论新型基础测绘体系建设

王 丹 耿 丹 李丹彤

(1. 建设综合勘察研究设计院有限公司, 北京 100007; 2. 自然资源部城市空间信息重点实验室, 北京 100007)

0 引言

基础测绘是测绘事业的核心组成部分,具有法定性、战略性、公益性和专业性。首先,基础测绘是《中华人民共和国测绘法》确定的核心测绘工作,国家为此专门制定了《基础测绘条例》,具有明确的法定性。其次,基础测绘服务于经济建设、国防建设、社会发展和生态保护等国家重大需求,并为自然资源管理、工程建设管理、公共安全与应急管理、数字中国与智慧社会建设等提供支持和保障,具有重要的战略性。第三,测绘法明确规定基础测绘是国家公益性事业,具有鲜明的公益性。第四,基础测绘由测绘科学技术引领、测绘基础设施及装备支撑、测绘技术标准指导、测绘专业机构与人员实施,具有独特的专业性。

近些年来,我国的基础测绘取得了巨大成就,但也面临诸多挑战,构建新型基础测绘体系是应对挑战并实现创新发展的重大举措。2015年6月,国务院批复《全国基础测绘中长期规划纲要(2015—2030年)》,提出到2030年全面建成新型基础测绘体系。2019年9月,自然资源部发布《新型基础测绘体系数据库建设试点技术指南》[1],积极推进新型基础测绘发展。文献[2-3]对新型基础测绘的特征、任务和实施举措等做了探讨,上海市、武汉市等开展了相应的试点工作[4-6],北京市、重庆市等也进行了相关顶层设计和部分数据建设工作[7-8]。

但新型基础测绘与传统基础测绘到底有什么不同,新型基础测绘体系应该如何有效地构建,构建中需要解决哪些重要问题等,仍需更多的研究。本文首先提出新型基础测绘的发展理念,进而对新型基础测绘的基本任务、主要特征以及体系建设的几个重要问题进行讨论,并提出一些建议。

1 新型基础测绘的发展理念

新型基础测绘是基础测绘在新时代的继承和发展[1-2]。“新时代”是党的十九大提出的中国发展新的历史方位,即中国特色社会主义进入了新时代。新时代我国经济发展的基本特征则是由高速增长阶段转向高质量发展阶段。毫无疑问,新型基础测绘要在传统基础测绘的基础上实现高质量发展。为此,应该解放思想,通过创新驱动新型基础测绘发展。创新首先要体现在理念上,用新的理念指引包括成果、服务、技术、机制等要素在内的新型基础测绘体系的设计与构建。

1.1 供给服务需求

测绘科学已从当初的几何科学,发展成为多学科交叉的信息科学和服务科学[9]。现行国家标准《国民经济行业分类》GB/T 4754—2017将测绘地理信息服务归属于专业技术服务业。按需求侧、供给侧划分,测绘包括基础测绘属于供给侧,而其服务的对象为需求侧。当前,在需求侧,要满足自然资源管理、国土空间规划、工程建设管理、公共安全与应急管理以及其他政务管理和公众服务等对公共测绘地理信息成果及服务的需要;在供给侧,则要建立具有“世界眼光、国际标准、中国特色和高点定位”的新型基础测绘体系。

1.2 公共超越基础

面对需求侧的变化,新型基础测绘的成果内容及服务首先需要做出改变,以满足经济社会高质量发展对公共测绘地理信息成果的需要。传统的基础地理信息数据主要描述地形要素而不是地理实体的空间特征(或称几何特征),并以地图比例尺为核心技术参数,已不能很好地满足需求侧发展的要求。要面向地理实体,适应智能化时代空间信息获取、管理、分析、表达和应用的技术发展,突破地图比例尺等制约,创新公共地理信息内容、规格和形式。同时,测绘基准成果也要为更广泛用户提供更便捷的服务。

