浅谈地理国情监测的测绘技术与应用价值

任酉贵 杨亦宁

（辽宁省自然资源服务中心，辽宁 沈阳 110001）

地理国情监测是综合利用遥感技术（RS）、地理信息系统（GIS）、全球导航卫星系统（GNSS）等现代测绘技术，综合各时期测绘成果档案资料，对地理国情进行科学、有效监测的一项工作，主要是对自然地理要素或者地表人工设施要素等进行动态和定量化、空间化的监测，并统计分析其地域差异、分布特征、变化量、变化频率、变化趋势，形成反映各类生态、资源、环境、经济要素的空间分布及其发展变化规律的监测数据、图表及分析研究报告等，从地理空间角度客观、综合展示国情国力[1]。

1 地理国情监测的背景与意义

随着资源约束趋紧、生态系统退化、环境污染加重，国家更加注重探究、监测地球环境的发展变化。多年来，测绘部门依据技术和数据优势在监测和分析地理国情方面做了一些尝试，但未形成规模和体系。

2010年12月，李克强总理对测绘工作作出重要批示，要求“深入贯彻落实科学发展观，加强基础测绘和地理国情监测”。2016年3月，全国“十三五”规划提出开展地理国情常态化监测。2017年4月，新修订的《测绘法》明确要求开展地理国情监测。

地理国情主要是指地表自然和人文地理要素的空间分布、特征及其相互关系，是基本国情的重要组成部分，具备多尺度、区域性、客观性及时间序列等特点。准确掌握其分布特征、变化量、变化趋势等特点，需要对地理国情进行空间化、动态化和定量化的持续监测。

地理国情监测的数据获取、信息提取、信息传输、空间分析等都需要将现代测绘技术有机整合起来。利用遥感技术和全球导航卫星系统监测地理国情的现状和变化，同时采用地理信息技术对地理国情时空特征及发展趋势进行统计、分析评估，形成权威、标准的地理国情监测数据。数据可广泛应用于国家重大战略实施、生态文明建设、“多规合一”、精准扶贫、领导干部自然资源资产离任审计、农村土地确权登记、重点城市黑臭水体整治、国土空间用途管制、打击违法用地违法建设专项行动等方面，为了解国情、把握国势、制定国策提供了基础支撑和科学保障。

2 现代测绘技术在地理国情监测中的应用

地理国情监测是一项艰巨任务，周期长，任务重。利用遥感、地理信息、全球导航卫星系统等先进的测绘技术，可实现地理国情信息的一体化快速更新和自动化挖掘、定量分析。

2.1 遥感技术

现代遥感技术已构成从航天到航空的立体对地观测网络，能够获取多空间分辨率、多光谱分辨率、多时间分辨率和多传感器数据，并构成了从粗到细的金字塔影像。卫星遥感的视点更高，视域更广，数据采集快，可重复、连续观察。航空遥感受飞机飞行高度、续航能力、姿态控制的影响较大，难以开展全天候遥感测绘作业和大范围的动态监测[2]。

目前，地理国情监测的实现主要依赖国产卫星影像，航空影像作为补充手段。通过遥感影像，可以获取地物的几何形状、空间分布、地理位置等信息，监测地物几何信息的变化。按照地理国情监测的实施要求，重点地区要采用优于1米分辨率的卫星遥感或航摄影像，比较难以覆盖的区域采用优于2.5米分辨率的遥感影像资料进行补充；非重点类地区采用优于2.5米分辨率的遥感影像资料。我国的高分一号、高分二号、资源三号等的空间分辨率能够满足地理国情监测的要求，在监测过程中得到了广泛应用。

2.2 地理信息系统

地理信息系统（GIS）是集空间数据采集、组织、管理、可视化于一体的工具，不仅具有强大的制图功能，还能实现对地理信息的空间分析，与网络结合起来实现空间信息数据的共享和交换。

2.2.1 地理数据采集和入库

随着地理信息技术的发展，地理数据的采集、存储、管理等水平显著提升。在基础性地理国情监测中，依据影像信息利用GIS软件或者GIS小插件对本底数据成果（2017年的监测数据成果）进行编辑，变更一些与实际地物情况不相符的要素，遇到无法判断的情况进行实地勘察，收集信息后整合地理数据，确保其属性完整。同时，对地理数据进行逻辑关系、位置关系等质量检查，确认质量后录入库中。

2.2.2 空间分析

地理信息系统的空间分析功能包括叠加分析、缓冲区分析以及网络分析等多种方式，能够解决各种与地理位置相关的问题。在ArcGIS软件中通过叠加分析（相交）对不同年度的地理国情监测数据进行对比，可得到各种地类的变化情况和变更趋势，实现动态监测地理国情的目的，为政府部门科学决策提供依据。

