新型基礎測繪芻議

喬朝飛

(國家測繪地理信息局 測繪發(fā)展研究中心，北京 100830)

0 引 言

我國基礎測繪工作經歷了幾十年的發(fā)展經歷，取得了輝煌成就。在當前的信息化時代，“互聯(lián)網+”、大數(shù)據、云計算、物聯(lián)網等新一代信息技術蓬勃興起。與此同時，我國融入全球化發(fā)展的步伐不斷加快，一系列新的戰(zhàn)略布局和重大改革先后實施。新的形勢下，基礎測繪工作面臨著轉型升級的重大使命。2015年6月，國務院批復同意的《全國基礎測繪中長期規(guī)劃綱要（2015-2030年）》（以下簡稱《規(guī)劃綱要》）中提出，到2030年全面建成新型基礎測繪體系[1]?！靶滦突A測繪”這一概念自提出后，就引起了測繪地理信息業(yè)內的廣泛關注。目前，關于新型基礎測繪的內涵，還沒有形成統(tǒng)一的認識。筆者針對新型基礎測繪的相關內容，談一談自己的認識和理解。

1 基礎測繪的特性

無論是傳統(tǒng)的基礎測繪，還是新型基礎測繪，其本質屬性不會發(fā)生變化，一般都具有以下幾種特性。

1.1 自然壟斷性

根據西方經濟學理論，市場所提供的各類物品，可以根據消費該物品時的兩個特性對其進行分類，一是排他性，即：是否可以阻止人們使用該物品？二是競爭性，即：一個人使用該物品是否會妨礙其他人對其的使用？根據上述兩個特性，可將各類物品分為四類：私人物品（既有排他性又有競爭性）、公共物品（既無排他性又無競爭性）、公共資源（無排他性但有競爭性）、自然壟斷物品（有排他性但沒有競爭性）[2]?；A測繪成果具有排他性（利用保密政策可以阻止非經授權的公眾用戶使用測繪成果），沒有競爭性（一個用戶使用基礎測繪成果并不會妨礙其他用戶使用）。因此，基礎測繪具有自然壟斷的特性。如果保密政策放開，基礎測繪成果的排他性將下降，具有公共物品的特性，自然壟斷的地位也將下降。這要求基礎測繪必須不斷改革創(chuàng)新、轉型升級，避免被邊緣化。

1.2 權威性

基礎測繪是向全社會各類用戶提供統(tǒng)一、權威的空間定位基準和基礎地理信息服務的工作，基本比例尺地圖等基礎測繪成果代表國家意志，具有權威性。

1.3 基礎性

基礎測繪是經濟建設、國防建設、社會發(fā)展和生態(tài)保護的一項十分重要的前期性、基礎性工作，廣泛服務于國家宏觀管理、資源調查開發(fā)、環(huán)境監(jiān)測保護、區(qū)域經濟規(guī)劃、土地開發(fā)利用、不動產管理、災害監(jiān)測、城鄉(xiāng)規(guī)劃建設、農業(yè)、林業(yè)、水利、交通、能源、通信、國防建設等各個領域。

1.4 公益性

所謂公益性是指需要由政府財政投資。由于基礎測繪是一項基礎性的工作，而且基礎測繪項目一般規(guī)模大、系統(tǒng)性強、周期長、服務面廣，基礎測繪產品涉及國家秘密和國家安全，因此，世界各國的基礎測繪一般都是由政府投資，具有公益性。

2 基礎測繪面臨的形勢及其發(fā)展方向

當前，我國基礎測繪工作面臨新的發(fā)展形勢。國家一些新型戰(zhàn)略布局的提出對基礎測繪工作提出了新的需求。同時，信息化時代，基礎測繪的主要產品——地圖的內涵和表現(xiàn)形式都發(fā)生了巨大變化。

