超大城市空间信息普查技术体系研究与应用

刘美兰，杨 珩，蔡忠亮

（1.上海市测绘院，上海 200063；2.武汉大学，湖北 武汉 430079）

根据国务院2014 年11 月发布的《关于调整城市规模划分标准的通知》，以城区常住人口为统计口径，将城市划分为五类七档，1 000 万人口以上的为超大城市。目前我国拥有北京、上海、广州、深圳四座超大城市。

城市空间信息的内容十分丰富，包含了公共设施、道路交通、企业单位、河流湿地等数10 个类别。超大城市的空间信息具有密度大、种类多、变化快的特点，空间信息普查需要获取空间对象的位置坐标、地理编码、属性信息、实地照片等多种信息[1-3]，为满足超大城市空间信息普查的数据快速获取处理和应用要求，将传统测绘技术与互联网大数据、移动计算、云计算等现代信息技术相融合，形成一套完整的空间信息普查与应用技术体系。

1 需求分析

1.1 满足多精度空间信息获取的需求

不同的用户部门在各项普查任务中对空间信息的获取精度有着不同的要求，有些要求的数据精度在10 m 级，比如地名普查实地采集精度不低于20 m；有些要求满足亚米级或cm 级精度，例如地名标志普查要求路牌的定位精度在1 m 以内。

1.2 普查生产信息化组织与数据入库的需求

传统的普查作业组织方式一般是按照片区或行政区划进行任务分配，现场人员的作业方式通常是纸质资料结合数码设备。而普查目标并不是平均分布在各个片区的，普查部门需要一种基于信息化的作业组织模式和作业方式，以提高普查作业效率，降低普查成本。同时，信息化的作业流程需要能够实现外业数据的自动入库。

1.3 满足空间信息大数据存储与管理的需求

超大城市空间数据密度大，普查任务的成果数据同时具有大数据和时空数据的特征。如何设计普查大数据成果的存储方式；如何对普查大数据进行有效存储和管理；如何使普查成果数据库满足后普查阶段成果应用的需要；如何对普查时空数据进行存储和更新，都是普查技术部门需要解决的问题。

1.4 满足空间信息资源普查成果的应用需求

空间信息资源的普查成效在于应用。普查部门对于成果应用的需求是多元化、面向多种应用场景的。从产品形式上来说，成果形式包括地图产品、数据服务、软件产品、辅助决策报告等。从创新角度来说，既有传统测绘产品的需求，也有创新成果应用的需求。

2 研究内容

2.1 基于信息化测绘的多元专题普查技术体系

建立了基于信息化测绘的多元专题普查“三体系”，包括基于移动定位、无人机、激光点云等设备的现代化信息测绘技术体系、多元专题普查内容体系、普查数据标准规范体系。

数据标准规范体系解决普查工作的数据标准化和一致性问题，普查内容体系将普查工作分解和细化为可量化的数据需求，信息测绘技术体系实现普查工作的高效化和信息化。“三体系”模式三管齐下，为超大城市精细化管理所需的各项专题普查任务提供了综合性解决方案[4-5]。

2.2 数据业务驱动的信息生产内外业协同机制

设计数据业务驱动的内外业协同生产机制，按照数据生产步骤，包括内业数据融合与预处理、外业数据核查智能划区与任务分配、基于信息流的外业数据生产业务流设计、数据多平台无缝流转与安全保密处理，数据一键入库等。协同机制以内业为主、外业协同的方式，利用现代通信技术、移动互联网技术、跨平台空间数据库技术，提升内业效率，降低外业工作量，实现整个工作流程的无纸化、自动化和智能化[6]。图1 为地名普查中使用的内外业协同软件。

图1 上海市第二次全国地名调查软件

2.3 多源数据融合与时空大数据管理方法

城市空间信息资源可以分为两类，一类是未被采集过的信息，需要到现场采集获取；一类是已经被采集的信息，以不同的数据结构格式存储于不同的数据源中。对于后者，研究异构多源地理信息数据的整合，利用1∶500 基础地形图、高分影像、地名地址数据库、地图数据库、地理国情数据库以及互联网开放大数据，基于统一的空间数据标准与数据结构，实现数据的空间-语义融合。同时，在实现了时空数据库的基础上，还研究了数据动态监测与更新机制，满足应用部门对时空大数据管理实时化、时序化与动态化的需求[7-8]。

2.4 自主可控的普查与应用技术平台

研制了全面覆盖数据融合、现场调查、作业管理、质检、入库到成果应用等核心业务环节的普查与应用技术平台，实现了普查GIS 平台与应用的全面自主可控[9-10]，有力支撑各类重大国情国力普查任务。

在应用服务的系统架构方面，实现了一种基于全开源架构的地理信息应用与服务解决方案。在操作系统、数据库、空间技术引擎、Web 服务器、地图服务器、服务器应用程序、Web 应用框架、空间数据网络交换格式、空间信息网络服务标准等环节全部打通，形成了全开源架构的技术体系[11-12]。基于时空数据库和全开源架构提供空间信息应用与服务，大幅节省软件授权费用，取得了良好的经济效益。同时，由于架构中所有环节源码的开放，整体架构更具灵活性和扩展性，能够适应用户需求的多样化和快速变化，图2为基于全开源架构研发的人口普查技术平台。

图2 上海市第七次全国人口普查GIS 平台

2.5 面向行业的多层次普查成果应用模式设计与实践

解决基于测绘技术的专题普查成果的应用模式及产品设计问题，利用普查数据成果，可为行业用户提供4 个层次的产品与服务:数据级服务、测绘产品（地图等）服务、软件（功能）服务、行业辅助决策/顶层设计服务。

建立了以需求为导向的应用服务体系，实现了空间信息服务主体的大众化、服务形式的智能化、服务行业的多样化、服务功能的集成化。

在服务主体层面，应用体系的服务对象不仅包括传统的行政审批部门、政务应用部门、还利用微信公众号、二维码等方式为公众提供信息服务。在服务形式层面，开发了应用系统、API 接口、定制服务、分析报告、纸质地图（册）等多种产品供用户选择。在服务功能层面，实现了浏览、查询、上传、下载、计算统计、时空比对、标绘输出、大数据展示8 个基本功能的定制与集成。在服务行业层面，目前已覆盖国土管理、环境保护、经济统计、城市安全等多个领域[13-14]。图3 为地理国情普查成果应用系统，图4 为第二次污染源普查成果系统。

图3 地理市情成果应用系统

图4 第二次污染源普查成果发布应用系统

3 应用实践

本文的研究成果已经成功应用于“上海市第一次地理国情普查”、“上海市第二次全国地名普查”、“上海市第二次污染源普查”、“上海市第七次人口普查”等项目中，极大提升了普查工作效率和信息化程度，为多个政府部门的时空数据管理工作提供了重要支撑，取得了良好的经济效益和社会效益。实践证明，以“三体系”模式为理论指导，在数据流驱动的内外业协同机制下进行实施的解决方案，对于涉及空间信息的专项普查工作具有普遍适用性。

4 结 语

本文研究的空间信息普查技术体系是在实践中逐步完善形成的，未来也将跟随实践需求的发展而不断拓展。当前，全国性专项普查工作的成果应用越来越被重视。大部分普查任务都是几年、甚至十几年进行一次。如何建立完善的数据更新机制，保障两次普查工作之间数据的时效性，满足成果应用对数据的长期性要求，将是后普查阶段的工作重点[15-16]。