耿源浩 莊 園 董建芳 林 桐 靳子航 陳潔然

(1. 北京市測(cè)繪設(shè)計(jì)研究院, 北京 100038；2. 城市空間信息工程北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 北京 100038)

0 引言

開(kāi)展地理國(guó)情監(jiān)測(cè),是黨中央、國(guó)務(wù)院在新時(shí)代對(duì)測(cè)繪工作提出的新要求。2015年第一次地理國(guó)情普查成果在北京市總體城市規(guī)劃、各個(gè)層面的詳規(guī)以及控規(guī)編制中發(fā)揮了至關(guān)重要的作用。在地理國(guó)情常態(tài)化監(jiān)測(cè)后的數(shù)年間,地理國(guó)情監(jiān)測(cè)成果在城市規(guī)劃實(shí)施監(jiān)管、環(huán)境保護(hù)與治理、自然資源負(fù)債表編制等多個(gè)領(lǐng)域得到應(yīng)用。

2020年1月17日自然資源部印發(fā)《自然資源調(diào)查監(jiān)測(cè)體系構(gòu)建總體方案》[1],結(jié)合《自然資源調(diào)查監(jiān)測(cè)司2020年工作要點(diǎn)》《2020年全國(guó)地理國(guó)情監(jiān)測(cè)實(shí)施方案》《北京市規(guī)劃和自然資源委員會(huì)關(guān)于加強(qiáng)地理國(guó)情監(jiān)測(cè)工作的意見(jiàn)(試行)的通知》等相關(guān)文件要求,北京市規(guī)劃和自然資源委員作為項(xiàng)目承擔(dān)單位開(kāi)展2020年工作部署。地理國(guó)情監(jiān)測(cè)將3S各獨(dú)立技術(shù)中的相關(guān)部分進(jìn)行有機(jī)集成,借助通信、云計(jì)算以及互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)將地理空間信息與環(huán)境信息進(jìn)行高效、可靠的結(jié)合并向縱深發(fā)展。地理國(guó)情監(jiān)測(cè)工作的開(kāi)展帶動(dòng)了周邊技術(shù)快速發(fā)展,例如北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)、大數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)、遙感圖像解譯技術(shù)、深度學(xué)習(xí)技術(shù)等。

1 監(jiān)測(cè)概況

1.1 監(jiān)測(cè)范圍

2020年北京市地理國(guó)情監(jiān)測(cè)范圍為北京市全市域,包括16個(gè)行政區(qū)[2]。

1.2 監(jiān)測(cè)目標(biāo)

在地理國(guó)情監(jiān)測(cè)工作的技術(shù)框架下,利用最新的遙感數(shù)字正射影像成果[3],基于外業(yè)調(diào)查與核查成果、遙感解譯樣本成果,結(jié)合多行業(yè)專(zhuān)題數(shù)據(jù),對(duì)北京市地表覆蓋、城市要素、人工建(構(gòu))筑物等地理時(shí)空信息進(jìn)行采集與更新。在滿(mǎn)足國(guó)家監(jiān)測(cè)的基礎(chǔ)上,結(jié)合北京市實(shí)際情況,對(duì)于重點(diǎn)要素開(kāi)展專(zhuān)題性監(jiān)測(cè),包括但不限于交通、水務(wù)、房屋和生態(tài)環(huán)境等方面[4]。相關(guān)成果根據(jù)需要邊監(jiān)測(cè)邊提供、邊分析邊應(yīng)用,滿(mǎn)足城市總體規(guī)劃、運(yùn)維管理、城市更新[5]等北京城市及細(xì)化管理[6]與建設(shè)需要。

2 項(xiàng)目特色

2.1 北京特色地理國(guó)情監(jiān)測(cè)內(nèi)容指標(biāo)體系

地理國(guó)情監(jiān)測(cè)是對(duì)地表構(gòu)成的環(huán)境、生態(tài)和人文等各種條件因素的地理空間分布、時(shí)間演變情況以及彼此相互關(guān)系進(jìn)行宏觀性、整體性、綜合性調(diào)查、分析和描述形成的結(jié)果[7]。北京市面向通用目標(biāo)、綜合考慮多種需求而構(gòu)建了北京市地理國(guó)情監(jiān)測(cè)內(nèi)容與指標(biāo)[8],其中包括了10個(gè)一級(jí)類(lèi),63個(gè)(國(guó)家60個(gè)、北京增加3個(gè))二級(jí)類(lèi),176個(gè)(國(guó)家147個(gè)、北京增加29個(gè))三級(jí)類(lèi),57個(gè)四級(jí)類(lèi)(國(guó)家不設(shè)四級(jí)類(lèi))[9]。

