地理国情监测的应用分析和对策

2016-12-29周志诚李雪梅史晓明

地理空间信息 2016年1期

关键词：国情监测信息

王华,洪亮，周志诚，陈庆，李雪梅，史晓明

（1.湖北省测绘地理信息局，湖北武汉 430071；2.湖北省航测遥感院，湖北武汉 430074；3. 湖北省测绘工程院，湖北武汉 430074）

地理国情监测的应用分析和对策

王华1,洪亮2，周志诚2，陈庆3，李雪梅2，史晓明2

（1.湖北省测绘地理信息局，湖北武汉 430071；2.湖北省航测遥感院，湖北武汉 430074；3. 湖北省测绘工程院，湖北武汉 430074）

随着经济社会的快速发展，地理国情信息需求日益突出。地理国情监测是一项提供地理国情变化信息的基础性工作。结合前期的地理国情普查实践经验和我国现阶段的基本国情，分析了未来地理国情监测成果在5个不同层次的应用，并探讨了如何将应用需求合理地实现和稳步发展，提出了地理国情监测工作应把握的几个策略。

地理国情；地理国情监测；应用分析；对策

1 地理国情和地理国情监测

国情是一个国家的历史文化传统、自然人文环境、社会经济状况、国际关系等方面的状态及其变化过程的总和[1]。地理国情是国情信息的重要内容，是指通过地理空间位置和属性与包括自然环境、自然资源状况、科技教育状况、经济发展状况、政治状况、社会状况、文化传统、国际环境和国际关系等在内的各类国情进行关联与分析[1,2]，从而得出能够深入揭示经济社会发展的时空演变规律和内在关系的综合国情。通俗地讲，地理国情是以地理空间信息为基础，全面融合了农业、林业、水利、规划、国土、交通等社会各部门的专题自然和人文信息，构建起来的综合信息体系。地理国情是空间可量化的国情信息，按空间分布特性可分为：①地表表层与地理位置直接或间接相关的国情信息，如国土疆域面积、地形地貌特征、行政区域分界、地表水资源状况、道路交通网络等空间分布和时空演变信息；②地表下层与地理位置有关的国情信息，如地质分布、地下水资源、地下能源矿产以及地下设施（地铁、地下管线）、地下空间开发利用等；③地表上层空间范围内与位置有关的国情信息，如风、雨、雷电等自然气候现象和自然空间的物质（粉尘、生产废气、生活废气、碳排放）、空中航线等空间分布的密度与情况等[3]。

地理国情监测是指充分利用地理信息技术和资源，对地理国情进行动态获取、统计、比较、分析、评价及应用的过程。它通过挖掘一定时期内地理国情的变化状况及发展趋势形成反映各类资源、环境、生态、经济要素的空间分布及其发展变化规律的研究报告，从而为国家和区域发展战略的制定、经济结构布局的调整、经济发展方式的转变、突发公共事件的应对机制等提供科学的决策依据[2,4]。因此，地理国情监测是一项提供地理国情变化信息的基础性工作。

受经济发展、社会关注度、科技生产力、政府重视及市场需求等因素的影响，地理国情监测工作在各国开展时间先后不一，内容和深度也存在较大差别。发达国家由于对生态环境、能源资源、灾害、城市扩张、健康、公共安全等问题关注较早，重视程度较高，因此地理国情监测工作开展得较早，如美国地质调查局在2002 年启动了一个为期5 a的“地理信息分析和动态监测计划”[5]。我国的行业地理国情监测工作前些年也有开展，如国土部门的土地调查、水利部门的水利调查、林业部门的林业及其相关的野生物种调查、统计部门的人口自然环境调查等都属于地理国情监测的范围。现阶段，我国经济社会发展势头较好，信息化程度较高，对地理国情信息的提取、分析、综合评价和预测已成为各行业各部门决策管理和运行的重要手段。2010年12月，时任国务院副总理李克强做出了加强地理国情监测的重要指示，至此地理国情监测工作首次从国家层面明确提出。

2 地理国情监测的应用分析

地理国情监测的应用是根据需求而产生的，不同层次的需求对应着不同层次的应用。结合实践经验，本文将地理国情监测的应用归纳为5个层次（图1）。

图1 地理国情监测应用的5个层次

2.1 基本地理国情信息的一般应用

地理国情信息的空间分布位置、大小、密度及其自然和人文属性信息是社会公众、政府部门及经济社会各领域（公安、农业、林业、水利、交通、国土、规划等行业）需要的最基本的国情信息。它是经济社会对地理国情信息的一般性需求。例如，发生灾害时，灾区的交通情况、灾害分布情况是有效开展救援工作的基本参考信息；出行旅游时，旅游景点的地理位置、天气情况及基本概况是人们所需了解的最基本的地理国情信息；现代精准农业中，人们通过了解到当年某一地区的农作物种植面积及分布情况，可为相关的种子、化肥、农药、收购（期货价格）等工作提前做准备。诸如此类的地理国情信息一般只需将及时有效的观测数据，经过简单的基本空间统计（分析）即可实现。

