新型基礎(chǔ)測(cè)繪思考與實(shí)踐
——以山東省為例

凌曉春

(山東省國土測(cè)繪院，山東 濟(jì)南 250102)

1 新型基礎(chǔ)測(cè)繪概述

基礎(chǔ)測(cè)繪是為經(jīng)濟(jì)建設(shè)、國防建設(shè)和社會(huì)發(fā)展提供地理信息的基礎(chǔ)性、公益性事業(yè)，是經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的重要支撐。2000年以后，基礎(chǔ)測(cè)繪產(chǎn)品類型、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、技術(shù)體系、服務(wù)內(nèi)容、生產(chǎn)組織方式等趨于成熟。伴隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展進(jìn)入新常態(tài)[1]，基礎(chǔ)測(cè)繪向信息化測(cè)繪體系發(fā)展進(jìn)度不斷加快[2]。2015年國務(wù)院批復(fù)的《全國基礎(chǔ)測(cè)繪中長期規(guī)劃綱要(2015—2030年)》中第一次明確提出了新型基礎(chǔ)測(cè)繪的發(fā)展思路[3-5]，提出到2030年，全面建成新型基礎(chǔ)測(cè)繪體系，基礎(chǔ)測(cè)繪發(fā)展面臨了新的考驗(yàn)。

1.1 新型基礎(chǔ)測(cè)繪發(fā)展背景及必要性

新常態(tài)下，基礎(chǔ)測(cè)繪的需求環(huán)境也發(fā)生了顯著變化。從國際上看，測(cè)繪地理信息工作初步實(shí)現(xiàn)由以地圖生產(chǎn)為主向以地理信息綜合服務(wù)為主的轉(zhuǎn)變。從國內(nèi)來看，區(qū)域協(xié)調(diào)發(fā)展、生態(tài)文明建設(shè)等要求基礎(chǔ)測(cè)繪服務(wù)鏈條進(jìn)一步延伸，需要加快培育地理國情監(jiān)測(cè)[6-7]、應(yīng)急測(cè)繪等業(yè)務(wù)，建立統(tǒng)一的多尺度多類型融合的國家地理空間框架數(shù)據(jù)庫[8-10]，形成以新型基礎(chǔ)測(cè)繪、地理國情監(jiān)測(cè)、應(yīng)急測(cè)繪為核心的完整測(cè)繪地理信息服務(wù)鏈條，具備為經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展提供多層次、全方位服務(wù)的能力。

1.2 新型基礎(chǔ)測(cè)繪主要特征

新型基礎(chǔ)測(cè)繪根本特征可以歸為6個(gè)方面的新要求。一是工作范圍“新”，由陸地向海洋、周邊乃至全球延伸。二是工作重點(diǎn)“新”，由基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集逐步轉(zhuǎn)變?yōu)榛A(chǔ)地理信息動(dòng)態(tài)更新[11]與服務(wù)等為主。三是技術(shù)手段“新”，廣泛采用互聯(lián)網(wǎng)或物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等先進(jìn)的技術(shù)手段進(jìn)行基礎(chǔ)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)更新[12]。四是組織模式“新”，由按照工序生產(chǎn)組織模式，轉(zhuǎn)變?yōu)闇y(cè)繪一體化集成、多級(jí)分工協(xié)同、多部門信息共享協(xié)作[13]等方式。五是成果形式“新”，由提供傳統(tǒng)的控制點(diǎn)成果和“4D”數(shù)據(jù)產(chǎn)品，轉(zhuǎn)變?yōu)榭商峁└呔鹊膶?shí)時(shí)定位，按需定制地形圖、專題圖。六是服務(wù)方式“新”，由只能提供紙質(zhì)圖或數(shù)據(jù)產(chǎn)品，轉(zhuǎn)變?yōu)樘峁┚W(wǎng)絡(luò)化的數(shù)據(jù)下載、地圖服務(wù)、平臺(tái)服務(wù)、衛(wèi)星導(dǎo)航定位服務(wù)，以及多種形式的定制服務(wù)等。

1.3 新型基礎(chǔ)測(cè)繪關(guān)鍵技術(shù)

(1)遙感影像數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)快速處理[14]：實(shí)現(xiàn)各類平臺(tái)下遙感數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)獲取、傳輸、處理、信息提取和實(shí)時(shí)下傳，滿足應(yīng)急管理等工作對(duì)高時(shí)效性信息服務(wù)需求。

(2)高分辨率遙感影像信息提取[15]：以多源遙感影像為處理對(duì)象，研究新的圖像分割與分類算法，突破遙感信息提取和地物識(shí)別的瓶頸，促進(jìn)高分辨率遙感數(shù)據(jù)的廣泛應(yīng)用。