2.2 北京城市重點(diǎn)區(qū)域統(tǒng)計(jì)分析

圍繞新版總體規(guī)劃實(shí)施與評(píng)估[10]、非首都功能疏解、城市副中心建設(shè)、京津冀協(xié)調(diào)發(fā)展等重大戰(zhàn)略[11]。開(kāi)展對(duì)城市副中心、首都功能核心區(qū)、三城一區(qū)等城市重點(diǎn)地區(qū)的進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)測(cè)內(nèi)容調(diào)研、綜合統(tǒng)計(jì)分析、專(zhuān)項(xiàng)應(yīng)用等研究分析工作[12]。

2.3 監(jiān)測(cè)成果分級(jí)式應(yīng)用管理

涉密版包括本年度地理國(guó)情監(jiān)測(cè)全要素成果,用于提交國(guó)家驗(yàn)收,委內(nèi)大數(shù)據(jù)中心管理歸檔。

政務(wù)版的主要用途為分發(fā)北京各市屬委辦局及下屬行政部門(mén),此版數(shù)據(jù)主要服務(wù)于非首都功能疏解、健全城市管理體制、創(chuàng)新城市治理方式,以及自然資源管理宏觀分析等自然資源管理工作。

公眾版借由天地圖,即地理信息綜合服務(wù)網(wǎng)站平臺(tái),向公眾提供在線地理信息空間位置服務(wù)[13],為社會(huì)公眾的工作和生活提供方便。

3 工作技術(shù)方法

3.1 總體流程

地理國(guó)情監(jiān)測(cè)采用內(nèi)外業(yè)結(jié)合的方法,利用2021年4—6月為主的遙感影像,開(kāi)展影像制作,變化發(fā)現(xiàn)、內(nèi)業(yè)解譯、外業(yè)調(diào)查與核查、空間數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析等方法與手段,開(kāi)展林草資源和城市要素、人工建(構(gòu))筑物的監(jiān)測(cè),形成2020年北京市地理國(guó)情信息數(shù)據(jù)庫(kù)。開(kāi)展統(tǒng)計(jì)與分析,結(jié)果支撐自然資源相關(guān)管理工作。地理國(guó)情監(jiān)測(cè)的技術(shù)流程如圖1所示。

3.2 影像處理

以有利于準(zhǔn)確采集變化信息為基本原則,綜合發(fā)揮更高分辨率和更佳時(shí)相優(yōu)勢(shì),統(tǒng)籌選擇主要影像數(shù)據(jù)源和補(bǔ)充影像數(shù)據(jù)源。一景影像不能反映實(shí)際問(wèn)題時(shí),充分考慮使用不同條件的多種遙感影像[14],以便于信息采集中提高識(shí)別地物和確定地物界線的準(zhǔn)確度。

3.3 變化信息采集

變化區(qū)域識(shí)別采用兩種方式相互補(bǔ)充的方式進(jìn)行采集,一是將已有成果數(shù)據(jù)通過(guò)疊加分析的方式,通過(guò)人工影像解譯識(shí)別變化區(qū)域；二是基于同源多時(shí)相遙感影像,利用深度學(xué)習(xí)技術(shù),實(shí)現(xiàn)遙感圖像自動(dòng)解譯的方式進(jìn)行變化區(qū)域檢測(cè)。需要多期影像對(duì)照以便識(shí)別變化區(qū)域時(shí),應(yīng)充分利用2019年以前的影像成果。

3.4 外業(yè)調(diào)查與核查

外業(yè)應(yīng)充分利用基于北斗衛(wèi)星開(kāi)發(fā)的便攜式電子設(shè)備調(diào)查系統(tǒng)。外業(yè)調(diào)查與核查(圖2)過(guò)程中,應(yīng)及時(shí)對(duì)所有通過(guò)外業(yè)手段形成的數(shù)據(jù)成果進(jìn)行整理,形成包括外業(yè)路線、目標(biāo)區(qū)域照片、外業(yè)調(diào)繪成果以及元數(shù)據(jù)層等數(shù)據(jù)結(jié)果。

圖2 外業(yè)調(diào)查與核查工藝流程圖

外業(yè)人員應(yīng)將外業(yè)形成的數(shù)據(jù)結(jié)果及時(shí)提交到內(nèi)業(yè)編輯整理環(huán)節(jié),確保交接、溝通到位,并有責(zé)任協(xié)助和督促外業(yè)成果在內(nèi)業(yè)編輯整理中得到準(zhǔn)確、完整的應(yīng)用,與內(nèi)業(yè)人員共同對(duì)最終成果數(shù)據(jù)質(zhì)量負(fù)責(zé)。