2.1 國家新戰(zhàn)略布局提出新需求

現(xiàn)階段，我國正處在全面建成小康社會的關鍵時期。黨中央、國務院先后部署了一系列新的發(fā)展戰(zhàn)略?！耙粠б宦贰?、長江經濟帶、京津冀協(xié)同發(fā)展、主體功能區(qū)、大數(shù)據等戰(zhàn)略實施取得重大進展，生態(tài)文明體制改革先后推出了一系列重要舉措。這些新戰(zhàn)略布局要求基礎測繪“與時俱進”，為戰(zhàn)略實施提供有力支撐。

這里以生態(tài)保護為例。2017年7月1日起施行的新《測繪法》第一條增加了測繪為生態(tài)保護服務的規(guī)定。這就要求基礎測繪的工作內容要進行相應的改變。比如，基礎測繪成果中要進一步豐富自然生態(tài)有關要素的種類，如植被覆蓋、水系等要素的種類。同時，要求基礎測繪成果的更新周期縮短?？紤]到自然要素隨季節(jié)的變化，更新周期一般為半年甚至更短。

2.2 信息時代地圖的特點

信息時代，地圖的表現(xiàn)形式是以二進制編碼存儲在計算機中的數(shù)字地圖。數(shù)字地圖和模擬地圖具有迥然不同的特點。

1）模擬地圖是靜止的

一是圖形是一成不變的。一幅制作好的地圖，其上面的各種要素是固定不變的。無論什么時候翻看這幅地圖，它上面的內容都是不變的。

二是版本是一成不變的。無論是首次編制的地圖，還是之后復印的地圖，其內容都是相同的。無論在任何地方、任何時間購買到同一幅地圖，只要是同一個版本，它的內容都是相同的。

三是介質是一成不變的。如果保護得當，一幅紙質地圖可以保存很長時間（比數(shù)字格式多保存幾個世紀），而地圖上的內容不會因為年久而改變。

四是完成度是一成不變的。一張地圖編制完成，意味著其上面的內容“蓋棺定論”，不會再發(fā)生變化。以印刷品形式出現(xiàn)的地圖，部分魅力就在于它把自身交付給了紙張，幾乎如同誓言一般。而地圖作者的權威和可信度就建立在此之上。

2）數(shù)字地圖是動態(tài)的

今天，地圖更多的是以數(shù)字形式出現(xiàn)。從國家基本比例尺地形圖到車載導航地圖，再到手機地圖，都是以電子形式出現(xiàn)。許多紙質地圖也都被掃描數(shù)字化后存儲到計算機中。與模擬地圖上述一成不變的四個特點相對應，數(shù)字地圖具有如下四種動態(tài)性：

一是圖形是動態(tài)的。數(shù)字地圖中的圖幅成為一種靈活的單位。從智能眼鏡上的微小屏幕，到一整面墻的大小，數(shù)字地圖的內容會流動縮放以適應任何可用的空間，它可以適配讀者喜愛的閱讀設備和閱讀風格。

二是版本是動態(tài)的。數(shù)字地圖的版本可以根據讀者的不同而變化。對于對地圖內容不熟悉的讀者，他拿到的版本可能更為詳盡。對于已經對地圖內容有所了解的讀者，他拿到的版本可能會略去那些他已經熟悉的內容。個性化的地圖會在真正意義上為讀者“量身打造”。

三是介質是動態(tài)的。數(shù)字地圖在云端保存的成本很低，幾乎可以忽略。只要網絡帶寬足夠大，數(shù)字地圖還能在瞬時間發(fā)往地球上任何的地方，無論發(fā)送時間如何，接受對象是誰。

四是完成度是動態(tài)的。數(shù)字地圖的內容可以隨時更新，也可以逐步更新。與靜止不變的紙質地圖相比，更新永無止境的數(shù)字地圖具有的永葆鮮活的流動性，也鼓舞著更多的人成為地圖的創(chuàng)造者和讀者。