(3)室內(nèi)外連續(xù)導(dǎo)航與位置服務(wù)：開展導(dǎo)航與位置服務(wù)技術(shù)研究，通過多傳感器集成和數(shù)據(jù)融合算法的研究，實(shí)現(xiàn)高精度室內(nèi)導(dǎo)航定位。

(4)真三維時(shí)空數(shù)據(jù)庫技術(shù)：面向?qū)嵕爸袊ㄔO(shè)需求，實(shí)現(xiàn)海量、多維、多尺度、多分辨率、多時(shí)態(tài)空間數(shù)據(jù)的一體化組織、存取、索引，無級(jí)比例尺信息處理和動(dòng)態(tài)可視化。

(5)基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)更新：突破多源數(shù)據(jù)的精確配準(zhǔn)、變化信息快速識(shí)別與提取、地理信息級(jí)聯(lián)更新、增量更新與歷史數(shù)據(jù)保存等關(guān)鍵技術(shù)[16-18]。

2 山東省新型基礎(chǔ)測(cè)繪發(fā)展思考與技術(shù)路線設(shè)計(jì)

山東省積極應(yīng)對(duì)新常態(tài)下省級(jí)基礎(chǔ)測(cè)繪轉(zhuǎn)型升級(jí)面臨的新挑戰(zhàn)，在《山東省“十三五”基礎(chǔ)測(cè)繪規(guī)劃》中將實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)更新基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫作為新型基礎(chǔ)測(cè)繪發(fā)展的突破口，從技術(shù)體系、生產(chǎn)流程、組織模式、質(zhì)檢方式開展探索，實(shí)現(xiàn)全省基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫更新新模式，達(dá)到縮短更新周期、增加更新頻率、豐富數(shù)據(jù)內(nèi)容、提升更新效率的目的。

2.1 新型基礎(chǔ)測(cè)繪發(fā)展方向思考

為落實(shí)《山東省“十三五”基礎(chǔ)測(cè)繪規(guī)劃》提出的省級(jí)基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫地形要素?cái)?shù)據(jù)年度更新的目標(biāo)，必須改變傳統(tǒng)的以幅為單位、全要素采集、全數(shù)外業(yè)調(diào)繪、制圖與入庫數(shù)據(jù)同步生產(chǎn)的作業(yè)模式，在更新模式、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)方法、組織方式等方面大膽突破，簡化生產(chǎn)流程，重點(diǎn)從圖庫一體化更新、分要素更新、增量更新、融合更新、網(wǎng)格化更新、聯(lián)動(dòng)更新等方面進(jìn)行技術(shù)探索，形成以“實(shí)現(xiàn)年度更新，最大程度借鑒融合地理省情和行業(yè)專題資料，自動(dòng)發(fā)現(xiàn)變化基礎(chǔ)上的分要素更新”為總體技術(shù)框架，構(gòu)建多尺度、多類型融合、多要素按需組裝的新型基礎(chǔ)測(cè)繪生產(chǎn)體系。

2.2 總體技術(shù)路線

山東省新型基礎(chǔ)測(cè)繪生產(chǎn)總體技術(shù)路線是：利用機(jī)載LiDAR點(diǎn)云數(shù)據(jù)，經(jīng)過分類、模型構(gòu)建等處理，形成數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)更新成果。利用航空、航天遙感影像數(shù)據(jù)，基于已有或新制作的數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)，經(jīng)過正射糾正、勻光勻色等處理，形成數(shù)字正射影像數(shù)據(jù)更新成果。對(duì)原始數(shù)字線劃圖數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，建立地形要素生產(chǎn)數(shù)據(jù)庫，基于生產(chǎn)數(shù)據(jù)庫，結(jié)合數(shù)字正射影像數(shù)據(jù)、專題資料、地面點(diǎn)云成果進(jìn)行地形要素更新，形成地形要素?cái)?shù)據(jù)庫更新成果，最終實(shí)現(xiàn)全省基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫的年度更新(圖1)。

圖1 山東省新型基礎(chǔ)測(cè)繪總體技術(shù)路線圖

3 山東省新型基礎(chǔ)測(cè)繪生產(chǎn)實(shí)踐

3.1 數(shù)據(jù)生產(chǎn)模式

(1)更新模式上由采集更新向整合、融合更新轉(zhuǎn)變，實(shí)現(xiàn)了基礎(chǔ)測(cè)繪與大比例尺基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)、地理國情普查數(shù)據(jù)[19]、地理國情普查統(tǒng)計(jì)分析數(shù)據(jù)[20]、地理省情監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、地理信息公共服務(wù)平臺(tái)框架數(shù)據(jù)和行業(yè)專題資料的融合(圖2)。