節(jié)點(diǎn)功能主要是進(jìn)行CO2及溫度的采集,節(jié)點(diǎn)是由微控制器模塊MCU(Microcontroller Unit)、電源(source)、無(wú)線通信模塊RF(Radio Freqency)和傳感器模塊(sensor)組成,其中MCU采用極低功耗的stm8系列單片機(jī)作為數(shù)據(jù)采集器處理單元的核心,并根據(jù)需求構(gòu)建了外圍電路;通信模塊采用基于WIA-PA技術(shù)的無(wú)線模塊,此模塊由中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所自主研發(fā)。節(jié)點(diǎn)硬件結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

3.5 統(tǒng)計(jì)分析

依據(jù)《地理國(guó)情監(jiān)測(cè)基本統(tǒng)計(jì)技術(shù)規(guī)程》,結(jié)合2017—2019年地理國(guó)情監(jiān)測(cè)統(tǒng)計(jì)分析的工作經(jīng)驗(yàn),充分利用生產(chǎn)過(guò)程中記錄的變化類(lèi)型等信息,應(yīng)用基本統(tǒng)計(jì)軟件系統(tǒng)；完成數(shù)據(jù)準(zhǔn)備、指標(biāo)計(jì)算、統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)平差處理以及統(tǒng)計(jì)單元平差處理,構(gòu)建“1+N+16”的統(tǒng)計(jì)分析體系。

圍繞新版總體規(guī)劃實(shí)施與評(píng)估、非首都功能疏解、城市副中心建設(shè)、京津冀協(xié)調(diào)發(fā)展等重大戰(zhàn)略、重點(diǎn)規(guī)劃、重點(diǎn)工作開(kāi)展城市重點(diǎn)監(jiān)測(cè)內(nèi)容調(diào)研、綜合統(tǒng)計(jì)分析、專(zhuān)項(xiàng)應(yīng)用等分析工作。

4 成果應(yīng)用

項(xiàng)目形成了包括2020年版地理國(guó)情監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)和統(tǒng)計(jì)分析成果數(shù)據(jù)庫(kù)。2020年版地理國(guó)情監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)包含2020年監(jiān)測(cè)中形成的各類(lèi)遙感影像數(shù)據(jù)、地表覆蓋數(shù)據(jù)、全市重要城市要素?cái)?shù)據(jù)、全市影像解譯樣本、元數(shù)據(jù)、地理市情監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、干涉合成孔徑雷達(dá)(interferometric synthetic aperture radar,InSAR)數(shù)據(jù)成果以及更新后的全市交通網(wǎng)絡(luò)、水域網(wǎng)絡(luò)等數(shù)據(jù)；統(tǒng)計(jì)分析成果數(shù)據(jù)庫(kù)包含基本統(tǒng)計(jì)和綜合統(tǒng)計(jì)分析形成的各類(lèi)結(jié)果數(shù)據(jù)。為城市規(guī)劃、城市運(yùn)維、城市更新等工作提供了統(tǒng)一的地理空間公共信息基底。

4.1 新版城市總體規(guī)劃

本次城市總體規(guī)劃深入貫徹習(xí)近平總書(shū)記系列重要講話(huà)精神和治國(guó)理政新理念新思想新戰(zhàn)略,堅(jiān)持以習(xí)近平總書(shū)記兩次視察北京重要講話(huà)精神為根本遵循,立足首都城市戰(zhàn)略定位,著眼于新的歷史時(shí)期首都發(fā)展的新要求、新期待[15]。新版城市總體規(guī)劃指出“新中國(guó)成立以來(lái)北京城市發(fā)展的成功經(jīng)驗(yàn),明確發(fā)展目標(biāo)和城市規(guī)模,科學(xué)規(guī)劃城市空間布局?！睘橥瓿蛇@一目標(biāo),摸清全市的地理國(guó)情家底成為重點(diǎn)內(nèi)容。

4.2 疏解整治促提升專(zhuān)項(xiàng)行動(dòng)

在2017—2020年期間,北京市在全市范圍內(nèi)開(kāi)展了為期數(shù)年的“疏解整治促提升”專(zhuān)項(xiàng)整治行動(dòng),隨著專(zhuān)項(xiàng)工作的逐漸深入,在2016年前后,違法建設(shè)違法用地專(zhuān)項(xiàng)整治工作作為“疏解整治促提升”專(zhuān)項(xiàng)行動(dòng)十項(xiàng)工作內(nèi)容的首項(xiàng)任務(wù),利用北京市地理國(guó)情監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)以及其他相應(yīng)參考資料,基于衛(wèi)星街景歷史影像數(shù)據(jù)核查全市建筑增量,基于影像紋理,監(jiān)測(cè)分析北京市疑似違法建筑總量,協(xié)助北京市相關(guān)部門(mén)制定每年拆除房屋規(guī)模年度計(jì)劃。

