情深化、政务服务、制图辅助等7个子数据集进行分类管理，根据年度收集专题信息资料进行核实和更新，挂接并扩充相关图层的专题信息。

为减少专题数据上图定位的复杂性，综合运用武汉市测绘研究院研发的百度地图API，遍历专题数据表，对各类专题信息进行地址、名称的解析和逆解析，快速获取每条地名地址的百度坐标，经坐标转换和坐标校正后展点成图。对定位率在80%以上的点位、定位精度在 5 m～20 m，实现地名地址的批量定位。对定位率较低的数据，利用武汉市测绘研究院研发的“勘测成果一张图”的地名地址搜索功能，并经百度、高德等国内权威地图网站中的街景地图辅助核实，确保更新数据的准确性。

图3 教育资源分布图

6 结 语

目前，地理国情监测已成为测绘地理信息转型升级、服务国家改革发展大局的主攻方向，是推动测绘地理信息技术向跨学科、跨行业知识融合的一条新的途径[6]。武汉正处于建设国家中心城市的关键时期，构建符合国情、市情需求的本底数据库，不断创新数据生产模式，建立高性价比的一体化监测技术体系，才能有效促进该项工作的业务化、规范化和常态化。武汉市测绘研究院从2013年积极响应国家号召，开展地理国情初始普查，到2016年自主摸索开展地理市情深化监测研究与应用，再到2017年统筹协调地理国情监测与地理市情深化工作的同期进行，旨在不断探索各类监测成果的专题性研究分析能力，拓展服务领域，充分发挥其在“经济、城市、民生”三个升级版中的基础公益智库作用。