基础性地理国情监测的生产实践与应用思考

孙 靖，王铁军，赵礼剑

(1. 国家测绘地理信息局职业技能鉴定指导中心，北京 100830； 2. 国家测绘地理信息局重庆测绘院，重庆 400015)



基础性地理国情监测的生产实践与应用思考

孙 靖1，王铁军2，赵礼剑2

(1. 国家测绘地理信息局职业技能鉴定指导中心，北京 100830； 2. 国家测绘地理信息局重庆测绘院，重庆 400015)

通过资料收集、数据生产获取了2005—2015 10年间四期地理国情监测成果，以此为研究对象，从监测要素流向，城市空间扩展，交通、水域、林草地变化等几个方面进行分析，得出了有价值的结论，再以其他资料进行验证，并对监测成果的应用进行探讨。

基础性；地理国情；监测；生产；应用

地理国情监测是新时期测绘地理信息部门适应经济社会科学发展、促进资源节约型和环境友好型社会建设、推动测绘地理信息事业转型升级的重要突破口，同时也是为政府管理部门决策提供有效的地理国情信息依据，更好地发挥测绘地理信息部门基础、先行、保障作用的责任工程[1-2]。

目前，全国地理国情的第一次普查工作已经完成，进入到普查数据的整理、汇总、统计分析阶段，如何及时利用普查数据开展地理国情监测的后续工作，是亟需解决的问题[3-6]。本文以基础性地理国情监测为例，探索从监测要素流向，城市空间扩展，交通、水域、林草地变化等几个方面进行监测的技术方法，对监测成果进行分析，并以其他方面的资料验证其可信度；同时对监测成果的应用进行思考，为常态化地理国情监测提供技术积累，对地理国情监测如何服务国计民生展开探讨。

1 数据准备

获取2005—2015这10年间四期地理国情监测成果为研究对象：收集2005年(以下简称“一期”)、2010年(以下简称“二期”)DOM或高分辨率卫星影像，地理国情普查生产阶段(2013年，以下简称“三期”)和核准阶段(2015年，以下简称“四期”)的成果(DOM、地表覆盖数据、重要地理国情要素数据)为主要数据源；收集、整合、分析基础地理信息数据及多行业专题数据作为辅助；采用遥感影像解译、变化信息提取、数据编辑与整理等技术与方法，进行监测区一期和二期地表覆盖、地理国情要素生产，经检查、验收合格后，提取一期到二期、二期到三期、三期到四期、一期到四期的地表覆盖及重要地理国情要素变化成果。数据获取的技术路线如图1所示。

图1 基础性地理国情监测技术路线

2 监测要素变化分析

2.1 地表覆盖流向分析

以四期监测成果为基础，开展地表覆盖空间分析、变化趋势和流转情况分析。某监测区一期到四期的各地表覆盖类型的流入流出情况见表1。

表1 地表覆盖各地类流入流出分析表 km2

从表1可以看出，该区一期到四期10年间，各地表覆盖变化情况为：耕地减少明显，其次为人工堆掘地；耕地主要流入园地、林地、草地、房屋建筑区和构筑物，其中流入园地、林地、草地的面积占全部流出面积的近60%；园地、林地和构筑物覆盖得到较大幅度提升，房屋建筑和道路也得到一定程度的增多，这些地表覆盖的增加主要来源于耕地。

上述变化的主要原因是经济发展速度快，国家及省市重点工程建设及监测区正在实施的“绿色通道”“东部绿色屏障”等工程，致使耕地流出量较大。耕地的大量减少造成了粮食播种面积的下降，间接造成了粮食总产量的下滑，这一点也与该区的统计年鉴上粮食总产量逐年下滑相印证[7]。

2.2 城市空间扩展分析

城市扩展指的是城市建成区随着时间不断扩大的过程，其中建设用地的扩张规律能够反映出城市扩展的演变情况。建设用地对应地理国情普查地表覆盖数据中的房屋建筑(区)、道路、构筑物及人工堆掘地等4大类型。这里以4个时期城市建设用地为对象，从城市扩展速度、城市扩展分异等方面分析城市空间扩展情况。

