對新型基礎測繪的再認識

俞肇元，周良辰，袁林旺，羅 文，閭國年

(1.南京師范大學地理科學學院，江蘇 南京 210023；2.南京師范大學，虛擬地理環(huán)境教育部重點實驗室，江蘇 南京 210023；3.江蘇省地理信息資源開發(fā)與利用協(xié)同創(chuàng)新中心，江蘇 南京 210023)

0 引 言

“智慧城市”“生態(tài)文明”等國家戰(zhàn)略的快速推進，對測繪地理信息行業(yè)和產業(yè)的發(fā)展提出了新的需求，急需突破傳統(tǒng)思維、轉變發(fā)展模式、實現(xiàn)轉型升級[1-3]。在測繪行業(yè)全面實現(xiàn)數(shù)字化、信息化的背景下，物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算、人工智能等空間技術和信息技術的迅猛發(fā)展給測繪行業(yè)帶來了新的機遇和挑戰(zhàn)，對測繪行業(yè)思維模式、作業(yè)模式產生了巨大影響[4]。在國家規(guī)劃、戰(zhàn)略背景、實際需求等背景和高新技術支撐下，基礎測繪向新型基礎測繪轉型升級已成必然。因此須對新型基礎測繪的內涵進行探討和分析，為新型基礎測繪的深入研究和健康發(fā)展提供理論與方向指導。探索代表智能化測繪發(fā)展方向的新型基礎測繪的內涵與外延，是推動測繪行業(yè)創(chuàng)新發(fā)展的重要基礎[5]。本文總結了新型基礎測繪的發(fā)展背景，研討了新型基礎測繪的概念，并從測繪體系建設、實景三維建設、按需測繪、多測合一、基礎測繪與基礎地理信息、基礎地理信息與專題地理信息、聯(lián)動更新等六個視角剖析新型基礎測繪的內涵。

1 基礎測繪

基礎測繪是指建立全國統(tǒng)一的測繪基準和測繪系統(tǒng)，進行基礎航空攝影，獲取基礎地理信息的遙感資料，測制和更新國家基本比例尺地圖、影像圖和數(shù)字化產品，建立、更新基礎地理信息系統(tǒng)[6]，是對我國國土(包括陸地國土和海洋國土)進行的具有基礎性和普遍適用性的測繪活動的總稱。

全國統(tǒng)一的測繪基準和測繪系統(tǒng)是各類測繪活動的基礎。需要統(tǒng)籌規(guī)劃建設和維護全國統(tǒng)一的測繪基準，構建陸海統(tǒng)一、精度均衡、服務穩(wěn)定、安全可控的一張高精度測繪基準網(wǎng)?；A航空攝影得到的資料可詳盡記載一定區(qū)域范圍的地物、地貌特征以及地物之間的相互關系，反映自然資源的分布情況；基礎地理信息的遙感資料是基礎地理信息數(shù)據(jù)的重要來源；國家基本比例尺地圖是經(jīng)濟建設和社會發(fā)展的基本用圖；測繪地理信息系統(tǒng)是實現(xiàn)測繪地理信息數(shù)據(jù)數(shù)字化存儲、管理、建模、分析的基礎。

基礎地理信息系統(tǒng)是通過對基礎地理信息數(shù)據(jù)的集成、存儲、檢索、操作和分析，生成并輸出各種基礎地理信息的計算機系統(tǒng)。利用地理信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫子系統(tǒng)實現(xiàn)測繪數(shù)據(jù)的多源集成、自動化處理、分發(fā)和服務，在完成數(shù)據(jù)生產任務的同時，也可構建相應的聯(lián)動更新機制。此外，也可充分利用數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)實現(xiàn)對數(shù)據(jù)安全和訪問權限的控制，保證各項測繪業(yè)務的合理有序運行。地理信息系統(tǒng)的共享、分析與服務子系統(tǒng)可對基礎測繪的公共服務功能提供技術支撐，有效服務國家數(shù)字化、數(shù)字中國、數(shù)字城市、智慧城市建設。

