基于扩展金字塔的城市空间信息多级网格体系——以福州市为例

曾伟东，汪艳霞，高昭良，刘仁

(1.福州市“数字福州”建设领导小组办公室，福建 福州 350000； 2.福州市勘测院，福建 福州 350000)

基于扩展金字塔的城市空间信息多级网格体系
——以福州市为例

曾伟东1*，汪艳霞2*，高昭良2，刘仁2

(1.福州市“数字福州”建设领导小组办公室，福建 福州 350000； 2.福州市勘测院，福建 福州 350000)

随着网格技术应用日益广泛，面向一个城市空间存在不同政府部门各自管理单元和编码体系的情形，引入金字塔组织结构，对空间信息多级网格进行拓展，提出了由基础网格和管理网格共同构成的城市空间信息多级网格的扩展金字塔结构，研究了基础网格划分的规则、方法和编码以及管理网格的编制方法和编码。最后以福州市网格的划分作为应用案例，验证本方法的有效性。

空间信息多级网格(SIMG)；金字塔；城市网格；编码；福州

1 引 言

地理学领域中的网格(即空间网格)是一种来源于“井田”制的对地理对象或现象进行空间离散化的方法[1，2]。网格的划分，从网格划分的研究对象而言可以分为以整个地球表面为全球网格和以小范围区域为研究对象的局部地区网格，从网格单元的形状不同可以分为规则网格单元和不规则网格单元[3，4]。早在1929年芬兰地理学家Granean运用1 km网格作为分析自然和社会现象的单元，空间网格成为一种地学分析方法[5]，形成了越来越广泛地应用研究，目前在人口研究[6，7]、土地资源管理与执法监察[8，9]、灾害防治[10，11]、城市管理[3，12～15]等方面都取得了研究成效，在一定程度上实现了该应用领域的信息共享与融合[16]。

在中国分级分类管理的行政体制下，一个城市存在很多的政府职能部门，各部门对该城市空间的其职能范围内的业务进行分区管理或统计评估，如规划部门用于进行控制线详细规划编制的规划单元、国土部门用于土地信息管理的宗地单元、城管部门的城管万米单元网格、综治部门的社区网格化管理单元、公安部门的派出所管理片区、统计部门的社会经济统计单元、工商部门的管理片区等，这些部门将各自拥有或获取的基础地图作为管理单元划分的基础底图，按照本部门领域的划分标准，把同一城市空间划分成多种多样、详细程度不一、单元边界不一致的管理单元，满足本部门的业务管理需求，并形成了各自的管理单元编码体系，但存在覆盖范围不全或覆盖缝隙等问题，造成了部分区域管理责任不明晰或管理打架的现象，各部门的专题业务信息难以融合和共享，阻碍了城市管理和治理等业务协同的开展，对城市治理水平和服务能力的提升产生了极大的障碍[3，17，18]。目前已有一些地方开展了多部门管理单元融合的探索，如北京东城区的“两网融合”、深圳的空间信息基本网格、浙江的基层社会治理“一张网”等。本文以李德仁院士提出的“空间信息多级网格”(SIMG)为理论基础[16]，以数字城市地理空间框架成果为数据基础，借鉴不同分辨率影像数据采用金字塔结构来组织的方法，提出了用于业务空间信息共享和融合的“基础网格”和用于部门业务管理的“管理网格”共同构成的城市空间信息多级网格体系构建方法及编码规则，为福州市社会治理的信息共享、业务协同和宏观决策分析提供基础支撑。

2 城市空间信息多级网格划分与编码方法

2.1 城市空间信息多级网格的扩展金字塔结构

空间信息多级网格的核心思想是将某一范围划分为不同粗细层次的网格，每个层次的网格在范围上具有上下层涵盖关系，并确定不同层次网格与各级行政区划的对应关系[15]。根据空间信息多级网格的指导思想，考虑已有较多采用现有的管理网格的业务信息系统进行平稳过渡，构建统一的城市空间信息多级的基础网格，并在基础网格的基础根据业务管理需求采用一定的规则完善管理网格，建立基础网格与管理网格之间的对应关系，形成城市空间信息多级网格体系。

城市空间信息多级网格体系的扩展金字塔结构如图1所示：

图1 城市空间信息多级网格的扩展金字塔结构

基础网格是基于城市各级行政区划范围进行划分的规范化封闭网格单元，分为市级基础网格、区(县市)级基础网格、街道(乡镇)级基础网格、社区(村)级基础网格，构成标准的金字塔结构，为城市网格化管理、治理与服务提供基础依据，是供各政府职能部门编制管理网格的统一基础。管理网格是各政府职能部门或其他部门出于统一工作管理、划分责任区域、数据统计评估等工作需求，按照规定的编制方法划分的封闭管理单元，成为基础网格金字塔的扩展部分。同时各类管理网格单元建立与基础网格之间的映射关系，以实现全市各类网格的整合。