4.3 城市精細(xì)化管理

隨著京津冀協(xié)同發(fā)展的推進(jìn),城市向高質(zhì)量發(fā)展邁進(jìn),對(duì)城市空間的治理要滿(mǎn)足精細(xì)化管理需求,城市空間作為減量提質(zhì)發(fā)展的核心“綠色”內(nèi)容,主要包括城市減量控制、精細(xì)治理、綠色生態(tài)、人居品質(zhì)等方面的內(nèi)容,極致體現(xiàn)了減量提質(zhì)發(fā)展的“減”“精”“綠”“質(zhì)”。在復(fù)雜環(huán)境、大尺度、高頻率的城市區(qū)域開(kāi)展空間監(jiān)測(cè)是一項(xiàng)具有挑戰(zhàn)性的工作。北京市的地理國(guó)情監(jiān)測(cè)指標(biāo)體系支撐了北京市在減量發(fā)展的前提下,同相關(guān)城市規(guī)劃管理部門(mén)一道找到適合的城市規(guī)劃管理應(yīng)用切入點(diǎn),梳理城市規(guī)劃及治理業(yè)務(wù)流程,創(chuàng)新應(yīng)用服務(wù)模式，整合現(xiàn)有城市規(guī)劃管理資源。

4.4 生態(tài)文明建設(shè)

黨的十八大以來(lái),以習(xí)近平同志為核心的黨中央將生態(tài)文明建設(shè)納入中國(guó)特色社會(huì)主義事業(yè)“五位一體”總體布局,把“美麗中國(guó)”作為生態(tài)文明建設(shè)的宏偉目標(biāo),開(kāi)展了一系列根本性、開(kāi)創(chuàng)性、長(zhǎng)遠(yuǎn)性工作,我國(guó)生態(tài)環(huán)境保護(hù)發(fā)生了歷史性、轉(zhuǎn)折性、全局性變化。利用地理國(guó)情監(jiān)測(cè)成果進(jìn)行現(xiàn)狀和時(shí)間序列分析,得到生態(tài)用地的現(xiàn)狀、歷史地類(lèi)分析，生態(tài)用地疑似違法圖斑的現(xiàn)狀、歷史地類(lèi)分析。

5 結(jié)束語(yǔ)

在自然資源統(tǒng)一調(diào)查監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)框架下,北京市地理國(guó)情監(jiān)測(cè)工作在滿(mǎn)足國(guó)家要求的基礎(chǔ)上,結(jié)合北京市城市規(guī)劃與城市管理的需求,在自然資源調(diào)查“兩統(tǒng)一”的大背景下,摸索了一套地理國(guó)情監(jiān)測(cè)工作的調(diào)查與應(yīng)用服務(wù)體系。

北京市從2016年起對(duì)地理國(guó)情信息的獲取進(jìn)入常態(tài)化監(jiān)測(cè)階段,經(jīng)過(guò)歷年積累摸清了北京市自然、生物和人文等各種資源的分布以及存量情況。隨著不斷對(duì)地理國(guó)情監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)成果的挖掘,其成果已經(jīng)在多個(gè)領(lǐng)域得到應(yīng)用,在生態(tài)文明制度建設(shè)中發(fā)揮了不可或缺的作用。

地理國(guó)情監(jiān)測(cè)成果大多應(yīng)用于城市管理、城市規(guī)劃以及各級(jí)政府管理層面,隨著應(yīng)用領(lǐng)域所涉及的內(nèi)容越來(lái)越廣泛,對(duì)于面向社會(huì)需求,仍需擴(kuò)充指標(biāo)體系以達(dá)到滿(mǎn)足社會(huì)面要求的標(biāo)準(zhǔn)。隨著地理國(guó)情監(jiān)測(cè)應(yīng)用逐步朝著“更深”“更廣”的目標(biāo)前進(jìn),現(xiàn)階段亟須對(duì)基于地理國(guó)情監(jiān)測(cè)成果的應(yīng)用進(jìn)行梳理,理清現(xiàn)有應(yīng)用的廣度、深度以及存在的不足,為后續(xù)推進(jìn)地理國(guó)情常態(tài)化監(jiān)測(cè)提供方向指導(dǎo)。