2.2 地理国情信息的变化分析应用

某类地理国情信息如地下水、河流湖泊、森林、耕地等资源的变化具有明显的时空特性，对比分析这些对社会、民生十分重要的地理国情信息，是经济社会可持续发展的必然要求。例如，国土部门通过对比不同年代的土地利用分布情况，可判断重要土地类型的变化，如森林覆盖面积是否增加、水资源是否减少等，从而为土地规划与利用决策提供科学依据；建设部门通过对建设规划方案的比对，可查出违章建设点，判断生产中用地实施是否如实按照规划方案执行等。这类地理国情信息需进行长时间的累积监测，利用时空数据挖掘与信息提取、知识发现等技术对不同时段的地理国情信息进行时间先后的关联与对比分析，从而得出地理国情信息随时间推移的变化特征及变化结果，最终为评估人类活动对地理国情资源产生的影响提供科学依据，同时也为评价人类决策的正确与否提供重要依据。

2.3 重要地理国情信息的实时监管应用

部分地理国情要素的变化，是需要实时掌握并及时管控的。众所周知，健康的淡水资源和空气是人类生存最基本的资源。近年来工业废水排放、农业污染排放、城市生活污水、垃圾等引起的水体污染现象屡见不鲜；地区发展建设中的各种非法填湖、非法侵占耕地、非法砍伐森林以及废气排放、焚烧桔杆等空气污染的现象比比皆是，这类地理国情信息扩散速度快、影响范围大，处理起来耗资耗力、难控制、难恢复，因此对它们的实时监管是非常必要的。监管内容主要包括反映大气污染、水污染、森林退化、自然灾害等生态资源恶化现象的重要地理国情信息[6,7]。

通过建立实时的生态监测网络，对它们进行实时监控、监测，实时发现和数据处理，将处理结果与正常数据进行对比分析，对超出合理数据范围的各种污染破坏恶性事件进行及时警报和应急处理。重要地理国情信息的实时监管主要是政府部门履行监督、规划职能所需要，它们不仅能为政府行政执法提供科学的参考依据，还能提高这些恶性事件的处理效率。

2.4 地理国情信息影响因子的研究应用

地理国情监测，不仅能够提供常态化的最基本的地理国情信息，反映具有时间节点变化特点的和发生实时动态变化的地理国情信息，还能充分利用3S技术、数据分析模型、信息整理与提取技术对数据进行挖掘，获得地理国情信息的数量与质量统计特征、时空分布模式[8]，并根据这些研究结果挖掘地理国情关联影响因子的相互作用和影响机制，找到地理国情要素随时空演变的发展规律和内在关系，分析出地理国情变化的内在原因。因此，对地理国情信息影响因子的研究是地理国情监测深层次的需求，是科学预防和治理地理国情负面变化的权威依据。例如，近年来青海湖水面大幅下降，其发生有诸多可能因素：水体蒸发量过大、农业的过度开发利用、山川冰雪融化减少、雨水降水量减少、气候变暖等。地理国情监测通过定量监测相关国情要素，利用GIS、数据分析模型等处理方法，建立地理国情信息影响因子和水面下降的关联研究，挖掘出导致湖水面下降的影响因子分布及相互作用机制。通过对这些影响因子的深入研究，可采用人工手段控制这些影响因子的作用效果，以最终维护正常湖水面的水位。地理国情信息的影响因子多样复杂，研究过程中需融合多专业、多部门的专业知识，在此基础上建立完善的综合技术方案，采用科学严谨的数据处理分析体系，才能准确地挖掘出影响因子的作用机制。

2.5 地理国情要素演变预测的应用

地理国情要素的演变预测是人类对地理国情资源实施一系列活动所产生的各种影响的一种预期性实验模拟推演。它在重大战略制定、重大工程实施、突发事件应急处置、地质环境灾害发生等方面应用非常迫切。由于过去科技水平欠发达，相关职能部门缺乏科学数据及系统知识，使得地理国情要素演变预测研究基本是空白，导致一些重大工程建设、重要事件处理决策缺乏足够的参考依据。例如，三峡工程是当今世界最大的水利水电枢纽工程，在防洪、发电、航运等方面有着巨大的综合效益，但它也可能导致移民变化、泥沙变化、生物圈中的物种资源和自然景观的变化、农田地表径流的变化、自然灾害（地震、滑坡、泥石流）等一系列问题，这些问题在工程实施之前是非常有必要进行科学预测的。

