淺談地理國情監(jiān)測的測繪技術(shù)與應(yīng)用價值

任酉貴 楊亦寧

（遼寧省自然資源服務(wù)中心，遼寧 沈陽 110001）

地理國情監(jiān)測是綜合利用遙感技術(shù)（RS）、地理信息系統(tǒng)（GIS）、全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GNSS）等現(xiàn)代測繪技術(shù)，綜合各時期測繪成果檔案資料，對地理國情進(jìn)行科學(xué)、有效監(jiān)測的一項工作，主要是對自然地理要素或者地表人工設(shè)施要素等進(jìn)行動態(tài)和定量化、空間化的監(jiān)測，并統(tǒng)計分析其地域差異、分布特征、變化量、變化頻率、變化趨勢，形成反映各類生態(tài)、資源、環(huán)境、經(jīng)濟(jì)要素的空間分布及其發(fā)展變化規(guī)律的監(jiān)測數(shù)據(jù)、圖表及分析研究報告等，從地理空間角度客觀、綜合展示國情國力[1]。

1 地理國情監(jiān)測的背景與意義

隨著資源約束趨緊、生態(tài)系統(tǒng)退化、環(huán)境污染加重，國家更加注重探究、監(jiān)測地球環(huán)境的發(fā)展變化。多年來，測繪部門依據(jù)技術(shù)和數(shù)據(jù)優(yōu)勢在監(jiān)測和分析地理國情方面做了一些嘗試，但未形成規(guī)模和體系。

2010年12月，李克強(qiáng)總理對測繪工作作出重要批示，要求“深入貫徹落實科學(xué)發(fā)展觀，加強(qiáng)基礎(chǔ)測繪和地理國情監(jiān)測”。2016年3月，全國“十三五”規(guī)劃提出開展地理國情常態(tài)化監(jiān)測。2017年4月，新修訂的《測繪法》明確要求開展地理國情監(jiān)測。

地理國情主要是指地表自然和人文地理要素的空間分布、特征及其相互關(guān)系，是基本國情的重要組成部分，具備多尺度、區(qū)域性、客觀性及時間序列等特點。準(zhǔn)確掌握其分布特征、變化量、變化趨勢等特點，需要對地理國情進(jìn)行空間化、動態(tài)化和定量化的持續(xù)監(jiān)測。

地理國情監(jiān)測的數(shù)據(jù)獲取、信息提取、信息傳輸、空間分析等都需要將現(xiàn)代測繪技術(shù)有機(jī)整合起來。利用遙感技術(shù)和全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)監(jiān)測地理國情的現(xiàn)狀和變化，同時采用地理信息技術(shù)對地理國情時空特征及發(fā)展趨勢進(jìn)行統(tǒng)計、分析評估，形成權(quán)威、標(biāo)準(zhǔn)的地理國情監(jiān)測數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)可廣泛應(yīng)用于國家重大戰(zhàn)略實施、生態(tài)文明建設(shè)、“多規(guī)合一”、精準(zhǔn)扶貧、領(lǐng)導(dǎo)干部自然資源資產(chǎn)離任審計、農(nóng)村土地確權(quán)登記、重點城市黑臭水體整治、國土空間用途管制、打擊違法用地違法建設(shè)專項行動等方面，為了解國情、把握國勢、制定國策提供了基礎(chǔ)支撐和科學(xué)保障。

2 現(xiàn)代測繪技術(shù)在地理國情監(jiān)測中的應(yīng)用

地理國情監(jiān)測是一項艱巨任務(wù)，周期長，任務(wù)重。利用遙感、地理信息、全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)等先進(jìn)的測繪技術(shù)，可實現(xiàn)地理國情信息的一體化快速更新和自動化挖掘、定量分析。

2.1 遙感技術(shù)

現(xiàn)代遙感技術(shù)已構(gòu)成從航天到航空的立體對地觀測網(wǎng)絡(luò)，能夠獲取多空間分辨率、多光譜分辨率、多時間分辨率和多傳感器數(shù)據(jù)，并構(gòu)成了從粗到細(xì)的金字塔影像。衛(wèi)星遙感的視點更高，視域更廣，數(shù)據(jù)采集快，可重復(fù)、連續(xù)觀察。航空遙感受飛機(jī)飛行高度、續(xù)航能力、姿態(tài)控制的影響較大，難以開展全天候遙感測繪作業(yè)和大范圍的動態(tài)監(jiān)測[2]。