從模擬地圖到數(shù)字地圖，體現(xiàn)了從停滯到流動，從一成不變到奔流不息。這種變化帶來的最大好處是，可以在無休止的變化中，制作出新的地圖產品。

傳統(tǒng)的地理信息系統(tǒng)（GIS）對客觀世界的描述是以地圖為基礎，是一種間接的建模方式。國內有學者正在研究在計算機中構建與現(xiàn)實世界完全對應的數(shù)字世界，這是一種直接的建模方式[3]。此類研究如出現(xiàn)重大突破，必將會對現(xiàn)有的GIS理論產生顛覆式改變。

2.3 基礎測繪的發(fā)展方向：全自動化、全內業(yè)化

一般而言，任何一個由技術主導的行業(yè)的發(fā)展初期采用的均是高精尖的技術，只有專業(yè)人員才能掌握和使用，行業(yè)進入的門檻很高。之后，隨著技術的進步，技術變得更易于使用，被越來越多的人所掌握，行業(yè)進入的門檻越來越低?；A測繪的發(fā)展歷程也是如此。在模擬地圖時代，測制基本比例尺地形圖時主要采用航測方法，需要昂貴的專業(yè)設備，人員需要進行經過若干年的培訓后才能熟練掌握相關技術，外業(yè)調繪的工作量較大。可以預計的是，隨著技術的發(fā)展，未來基礎測繪生產將會實現(xiàn)全自動化，艱辛的外業(yè)工作將消失，操作全部在內業(yè)環(huán)境下完成。雖然在短時期內這一目標難以實現(xiàn)，但總的發(fā)展趨勢是不會變的。

3 關于新型基礎測繪發(fā)展的若干建議

《規(guī)劃綱要》中指出，新型基礎測繪的主要特征是“全球覆蓋、海陸兼顧、聯(lián)動更新、按需服務、開放共享”[1]。“全球覆蓋”和“海陸兼顧”表明基礎測繪的工作范圍由國內擴展至全球、由陸地擴展至海洋?！奥?lián)動更新”是指國家和地方各級比例尺基礎地理信息資源協(xié)同更新。這3個特征不難理解。本節(jié)針對“按需服務”和“開放共享”以及健全基礎測繪分級管理體制，提出促進新型基礎測繪發(fā)展的相關建議。

3.1 壓縮基本比例尺地形圖的數(shù)量

我國基本比例尺地形圖的比例尺系列包括11個，即：1:1000000、1:500000、1:250000、1:100000、1:50000、1:25000、1:10000、1:5000、1:2000、1:500等[4]?！痘A測繪條例》規(guī)定，國家測繪地理信息局組織實施測制和更新全國1:1000000至1:25000國家基本比例尺地形圖；各省、自治區(qū)、直轄市測繪地理信息部門組織實施測制和更新本行政區(qū)域1:10000至1:5 000國家基本比例尺地形圖；設區(qū)的市、縣級人民政府依法組織實施測制和更新1:2 000至1:500比例尺地形圖。

在模擬地圖時代，之所以設置比較多的比例尺層次，主要是為了滿足不同的特定使用需求和攜帶方便。測制和更新這些不同比例尺的地形圖需要花費大量的工作量。在電子地圖時代數(shù)字制圖技術可以提供“光學變焦”（比例尺改變）和“數(shù)字變焦”（像素尺度改變）的手段，使地圖圖面可以任意縮放或改變像素大小[5]。因此，也就沒有必要設置過多的比例尺系列。建議將原有的比例尺數(shù)量壓縮至3個：國家層面保留1:50000比例尺，省級層面保留1:10000比例尺，市縣級層面保留1:500比例尺（郊區(qū)可以保留1:2000比例尺）。這樣，就能大幅減少各級基礎測繪的工作量，如無需再用大比例尺地形圖級聯(lián)更新小比例尺地形圖。若要使用其他較小比例尺的地形圖，可以利用地圖自動綜合軟件隨時生成。