2.2 城市空间信息多级网格的划分方法

2.2.1 基础网格划分

设城市空间为C，对城市空间进行逐级细分形成四级基础网格的层次空间[19]，记为Ci={ci1，ci2，…，cik}，其中i∈{1，2，3，4}，各级之间满足严格的层次细分和无缝拼接的原则。则基础网格的划分遵循如下规则：

规则1：各个网格单元都有覆盖范围，即

cij≠Ø，i∈{1，2，3，4}，j∈{1，2，…，k}

(1)

规则2：同层次的不同网格单元之间不存在覆盖范围的交叉，即

cij∩cir=Ø，i∈{1，2，3，4}，j、r∈{1，2，…，k}，j≠r

(2)

规则3：第i+1层基础网格是对第i层基础网格单元的逐个细分形成，设第i层基础网格中第j个单元网格cij在第i+1层基础网格中细分为ci+1j1，ci+1j2，…，ci+1jl，即

(3)

(4)

且任一第i+1层基础网格单元仅与一个第i层基础网格单元存在相交，不存在跨多个第i层基础网格单元，即，若ci+1jp∩cij≠Ø，则

ci+1jp∩cir=Ø，j、r∈{1，2，…，k}，j≠r

(5)

规则4：各层次基础网格单元合并后的边界范围线保持一致，即

Ci=Cs=C，i、s∈{1，2，3，4}，i≠s

(6)

在上述规则约束下，以数字城市地理空间框架数据成果为统一的数据基础，基础网格的划分步骤如下：①以城市陆域空间为范围，作为市级基础网格单元。②以区、县(市)行政区划界线为基础，结合道路网络和自然要素分布，对市级基础网格单元进行细分，形成区(县)级基础网格单元。其中各个区(县)级基础网格单元不为空，即满足规则1；不同区(县)级基础网格单元的不存在相交范围，即满足规则2；所有区(县市)级基础网格单元合并后的边界范围与市级基础网格的边界范围一致，即满足规则4。③以街道(乡镇)行政区划界线为基础，结合道路网络和自然要素分布，对区(县市)级网格单元进行逐个细分，形成街道(乡镇)级基础网格单元。其中各个街道(乡镇)级基础网格单元不为空，即满足规则1；不同街道(乡镇)级基础网格单元的不存在相交范围，即满足规则2；任一街道(乡镇)级基础网格单元不存在跨区(县市)级基础网格单元的情形，即满足规则3；所有街道(乡镇)级基础网格单元合并后的边界范围与区(县市)级基础网格的边界范围、市级基础网格的边界范围一致，即满足规则4。④与步骤③类似进行进一步细分，形成社区(村)级基础网格。

2.2.2 管理网格划分

在基础网格的基础上，管理网格的编制方法主要有4种：

(1)基础网格细化。根据行业或应用管理和应用需求，对社区(村)级基础网格单元进行逐个细化划分形成管理网格单元(如图1中“管理网格A”)，严格满足规则1-4，即，各个管理网格单元不为空，不同管理网格单元不存在相交范围，任一管理网格单元不存在跨社区(村)级基础网格单元的情形，所有管理网格单元合并后的边界范围与四级基础网格的边界范围保持一致，如图2所示。

图2 基础网格细化

(2)直接利用基础网格。包含直接利用社区(村)级基础网格和直接利用街道(乡镇)级基础网格作为管理网格两种方式(如图1中“管理网格B”和“管理网格D”)，满足其所利用的基础网格所遵循的规则，如图3所示。

图3 直接利用基础网格

(3)基础网格合并。根据业务量的管理需求，对同一层次的基础网格中的若干邻接的基础网格单元进行合并或聚合形成管理网格单元，任一管理网格单元不能存在跨越上一层次的基础网格单元的情形(如图1中“管理网格C”)，且满足规则1、2和4。如图4所示。

图4 基础网格合并

(4)基于空间优化。对有特殊管理或应用需求的部门，以区(县市)级基础网格为基础，根据其特殊需求进行细分编制(如图1中“管理网格E”)，满足规则1-2，可不受街道(乡镇)级和社区(村)级基础网格的约束，但任一管理网格单元不得跨越区(县市)基础网格单元，所有管理网格单元合并后的界线与市级基础网格的界线保持一致，如图5所示。