2 新型基礎測繪

新型基礎測繪是對現(xiàn)有基礎測繪的繼承和發(fā)展，是在保持基礎測繪的基礎性和公益性不變的前提下，從建設內容、產品形式、服務模式、管理方式、技術手段等方面對基礎測繪進行的探索創(chuàng)新[7]?！度珖A測繪中長期規(guī)劃綱要(2015-2030年)》提出新型基礎測繪要具備 “全球覆蓋、海陸兼顧、聯(lián)動更新、按需服務、開放共享”特征[8]，主要體現(xiàn)在對現(xiàn)有基礎測繪技術、生產、服務和管理等進行與時俱進的調整、完善。新型基礎測繪主要體現(xiàn)在工作范圍“新”、工作重點“新”、技術手段“新”、組織模式“新”、成果形式“新”、服務方式“新”。

新型基礎測繪提出以來，全國多地進行了新型基礎測繪的試點工作。上海市發(fā)布了首部新型基礎測繪團體標準即《基于地理實體的全息要素采集與建庫》，提出了“智能化全息測繪”的概念，統(tǒng)一了基于地理實體的智能化全息測繪數(shù)據(jù)采集、處理方法及全息測繪成果的技術要求，并總結了其四大亮點即全息化、精細化、智能化、統(tǒng)一化[9]。浙江省印發(fā)《浙江省新型基礎測繪體系建設實施方案》，提出“統(tǒng)籌協(xié)同、陸海一體、聯(lián)動更新、智能高效”的新型基礎測繪體系[10]。江蘇省提出了發(fā)展保障型、服務型、開放型基礎測繪體系，解決工作內涵不豐富、成果應用不廣泛、生產體系不完善等問題[11]。陜西省提出了要實現(xiàn)生產型向生產服務型轉變，豐富基礎測繪的內涵，提升服務能力，逐步推動多維、多尺度的聯(lián)動更新；河北省提出了統(tǒng)籌地理信息資源，推進“一網(wǎng)、一庫、兩平臺”建設，把新型基礎測繪建設作為融入服務雄安新區(qū)建設的切入點；重慶市開展了“3D+”全息空間數(shù)據(jù)庫及應用示范建設工作，形成了重慶樣本的基礎測繪轉型升級路徑[12]；上述試點工作體現(xiàn)了在新技術的引入和新的需求驅使下，新型基礎測繪的體系結構、服務模式和建設內容的升級，同時由于不同區(qū)域、不同部門對新型基礎測繪有著自己的理解與應用，試點研究呈現(xiàn)百家爭鳴、百花齊放的局面。為了進一步推動新型基礎測繪的深入發(fā)展，需對新型基礎測繪的定義、內涵等內容進行再探討。

2.1 測繪體系建設

從新型基礎測繪的基本特征出發(fā)，構建符合新時代智能化測繪發(fā)展趨勢的新型基礎測繪體系，是新型基礎測繪建設的關鍵內容[13]。發(fā)展新型基礎測繪需要實現(xiàn)測繪到地理信息思維的轉變。要從時空一體化和多維高維統(tǒng)一的視角，系統(tǒng)構建測繪基準體系、業(yè)務流程體系、測繪產品體系、技術支撐體系、質量控制體系、組織管理體系六大子體系。通過發(fā)展新型測繪體系建設，建成“陸海一體、全域覆蓋、資源匯聚、時空延續(xù)”的基礎測繪資源型數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)測繪與地理信息資源的常態(tài)化更新。

2.2 實景三維建設

實景三維建設是統(tǒng)籌推進經(jīng)濟建設、政治建設、文化建設、社會建設、生態(tài)文明建設“五位一體”的重要內容和重要載體，是支撐數(shù)字政府建設、構建現(xiàn)代化政府治理體系的基礎，有助于促進經(jīng)濟要素在三維空間中的優(yōu)化配置和流動。在實景三維數(shù)據(jù)獲取方面，需要構建機載、星載、船載、車載和地面的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，有效獲取高精度的影像、視頻和激光點云數(shù)據(jù)；在實景三維模型構建方面，首先采用逐像素、逐點模式構建區(qū)域高精度的地形三維模型和地表三維模型，然后基于高精度的地形三維模型和地表三維模型可以生成面向各類應用需求的三維場景模型，進一步實現(xiàn)已有二維數(shù)據(jù)的三維化，也可以在三維場景模型上直接采集獲取各類專題地理要素的三維數(shù)據(jù)，還可以通過區(qū)域間、多尺度的三維場景模型與各類地理實體三維模型的融合，形成由地形三維、表面三維、實體三維系列產品——實景三維模型。