3.2 生產適應信息化特點的基礎地理信息產品

模擬測繪階段，基礎測繪的重點是測制和更新基本比例尺地形圖。數(shù)字測繪階段，基礎測繪的重點是建設和更新基礎地理信息數(shù)據庫。然而，由于地圖學理論的滯后[5]，現(xiàn)有的基礎地理信息數(shù)據產品依然沿襲傳統(tǒng)地圖的理論基礎和生產模式，沒有體現(xiàn)出數(shù)字化的優(yōu)勢和特點。在生產基礎地理信息產品時，應充分考慮數(shù)字化和信息化的特點。

數(shù)字化條件下，地形圖、地理信息數(shù)據庫、遙感影像的作用、使用頻率和地位已經發(fā)生了變化。

高俊院士曾深刻地指出[5]，模擬時代，地形圖是各類地理信息唯一的信息源；數(shù)字時代，由框架數(shù)據、影像數(shù)據、DEM數(shù)據等組成的基礎地理信息數(shù)據庫成為了信息源，地形圖則根據需求可以隨時從數(shù)據庫中提取數(shù)據來制作，成為可視化產品的一種，變?yōu)閿?shù)據庫的附屬物?；诖俗兓?，要大力開展信息時代地圖學基本理論的創(chuàng)新[6]，研制基于地理信息數(shù)據庫開發(fā)新型地圖產品的技術方法。

航空航天遙感影像以前主要是作為更新地形圖的資料，少量的也作為產品（如影像地圖）。當前，航空航天遙感已成為獲取地理信息數(shù)據的主要手段，種類豐富的遙感影像可以直接被加工為最終產品，而不是作為更新地形圖的中間材料。美國USGS早已將DOM（數(shù)字正射影像）作為一類數(shù)據產品。今后，在小于1:10000比例尺的地形圖上，居民點和一般能夠通過影像辨別的其他構筑物的幾何信息，可以直接用DOM代替，避免將大量精力花費在建筑物和居民地的綜合取舍上[7]。DEM（數(shù)字高程模型）目前主要是由DLG（數(shù)字線劃圖）中的等高線內插生成，不是直接由影像生成。另一種生成DEM的方式是由DOM生成DSM（數(shù)字表面模型），然后將DSM中的建筑物、植被等去除，生成DEM。這種方法需要依靠人工識別建筑物和植被，自動化程度不高。今后隨著技術難題的突破和新型遙感產品（如雷達遙感影像）的大規(guī)模應用，將更多地采用后一種方法生成DEM。需要指出的是，遙感影像產品并不能完全代替DLG等地圖產品。因為對于大多數(shù)缺少判釋能力的使用者來說，一幅遙感影像能夠提供的信息量往往遠不如一幅地圖的信息量大。可以說，地圖是為廣大讀者服務的，而影像是為具有較豐富影像識別經驗的專業(yè)人員服務的[5]。

這里需要澄清一個問題。一些業(yè)內人士認為，新型基礎測繪生產今后應遵循“應采盡采”的原則，盡可能多地采集地表各類要素。如果這樣做，會大大增加工作量和財力投入，而各級財政投入基礎測繪的經費是有限的。因此，新型基礎測繪生產中要素采集的范圍不宜過多擴展，而是適當增加需求相對較多的少量要素種類。地理國情監(jiān)測、時空大數(shù)據分析中所需的專業(yè)領域的屬性數(shù)據，需要通過地理信息資源共享的方式，從相關專業(yè)部門獲取。

3.3 努力實現(xiàn)按需服務

傳統(tǒng)基礎測繪的主要任務之一是生產基本比例尺地形圖?；颈壤叩匦螆D上通常包括七類自然地理要素和地表人工設施，即：水系、居民地及設施、交通、境界及政區(qū)、地名、地貌、植被與土質等。基本比例尺地圖上之所以表達這七類要素，是因為這些要素是人們通常使用最為頻繁的。這七類要素可以看作是地球表面各類自然地理和人文設施要素的“最大公約數(shù)”。因此，基本比例尺地圖滿足的是各行各業(yè)的普適需求[5]。

