地理國(guó)情監(jiān)測(cè)年度更新數(shù)據(jù)預(yù)處理方法研究

張祖干

（安徽省第三測(cè)繪院，合肥230601）

1 地理國(guó)情監(jiān)測(cè)工作開(kāi)展的總體情況

為全面掌握我國(guó)地理國(guó)情現(xiàn)狀以及自然資源、生態(tài)環(huán)境、人類活動(dòng)基本情況，揭示經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和自然資源環(huán)境的空間分布及內(nèi)在關(guān)系，滿足經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和生態(tài)文明建設(shè)的需要，2012年10月，國(guó)家地理國(guó)情監(jiān)測(cè)項(xiàng)目正式立項(xiàng)。2014年，以高分辨率航空遙感影像數(shù)據(jù)為主要數(shù)據(jù)源，充分收集、整合、利用與地理國(guó)情相關(guān)的專題信息及其他重大工程獲取的測(cè)繪地理信息成果等資源，通過(guò)多源遙感影像快速獲取與處理、信息提取、實(shí)地核查、數(shù)據(jù)庫(kù)融合、統(tǒng)計(jì)分析等技術(shù)手段，對(duì)反映地表特征、地理現(xiàn)象和人類活動(dòng)的各類地理環(huán)境要素進(jìn)行了空間化、定量化和屬性化的普查，形成了以2015年6月30日為普查標(biāo)準(zhǔn)時(shí)點(diǎn)的自然資源、生態(tài)環(huán)境和人文現(xiàn)象的空間分布及其相互關(guān)系的全面普查結(jié)果，完成了安徽省第一次地理國(guó)情監(jiān)測(cè)普查工作[1]。

從2016年起，以每年的6月30日為監(jiān)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)點(diǎn)，地理國(guó)情信息面向通用目標(biāo)、綜合考慮多種需求而進(jìn)行的年度監(jiān)測(cè)進(jìn)入常態(tài)化監(jiān)測(cè)階段。重點(diǎn)針對(duì)地表覆蓋地物及重要地理國(guó)情要素內(nèi)容，收集、分析從上一年度數(shù)據(jù)采集時(shí)間點(diǎn)到本年度監(jiān)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)點(diǎn)期間的各類資料，充分利用已經(jīng)收集的解譯樣本數(shù)據(jù)輔助內(nèi)業(yè)解譯，對(duì)于難以準(zhǔn)確識(shí)別的地物，應(yīng)進(jìn)行外業(yè)調(diào)查，補(bǔ)充新增內(nèi)容，并結(jié)合各行業(yè)專題數(shù)據(jù)，對(duì)本底數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行更新，使地理國(guó)情數(shù)據(jù)成果盡可能地反映監(jiān)測(cè)年份的狀態(tài)，形成覆蓋全省的時(shí)間序列數(shù)據(jù)成果，建立地理國(guó)情監(jiān)測(cè)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)，并持續(xù)為各類應(yīng)用提供地理國(guó)情信息支撐和業(yè)務(wù)化、常態(tài)化監(jiān)測(cè)服務(wù)。

2014年，依據(jù)《安徽省第一次地理國(guó)情普查實(shí)施方案》的要求，通過(guò)公開(kāi)招標(biāo)的方式向全社會(huì)公開(kāi)招標(biāo)，全國(guó)共有28家單位中標(biāo)，共同承擔(dān)安徽省第一次地理國(guó)情普查相關(guān)工作。

2 地理國(guó)情變化監(jiān)測(cè)工作內(nèi)容

1）2014年第一次地理國(guó)情普查的具體內(nèi)容包含GDPJ 01—2013《地理國(guó)情普查內(nèi)容與指標(biāo)》中定義的12個(gè)一級(jí)類，58個(gè)二級(jí)類，135個(gè)三級(jí)類。