现阶段可利用卫星遥感、地面观测等技术，融合重大工程建设所涉及的各行各业的科学数据及专业知识，对其中的地下水、蓄水量、水体泥沙含量、降雨、水质、气候等地理国情要素进行不同时段的动态监测，分析监测对象的变化规律，挖掘各影响因子的相互作用及内在联系，从而推演出生态环境的变化趋势，预测这些变化给社会带来的其他方面影响，最终保障重大决策的科学性。

3 地理国情监测的对策

通过对地理国情监测5个不同层次应用的分析，可以看出地理国情监测涉及面广、技术性强、实施难度大，贯穿于社会各行业各部门。监测的地理国情要素不同，采用的监测技术手段、分析手段也会不相同，但对地理国情数据的获取、统计、分析及有效应用，却始终贯穿于监测工作的全过程。因此，为了充分发挥地理国情监测的应用效能，进一步推进地理国情监测工作，笔者结合多年来的实践，认为地理国情监测工作中需抓住以下几点策略。

3.1 根据需求和外部环境确立地理国情监测的应用目标

地理国情要素纷繁复杂，社会对它们应用需求的侧重点也不尽相同，明确需求有利于抓住监测目标的侧重点。实践证明“为了监测而监测”地理国情，目标不清晰、耗资大、时间长，也不能充分利用地区间外部环境的差异性。地理国情监测中良好的外部环境条件有利于推动监测技术方法和资源条件的不断完善，保障地理国情监测工作的顺利开展。

同时，监测目标应贴近实际且长远。目标定得过高，相关技术实力可能达不到，人力、物力、财力等方面难以支撑目标的实现，如90年代的某数字城市建设方案目标几乎等同于现在智慧城市的建设方案，但当时的技术力量无法实现这种应用需求，经费也不足以支撑生产所需的人力、物力和财力，导致最终成果与实际的应用需求相差甚远。

社会对地理国情信息的应用需求由浅至深、由小到大，地理国情监测工作也是一个由低层次向高层次发展、循序渐进的过程，因此监测目标除了要满足现状的应用需求外，还应适当地兼顾考虑应用需求的广度和深度，即近期目标与长期目标的结合。比如第二次全国土地调查成果，国土部门是第一需求部门，但农业部、林业部门、环境部门也需要用这些成果数据来为本行业服务，所以在确定监测目标时应将其近期目标和长期目标结合起来，使地理国情监测成果能更全面、高效地为社会决策提供服务。

3.2 以数字地理空间框架建设为基础

数字地理空间框架是地理国情监测数据的基础，是地理国情监测最基本的应用。首先，数字地理空间框架数据体系为地理国情监测提供了基础数据库，采用统一的标准、精准的时间和空间基准，为具有地理信息属性的各行业的数据信息交换、共享、融合提供了统一的数据基础，创建了相关行业公共的数据库服务平台，发挥了地理信息数据的纽带作用；其次，数字地理空间框架和应用系统的专业数据库的定期更新维护，为地理国情监测提供了综合、权威、现势性强的数据支持[9,10]；再次，数字地理空间框架与智能传感器网络（卫星传感器网、地面数字传感器网）结合，可有效形成智慧监测体系或平台，将数字世界与现实世界进行无缝链接，实现互联网+和大数据条件下的地理国情监测的智能化应用。

3.3 确定完善的技术方案

实现地理国情信息的时空变化分析研究、实时监管、演变预测都需要完善的监测技术方案。地理国情监测技术方案是指在地理国情监测目标需求的基础上，运用相关专业知识，确定地理国情监测过程中涉及到的数据获取、采集、处理、分析、挖掘、管理、评价、应用等环节的技术实现方法。地理国情信息复杂多样，完善的技术方案应该具备开展各项相关监测指标的理论和技术方法、研究路线，并根据不同专业领域研究建立适用于不同专业的地理国情分析方法和模型，结合现阶段技术力量，保证方案的可操作性和科学性。缺乏完善的技术方案，不仅不能达到监测目标的需求，甚至有可能降低监测的效果。比如，近几年国家相关部门制定的水资源污染和桔杆燃烧的实时监测方案，二者在技术设计过程中，都是通过利用卫星遥感来获取不同时间段的数据，通过对这些遥感影像的处理，分析对比数据的差异，从而发现污染源。这两种技术方案表面上设计是可行的，但实际操作过程中，由于影像获取和处理时间周期长，等待监测结果出来时，污染面积早已扩散、情况早已恶化，局面难以治理和恢复，最终失去了监测的意义，故监测技术方案无法实现目标的需求。

