基礎(chǔ)性地理國情監(jiān)測的生產(chǎn)實(shí)踐與應(yīng)用思考

孫 靖，王鐵軍，趙禮劍

(1. 國家測繪地理信息局職業(yè)技能鑒定指導(dǎo)中心，北京 100830； 2. 國家測繪地理信息局重慶測繪院，重慶 400015)

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基礎(chǔ)性地理國情監(jiān)測的生產(chǎn)實(shí)踐與應(yīng)用思考

孫 靖1，王鐵軍2，趙禮劍2

(1. 國家測繪地理信息局職業(yè)技能鑒定指導(dǎo)中心，北京 100830； 2. 國家測繪地理信息局重慶測繪院，重慶 400015)

通過資料收集、數(shù)據(jù)生產(chǎn)獲取了2005—2015 10年間四期地理國情監(jiān)測成果，以此為研究對象，從監(jiān)測要素流向，城市空間擴(kuò)展，交通、水域、林草地變化等幾個方面進(jìn)行分析，得出了有價值的結(jié)論，再以其他資料進(jìn)行驗證，并對監(jiān)測成果的應(yīng)用進(jìn)行探討。

基礎(chǔ)性；地理國情；監(jiān)測；生產(chǎn)；應(yīng)用

地理國情監(jiān)測是新時期測繪地理信息部門適應(yīng)經(jīng)濟(jì)社會科學(xué)發(fā)展、促進(jìn)資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會建設(shè)、推動測繪地理信息事業(yè)轉(zhuǎn)型升級的重要突破口，同時也是為政府管理部門決策提供有效的地理國情信息依據(jù)，更好地發(fā)揮測繪地理信息部門基礎(chǔ)、先行、保障作用的責(zé)任工程[1-2]。

目前，全國地理國情的第一次普查工作已經(jīng)完成，進(jìn)入到普查數(shù)據(jù)的整理、匯總、統(tǒng)計分析階段，如何及時利用普查數(shù)據(jù)開展地理國情監(jiān)測的后續(xù)工作，是亟需解決的問題[3-6]。本文以基礎(chǔ)性地理國情監(jiān)測為例，探索從監(jiān)測要素流向，城市空間擴(kuò)展，交通、水域、林草地變化等幾個方面進(jìn)行監(jiān)測的技術(shù)方法，對監(jiān)測成果進(jìn)行分析，并以其他方面的資料驗證其可信度；同時對監(jiān)測成果的應(yīng)用進(jìn)行思考，為常態(tài)化地理國情監(jiān)測提供技術(shù)積累，對地理國情監(jiān)測如何服務(wù)國計民生展開探討。

1 數(shù)據(jù)準(zhǔn)備

獲取2005—2015這10年間四期地理國情監(jiān)測成果為研究對象：收集2005年(以下簡稱“一期”)、2010年(以下簡稱“二期”)DOM或高分辨率衛(wèi)星影像，地理國情普查生產(chǎn)階段(2013年，以下簡稱“三期”)和核準(zhǔn)階段(2015年，以下簡稱“四期”)的成果(DOM、地表覆蓋數(shù)據(jù)、重要地理國情要素數(shù)據(jù))為主要數(shù)據(jù)源；收集、整合、分析基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)及多行業(yè)專題數(shù)據(jù)作為輔助；采用遙感影像解譯、變化信息提取、數(shù)據(jù)編輯與整理等技術(shù)與方法，進(jìn)行監(jiān)測區(qū)一期和二期地表覆蓋、地理國情要素生產(chǎn)，經(jīng)檢查、驗收合格后，提取一期到二期、二期到三期、三期到四期、一期到四期的地表覆蓋及重要地理國情要素變化成果。數(shù)據(jù)獲取的技術(shù)路線如圖1所示。

圖1 基礎(chǔ)性地理國情監(jiān)測技術(shù)路線

2 監(jiān)測要素變化分析

2.1 地表覆蓋流向分析

以四期監(jiān)測成果為基礎(chǔ)，開展地表覆蓋空間分析、變化趨勢和流轉(zhuǎn)情況分析。某監(jiān)測區(qū)一期到四期的各地表覆蓋類型的流入流出情況見表1。