圖2 山東省多源基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)融合效果圖

(2)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)上由偏向制圖向面向?qū)嶓w、弱化制圖、簡化表達(dá)轉(zhuǎn)變，由無選擇更新、全數(shù)調(diào)查、紙質(zhì)調(diào)繪和圖庫兼顧采集向增量式更新、全數(shù)字化調(diào)查和自動(dòng)化制圖轉(zhuǎn)變。取消分圖幅的生產(chǎn)與數(shù)據(jù)組織方式，以縣域?yàn)閱挝?、以河流、道路等線狀地物為界，同時(shí)兼顧地物的完整性劃定全省統(tǒng)一的基本作業(yè)單元(圖3)；刪除“地類界、水系交匯線、水系邊線、道路邊線、各類注記”等制圖輔助要素；將名稱注記對(duì)應(yīng)的非實(shí)體要素統(tǒng)一歸并為“地理單元”類；按照相近要素合并原則整合部分要素類(如：通車水閘、不通車水閘合并為水閘)。調(diào)整后，山東省一級(jí)圖形要素個(gè)數(shù)由696個(gè)減少為319個(gè)，作業(yè)效率大幅增加(表1)。

圖3 山東省地形要素更新作業(yè)網(wǎng)格劃分

表1 山東省新型基礎(chǔ)測(cè)繪作業(yè)效率對(duì)比情況

對(duì)比類型傳統(tǒng)基礎(chǔ)測(cè)繪新型基礎(chǔ)測(cè)繪備注內(nèi)業(yè)采集400工天200工天外業(yè)調(diào)繪150工天80工天數(shù)據(jù)接邊40工天5工天 以縣為單位統(tǒng)計(jì)/1000km2

3.2 新型基礎(chǔ)測(cè)繪生產(chǎn)關(guān)鍵技術(shù)

主要包括4方面關(guān)鍵技術(shù)，包括：“基于地形要素?cái)?shù)據(jù)庫的自動(dòng)化制圖技術(shù)、分布式作業(yè)增量更新技術(shù)、橫向、縱向聯(lián)動(dòng)更新技術(shù)、基于遙感影像等多源信息的變化發(fā)現(xiàn)技術(shù)”。

(1)基于地形要素?cái)?shù)據(jù)庫的自動(dòng)化制圖。對(duì)比、分析地形要素?cái)?shù)據(jù)庫標(biāo)準(zhǔn)及制圖數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，編制制圖數(shù)據(jù)符號(hào)方案，從信息完整表達(dá)、符合使用習(xí)慣等角度制定滿足應(yīng)用、圖面表達(dá)美觀的制圖數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，開發(fā)具有數(shù)據(jù)分幅、投影轉(zhuǎn)換、輔助圖形生成、轉(zhuǎn)換方案配置、圖廓整飾生成等功能的制圖數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換程序，實(shí)現(xiàn)基于地形要素?cái)?shù)據(jù)庫自動(dòng)轉(zhuǎn)換制圖數(shù)據(jù)(圖4)。

圖4 自動(dòng)制圖流程圖

(2)分布式作業(yè)增量更新技術(shù)。分布式作業(yè)增量更新技術(shù)研究，主要解決2個(gè)關(guān)鍵問題，一是開發(fā)支持增量更新的作業(yè)平臺(tái)，按照作業(yè)網(wǎng)格進(jìn)行分布式的數(shù)據(jù)生產(chǎn)，二是建立支持增量更新的模型，在數(shù)據(jù)唯一編碼的約束下，約定數(shù)據(jù)更新標(biāo)識(shí)、記錄變化信息(圖5)。

圖5 分布式增量更新作業(yè)流程圖

(3)聯(lián)動(dòng)更新技術(shù)。制定統(tǒng)一的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)地形要素?cái)?shù)據(jù)庫與平臺(tái)框架數(shù)據(jù)庫聯(lián)動(dòng)更新、地理國情數(shù)據(jù)庫橫向聯(lián)動(dòng)更新(圖6)和省、市、縣三級(jí)地形要素?cái)?shù)據(jù)庫縱向聯(lián)動(dòng)更新(圖7)。

圖6 橫向聯(lián)動(dòng)更新流程圖

圖7 縱向聯(lián)動(dòng)更新流程圖

(4)基于遙感影像等多源信息的變化發(fā)現(xiàn)技術(shù)。多源遙感影像經(jīng)過幾何配準(zhǔn)、輻射校正與圖像增強(qiáng)與濾波等數(shù)據(jù)預(yù)處理，從光譜特征、空間特征、紋理特征、高度特征等多個(gè)方面提取兩期影像的特征信息，提取變化信息，剔除偽變化和細(xì)小變化的信息，最終獲取變化信息(圖8)。