图5 基于空间优化的管理网格

2.3 城市空间信息多级网格的编码规则

(1)基础网格编码规则

一个基础网格单元在时间和空间定义上应有唯一的编码，网格变更时，其原代码不应占用，新增网格按照原有编码规则进行扩展。基础网格编码分三级12位引用国家行政区划编码进行编码，依次是6位市辖区(县)码、3位街道(乡镇)码、3位社区码，编码结构如图6所示。

图6 基础网格编码规则

①市辖区(县)、街道(乡镇)、社区(村)级网格编码均应按照GB/T2260和GB/T10114执行；

②街道(乡镇)、社区级网格编码应参考国家统计局官方网站发布的行政区划代码；

③街道(乡镇)、社区如果出现飞地，编码相同；

④学校、企业等区域不属于社区管理的，可作为特殊社区处理，与社区同级编码；

⑤特殊区域视其具体情况进行编码，例如风景名胜区、自然保护区、保税区、开发区等。

(2)管理网格编码规则

管理网格分七部分组成共21位编码，编码结构如图7所示。

图7 管理网格编码规则

①区域缩编码：1位，以大字英文字母缩略代表各个区、县(市)；

②管理单位级别编码：1位，区分管理单位的行政级别；

③管理单位编码：4位，各市、区(县市)直机关单位和所包含的下级管理单位编号，第1、2位代表管理部门的归口类别，第3、4位为该归口类别下单位的顺序码；

④管理业务分类代码：6位，参照CJ/T 348-2010《数字社区管理与服务分类与代码》中管理与服务的分类与代码，可根据实际管理业务分类进行扩展；

⑤街道(乡镇)代码：3位，对应的街道(乡镇)代码。若存在对应的唯一街道(乡镇)基础网格单元，则为相应的基础网格街道(乡镇)码；若对应两个或多个街道(乡镇)基础网格单元的合并区域，则按顺序从601开始编码；若跨不同街道(乡镇)基础网格单元，则街道(乡镇)、社区(村)、管理网格顺序码3段代码从600000001起按顺序进行编码。

⑥社区(村)代码：3位，对应的社区代码。若存在对应的唯一社区(村)基础网格单元，则为相应的基础网格社区(村)码；若对应两个或多个社区(村)基础网格单元的合并区域，则按顺序从601开始编码；若跨不同社区(村)基础网格单元，则社区(村)、管理网格顺序码2段代码从600001起按从顺序进行编码；

⑦管理网格顺序码：3位，若管理网格前面18位代码相同，则按顺序进行编码，否则顺序码为“000”。

3 应用实例

根据城市空间信息多级网格划分与编码方法，以数字福州地理空间框架建设的电子地图和影像图为基础，在网格划分规则约束下，对福州市全陆域进行市-区(县市)-街道(乡镇)-社区(村)四级基础网格的划分(如图8所示)，形成了1个市级基础网格，12个区(县市)级基础网格，189个街道(乡镇)级基础网格，2 778个社区(村)级基础网格，并在四级基础网格的基础上，采用管理网格编制方法，对综治、城管、人社、民政、司法、残联、市场监管、环保、公安、消防、卫计、房管等12个试点业务部门的管理网格进行整合和编码(如图9～图11所示)，形成了 5 690个综治管理网格、 6 974个城管管理网格、 2 778个人社管理网格、 5 690个民政管理网格、189个司法管理网格、189个残联管理网格、189个市场监督管理网格、 2 778个环保管理网格、 5 690个公安管理网格、 5 690个消防管理网格、 2 778个卫计管理网格、189个房管管理网格，并在社区受理服务平台、市民服务平台、平安福州管家、综治监控指挥调度平台、数字城管等业务应用系统/平台上进行成功应用。

图8 市-区(县市)-街道(乡镇)-社区(村)级基础网格的划分

图9 综治管理网格的划分

图10 综治管理网格属性信息

图11 城管管理网格的划分

4 结 语

基于扩展金字塔结构的城市空间信息多级网格体系是利用行政区划境界和自然要素对城市空间在不同尺度进行逐级无缝划分为四级基础网格，并结合业务管理需求采用特定的编制方法形成不同业务专题的管理网格，同时对各级各类网格单元赋予唯一编码，这样对大多数空间信息及相关业务管理与服务可通过唯一的网格编码进行定位，有效地实现了各类信息资源的共享和融合，有助于实现政务服务协同和提供“互联网+”政务服务，为城市居民提供更加便利、高效地政务服务能力和水平，同时也为空间信息的共享、整合以及服务于城市治理与决策分析提供了解决途径。

[1] 张建. 基于地理网格的公共实施选址方法研究[D]. 南京：南京师范大学，2007.