1.3 动态激活静态

地理信息描述地理实体的空间、专题和时间特征。随着政务管理服务的转型升级,科学化、精准化、智慧化正成为当前一切应用的新标志,地理实体的时间特征变得更加重要,时空信息的称谓也应运而生。卫星导航定位、高分辨率遥感、激光扫描、无人机及物联网、大数据、人工智能等技术为基础测绘增添新的活力。新型基础测绘应该跃入“动态”模式,不断精化和维持动态测绘基准,主动获取、处理、管理鲜活的基础时空信息,并提供应用所需的高质量动态服务,提升成果价值。

1.4 公益引领行业

从业务类型上讲,除基础测绘外,测绘还包括工程测量、不动产测绘、地理信息应用以及其他专项测绘等。基础测绘属于公益性事业,虽有其明确的任务范围,但作为测绘的根基和主干,其自身不仅要进一步提质增效、创新发展,更要肩负引领整个测绘地理信息行业的高质量发展、带动我国测绘事业与地理信息产业的巩固壮大和转型升级的重任。在当前测绘地理信息管理背景下,这一点无疑更加重要。新型基础测绘应该成为测绘地理信息行业未来可持续发展的源泉。

2 新型基础测绘的任务和特征

根据《全国基础测绘中长期规划纲要(2015—2030年)》,新型基础测绘的“新”主要体现在技术手段新、工作内容新、成果形式新、生产服务方式新四个方面。新型基础测绘要继承基础测绘的法定使命,实现传统基础测绘的转型升级和创新发展。

2.1 新型基础测绘的任务

测绘法对基础测绘的任务做出了明确规定:建立全国统一的测绘基准和测绘系统,进行基础航空摄影,获取基础地理信息的遥感资料,测制和更新国家基本比例尺地图、影像图和数字化产品,建立、更新基础地理信息系统。新时代背景下,测绘法确定的基础测绘任务仍然是当前新型基础测绘的基本任务,但基础测绘的内涵可以有创新。新型基础测绘作为基础测绘的继承和发展,继承的是法定的使命和任务,发展的则是成果体系、服务模式、技术手段以及实施机制等。

2.2 新型基础测绘的特征

新型基础测绘与传统基础测绘到底有哪些不同？无疑需要从新型基础测绘的基本特征上分析。我们认为,新型基础测绘的主要特征可以归纳为新理念、新成果、新服务、新技术、新机制五个方面(图1)。其中,新成果、新服务是新型基础测绘的核心特征,新理念指引新型基础测绘创新发展原则和思路,新技术和新机制则为新型基础测绘成果及服务的实现提供支撑与保障。事实上,理念、成果、服务、技术、机制是推动和实现新时代基础测绘高质量发展需要解决的重要课题,也将成为新型基础测绘体系的基本要素。

图1 新型基础测绘的主要特征

(1)新理念。我们提出的新型基础测绘基本理念就是第1部分讨论的供给服务需求、公共超越基础、动态激活静态、公益引领行业等。

(2)新成果。基础测绘的任务基本上包括两大方面:一是建立、维持测绘基准并提供基准服务，二是生产、更新和提供基本的地理信息数据产品。新型基础测绘的新成果应体现在这两方面。正在组建的全国卫星导航定位基准站“一张网”[10]有望成为测绘基准应用服务的新成果;以“实景三维中国”[10]为旗舰的地理实体数据将成为新的地理信息数据成果。新成果将是新型基础测绘有别于传统基础测绘的最重要方面。

他从不知道世间竟会有如此大片的凶险地界，即便他自觉技术高超，也没有把握自己能够在这里安全地降落，一半的把握都没有。

(3)新服务。新型基础测绘不仅要有新的成果,也要有新的应用服务,这也应该是一个重要的发展方面。为此,要在做好地理信息安全管理的前提下,一方面改进传统基础测绘成果的服务模式,提升服务质量;另一方面积极探索面向政府、企业和大众的公共地理信息应用服务新方式、新途径,并适应新一代信息技术发展为地理信息应用带来的新环境、新要求。

(4)新技术。新一代信息技术和地球观测与导航技术的发展为新型基础测绘提供了新的手段,也为进一步提升生产能力提供了支撑。新型基础测绘不仅要积极采用这些新技术、新方法,还要针对新型基础测绘成果生产和应用服务进行技术融合创新,形成安全可靠、先进适用、经济高效的智能化、业务化、体系化技术及装备。新技术的应用将成为新型基础测绘的一个亮点。