2）從2016年開(kāi)始進(jìn)入常態(tài)化監(jiān)測(cè)階段，監(jiān)測(cè)生產(chǎn)重點(diǎn)針對(duì)地表覆蓋數(shù)據(jù)中處于非季節(jié)性變化中或覆蓋狀態(tài)不穩(wěn)定的地物類別，如人工幼林、建筑工地等，以及非人工建造類別變更為人工建造類別、建造強(qiáng)度發(fā)生顯著或根本變化的類別、大面積的植被覆蓋顯著變化等。

2016年，對(duì)于本底數(shù)據(jù)庫(kù)中二級(jí)類為“其他園地”的圖斑，細(xì)化分類到三級(jí)類（其他喬灌園地、其他藤本園地、其他草本園地）。

2017年，地理國(guó)情監(jiān)測(cè)內(nèi)容分為10個(gè)一級(jí)類，59個(gè)二級(jí)類，143個(gè)三級(jí)類。合并2個(gè)一級(jí)類（園地、草地），增加1個(gè)二級(jí)類（匝道）和8個(gè)三級(jí)類[立交橋、水源地保護(hù)區(qū)、生態(tài)保護(hù)紅線、永久基本農(nóng)田保護(hù)區(qū)、城鎮(zhèn)開(kāi)發(fā)邊界、保障性住房建設(shè)區(qū)、收費(fèi)停車場(chǎng)（庫(kù)）]，對(duì)于本底數(shù)據(jù)庫(kù)中二級(jí)類為“其他經(jīng)濟(jì)苗木”的圖斑，要求細(xì)化分類到三級(jí)類。

2018年，地理國(guó)情監(jiān)測(cè)的143個(gè)三級(jí)類中，有23個(gè)三級(jí)類按需細(xì)化。對(duì)國(guó)情要素中社會(huì)經(jīng)濟(jì)區(qū)域單元（主體功能區(qū)、開(kāi)發(fā)區(qū)和保稅區(qū)、國(guó)有農(nóng)、林、牧場(chǎng)、自然文化保護(hù)區(qū)、風(fēng)景名勝和旅游區(qū)、森林公園、地質(zhì)公園）進(jìn)行擴(kuò)展采集。

2019年地理國(guó)情監(jiān)測(cè)將二級(jí)類“其他草被”類型細(xì)化為三級(jí)類（細(xì)分為“荒地草被”和“工地草被”），并新增全集水網(wǎng)和地表水2個(gè)專題采集。

3 監(jiān)測(cè)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題

1）從2016年開(kāi)始，地理國(guó)情監(jiān)測(cè)工作逐年開(kāi)展，監(jiān)測(cè)內(nèi)容逐年增多，監(jiān)測(cè)指標(biāo)越來(lái)越嚴(yán)，行業(yè)資料的利用越來(lái)越廣，專題監(jiān)測(cè)項(xiàng)目逐年變化，年度更新工作量逐年增大。

2）地理國(guó)情監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的實(shí)施，每年都集中在8～10月份，全部作業(yè)時(shí)間最多只有3個(gè)月，再者，自然資源部本底數(shù)據(jù)庫(kù)下發(fā)太遲，通常無(wú)法提前進(jìn)行更新生產(chǎn)，項(xiàng)目生產(chǎn)工期嚴(yán)重不足。

3）地理國(guó)情監(jiān)測(cè)項(xiàng)目使用的衛(wèi)星影像，主要是每年第二季度影像，但安徽省每年4～6月份進(jìn)入梅雨季節(jié)，合格的衛(wèi)星影像很難獲取。再者，正射影像的分析、處理、制作同樣需要時(shí)間，使得地理國(guó)情監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的生產(chǎn)工期被大大壓縮。

