淺談地理國情普查數(shù)據(jù)基本統(tǒng)計

李芹

摘 要：本文利用地理國情普查基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行多種地理國情統(tǒng)計單元，采用算術(shù)平均法、空間量算、極值法和比值分析法等方法通過緩沖區(qū)分析、網(wǎng)絡(luò)分析和疊加分析等技術(shù)來進(jìn)行統(tǒng)計，從多維度綜合分析地理國情普查要素的物理結(jié)構(gòu)、空間分布及相互關(guān)系，揭示其分布規(guī)律和發(fā)展趨勢，為科學(xué)發(fā)展提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞：地理國情普查；基本統(tǒng)計；統(tǒng)計方法

0 引言

“要加強地理國情監(jiān)測”是國務(wù)院副總理李克強同志在2010年12月全國測繪局長會議上重點提出的工作。2013年2月18日《國務(wù)院關(guān)于開展第一次全國地理國情普查的通知》正式下達(dá)（以下簡稱“國情普查”），全國范圍的國情普查工作由此展開。國情普查是查清我國地形地貌、地表覆蓋等自然和人文地理要素的現(xiàn)狀和空間分布狀況。普查的最終成果發(fā)布這是以數(shù)據(jù)形式，這就需要我們對普查數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計，國情普查基本統(tǒng)計是根據(jù)地理國情普查采集的點、線、面等幾何特征類型和地理實體對象，以規(guī)則地理網(wǎng)格單元、行政區(qū)劃與管理單元、地形單元為統(tǒng)計單元，進(jìn)行地形地貌、植被覆蓋、荒漠與裸露地表、水域、交通網(wǎng)絡(luò)、居民地與設(shè)施、地理單元的數(shù)量、密度、位置、高程、范圍等內(nèi)容的統(tǒng)計。根據(jù)統(tǒng)計成果來充分揭示社會經(jīng)濟發(fā)展和自然資源環(huán)境的分布規(guī)律，實現(xiàn)地理國情信息對政府、企業(yè)和公眾的服務(wù)，為國家戰(zhàn)略規(guī)劃制定、空間規(guī)劃管理、區(qū)域政策制定、災(zāi)害預(yù)警、科學(xué)研究和為公眾服務(wù)提供有力保障。

1 方法研究

地理國情普查基本統(tǒng)計使用的方法主要有空間量算、算數(shù)平均法、比值分析法、極值法、疊加分析、緩沖區(qū)分析和網(wǎng)絡(luò)分析等方法。

1.1 空間量算

空間量算主要量算長度、面積、表面長度、表面面積等。長度和面積的量算就不在贅述，主要介紹下基于CGCS2000國家大地坐標(biāo)系下的考慮到地球地表起伏的表面長度和表面面積的計算方法。

地表曲線長度計算公式[1]

（1）

式中， 和 表示相鄰兩點空間直角坐標(biāo)的向量，n表示線段總數(shù)。

空間兩點間距離計算公式[2]

（2）

式中 和 為空間任意兩點的空間坐標(biāo)。

表面面積計算按DEM數(shù)據(jù)行（）對整個邊界區(qū)域進(jìn)行整數(shù)網(wǎng)格劃分，構(gòu)建規(guī)則三角網(wǎng)，計算所有構(gòu)建的三角網(wǎng)的面積，累加所有三角網(wǎng)面積得到地表區(qū)域的地表面積，如下圖所示。

`

`

圖1 空間三角形的表示

整個區(qū)域的面積公式[2]為：

（3）

中，n表示子區(qū)域的個數(shù)，N表示子區(qū)域中三角形的個數(shù)， 表示整個多邊形區(qū)域， 表示一個子區(qū)域中的一個三角形區(qū)域。

單個三角形的計算公式為：

（4）

式中“ ”表示三角形兩條邊構(gòu)成的向量AB、AC的外積。

1.2算數(shù)平均法

算數(shù)平均法是求表征數(shù)據(jù)集中趨勢的一種數(shù)學(xué)方法，它是一組數(shù)據(jù)之和除以數(shù)據(jù)的個數(shù)，其結(jié)果被稱為算數(shù)平均數(shù)。算數(shù)平均數(shù)在統(tǒng)計學(xué)上具有更少受到隨機因素影響的優(yōu)點，缺點是容易受到極端值的影響。

在統(tǒng)計分析中，主要運用于平均高程的計算。

（5）

式中n為統(tǒng)計單元內(nèi)所有高程點個數(shù)， 為第k點的高程

1.3 比值分析法

比值分析法是指通過計算兩個有聯(lián)系的指標(biāo)對比比率來進(jìn)行分析的方法。利用這種方法所求出的統(tǒng)計指標(biāo)多為相對指標(biāo)，用于衡量兩個要素之間的關(guān)系。包括占比和構(gòu)成比兩種。

占比是指統(tǒng)計單元內(nèi)面狀要素面積總和與單元面積的比值。設(shè)統(tǒng)計單元內(nèi)有n類統(tǒng)計對象，每類總面積為 ， ， ， ，統(tǒng)計單元的面積為S，對于第 （ ≤ ≤ ）類對象有