2.2.1 监测区城市扩张强度指数和速度指数

城市扩展强度指数用以比较不同研究时期城市土地利用扩展的强弱或快慢。城市扩展速度指数表示各城市用地类型在整个研究时期内的不同阶段用地扩展面积的年增长速率，表征各阶段不同类型城市用地扩展的总体规模和趋势。强度指数和速度指数计算公式如下[8-9]

Ni=ΔUij/(Δtj×Ai)×100%

(1)

Vi=ΔUij/Δtj

(2)

式中，Ni为城市扩展强度指数；Vi为城市扩展速度指数；ΔUij为第i个研究单元在j时段内的建成区扩展面积；Δtj为j时段的时间跨度；Ai为第i个单元土地总面积。某监测区域4个时期建设用地扩张强度指数和速度指数见表2。

表2 监测区建设用地扩展强度指数和速度指数

由表2可见，该监测区的建设用地扩张非常迅速，年平均扩张4.73 km2，扩张强度指数达到6.41%；尤其是二期到三期速度指数达到8.93 km2/a，强度指数高达10.24%，该区间城市建设用地快速增加；三期到四期建设用地有所减少，主要是人工堆掘地大面积减少导致。通过分析人工堆掘地的流入流出，发现在二期到三期时，人工堆掘地的流入数量远大于流出的数量，大量耕地、园地、林地流入到人工堆掘地，多为人工堆掘地中的建筑工地；而在三期到四期时，人工堆掘地的流出量远大于流入量，主要流入到草地、房屋建筑(区)、构筑物、道路等类型。这也从侧面反映了该监测区在二期到三期之间众多城市建设工程正在紧张进行，占用了其他类型的地类；而在三期到四期时，工程已基本完工，大多数人工堆掘地流入草地、房屋建筑(区)、构筑物等类型[10]。

2.2.2 城市扩展空间分析

以一期的城市重心为原点、选择合适的半径、以45°为间隔将研究区域分割为8个方向，统计不同监测时段城市建设用地在各个方向的扩展面积，从而分析城市建设用地在各个区域的扩展特征，研究城市用地扩展变化的方向差异。某地城市建设用地扩展八向图如图2所示。

如图2所示，经过10年的城市发展，该监测区城市扩展态势明显，其中向北方向扩展面积最大、发展最快；其次是东方向和南方向。该监测区属典型的山地城市区域，城市空间扩展受自然条件的影响比较大，城市扩展具有跳跃性，绕过不利发展的地形，如陡崖等，呈长条状发展。这与该监测区的城市规划息息相关，该监测区“十一五”和“十二五”规划中提出“致力高标准优化城市空间布局，科学规划、合理分区，形成‘双核四片’城市框架”，城市扩展的方向与规划目标基本保持一致[11]。

图2 城市建设用地扩展八向图

2.3 交通分析

交通不仅关乎百姓的出行，更是一个地区经济、社会发展的重要基础。本节采用道路密度、道路年变化密度作为指标[12]来分析交通的变化情况。

Di=Li/S

(3)

DT(i-j)k=(Dik-Djk)/Ti-j

(4)

式中，Di表示第i类道路的密度；Li表示第i类道路的总长度；S表示区域面积；DT(i-j)k表示第j期与第i期的第k类道路的年变化密度；Dik、Djk表示第i、j期的第k类道路的密度；Ti-j表示第j期与第i期的时间差。某监测区公路、城市道路、乡村道路中道路长度、密度见表3，道路年变化密度见表4。

表3 道路长度及密度统计表

注：长度单位为km，密度单位为(km/km2)。

表4 道路年变化密度统计表

注：年变化密度单位为(km/(km2×a))。

由表3、表4可知，该监测区的道路呈正向发展，其中一期到三期公路、城市道路、乡村道路全面增长，从侧面反映该区城乡建设发展迅速，路网发育较快的特点。同时，该区道路长度在三期到四期出现明显转化，公路长度增长明显，城市道路长度缓慢增长，而乡村道路则出现了明显减少，减少的乡村道路基本升级为公路，表明该段时间路网发展以路网升级为主，道路的升级改建工作成效显著，与政府规划保持一致[13]。