(5)新机制。新型基础测绘要实现其目标和任务无疑需要机制体制的创新。要针对新型基础测绘成果生产与更新、管理与维护、应用与服务全过程,构建有效的政策、标准、质量、安全、资金、组织、人才等保障体系,探索新的实施、监管和激励模式,以使新型基础测绘体系落地见效并可持续发展。这也是新型基础测绘体系建设中需要着力解决的重要课题。

3 新型基础测绘体系建设涉及的几个问题

新型基础测绘体系包含理念、成果、服务、技术和机制等要素,其建设需要解决一系列重要问题,其中包括数据的精准化、成果的体系化、服务的便捷化、手段的智能化等。这些问题有的可通过试点示范、总结提炼和标准规范制定等加以解决,有的则依赖于进一步的技术创新。

3.1 数据精准化

地理实体数据是新型基础测绘的重要新成果,描述的是地理实体的空间、专题和时间特征。《新型基础测绘体系数据库建设试点技术指南》[1]将地理实体界定为“现实世界中占据一定空间位置、单独具有同一属性或完整功能的自然地理单元与人工设施”。每一建筑物、构筑物、道路、水域、绿地、农田、城市管理部件(如井盖、灯杆、站牌)以及行政区划、管理服务单元、统计单元等都是地理实体。地理实体数据的精准化包括精细化、准确化两个方面,分别对应于数据的细致和准确程度。数据精准化分别针对空间、专题和时间三个维度。其中,空间维度的精准化可实现对象的细颗粒度、高空间分辨率、高精度(准确度)测绘;专题维度的精准化可实现对象类型的必要细分和属性信息的丰富性、正确性;时间维度的精准化则可实现数据的实时或准实时获取。数据精准化的程度可用精准度衡量,也包括精细度和准确度两方面。

新型基础测绘要按照一次测绘、协同管理、按需组装的原则获取、更新、管理和表达地理实体数据[3,11],其中一次测绘数据获取至关重要。为此,需要根据公共地理信息成果的应用需求,确定地理实体的颗粒度及分类,并按统一规则对各地理实体对象赋予唯一标识;同时,要针对不同地域(如建成区、一般地区、特殊地区等)的各类地理实体,合理确定地理实体数据采集的精准度,包括对应于空间、专题、时间维度的精细度和准确度。就空间维度而言,我国现行技术标准关于基础测绘成果精度的规定低于一些发达国家,当前全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)、高分卫星遥感、无人机测绘、机载或地面激光雷达扫描(Light Detection And Ranging, LiDAR)、智能全站仪等技术已在测绘生产实践中得到普遍运用,有必要提高测绘成果的精度。上海市在这方面已做了积极的探索[4-5],但要形成能指导全面生产作业的技术文件,特别是确定空间、专题和时间三个维度上的精细度、准确度指标,尚需在更多试验研究的基础上发展相应的国家标准或行业标准。数据的精准化也适用于测绘基准成果。比如,为保持2000国家大地测量坐标系(CGCS2000)框架的动态、高精度,开展框架精化与维持工作[12];进一步精化似大地水准面以提升GNSS高程测量精度等。

3.2 成果体系化

新型基础测绘到底包括哪些成果？对地理信息数据而言,地理实体数据、“实景三维中国”是新成果,其与数字线划图(Digital Line Graphic,DLG)、数字正射影像(Digital Orthophoto Map,DOM)、数字高程模型(Digital Elevation Model,DEM)等传统基础地理信息成果之间存在什么关系？传统基础地理信息成果还要不要继续生产或更新？这是需要回答的现实问题。