新型基礎測繪的特征之一是“按需服務”。簡單地從字面上理解，“按需”就是指產品或服務只針對一個特定的服務目標。與“按需”一詞緊密聯(lián)系的一個詞是“定制”。既然是定制的，則為A目標定制的產品或服務，就不能用于B目標。這是顯而易見的。所以說，“按需”就意味著個性化、非標準化。

信息化條件下，技術的進步使得新型基礎測繪“按需服務”成為可能?？梢岳玫乩硇畔⒆詣犹崛?、地形圖制圖等技術，從基礎地理信息數(shù)據庫中生成各類專題地圖、公眾版地圖、圖集圖冊等產品，滿足不同的需要[8]。

在計劃經濟時代，基本比例尺地形圖的生產者和用戶之間往往“老死不相往來”，生產者不會關心用戶的需求在哪里，是什么，很少做用戶調查。這樣導致的結果就是生產的地圖產品往往與需求相脫節(jié)。當今時代，“互聯(lián)網+”、大數(shù)據的出現(xiàn)，使得“用戶至上”的理念深入人心。筆者多年前就曾建議[9]，測繪地理信息部門應設置專門的機構，調查各類用戶對基礎地理信息產品的需求，了解用戶對產品的使用情況，根據調查結果不斷改進服務效果。

現(xiàn)有的一些地理信息產品之所以不受用戶歡迎，一個重要原因就是過于復雜，難于操作和使用。因此，在開發(fā)新型地理信息產品時，要注重遵循“簡約”的原則，使產品直觀、簡潔、易用，符合通常的邏輯思維和使用習慣。產品只有“簡單”，用戶才會喜歡[7]。

3.4 加強基礎地理信息資源開放共享

1）加強基礎地理信息資源開放

開放是共享的前提。長期以來，我國基礎測繪成果保密范圍過大、尺度過嚴問題廣為詬病。信息化條件下，要解決此問題，可以從以下3個方面入手。

一是調整保密思路。任何國家的安全戰(zhàn)略，最終都是由非技術性的認知和觀念所決定的，人的主觀認識在其中發(fā)揮的作用才是決定性的[10]。我國現(xiàn)有的測繪成果保密的思路是以“?！睘橹?，而目前國內外形勢與以往已經發(fā)生巨大變化，單純的“保”的思路已經不適應形勢變化。本著實事求是的原則，測繪成果保密必須調整現(xiàn)有的保密思路，對于那些已經無需保密或者事實上保不住的測繪成果，應該盡快公開。

二是調整測繪成果保密劃分的原則。現(xiàn)有劃分測繪成果保密范圍的原則是基于比例尺的大小，涉密和非涉密要素在一個圖層，這種“一刀切”式的密級劃分標準過于寬泛，極大地限制了測繪成果的廣泛使用。為克服按比例尺劃分密級的不足，建議采用“比例尺+要素”定密的方法，根據涉密要素類型，將保密對象映射為一個個保密要素，根據要素空間精度、幾何特征、屬性特征、時間特征、范圍數(shù)量等綜合確定測繪成果的密級[11]。

三是測繪成果實行軍民分版。測繪成果之所以要保密，主要是出于確保國家安全的考慮。然而，不能以國家安全為借口不合理地限制測繪成果的廣泛使用。解決測繪成果保密與應用的矛盾，一個根本解決方法是地形圖分版，即將地形圖分為民用版和軍用版。國內外的實踐證明，這是解決測繪成果保密問題的一條理想途徑[11]。