圖8 多期影像變化提取流程圖

3.3 新型基礎(chǔ)測(cè)繪數(shù)據(jù)智能化管理

在數(shù)據(jù)生產(chǎn)階段，開發(fā)了山東省信息化測(cè)繪生產(chǎn)管理系統(tǒng)，將新型基礎(chǔ)測(cè)繪生產(chǎn)涉及的部門包括生產(chǎn)管理部門、技術(shù)管理部門、作業(yè)部門、質(zhì)檢部門均納入管理流程，實(shí)現(xiàn)從生產(chǎn)管理、數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)、質(zhì)量控制的全流程智能化管理。在成果管理階段，從基礎(chǔ)架構(gòu)、基礎(chǔ)平臺(tái)、庫體建設(shè)和系統(tǒng)功能改造等方面全面優(yōu)化升級(jí)基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)新型基礎(chǔ)測(cè)繪數(shù)據(jù)、潮間帶及近海水下地形測(cè)繪數(shù)據(jù)、激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)、數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)、元數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)管理數(shù)據(jù)的檢查、入庫、更新、制圖與對(duì)外服務(wù)。

3.4 新型基礎(chǔ)測(cè)繪多元化服務(wù)

山東省基礎(chǔ)測(cè)繪對(duì)外服務(wù)從提供“3D”產(chǎn)品、測(cè)量控制點(diǎn)基礎(chǔ)上，逐步向提供高精度實(shí)時(shí)北斗導(dǎo)航定位服務(wù)和智能化地圖服務(wù)轉(zhuǎn)變。山東省建成了由124個(gè)站點(diǎn)構(gòu)成的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位基準(zhǔn)站網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)軟硬件設(shè)備的全部國產(chǎn)化，在全國率先實(shí)現(xiàn)全省陸域范圍基于北斗(含北斗三號(hào))并兼容其他衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的高精度定位基準(zhǔn)7×24h不間斷服務(wù)，實(shí)現(xiàn)了全省陸域及近海島嶼的無縫覆蓋，免費(fèi)向社會(huì)提供實(shí)時(shí)、高精度北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位基礎(chǔ)性服務(wù)。開展智慧地圖數(shù)據(jù)庫建設(shè)，改造現(xiàn)有地圖編制工藝，實(shí)現(xiàn)基于數(shù)據(jù)庫的公開地圖快速制圖；編制網(wǎng)絡(luò)版地圖標(biāo)準(zhǔn)樣圖，根據(jù)用戶需求提供不同尺度和專題的標(biāo)準(zhǔn)地圖服務(wù)。

4 結(jié)論

在國家新型基礎(chǔ)測(cè)繪要求基礎(chǔ)上，山東實(shí)施新型基礎(chǔ)測(cè)繪工作在內(nèi)容拓展、組織生產(chǎn)、成果管理和對(duì)外服務(wù)等方面進(jìn)行了有效探索，形成了可復(fù)制推廣的經(jīng)驗(yàn)。

(1)在更新模式上，由采集更新向整合更新、融合更新方向發(fā)展。整合全省30余個(gè)省級(jí)政府部門專題數(shù)據(jù)資料，融合各市縣大比例尺基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)，借鑒互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行變化信息發(fā)現(xiàn)，從多個(gè)維度和層次實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的整合與融合。

(2)在技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)上，統(tǒng)籌地理信息公共服務(wù)平臺(tái)、地理省情監(jiān)測(cè)以及應(yīng)急測(cè)繪服務(wù)等應(yīng)用需求，改變傳統(tǒng)偏制圖的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，逐步向面向?qū)ο蟮膶?shí)體要素方向轉(zhuǎn)變。建立起包含“地形要素?cái)?shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)、地形要素技術(shù)規(guī)定、地形要素制圖標(biāo)準(zhǔn)、地形要素?cái)?shù)據(jù)質(zhì)量檢查與驗(yàn)收規(guī)定”等一系列地方規(guī)范的省級(jí)基礎(chǔ)地理信息更新技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系。

(3)在技術(shù)路線上，全面優(yōu)化更新技術(shù)流程，采用基于網(wǎng)格和要素的增量更新技術(shù)，減少更新環(huán)節(jié)，建立更新有記錄、質(zhì)量可追溯的增量更新技術(shù)體系，提高了更新效率。

(4)山東省新型基礎(chǔ)測(cè)繪實(shí)施過程中，在遙感影像變化識(shí)別準(zhǔn)確率、省市縣協(xié)同更新等方面仍存在一定不足，需在下一步工作繼續(xù)改進(jìn)提高。