表1 地表覆蓋各地類流入流出分析表 km2

從表1可以看出，該區(qū)一期到四期10年間，各地表覆蓋變化情況為：耕地減少明顯，其次為人工堆掘地；耕地主要流入園地、林地、草地、房屋建筑區(qū)和構(gòu)筑物，其中流入園地、林地、草地的面積占全部流出面積的近60%；園地、林地和構(gòu)筑物覆蓋得到較大幅度提升，房屋建筑和道路也得到一定程度的增多，這些地表覆蓋的增加主要來源于耕地。

上述變化的主要原因是經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度快，國家及省市重點(diǎn)工程建設(shè)及監(jiān)測區(qū)正在實(shí)施的“綠色通道”“東部綠色屏障”等工程，致使耕地流出量較大。耕地的大量減少造成了糧食播種面積的下降，間接造成了糧食總產(chǎn)量的下滑，這一點(diǎn)也與該區(qū)的統(tǒng)計年鑒上糧食總產(chǎn)量逐年下滑相印證[7]。

2.2 城市空間擴(kuò)展分析

城市擴(kuò)展指的是城市建成區(qū)隨著時間不斷擴(kuò)大的過程，其中建設(shè)用地的擴(kuò)張規(guī)律能夠反映出城市擴(kuò)展的演變情況。建設(shè)用地對應(yīng)地理國情普查地表覆蓋數(shù)據(jù)中的房屋建筑(區(qū))、道路、構(gòu)筑物及人工堆掘地等4大類型。這里以4個時期城市建設(shè)用地為對象，從城市擴(kuò)展速度、城市擴(kuò)展分異等方面分析城市空間擴(kuò)展情況。

2.2.1 監(jiān)測區(qū)城市擴(kuò)張強(qiáng)度指數(shù)和速度指數(shù)

城市擴(kuò)展強(qiáng)度指數(shù)用以比較不同研究時期城市土地利用擴(kuò)展的強(qiáng)弱或快慢。城市擴(kuò)展速度指數(shù)表示各城市用地類型在整個研究時期內(nèi)的不同階段用地擴(kuò)展面積的年增長速率，表征各階段不同類型城市用地擴(kuò)展的總體規(guī)模和趨勢。強(qiáng)度指數(shù)和速度指數(shù)計算公式如下[8-9]

Ni=ΔUij/(Δtj×Ai)×100%

(1)

Vi=ΔUij/Δtj

(2)

式中，Ni為城市擴(kuò)展強(qiáng)度指數(shù)；Vi為城市擴(kuò)展速度指數(shù)；ΔUij為第i個研究單元在j時段內(nèi)的建成區(qū)擴(kuò)展面積；Δtj為j時段的時間跨度；Ai為第i個單元土地總面積。某監(jiān)測區(qū)域4個時期建設(shè)用地擴(kuò)張強(qiáng)度指數(shù)和速度指數(shù)見表2。

表2 監(jiān)測區(qū)建設(shè)用地擴(kuò)展強(qiáng)度指數(shù)和速度指數(shù)

由表2可見，該監(jiān)測區(qū)的建設(shè)用地擴(kuò)張非常迅速，年平均擴(kuò)張4.73 km2，擴(kuò)張強(qiáng)度指數(shù)達(dá)到6.41%；尤其是二期到三期速度指數(shù)達(dá)到8.93 km2/a，強(qiáng)度指數(shù)高達(dá)10.24%，該區(qū)間城市建設(shè)用地快速增加；三期到四期建設(shè)用地有所減少，主要是人工堆掘地大面積減少導(dǎo)致。通過分析人工堆掘地的流入流出，發(fā)現(xiàn)在二期到三期時，人工堆掘地的流入數(shù)量遠(yuǎn)大于流出的數(shù)量，大量耕地、園地、林地流入到人工堆掘地，多為人工堆掘地中的建筑工地；而在三期到四期時，人工堆掘地的流出量遠(yuǎn)大于流入量，主要流入到草地、房屋建筑(區(qū))、構(gòu)筑物、道路等類型。這也從側(cè)面反映了該監(jiān)測區(qū)在二期到三期之間眾多城市建設(shè)工程正在緊張進(jìn)行，占用了其他類型的地類；而在三期到四期時，工程已基本完工，大多數(shù)人工堆掘地流入草地、房屋建筑(區(qū))、構(gòu)筑物等類型[10]。