目前，地理國情監(jiān)測的實現(xiàn)主要依賴國產(chǎn)衛(wèi)星影像，航空影像作為補(bǔ)充手段。通過遙感影像，可以獲取地物的幾何形狀、空間分布、地理位置等信息，監(jiān)測地物幾何信息的變化。按照地理國情監(jiān)測的實施要求，重點地區(qū)要采用優(yōu)于1米分辨率的衛(wèi)星遙感或航攝影像，比較難以覆蓋的區(qū)域采用優(yōu)于2.5米分辨率的遙感影像資料進(jìn)行補(bǔ)充；非重點類地區(qū)采用優(yōu)于2.5米分辨率的遙感影像資料。我國的高分一號、高分二號、資源三號等的空間分辨率能夠滿足地理國情監(jiān)測的要求，在監(jiān)測過程中得到了廣泛應(yīng)用。

2.2 地理信息系統(tǒng)

地理信息系統(tǒng)（GIS）是集空間數(shù)據(jù)采集、組織、管理、可視化于一體的工具，不僅具有強(qiáng)大的制圖功能，還能實現(xiàn)對地理信息的空間分析，與網(wǎng)絡(luò)結(jié)合起來實現(xiàn)空間信息數(shù)據(jù)的共享和交換。

2.2.1 地理數(shù)據(jù)采集和入庫

隨著地理信息技術(shù)的發(fā)展，地理數(shù)據(jù)的采集、存儲、管理等水平顯著提升。在基礎(chǔ)性地理國情監(jiān)測中，依據(jù)影像信息利用GIS軟件或者GIS小插件對本底數(shù)據(jù)成果（2017年的監(jiān)測數(shù)據(jù)成果）進(jìn)行編輯，變更一些與實際地物情況不相符的要素，遇到無法判斷的情況進(jìn)行實地勘察，收集信息后整合地理數(shù)據(jù)，確保其屬性完整。同時，對地理數(shù)據(jù)進(jìn)行邏輯關(guān)系、位置關(guān)系等質(zhì)量檢查，確認(rèn)質(zhì)量后錄入庫中。

2.2.2 空間分析

地理信息系統(tǒng)的空間分析功能包括疊加分析、緩沖區(qū)分析以及網(wǎng)絡(luò)分析等多種方式，能夠解決各種與地理位置相關(guān)的問題。在ArcGIS軟件中通過疊加分析（相交）對不同年度的地理國情監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，可得到各種地類的變化情況和變更趨勢，實現(xiàn)動態(tài)監(jiān)測地理國情的目的，為政府部門科學(xué)決策提供依據(jù)。

2.2.3 地理信息網(wǎng)絡(luò)服務(wù)

地理國情監(jiān)測數(shù)據(jù)覆蓋國土、礦產(chǎn)等專題業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，實現(xiàn)監(jiān)測成果的共享和發(fā)布，對于國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展、重大工程與突發(fā)事件應(yīng)急決策具有重要意義。利用網(wǎng)絡(luò)將各地區(qū)各部門的GIS系統(tǒng)聯(lián)結(jié)起來建立地理國情監(jiān)測云平臺，可實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的共享，這是GIS技術(shù)在地理國情監(jiān)測中應(yīng)用的一大進(jìn)步[3]。通過這種方式可以共享和發(fā)布地理國情監(jiān)測數(shù)據(jù)、統(tǒng)計分析圖表、地圖、文字報告等監(jiān)測結(jié)果，使得處理海量空間數(shù)據(jù)的方式從原來的集中、獨占走向分布、共享。

2.3 全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)

目前，全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GNSS）主要包括美國的GPS系統(tǒng)、俄羅斯的GLONASS系統(tǒng)、歐盟的Galileo系統(tǒng)及中國的北斗導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)。在廣域或局域范圍內(nèi)，GNSS通過對GPS信號進(jìn)行監(jiān)測，得到差分信息及連續(xù)性、可用性、完好性信息，再通過衛(wèi)星或其他途徑廣播給用戶，達(dá)到高精度和高可靠性定位的目的。

GNSS在地理國情監(jiān)測測繪基準(zhǔn)服務(wù)、空間定位服務(wù)與多種國情監(jiān)測技術(shù)的集成融合服務(wù)等方面得到了廣泛應(yīng)用。如基于位置的服務(wù)（LBS）可以通過GPS定位獲取移動終端用戶的位置信息，完成各種與位置相關(guān)的業(yè)務(wù)。在地理國情監(jiān)測中，利用基于衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)研制的外業(yè)調(diào)繪系統(tǒng)，可實現(xiàn)室外快速、精準(zhǔn)定位目標(biāo)圖斑，進(jìn)行地物屬性判別[4]。在外業(yè)過程中，設(shè)備默認(rèn)每隔幾秒記錄一次精確定位點，點與點之間自動連接成作業(yè)軌跡，有利于后期信息追溯及元數(shù)據(jù)整理；在拍攝遙感影像解譯樣本時，可準(zhǔn)確獲取定位信息、拍攝時間、拍攝姿態(tài)及衛(wèi)星信息，將其記錄在解譯樣本相片信息中，進(jìn)一步導(dǎo)出結(jié)果，避免后期制作遙感影像解譯樣本成果時人工錄入屬性信息的過程。