2.4 水域变化

水域是地理国情的重要组成部分，也是人类赖以生存的重要资源，某监测区从一期到四期，共有0.78 km2水域转化为其他地类，多转为草地；共有0.71 km2其他地类转化为水域，其中耕地所占比例最大，10年间该区水域呈现净流出态势，但流出量不大，即10年期间水域的变化不大。具体流入流出情况如图3所示。

图3 水域流转分析图

2.5 林草覆盖分析

林地和草地具有良好的生态效益，森林覆盖率是反映区域森林资源丰富程度及实现绿化程度的重要指标，林草覆盖情况能够在一定程度上反映出区域生态环境状况。某监测区4个时期的林草覆盖情况见表5。

表5 林草地面积统计表

该监测区“十二五”规划提出全面推进城市森林、通道森林、水系森林、农村森林和苗圃森林建设，继续抓好退耕还林等工作，大幅增加森林资源总量和全面提升森林质量，到2015年森林覆盖率要达到38%[11]。根据监测结果，四期森林覆盖率为35%左右，与规划目标基本一致。

3 结 语

地理国情监测是地理信息与国情结合并动态比较，研究发现环境、社会变化规律，用于辅助决策的战略举措。基础性地理国情监测成果以影像为基础，结合人工判读和解译，数据客观，实用性强。

地理国情监测在我国处于起步阶段，监测的对象和内容还在不断地研究探索[14]。由于我国地大物博，社会经济发展迅速，地表覆盖变化频繁，地理国情复杂，各个区域有着自身的特点，社会各个部门对监测的要求也各不相同，因而地理国情监测的指标和方法等需要逐步调整和完善。考虑到不同地理国情要素的空间特征和演变规律，为实现准确、快速、有效的监测，需要针对不同地理国情要素制定差别化的监测机制，充分保持和发扬测绘地理信息工作具有的准确、严谨、客观、规范等优势，切实提高测绘地理信息服务的针对性、知识性、实用性和有效性。同时还应持续对全国范围的自然、生态等地理环境要素进行空间化、常态化的监测，并真正发挥其应有的作用。

地理国情监测是新形势下测绘服务保障作用的提升和拓展，是测绘行为、测绘成果提升作用和地位的必由之路[15]。测绘工作的重心将发生历史性的转移，主要是从地理信息的初始采集向动态监测转移，从地理信息的生产、提供向综合分析以掌握国情国力转移，从被动的基础保障服务向主动的超前信息服务转移，促进测绘行业从单一专业到多学科综合，从反映现状的静态测绘到体现变化和分析的动态地理国情监测发展。

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Production Practice and Application Thinking of Fundamental Geographic National Condition Monitoring

SUN Jing1,WANG Tiejun2,ZHAO Lijian2

(1. Proficiency Skill Appraisal and Guidance Center of NASMG, Beijing 100830,China; 2. Chongqing Institute of Surveying and Mapping, NASMG, Chongqing 400015, China)

This paper obtains the basic national geographic monitoring data of 10 years between 2005 and 2015. Based on it, the flow direction of monitored elements, urban space expanding, changes of transportation, water area, forest and grass land, etc., are analyzed, and some meaningful conclusions are drawn. The results are verified by other materials. The application research of monitoring data results are carried out.

fundamentality； geographic national condition； monitoring； production； application

孙靖，王铁军，赵礼剑.基础性地理国情监测的生产实践与应用思考[J].测绘通报，2017(6)：129-132.

10.13474/j.cnki.11-2246.2017.0206.

2016-12-28；

2017-03-28

地理信息安全保障技术及应用(2016KJ0300)

孙 靖(1984—)，女，工程师，主要从事教务与管理工作。E-mail：hshu@163.com

P208

A

0494-0911(2017)06-0129-04