2.2.2 城市擴(kuò)展空間分析

以一期的城市重心為原點(diǎn)、選擇合適的半徑、以45°為間隔將研究區(qū)域分割為8個方向，統(tǒng)計不同監(jiān)測時段城市建設(shè)用地在各個方向的擴(kuò)展面積，從而分析城市建設(shè)用地在各個區(qū)域的擴(kuò)展特征，研究城市用地擴(kuò)展變化的方向差異。某地城市建設(shè)用地擴(kuò)展八向圖如圖2所示。

如圖2所示，經(jīng)過10年的城市發(fā)展，該監(jiān)測區(qū)城市擴(kuò)展態(tài)勢明顯，其中向北方向擴(kuò)展面積最大、發(fā)展最快；其次是東方向和南方向。該監(jiān)測區(qū)屬典型的山地城市區(qū)域，城市空間擴(kuò)展受自然條件的影響比較大，城市擴(kuò)展具有跳躍性，繞過不利發(fā)展的地形，如陡崖等，呈長條狀發(fā)展。這與該監(jiān)測區(qū)的城市規(guī)劃息息相關(guān)，該監(jiān)測區(qū)“十一五”和“十二五”規(guī)劃中提出“致力高標(biāo)準(zhǔn)優(yōu)化城市空間布局，科學(xué)規(guī)劃、合理分區(qū)，形成‘雙核四片’城市框架”，城市擴(kuò)展的方向與規(guī)劃目標(biāo)基本保持一致[11]。

圖2 城市建設(shè)用地擴(kuò)展八向圖

2.3 交通分析

交通不僅關(guān)乎百姓的出行，更是一個地區(qū)經(jīng)濟(jì)、社會發(fā)展的重要基礎(chǔ)。本節(jié)采用道路密度、道路年變化密度作為指標(biāo)[12]來分析交通的變化情況。

Di=Li/S

(3)

DT(i-j)k=(Dik-Djk)/Ti-j

(4)

式中，Di表示第i類道路的密度；Li表示第i類道路的總長度；S表示區(qū)域面積；DT(i-j)k表示第j期與第i期的第k類道路的年變化密度；Dik、Djk表示第i、j期的第k類道路的密度；Ti-j表示第j期與第i期的時間差。某監(jiān)測區(qū)公路、城市道路、鄉(xiāng)村道路中道路長度、密度見表3，道路年變化密度見表4。

表3 道路長度及密度統(tǒng)計表

注：長度單位為km，密度單位為(km/km2)。

表4 道路年變化密度統(tǒng)計表

注：年變化密度單位為(km/(km2×a))。

由表3、表4可知，該監(jiān)測區(qū)的道路呈正向發(fā)展，其中一期到三期公路、城市道路、鄉(xiāng)村道路全面增長，從側(cè)面反映該區(qū)城鄉(xiāng)建設(shè)發(fā)展迅速，路網(wǎng)發(fā)育較快的特點(diǎn)。同時，該區(qū)道路長度在三期到四期出現(xiàn)明顯轉(zhuǎn)化，公路長度增長明顯，城市道路長度緩慢增長，而鄉(xiāng)村道路則出現(xiàn)了明顯減少，減少的鄉(xiāng)村道路基本升級為公路，表明該段時間路網(wǎng)發(fā)展以路網(wǎng)升級為主，道路的升級改建工作成效顯著，與政府規(guī)劃保持一致[13]。

2.4 水域變化

水域是地理國情的重要組成部分，也是人類賴以生存的重要資源，某監(jiān)測區(qū)從一期到四期，共有0.78 km2水域轉(zhuǎn)化為其他地類，多轉(zhuǎn)為草地；共有0.71 km2其他地類轉(zhuǎn)化為水域，其中耕地所占比例最大，10年間該區(qū)水域呈現(xiàn)凈流出態(tài)勢，但流出量不大，即10年期間水域的變化不大。具體流入流出情況如圖3所示。

圖3 水域流轉(zhuǎn)分析圖

2.5 林草覆蓋分析

林地和草地具有良好的生態(tài)效益，森林覆蓋率是反映區(qū)域森林資源豐富程度及實(shí)現(xiàn)綠化程度的重要指標(biāo)，林草覆蓋情況能夠在一定程度上反映出區(qū)域生態(tài)環(huán)境狀況。某監(jiān)測區(qū)4個時期的林草覆蓋情況見表5。