4）中標(biāo)的28家單位由于資質(zhì)不同，專業(yè)方向不同，作業(yè)人員能力差異較大。許多中標(biāo)單位把第一次地理國(guó)情普查工作當(dāng)成了學(xué)生的實(shí)習(xí)項(xiàng)目或臨時(shí)從社會(huì)上招聘無(wú)任何測(cè)繪經(jīng)驗(yàn)的人員從事相關(guān)工作；有的單位人員變動(dòng)頻繁，從項(xiàng)目開(kāi)始到項(xiàng)目結(jié)束作業(yè)人員已經(jīng)換了幾遍。由于作業(yè)人員能力不足，第一次地理國(guó)情普查成果精度高低不一，相同圖斑分類不一致、屬性不一致，定性錯(cuò)誤普遍，丟漏錯(cuò)誤較多，原則性錯(cuò)誤明顯，因而使得第一次地理國(guó)情普查成果存在許多明顯錯(cuò)誤及質(zhì)量隱患。

5）由于地理國(guó)情監(jiān)測(cè)年度更新任務(wù)中本底數(shù)據(jù)庫(kù)質(zhì)量有待提高，作業(yè)時(shí)間不足，幾乎每年都在項(xiàng)目進(jìn)度與成果質(zhì)量上左右權(quán)衡，只能“抓大放小”，明顯影響正常年度數(shù)據(jù)更新工作。

4 數(shù)據(jù)預(yù)處理方法研究

通過(guò)近幾年地理國(guó)情監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的變化更新生產(chǎn)，對(duì)于徹底解決本底數(shù)據(jù)庫(kù)中遺留問(wèn)題、提高年度更新效率及更好地解決成果質(zhì)量與生產(chǎn)工期相矛盾等方面的問(wèn)題，提出了如下數(shù)據(jù)預(yù)處理解決方法（以2021年地理國(guó)情監(jiān)測(cè)變化更新為例）。

4.1 數(shù)據(jù)預(yù)處理原則

1）應(yīng)更盡更原則（達(dá)到更新指標(biāo)，成果數(shù)據(jù)未進(jìn)行更新的內(nèi)容）；

2）路網(wǎng)必更新原則（影像清晰的硬化道路、具有明顯連通功能的道路、具有分割復(fù)雜地類圖斑的道路）；

3）精度超限必更新原則（采集精度超限的各類要素，應(yīng)重新糾正）；

4）有錯(cuò)必改原則（對(duì)本底數(shù)據(jù)庫(kù)中原有的或變化更新時(shí)出現(xiàn)的錯(cuò)誤，應(yīng)全面改正）；

5）影像分辨率優(yōu)先原則。使用2020年度更新項(xiàng)目推送的DOM影像數(shù)據(jù)，按照分辨率優(yōu)先，時(shí)相次之的原則選取本次數(shù)據(jù)預(yù)處理工作所需影像。若選中影像的云層、濃霧遮擋較多時(shí)，可選擇其他影像作為參考影像，參考影像選取原則與工作影像選取原則一致。

4.2 數(shù)據(jù)預(yù)處理方法

以2020年地理國(guó)情監(jiān)測(cè)更新最終上交歸檔的成果數(shù)據(jù)作為預(yù)處理起點(diǎn)數(shù)據(jù)，收集的各類專題資料和歷年監(jiān)測(cè)更新形成的解譯樣本庫(kù)作為本次數(shù)據(jù)預(yù)處理的參考資料。

采集編輯軟件使用國(guó)信司南軟件，數(shù)據(jù)分析處理軟件使用ArcGIS軟件。

4.2.1 數(shù)據(jù)準(zhǔn)備

1）將2020年度國(guó)情監(jiān)測(cè)年度更新最終上交的不分區(qū)數(shù)據(jù)成果中的HYDA、HYDL2層數(shù)據(jù)按更新區(qū)域完整遷移至各分區(qū)數(shù)據(jù)中；

2）將2020年度國(guó)情監(jiān)測(cè)年度更新最終上交的分區(qū)數(shù)據(jù)成果JC20_******.gdb（含HYDA、HYDL）數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)各層名稱“UV_****”修改為“V_****”；

3）將分區(qū)數(shù)據(jù)JC20_******.gdb（含HYDA、HYDL）中邏輯刪除（changtype=3）的要素實(shí)體進(jìn)行物理刪除，再將剩余各層所有要素實(shí)體changtype屬性統(tǒng)一修改為“-9999”。