3.4 建立科学严谨的数据处理分析体系

数据处理分析体系是技术方案的重要组成部分。地理国情涉及各类专题科学分类，科学严谨的数据处理分析体系，是在获取真实的地理国情数据基础上，利用多专业融合的知识进行数据处理、加工和挖掘，客观、准确地反映各种地理国情要素空间位置及其属性；同时建立适用于不同专业的数据分析方法和模型，并研究地理国情综合分析方法和模型，通过比对、分析、比较来获取地理国情信息的变化特征。它是实现单一地理国情数据向地理国情信息综合分析、关联分析转变的手段，是证明地理国情监测成果可靠性、权威性的关键，也是地理国情监测成果能否被应用部门直接使用的决定性因素[3]。例如，有的测绘部门辅助水利部门做三维溃坝分析，仅采用了测绘部门的地形地貌要素，运用GIS进行简单的三维模拟分析，没有结合水利部门涉及的多专业知识来建立专业的数据分析方法和模型，缺乏地理国情信息的综合分析，导致监测结果无法准确地模拟地理国情信息的变化情况，自然也不被水利部门认可。

3.5 融合多专业、跨部门的关键技术和应用需求

地理国情信息具有跨行业、跨部门、跨学科的特性[1]，其影响因子和演变预测研究也涉及多行业多学科，不同行业在地理国情监测的数据获取、分析、统计、应用方面也各有优势。测绘地理信息部门的基础数据和专业部门的历史专题数据是地理国情监测的数据支撑，融合专业的数据分析方法和模型，将应用需求与地理国情监测各工作环节紧密相扣，才能保证地理国情监测的成果能充分满足应用部门和经济社会的需求[3]。例如，气象部门的洪灾分析，地形地貌数据是最基础的底图数据，仅应用气象部门的降雨专题数据和分析模型，不能充分体现洪灾的真实状况，影响洪灾情况还有植被、土质等专业的因素。高覆盖度高大的乔木在降雨量大的地区具有很好的涵养水分的能力，各种土质涵养水分的能力也不一样，因此需结合林业、地质等相关部门的专业数据和分析模型，才能保证监测成果的正确性和科学性，满足气象部门的应用需求。

3.6 吸收各学科最新的科技成果

人类的需求在不断提高，科学技术也在不断进步。地理国情监测应根据当前外在环境资源条件，充分吸收各学科最新的科技手段和成果、不断完善地理国情监测方案，突破开展对地理国情信息的高精度获取、实时处理分析及应用的技术攻关[11-13]。前文中提到的卫星监测秸秆焚烧和水资源污染的方案，在后期相关技术进步以后也是可以实现的。

地理国情监测还应深入各应用部门，学习它们的专业知识和理念，紧跟社会需求不断拓宽应用领域，将科技成果充分应用到地理国情监测实践生产中，增强地理国情监测的科学性和可操作性。

4 总结与展望

本文探讨了地理国情和地理国情监测的涵义，分析了地理国情监测成果在5个不同层次的应用，并探讨了如何将应用需求合理地实现和稳步发展，提出了地理国情监测工作应把握的几个策略。

目前我国尚处于地理国情监测的初始推进阶段，地理国情监测是一项长期、复杂、艰巨的系统工程。要做好地理国情监测工作，不仅需要社会各行业各部门的积极配合，建立协同工作体系和机制，还需要紧跟科技的发展和应用需求不断地完善地理国情监测技术体系、指标体系和标准体系；需充分融合相关行业部门知识系统，综合运用空间统计分析、时空数据挖掘与知识发现等技术，建立地理国情的动态监测信息系统，实现重要地理国情信息全国性监测、重大工程地理国情信息演变监测，以向社会提供业务化、常态化的地理国情信息服务，形成权威、标准的地理国情监测产品[11]，最终为国家和区域发展战略与规划、重大工程建设、突发事件与应急处置等提供科学的决策依据。

[1] 陈俊勇．地理国情监测的学习札记[J]．测绘学报,2012,41(5)∶633-635

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[3] 王华,陈晓茜．雷电地理国情监测的实践与探索[A]．徐德明．中国测绘地理信息创新报告[C]．北京：社会科学文献出版社,2012

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[7] 李俊锋．关于地理国情监测的探讨[J]．北京测绘,2012(2)∶68-70

[8] 王华,陈晓茜,张凯．地理国情监测的需求研究[A]．库热西·买合苏提．测绘地理信息转型升级研究报告[C]．北京：社会科学文献出版社,2014

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[10] 刘若梅．对地理国情监测的再认识[J]．地理信息世界,2013, 20(1)∶27-30,37

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[12] 李维森．地理国情普查、监测与展望[A]．库热西·买合苏提．测绘地理信息转型升级研究报告[C]．北京：社会科学文献出版社,2014

[13] 毕凯,桂德竹．浅谈地理国情监测与基础测绘[J]．遥感信息,2014,29(4)∶10-15

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1672-4623（2016）01-0004-04

10.3969/j.issn.1672-4623.2016.01.002

王华，高级工程师，主要从事数字城市和地理国情监测研究。