表5 林草地面積統(tǒng)計表

該監(jiān)測區(qū)“十二五”規(guī)劃提出全面推進(jìn)城市森林、通道森林、水系森林、農(nóng)村森林和苗圃森林建設(shè)，繼續(xù)抓好退耕還林等工作，大幅增加森林資源總量和全面提升森林質(zhì)量，到2015年森林覆蓋率要達(dá)到38%[11]。根據(jù)監(jiān)測結(jié)果，四期森林覆蓋率為35%左右，與規(guī)劃目標(biāo)基本一致。

3 結(jié) 語

地理國情監(jiān)測是地理信息與國情結(jié)合并動態(tài)比較，研究發(fā)現(xiàn)環(huán)境、社會變化規(guī)律，用于輔助決策的戰(zhàn)略舉措?；A(chǔ)性地理國情監(jiān)測成果以影像為基礎(chǔ)，結(jié)合人工判讀和解譯，數(shù)據(jù)客觀，實(shí)用性強(qiáng)。

地理國情監(jiān)測在我國處于起步階段，監(jiān)測的對象和內(nèi)容還在不斷地研究探索[14]。由于我國地大物博，社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，地表覆蓋變化頻繁，地理國情復(fù)雜，各個區(qū)域有著自身的特點(diǎn)，社會各個部門對監(jiān)測的要求也各不相同，因而地理國情監(jiān)測的指標(biāo)和方法等需要逐步調(diào)整和完善?？紤]到不同地理國情要素的空間特征和演變規(guī)律，為實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確、快速、有效的監(jiān)測，需要針對不同地理國情要素制定差別化的監(jiān)測機(jī)制，充分保持和發(fā)揚(yáng)測繪地理信息工作具有的準(zhǔn)確、嚴(yán)謹(jǐn)、客觀、規(guī)范等優(yōu)勢，切實(shí)提高測繪地理信息服務(wù)的針對性、知識性、實(shí)用性和有效性。同時還應(yīng)持續(xù)對全國范圍的自然、生態(tài)等地理環(huán)境要素進(jìn)行空間化、常態(tài)化的監(jiān)測，并真正發(fā)揮其應(yīng)有的作用。

地理國情監(jiān)測是新形勢下測繪服務(wù)保障作用的提升和拓展，是測繪行為、測繪成果提升作用和地位的必由之路[15]。測繪工作的重心將發(fā)生歷史性的轉(zhuǎn)移，主要是從地理信息的初始采集向動態(tài)監(jiān)測轉(zhuǎn)移，從地理信息的生產(chǎn)、提供向綜合分析以掌握國情國力轉(zhuǎn)移，從被動的基礎(chǔ)保障服務(wù)向主動的超前信息服務(wù)轉(zhuǎn)移，促進(jìn)測繪行業(yè)從單一專業(yè)到多學(xué)科綜合，從反映現(xiàn)狀的靜態(tài)測繪到體現(xiàn)變化和分析的動態(tài)地理國情監(jiān)測發(fā)展。

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Production Practice and Application Thinking of Fundamental Geographic National Condition Monitoring

SUN Jing1,WANG Tiejun2,ZHAO Lijian2

(1. Proficiency Skill Appraisal and Guidance Center of NASMG, Beijing 100830,China; 2. Chongqing Institute of Surveying and Mapping, NASMG, Chongqing 400015, China)

This paper obtains the basic national geographic monitoring data of 10 years between 2005 and 2015. Based on it, the flow direction of monitored elements, urban space expanding, changes of transportation, water area, forest and grass land, etc., are analyzed, and some meaningful conclusions are drawn. The results are verified by other materials. The application research of monitoring data results are carried out.

fundamentality； geographic national condition； monitoring； production； application

孫靖，王鐵軍，趙禮劍.基礎(chǔ)性地理國情監(jiān)測的生產(chǎn)實(shí)踐與應(yīng)用思考[J].測繪通報，2017(6)：129-132.

10.13474/j.cnki.11-2246.2017.0206.

2016-12-28；

2017-03-28

地理信息安全保障技術(shù)及應(yīng)用(2016KJ0300)

孫 靖(1984—)，女，工程師，主要從事教務(wù)與管理工作。E-mail：hshu@163.com

P208

A

0494-0911(2017)06-0129-04