[2] 沈计. 基于空间信息多级网格的城市雨洪计算模型与方法研究[D]. 武汉：华中科技大学，2015.

[3] 李琦，罗志清，郝力等. 基于不规则网格的城市管理网格体系与地理编码[J]. 武汉大学学报·信息科学版，2005，30(5)：408～411.

[4] 李德仁，肖志峰，朱欣焰等. 空间信息多级网格的划分方法及编码研究[J]. 测绘学报，2006，35(1)：52～56.

[5] 陈述彭，鲁学军，周成虎. 地理信息系统导论[M]. 北京：科学出版社，1999.

[6] 王钊，杨山，刘帅宾. 基于DMSP/OLS数据的江苏省城镇人口空间分异研究[J]. 长江流域资源与环境，2015，24(12)：2021～2029.

[7] 卓莉，陈晋，史培军等. 基于夜间灯光数据的中国人口密度模拟[J]. 地理学报，2005，60(2)：266～276.

[8] 李德仁，宾洪超. 国土资源网格管理平台的框架设计与实现[J]. 测绘科学，2008，33(1)：7～9.

[9] 李明月，周艺霖. 土地执法监察网格划分创新研究——以广州市白云区为例[J]. 中国土地科学，2015(8)：41～48.

[10] 张超，万庆，张继权等. 基于格网数据的洪水灾害风险评估方法——以日本新川洪灾为例[J]. 地球信息科学学报，2003，5(4)：69～73.

[11] 李晓萌，马玥，孙永华等. 基于格网的洪水灾害危险性评价分析——以巴基斯坦为例[J]. 地球信息科学学报，2013，15(2)：314～320.

[12] 胡引翠，邢丹露，王昆等. 基于“自适应九叉树”空间信息多级格网的城市管理模式[J]. 地理与地理信息科学，2014，30(1)：116～119.

[13] 杨海涛. 城市社区网格化管理研究与展望[D]. 长春：吉林大学，2014.

[14] 李德仁，彭明军，邵振峰. 基于空间数据库的城市网格化管理与服务系统的设计与实现[J]. 武汉大学学报·信息科学版，2006，31(6)：471-475.

[15] 李平，卢立. 宜昌市网格化管理建设中网格划分方法及其应用研究[J]. 城市勘测，2011(6)：31～34.

[16] 李德仁，朱欣焰，龚健雅. 从数字地图到空间信息网格——空间信息多级网格理论思考[J]. 武汉大学学报·信息科学版，2003，28(6)：642～650.

[17] 陈学业，肖海波，任福. 城市统一空间基础网格划分与应用模式研究[J]. 地理空间信息，2008，6(3)：16～18.

[18] 蓝运超，黄正东，谢榕. 城市信息系统[M]. 武汉：武汉大学出版社，1999.

[19] Coffey W. J.. Geography：Towards a General Spatial Systems Approach[M]. London：Methuen，1981.

Urban Spatial Information Multi-Grids System Based on Extensional Pyramid Structure——A Case Study in Fuzhou

Zeng Weidong1，Wang Yanxia2，Gao Zhaoliang2，Liu Ren2

(1.Fuzhou Leading Group Office of Digital Fuzhou Construction，Fuzhou 350000，China；2.Fuzhou Investigation and Surveying Institute，Fuzhou 350000，China)

The grid technology has an increasing extensive application nowadays. At the same time，different governments have different administrative units and codes. In order to building the spatial passageway of different administrative units，it is proposed an urban spatial information multi-grids system based on extensional pyramid structure，utilizing spatial information multi-grids，composed of basic grids and administrative grids. Then，it introduces the rules，division and coding of basic grids. In addition，the division and coding of administrative grids are discussed on the basis of basic grids. Finally，Fuzhou is taken as an example to verify its availability.

spatial information multi-grids (SIMG)；pyramid；urban grid；coding；Fuzhou

1672-8262(2017)04-5-06

P208.2

A

2017—02—20

曾伟东(1968—)，男，硕士，主要从事“数字福州”建设的管理以及基础空间数据及基础信息平台的建设、共享和应用等方面的工作。

汪艳霞(1986—)，女，博士，工程师，主要从事于数字城市、智慧城市、GIS的行业应用等方面的研究。

福建省住房和城乡建设系统科技项目(2016-K-14)，福州市科技项目(2014-S-125)。