2）加強基礎地理信息資源共享

一直以來，我國地理信息資源共享是一個“老大難”問題。國家各有關部門先后開展了多項資源、環(huán)境、人口等的調查，如土地調查、森林資源調查、濕地調查、水利普查、人口普查、地名普查等。由于各類調查數(shù)據依據的標準不同，調查結果相互之間經常存在矛盾，同時也造成重復投入。這些調查中都需要高分辨率遙感影像和詳細的地理信息作為基礎資料，如果能夠實現(xiàn)地理信息資源共享，做到“一圖多用”，則將節(jié)省大量國家財政資金，而且也能避免各種調查數(shù)據相互之間“打架”的現(xiàn)象。

由于部門利益的掣肘，基礎地理信息資源共享問題只能在國家層面統(tǒng)籌解決。做好頂層設計很關鍵?！丁笆濉眹倚畔⒒?guī)劃》中要求，統(tǒng)籌國家基礎數(shù)據資源建設，全面建成人口、法人、自然資源和地理空間等基礎信息數(shù)據庫；完善政務基礎信息資源共建共享應用機制，依托政府數(shù)據統(tǒng)一共享交換平臺，加快推進跨部門、跨層級數(shù)據資源共享應用。測繪地理信息部門和相關部門要按照規(guī)劃要求，依托政府數(shù)據共享交換平臺，基于統(tǒng)一的空間定位基準，整合與地理位置相關的部門數(shù)據。國家應明確由測繪地理信息部門統(tǒng)一負責組織實施高分辨率遙感影像的獲取和分發(fā)。今后，在更新基礎地理信息數(shù)據時，所需的專業(yè)部門的屬性數(shù)據將由相關專業(yè)部門提供，測繪地理信息部門無需再重新采集。這樣既能保障數(shù)據的準確性、權威性，也避免了財政重復投入。

3.5 健全分級管理體制機制

《測繪法》中規(guī)定：國家對基礎測繪實行分級管理。按照各級政府財權與事權一致的原則，實行基礎測繪分級管理是十分必要的。但是，目前的分級管理存在國家對地方統(tǒng)籌不足、重復測繪等問題。

一些專家提出基礎測繪分級管理的形式不變，內容應改變，建議按精度等級和地域明確國家、省、市、縣各級測繪地理信息部門在基礎測繪建設中的分工和權責[12]：市縣測繪地理信息部門測制本級行政區(qū)內的大比例尺基礎地理信息數(shù)據，省級測繪地理信息部門負責將本省區(qū)域內各市縣的大比例尺基礎地理信息數(shù)據進行整合、綜合，國家測繪地理信息局再將各省份的基礎地理信息數(shù)據進行整合、綜合。

上述設想是一種比較理想的模式，在現(xiàn)有技術條件下的可行性值得商榷。原因在于，地圖綜合是一個世界性的難題，目前自動化程度不高，必須輔助人工操作，工作量很大。筆者雖然沒有做過相關試驗，但是可以預計，利用自動綜合方法由大比例尺地理信息數(shù)據生成小比例尺地理信息數(shù)據需要大量人工干預，其花費的工作量將遠遠大于直接由影像生成小比例尺地理信息數(shù)據的工作量。

基礎測繪無論發(fā)展到何時，其最主要的任務仍然是生產地形圖，而不是生產一堆存儲在計算機中的數(shù)字。正如高俊院士所說：“不做地圖，要測繪干什么？”[5]而比例尺是地圖自身所固有的、不可分割的屬性之一。無論采用何種方法采集地理信息數(shù)據，都必須在一定的比例尺條件下進行。所以，本質上按比例尺分工的分級管理體制會長期存在。

4 結束語

信息化時代，基礎測繪的重點從制作國家基本比例尺地形圖轉為基礎地理信息數(shù)據庫的生產、更新和服務保障。這一轉型升級的重點和難點在于如何使基礎測繪成果更好地貼近需求、滿足需求。只要廣大測繪地理信息工作者認準目標，牢記服務宗旨，堅持用戶至上，通過鍥而不舍的努力，一定會推動基礎測繪不斷取得新的更大成績，為經濟社會發(fā)展、國防建設、生態(tài)保護提供堅實有力的服務保障。