2.2.3 地理信息网络服务

地理国情监测数据覆盖国土、矿产等专题业务数据，实现监测成果的共享和发布，对于国民经济和社会发展、重大工程与突发事件应急决策具有重要意义。利用网络将各地区各部门的GIS系统联结起来建立地理国情监测云平台，可实现数据信息的共享，这是GIS技术在地理国情监测中应用的一大进步[3]。通过这种方式可以共享和发布地理国情监测数据、统计分析图表、地图、文字报告等监测结果，使得处理海量空间数据的方式从原来的集中、独占走向分布、共享。

2.3 全球导航卫星系统

目前，全球导航卫星系统（GNSS）主要包括美国的GPS系统、俄罗斯的GLONASS系统、欧盟的Galileo系统及中国的北斗导航卫星系统。在广域或局域范围内，GNSS通过对GPS信号进行监测，得到差分信息及连续性、可用性、完好性信息，再通过卫星或其他途径广播给用户，达到高精度和高可靠性定位的目的。

GNSS在地理国情监测测绘基准服务、空间定位服务与多种国情监测技术的集成融合服务等方面得到了广泛应用。如基于位置的服务（LBS）可以通过GPS定位获取移动终端用户的位置信息，完成各种与位置相关的业务。在地理国情监测中，利用基于卫星导航定位技术研制的外业调绘系统，可实现室外快速、精准定位目标图斑，进行地物属性判别[4]。在外业过程中，设备默认每隔几秒记录一次精确定位点，点与点之间自动连接成作业轨迹，有利于后期信息追溯及元数据整理；在拍摄遥感影像解译样本时，可准确获取定位信息、拍摄时间、拍摄姿态及卫星信息，将其记录在解译样本相片信息中，进一步导出结果，避免后期制作遥感影像解译样本成果时人工录入属性信息的过程。

2.4 应用示例

2018年全国地理国情监测实施项目是在2017年监测本底数据成果库基础上，结合同时期的2017年卫星遥感影像（如图1所示）及2018年的卫星遥感影像（如图2所示）两期影像。根据遥感影像的形状、纹理、光谱等信息特征，人工甄别变化区域，利用GIS软件快速编辑监测内容中的地表覆盖变化区域（如乔灌果园变更为房屋等）。将地理信息技术、遥感影像信息提取技术应用于地理国情监测中，提高变更地表要素和地理国情要素的速度和精度，减轻了测绘工作者实地调查的压力，极大地提高了工作质量和效率。

图1 2017年卫星遥感影像

图2 2018年卫星遥感影像

3 地理国情监测在重大工程中的应用

伴随着我国经济发展战略的调整，生态、资源环境、地理空间的合理开发利用等生态文明体制改革得到重视。依托于现代测绘技术，地理国情监测的比较优势已在主体功能区的规划建设管理、“多规合一”、生态红线划定与保护、资源环境承载力监测预警评价、领导干部自然资源资产离任审计等重大领域得到体现。

3.1 地理国情监测在“多规合一”中的应用

地理国情监测成果在以规划体系、空间布局、基础数据、技术标准、信息平台和管理机制“六个统一”为目标的空间性规划“多规合一”中，发挥着独特作用[5]，可为规划工作提供工作底图支撑，在有坐标信息的底图基础上融合叠加各类空间信息专题数据，为不同规划之间的差异分析与协调提供高清遥感影像，以便辨识现状 ；可建立统一的空间规划信息管理平台，支持信息共享交换和各类规划间的协调衔接。

3.2 地理国情监测在矿产资源审计中的应用

地理国情监测成果在矿产资源审计中的应用主要体现在依据地理国情资料对违反矿产规划开采、违反生态规划开采和破坏地表植被越界方面进行审查[6]。将地理国情监测地表覆盖类型中的露天采掘场全部提取，与矿产规划范围、环境功能区同时叠加到最新的卫星遥感影像中，利用GIS空间分析技术提取违规开采疑似图斑。再利用GPS、无人机等实地调查确认。经核实，若为违规开采情况，计算坐标、统计面积提交给审计部门。技术流程如图3所示。

图3 矿产资源审计的技术流程

将地理国情监测数据与矿产资源总体规划数据进行对比分析，得到违规开采的疑似图斑，再经现场核查确认，具体流程如图4、图5、图6、图7所示。

图4 地理国情监测数据

图5 矿产总体规划数据

图6 违规开采疑似图斑

图7 现场核查

4 结语

地理国情监测是一项长期的艰巨的工程。遥感技术、地理信息系统、全球导航卫星系统等先进的测绘技术对于地理国情常态化监测的发展有着重要作用。通过多学科的有效结合，实施天空地多平台、多传感器的联合监测，达到一体化效果，拓宽了数据获取的渠道，弥补了传统地面监测不完全的缺陷，确保能够获取精准、全面的地理国情监测信息，为政府管理决策提供依据。