占比： （6）

構(gòu)成比是指同一統(tǒng)計對象內(nèi)部的構(gòu)成，即子類占父類的比重。設(shè)統(tǒng)計單元內(nèi)有n類統(tǒng)計對象，每類面積為 ， ， ， ，對于第 （ ≤ ≤ ）類對象有

構(gòu)成比： （7）

在統(tǒng)計分析中，主要運用于點狀要素密度、線狀要素密度、面狀要素占比、面狀要素構(gòu)成比、地表平整系數(shù)等統(tǒng)計指標(biāo)使用比值分析法進(jìn)行計算。

1.4極值法

極值包括最大值和最小值，是指在一個域內(nèi)函數(shù)取得最大值（或最小值）的函數(shù)值，使函數(shù)取得最大值（或最小值）的點被稱為極值點。

在統(tǒng)計分析中，主要運用于最低高程、最高高程、四至點坐標(biāo)等統(tǒng)計數(shù)據(jù)的計算。

1.5疊加分析

疊加分析是指在統(tǒng)一的坐標(biāo)系統(tǒng)下，對同一區(qū)域的兩個或者多個不同主題的數(shù)據(jù)圖層進(jìn)行邏輯交、差、并等運算，并對運算結(jié)果的屬性進(jìn)行評定，從而得到該區(qū)域的多重屬性特征或建立對象之間的空間對應(yīng)關(guān)系。根據(jù)所采用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的不同，可分為基于矢量數(shù)據(jù)的疊加分析和基于柵格數(shù)據(jù)的疊加分析兩種類型。

在統(tǒng)計分析中，主要運用于坡度帶、高程帶、行政區(qū)劃與管理單元等統(tǒng)計數(shù)據(jù)的計算。

1.6 緩沖區(qū)分析

緩沖區(qū)分析是以點、線、面實體為基礎(chǔ)，在其周圍建立一定寬度范圍內(nèi)的緩沖區(qū)多邊形圖層，然后將該圖層疊加在目標(biāo)圖層上，進(jìn)行分析而得到的所需結(jié)果。

基于點狀要素的緩沖區(qū)，通常是以點為圓心、以一定距離為半徑的圓?；诰€狀要素的緩沖區(qū)通常是以線為中心軸線，距中心軸線一定距離的平行條帶多邊形?；诿鏍钜氐木彌_區(qū)通常向外或向內(nèi)擴展一定距離為形成，如圖2、圖3、圖4所示。

圖2 點緩沖區(qū) 圖3 線緩沖區(qū) 圖4面緩沖區(qū)

在統(tǒng)計分析中，主要運用于基于道路中心線采集道路面積，等統(tǒng)計數(shù)據(jù)的計算。

1.7網(wǎng)絡(luò)分析

網(wǎng)絡(luò)分析是GIS空間分析的重要組成部分。網(wǎng)絡(luò)是由一個點、線的二元關(guān)系構(gòu)成的系統(tǒng)，通常用來描述某種資源或物資沿著路徑在空間上的運動，例如城市道路系統(tǒng)，地下管道系統(tǒng)，河流水網(wǎng)等最優(yōu)路徑的選擇等，如圖5所示。

地理網(wǎng)絡(luò)的表達(dá)和存儲主要是使用關(guān)聯(lián)矩陣和鄰接矩陣其中關(guān)聯(lián)矩陣是指測度網(wǎng)絡(luò)圖中頂點和邊的關(guān)聯(lián)關(guān)系，鄰接矩陣是指測度網(wǎng)絡(luò)圖中各頂點之間連通性的程度。

現(xiàn)代意義上的最優(yōu)路徑已不再僅僅指地理意義上的距離最短，它還可以是指時間最少、費用最省、線路容量最大等。最優(yōu)路徑廣泛應(yīng)用于各個行業(yè)部門中，是資源配置的重要保障。

圖5 無向網(wǎng)絡(luò)分析圖

2 基本統(tǒng)計技術(shù)路線圖

3 統(tǒng)計流程

統(tǒng)計分析基于地理國情數(shù)據(jù)庫據(jù)庫，通過數(shù)據(jù)預(yù)處理，提取統(tǒng)計單元，配置相關(guān)統(tǒng)計指標(biāo)，進(jìn)而進(jìn)行統(tǒng)計計算，最后得到統(tǒng)計成果[3]。

3.1數(shù)據(jù)預(yù)處理

首先要對BUCA層進(jìn)行質(zhì)心的提取。對于同時有點、線、面幾何類型數(shù)據(jù)的圖層（主要為構(gòu)筑物中的閘、碼頭等），進(jìn)行完整化處理，對于面狀要素圖層提取質(zhì)心，線狀要素圖層提取中心，生成點數(shù)據(jù)，并攜帶面、線要素分類屬性，合并到點狀數(shù)據(jù)圖層，最終形成完整的要素點圖層。

由于統(tǒng)計分析中需要計算表面積以及高程帶和坡度帶，需要基于DEM進(jìn)行相關(guān)計算，所以對于DEM有異常值的地方進(jìn)行修改處理。