图2 新型基础测绘地理信息数据成果体系

这两类成果中,地理实体数据成果包括地理实体数据库及由其衍生的实体三维模型和数字地形图;影像与栅格数据成果包括DOM、数字真正射影像图(True Digital Orthophoto Map, TDOM)、DEM、数字表面模型(Digital Surface Model,DSM)以及实景三维影像。其中,地理实体数据及实体三维模型是新型成果;影像与栅格数据成果具有表达的直观性和生产的快捷性,应该继续作为重要的基础测绘成果,但需结合新的需求,进一步确定其精准度等核心技术参数,并以地理实体对象为索引进行组织管理。同时,影像与栅格数据也可用来生产新的地理实体数据。这两类数据构成基本的新型基础测绘地理信息数据成果体系,基于它们则可派生更多的成果。当前,需要通过标准的制修订对相关成果的内容、规格及其他技术要求做出科学合理的规定。

对测绘基准而言,也要根据需求和供给的发展,系统地构建包含大地、高程、深度、重力等基准应用的成果体系。

3.3 服务便捷化

新型基础测绘要面向自然资源管理、国土空间规划、工程建设管理、公共安全与应急管理以及其他政务管理和公众服务等对公共测绘地理信息成果及服务的需要,在保障地理信息安全的前提下,积极发展新的更加便捷的应用服务模式并落地实施。

在测绘基准成果应用服务方面,德国各州测绘当局联合建立的卫星定位与导航服务系统(Satellite Positioning Service，SAPOS)是一个连续运行的、覆盖全国的多功能差分GNSS定位导航服务体系,为用户提供官方大地测量基准服务。按精度、响应时间和应用目的,SAPOS提供实时定位服务、高精度实时定位服务(平面精度1～2 cm,高程精度2～3 cm)、测量后处理定位服务(平面精度优于1 cm,高程精度1～2 cm)等三种服务,每种服务都有明确的处理响应时间和收费标准(目前部分州已提供免费服务)。2020年10月,自然资源部全国国土测绘工作会议提出要“深化卫星导航定位基准站社会化应用,加快组建全国卫星导航定位基准站‘一张网’”[10],这对于提升测绘基准成果应用无疑将具有重要意义,在社会化应用服务方面SAPOS的机制值得研究。

在公共地理信息数据成果或产品服务方面,自然资源部推进的国土空间基础信息平台、智慧城市地理时空大数据平台以及天地图系统建设,可成为面向专业部门、政务管理和公众服务的重要渠道。从更便捷的服务模式上看,英国军械测量局OSMasterMap[13]的丰富产品及其增量更新、快速更新、在线订购等方式或许可以借鉴。

3.4 手段智能化

物联网、大数据、人工智能等新一代信息技术的发展,为包括基础测绘在内的测绘提供了智能化手段。智能化技术可用于地理信息数据采集、更新、处理、管理、分析、表达和服务等各方面,从而有效支撑新成果的生产和新服务的实施,显著提高新型基础测绘的业务能力和效率。测绘手段的智能化无疑将成为新型基础测绘的一个亮点,也将是新型基础测绘能否全面实施的关键。

当前,关于智能化测绘的技术研究受到广泛关注,也取得了许多进展,但尚需进一步关键技术突破,特别是要形成能用于新型基础测绘实际生产和服务的业务化系统,比如:高分辨率遥感影像的智能识别、解译与特征提取技术,倾斜摄影影像的单体化、结构化与三维实体建模技术[14],点云数据智能理解与目标结构化重建技术[15],地理实体数据的智能提取综合及数字产品生成技术[3]等。此外,目前正在开展的有关前沿性理论方法研究(如知识图谱与基础地理知识服务[16]等)也将为新型基础测绘的发展提供新的支持,进而进一步提升新型基础测绘的效能。

4 结束语

新型基础测绘体系建设以满足自然资源、国土空间规划、工程建设管理、公共安全与应急管理、公众服务等对公共测绘地理信息成果及服务的需要为出发点和落脚点,同时需要高点定位、创新引领、共享协同和持续发展。高点定位就是要构建具有世界眼光、国际标准和中国特色的新型基础测绘体系;创新引领就是要在新型基础测绘成果、服务、机制等方面践行理念创新、技术创新和管理创新;共享协同就是要在新型基础测绘数据、成果、服务及业务实施等方面建立统筹规划、共建共享、开放协同的机制和路径;持续发展则是要建立不断完善、持续提升的新型基础测绘运行及维护模式,并为引领和推动测绘地理信息行业的高质量发展提供有力支撑及示范借鉴。