2.4 應(yīng)用示例

2018年全國地理國情監(jiān)測實施項目是在2017年監(jiān)測本底數(shù)據(jù)成果庫基礎(chǔ)上，結(jié)合同時期的2017年衛(wèi)星遙感影像（如圖1所示）及2018年的衛(wèi)星遙感影像（如圖2所示）兩期影像。根據(jù)遙感影像的形狀、紋理、光譜等信息特征，人工甄別變化區(qū)域，利用GIS軟件快速編輯監(jiān)測內(nèi)容中的地表覆蓋變化區(qū)域（如喬灌果園變更為房屋等）。將地理信息技術(shù)、遙感影像信息提取技術(shù)應(yīng)用于地理國情監(jiān)測中，提高變更地表要素和地理國情要素的速度和精度，減輕了測繪工作者實地調(diào)查的壓力，極大地提高了工作質(zhì)量和效率。

圖1 2017年衛(wèi)星遙感影像

圖2 2018年衛(wèi)星遙感影像

3 地理國情監(jiān)測在重大工程中的應(yīng)用

伴隨著我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展戰(zhàn)略的調(diào)整，生態(tài)、資源環(huán)境、地理空間的合理開發(fā)利用等生態(tài)文明體制改革得到重視。依托于現(xiàn)代測繪技術(shù)，地理國情監(jiān)測的比較優(yōu)勢已在主體功能區(qū)的規(guī)劃建設(shè)管理、“多規(guī)合一”、生態(tài)紅線劃定與保護(hù)、資源環(huán)境承載力監(jiān)測預(yù)警評價、領(lǐng)導(dǎo)干部自然資源資產(chǎn)離任審計等重大領(lǐng)域得到體現(xiàn)。

3.1 地理國情監(jiān)測在“多規(guī)合一”中的應(yīng)用

地理國情監(jiān)測成果在以規(guī)劃體系、空間布局、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、信息平臺和管理機(jī)制“六個統(tǒng)一”為目標(biāo)的空間性規(guī)劃“多規(guī)合一”中，發(fā)揮著獨特作用[5]，可為規(guī)劃工作提供工作底圖支撐，在有坐標(biāo)信息的底圖基礎(chǔ)上融合疊加各類空間信息專題數(shù)據(jù)，為不同規(guī)劃之間的差異分析與協(xié)調(diào)提供高清遙感影像，以便辨識現(xiàn)狀 ；可建立統(tǒng)一的空間規(guī)劃信息管理平臺，支持信息共享交換和各類規(guī)劃間的協(xié)調(diào)銜接。

3.2 地理國情監(jiān)測在礦產(chǎn)資源審計中的應(yīng)用

地理國情監(jiān)測成果在礦產(chǎn)資源審計中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在依據(jù)地理國情資料對違反礦產(chǎn)規(guī)劃開采、違反生態(tài)規(guī)劃開采和破壞地表植被越界方面進(jìn)行審查[6]。將地理國情監(jiān)測地表覆蓋類型中的露天采掘場全部提取，與礦產(chǎn)規(guī)劃范圍、環(huán)境功能區(qū)同時疊加到最新的衛(wèi)星遙感影像中，利用GIS空間分析技術(shù)提取違規(guī)開采疑似圖斑。再利用GPS、無人機(jī)等實地調(diào)查確認(rèn)。經(jīng)核實，若為違規(guī)開采情況，計算坐標(biāo)、統(tǒng)計面積提交給審計部門。技術(shù)流程如圖3所示。

圖3 礦產(chǎn)資源審計的技術(shù)流程

將地理國情監(jiān)測數(shù)據(jù)與礦產(chǎn)資源總體規(guī)劃數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析，得到違規(guī)開采的疑似圖斑，再經(jīng)現(xiàn)場核查確認(rèn)，具體流程如圖4、圖5、圖6、圖7所示。

圖4 地理國情監(jiān)測數(shù)據(jù)

圖5 礦產(chǎn)總體規(guī)劃數(shù)據(jù)

圖6 違規(guī)開采疑似圖斑

圖7 現(xiàn)場核查

4 結(jié)語

地理國情監(jiān)測是一項長期的艱巨的工程。遙感技術(shù)、地理信息系統(tǒng)、全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)等先進(jìn)的測繪技術(shù)對于地理國情常態(tài)化監(jiān)測的發(fā)展有著重要作用。通過多學(xué)科的有效結(jié)合，實施天空地多平臺、多傳感器的聯(lián)合監(jiān)測，達(dá)到一體化效果，拓寬了數(shù)據(jù)獲取的渠道，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)地面監(jiān)測不完全的缺陷，確保能夠獲取精準(zhǔn)、全面的地理國情監(jiān)測信息，為政府管理決策提供依據(jù)。