2.3 按需測繪

傳統(tǒng)的測繪產品，特別是地形圖產品，比例尺固定、獲取的要素固定，難以滿足新時代快速高效的測繪數(shù)據(jù)生產與更新需求。用戶需求的多樣化要求決定了測繪地理信息產品應具有采集要素按需獲取、尺度按需定制、信息服務實時動態(tài)等能力，這給傳統(tǒng)測繪數(shù)據(jù)采集和處理模式提出了巨大挑戰(zhàn)。按需測繪是指測繪產品的生產過程遵循“基礎模型、尺度綜合、各取所需、專題匯聚”的思路，實現(xiàn)測繪產品按需生產。首先高精度、動態(tài)更新的實景三維模型理應作為新型基礎測繪的核心產品，作為各類應用場景模型和各類測繪要素獲取的基礎。進而通過對高精度的地形和地表三維模型的簡化實現(xiàn)三維場景的尺度綜合，支撐不同尺度的地理數(shù)據(jù)采集，并在不同尺度三維場景模型基礎上按需采集要素。更可以不同尺度的三維場景模型為基礎，匯聚各類專題地理數(shù)據(jù)，表達地理事件、地理過程。

2.4 多測合一

多測主要指地形測繪、工程測繪、地籍測繪、房產測量以及各類專題測繪。由于歷史上分屬不同主管部門，執(zhí)行的標準、采用的技術手段均存在較大差異，導致重復測繪，測繪成果難以共享使用。多測合一則需要不同類型測繪的“合一”，以及不同測繪階段的“統(tǒng)一”。對不同類型的測繪，應基于統(tǒng)一的時空框架，構建覆蓋不同業(yè)務類型的地理實體分類體系、地理實體顆粒度分割體系，以及數(shù)據(jù)獲取的技術手段，提供滿足不同測繪應用需求的測繪產品和服務。如在房產測繪時需基于統(tǒng)一的空間基準和房屋地理實體，除了幢、層、戶信息外，還需要補充室、屋頂、門、窗等地理實體。在地籍測繪時需要采集界址點的三維信息。在地形測繪時需要補充采集房屋外部三維幾何數(shù)據(jù)。對測繪過程的“統(tǒng)一”，則需要面向土地開發(fā)過程中的土地收儲、規(guī)劃設計、施工建設、竣工驗收到使用管理等全生命周期所實施的測繪過程，實現(xiàn)現(xiàn)狀測繪、過程測繪、房屋預測繪、竣工測量等階段性測繪工作的有效銜接，保證現(xiàn)實地理空間與規(guī)劃設計的虛擬空間統(tǒng)一，規(guī)劃設計圖紙或BIM模型與工程建設施工之間的一致性。在土地開發(fā)過程中的的竣工驗收環(huán)節(jié)，是地形、地籍、房產等不同類型測繪合一的關鍵環(huán)節(jié)，在該環(huán)節(jié)統(tǒng)籌協(xié)同不同測繪內容、測量精度，可避免重復勞動、防止成果沖突。

2.5 基礎測繪與基礎地理信息

基礎測繪是國民經(jīng)濟和社會發(fā)展的一項前期性、基礎性和公益性事業(yè)，廣泛服務于社會各個行業(yè)與領域[14]?；A地理信息是基礎測繪的主要成果之一，主要是指通用性最強，共享需求最大，為各行業(yè)提供統(tǒng)一的空間定位和進行空間分析的基礎地理單元。然而，現(xiàn)行基礎測繪的目標、采集和處理的主體是地理實體或幾何對象，而新型基礎測繪更需要面向地理空間中的時間、地點、人物、事物、事件、現(xiàn)象、場景，在采集和處理幾何信息的基礎上，同時要記錄和描述語義、過程、關系、作用和屬性等信息，實現(xiàn)測繪幾何信息到地理信息的提升，使得地理信息可看、可用、能用、好用。