3.2統(tǒng)計單元提取

統(tǒng)計分析是以統(tǒng)計單元進(jìn)行分類統(tǒng)計，所以需要提取統(tǒng)計單元，統(tǒng)計單元包括行政區(qū)與管理單元、規(guī)則地理格網(wǎng)單元和地形單元[3]。

行政區(qū)與管理單元主要是從BOUA5中提取縣級行政區(qū)，從BOUA6中提取鄉(xiāng)級行政區(qū)，從BOUA8中提取城市中心城區(qū)，從BOUA9中提取其他特殊行政管理區(qū)。

規(guī)則地理格網(wǎng)單元則是按照中心城區(qū)100m×100m；縣級1km×1km，由中國測繪科學(xué)研究院分省生成，下發(fā)到各省。

地形單元是根據(jù)高程帶分級標(biāo)準(zhǔn)從DEM中提取高程帶，然后根據(jù)高程帶數(shù)據(jù)進(jìn)行坡度計算，生成坡度數(shù)據(jù)，根據(jù)坡度帶分級標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行圖斑融合進(jìn)而生成坡度帶數(shù)據(jù)。

3.3 統(tǒng)計配置

根據(jù)統(tǒng)計分析的內(nèi)容，進(jìn)行地形地貌、植被覆蓋、水域、荒漠與裸露地表、交通網(wǎng)絡(luò)、居民地與設(shè)施和地理單元七大類統(tǒng)計對象與統(tǒng)計指標(biāo)的匹配，統(tǒng)計指標(biāo)與行政區(qū)劃與管理單元、地形單元和規(guī)則地理格網(wǎng)的匹配，統(tǒng)計對象與普查數(shù)據(jù)的匹配，為下一步的統(tǒng)計計算做好匹配，統(tǒng)計配置流程圖如圖7所示。

圖7 基本統(tǒng)計配置流程圖

3.4 統(tǒng)計計算

根據(jù)統(tǒng)計配置結(jié)果，把統(tǒng)計對象分別按照三類統(tǒng)計單元（順序為行政區(qū)與管理單元、地形單元、規(guī)則地理格網(wǎng)單元）完成七大統(tǒng)計對象的統(tǒng)計指標(biāo)計算[4]，計算流程如下圖8所示：

圖8 統(tǒng)計計算流程圖

3.5統(tǒng)計成果生成

統(tǒng)計成果生成包括統(tǒng)計報表的生成，格網(wǎng)數(shù)據(jù)庫的生成。根據(jù)統(tǒng)計計算的結(jié)果，生成七大統(tǒng)計地類的報表，包括Excel報表格式和mdb數(shù)據(jù)庫兩種格式。格網(wǎng)數(shù)據(jù)庫則根據(jù)導(dǎo)入的格網(wǎng)數(shù)據(jù)對對地理國情數(shù)據(jù)庫進(jìn)行裁切，保存格式為Arcgis中的gdb文件數(shù)據(jù)庫格式，最后根據(jù)成果匯交要求，整理統(tǒng)計分析成果。

4 結(jié)束語

地理國情普查數(shù)據(jù)真實反映地表覆蓋情況，包括植被覆蓋、地形地貌、水域分布、交通網(wǎng)絡(luò)、居民地與設(shè)施等情況，以及國情要素的分布情況。通過統(tǒng)計分析所獲得數(shù)據(jù)具有真實性和現(xiàn)勢性，可廣泛運用于社會主義現(xiàn)代化的經(jīng)濟建設(shè)中。在政府方面，可為政府的整體規(guī)劃建設(shè)提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)參考，在宏觀上使建設(shè)格局合理配置、資源優(yōu)化分配，從而制定正確的規(guī)劃方案。在民用上，可以用來更新網(wǎng)絡(luò)地圖（百度地圖、谷歌地圖等），可以根據(jù)道路網(wǎng)、村鎮(zhèn)、醫(yī)院和學(xué)校等公共設(shè)施來評價區(qū)域交通的通達(dá)性以及醫(yī)療和教育的空間配置情況。也可以建立地理國情監(jiān)測平臺，來反映每年的地表覆蓋和國情要素的變化，并根據(jù)多年的數(shù)據(jù)積累可反映出土地變化的趨勢，從而為政府制定相關(guān)政策方針及決策提供科學(xué)有效的依據(jù)。

參考文獻(xiàn)

[1] 李維森.地理國情普查基本統(tǒng)計[M].北京：測繪出版社，2013.

[2] 董菲.淺議如何進(jìn)行地理國情統(tǒng)計分析[J].測繪與空間地理信息，2014，37（6）：186-187.

[3] 劉耀林，何建華.地理國情多層次統(tǒng)計分析指標(biāo)體系設(shè)計.地理空間信息，2014，12（3）：1-4.

[4] 袁衛(wèi)平，董春，康風(fēng)光等.地理國情基本統(tǒng)計算法模型管理策略研究.遙感信息，2014，29（4）：

62-66.