4.2.2 新建工程

在國(guó)信司南軟件中把準(zhǔn)備好的分區(qū)數(shù)據(jù)JC20_******.gdb（含HYDA、HYDL）作為本底數(shù)據(jù)庫(kù)（預(yù)處理數(shù)據(jù)庫(kù)），工程年份選擇2021（變更時(shí)Tag自動(dòng)賦值21*）。

4.2.3 采集編輯

按本方案數(shù)據(jù)預(yù)處理原則進(jìn)行采集編輯，本底數(shù)據(jù)中Tag=204的圖斑暫不更新，若其相鄰圖斑發(fā)生變化，圖斑共邊處因“持續(xù)關(guān)注”可暫不更新；

本底數(shù)據(jù)圖斑節(jié)點(diǎn)勿手動(dòng)刪除，采集編輯時(shí)盡量捕捉、利用本底數(shù)據(jù)圖斑節(jié)點(diǎn)，避免圖形產(chǎn)生微小變動(dòng)時(shí)國(guó)信司南軟件未對(duì)其Tag、changtype等屬性自動(dòng)賦值；

本底數(shù)據(jù)單個(gè)圖斑內(nèi)影像解譯包含多個(gè)地類分類時(shí)，應(yīng)先對(duì)該圖斑進(jìn)行采集分割，并按需標(biāo)記外業(yè)核查點(diǎn)。

4.2.4 空間分析

“Tag=21*”的圖斑數(shù)量理論上與“changtype＜＞-9999”的圖斑數(shù)量相等，不相等時(shí)應(yīng)分析原因；

對(duì)“Tag＜＞21*”的圖斑與下發(fā)的數(shù)據(jù)進(jìn)行空間位置疊加分析，理論上空間位置一致，不一致時(shí)應(yīng)分析原因。

4.2.5 數(shù)據(jù)提取

將“changtype＜＞-9999”的點(diǎn)、線、面要素實(shí)體完整提取。

4.2.6 數(shù)據(jù)更新

1）將上述提取的點(diǎn)、線、面更新數(shù)據(jù)分層整體替換至當(dāng)年（2021年）下發(fā)的本底數(shù)據(jù)庫(kù)中，完成數(shù)據(jù)更新；

2）替換數(shù)據(jù)時(shí)不宜使用面切割的方法進(jìn)行數(shù)據(jù)更新，避免本底未變化時(shí)圖斑因面切割操作導(dǎo)致圖斑節(jié)點(diǎn)數(shù)發(fā)生變化。

4.2.7 數(shù)據(jù)檢查

預(yù)處理后的數(shù)據(jù)要進(jìn)行空間拓?fù)潢P(guān)系檢查，檢查是否存在漏洞、重疊、縫隙等錯(cuò)誤；各要素屬性表瀏覽檢查，檢查數(shù)據(jù)各屬性項(xiàng)填寫是否正確、有無(wú)異常等，至此，數(shù)據(jù)預(yù)處理全部完成。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)上年度本底數(shù)據(jù)庫(kù)的預(yù)處理，以增量方式先將所有預(yù)處理數(shù)據(jù)提取并完善至2021年度自然資源部下發(fā)的本底數(shù)據(jù)庫(kù)中，進(jìn)一步處理后再分發(fā)給作業(yè)人員全面開(kāi)展2021年度地理國(guó)情監(jiān)測(cè)更新工作。由于數(shù)據(jù)預(yù)處理使用的是上年度下發(fā)的本底數(shù)據(jù)庫(kù)和衛(wèi)星影像，即使本年度本底數(shù)據(jù)庫(kù)和影像未下發(fā)，也不影響年度更新工作的正常開(kāi)展。數(shù)據(jù)預(yù)處理能將工作重心前移，能對(duì)更新采集的疑問(wèn)圖斑提前進(jìn)行外業(yè)核查，很好地解決了作業(yè)工期不足的問(wèn)題，有充足的時(shí)間從根本上解決本底數(shù)據(jù)庫(kù)中存在的質(zhì)量問(wèn)題。