2.6 基礎地理信息與專題地理信息

基礎地理信息是測繪地理信息在不同領域應用的最大公約數(shù)，是測繪地理信息服務不同行業(yè)領域的基礎數(shù)據(jù)。專題地理信息是指在基礎地理信息的基礎上，根據(jù)不同行業(yè)應用需求，將滿足行業(yè)應用需求的測繪地理信息疊加到基礎地理信息中，形成展現(xiàn)特定行業(yè)領域的專用信息[15]。一般情況下，專題地理信息是行業(yè)、專業(yè)獨有的專題信息，但也還有相當一部分與基礎地理信息相同，或在基礎地理信息基礎上進一步分類。例如道路信息既是基礎的地理信息的重要組成部分，也是交通部門、公安部門的專題信息。交通和公安部門不僅直接使用基礎地理信息中的道路數(shù)據(jù)，而且還會對道路數(shù)據(jù)進一步開發(fā)，一方面為道路增加語義、屬性信息，另一方面將道路進一步劃分為路段、車道等。這些基礎與專題地理信息在語義和顆粒度方面的差異，導致了基礎數(shù)據(jù)的更新和專題地理數(shù)據(jù)的維護之間的嚴重矛盾。因此，需要統(tǒng)籌基礎測繪要素與專題地理要素的分類、顆粒度劃分，明確基礎地理信息分類層級和深度，基礎地理信息與專題地理信息之間的涵蓋范圍，形成同一實體、不同顆粒度的基礎數(shù)據(jù)與專題數(shù)據(jù)的共享交換機制。

2.7 多源聯(lián)動更新

新型基礎測繪要實現(xiàn)多尺度的測繪地理數(shù)據(jù)實時動態(tài)的更新，需要以“統(tǒng)一規(guī)劃、協(xié)同共建、多級聯(lián)動、有序推進”為指導，建立國家-省-市-縣四級聯(lián)動的動態(tài)更新機制[16]。落實全國“一盤棋”，統(tǒng)一技術要求和實施步驟，明確國家-省-市-縣多尺度數(shù)據(jù)表達和更新權限，建立各部門在數(shù)據(jù)匯交、質量檢查、融合處理、數(shù)據(jù)匯聚等業(yè)務流程中的協(xié)同管理與同步更新機制。需要利用航天、航空、無人機、塔基、地基、車載遙感、攝影測量、視頻、LiDAR等新型測繪技術精準動態(tài)獲取信息，需要發(fā)展基于互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境的信息抓取技術，利用大數(shù)據(jù)和人工智能方法，及時發(fā)現(xiàn)地理實體、地理現(xiàn)象、地理事件和地理場景的變化，及時獲取空間位置、幾何形態(tài)及相關屬性的信息，通過國家-省-市-縣多級審核，一次更新，多級受用。

3 結 語

新型基礎測繪是經(jīng)濟社會發(fā)展的新需求，是測繪發(fā)展的新階段。隨著新技術的不斷進步和應用需求的不斷變化，測繪地理信息的發(fā)展面臨重要發(fā)展機遇。面向壯大地理信息產業(yè)、建設測繪強國的戰(zhàn)略規(guī)劃，應加強新型測繪的頂層設計、理論研究、技術攻關，推動新型測繪體系建設，促進測繪地理信息實現(xiàn)跨越式發(fā)展，不斷提高自身服務能力，為經(jīng)濟社會發(fā)展和國家安全提供有力保障。通過完全打通新型基礎測繪和現(xiàn)代地理信息公共服務體系之間的堵點，實現(xiàn)基礎測繪生產和服務的同步化和一體化，提高新型基礎測繪的服務水平。