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“实体中国”与新型基础测绘的思考

李成名等 测绘科学2019-06-20 12:08:26

摘要: 新型基础测绘与数字化测绘没有根本上的区别,实质上是“新瓶装旧酒”。

  基础测绘是指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,具有公益性和基础性,国家对其实行分级管理。

  我国基础测绘经过几代人几十年的努力,取得了长足的发展、成就辉煌,为国民经济和国防建设提供了强有力的服务保障。随着全球化进程加快和区域协同快速发展,各政府部门、企事业单位和社会公众对测绘地理信息的需求日益旺盛,特别是2018年3月,中华人民共和国第十三届全国人民代表大会一分时时彩次会议表决通过了关于国务院机构改革方案的决定,批准成立中华人民共和国自然资源部,整合原国土资源部、原国家林业局、原国家测绘地理信息局等部门或职能,测绘在体制与机制上发生了重大变革。原来的基础测绘分级测绘管理、分尺度建库、内外业割裂、更新周期漫长、产品样式固定等短板日益凸显,已难以满足新的应用需求。

  早在2015年6月,在国务院批复同意的《全国基础测绘中长期规划纲要(2015—2030年)》中就提出:“到2030年新型基础测绘体系全面建成”。自然资源部组建以后,2019年陆昊部长在一分时时彩次全国自然资源工作会议讲话中明确提出:“加快基础测绘转型升级,增强测绘地理信息公共服务能力,促进地理信息产业高质量发展”,全面拉开了新型基础测绘体系构建的序幕,该任务已成为自然资源行业改革创新发展的必然要求和战略抉择。

  一个时期的基础测绘体系不可或缺的核心内容应包括:产品形式、核心技术、生产模式和质检方法4项内容。纵观测绘生产活动历史发展进程,以此为据可以划分为3个重要阶段:模拟测绘、数字化测绘和新型基础测绘。模拟测绘阶段,产品形式是以纸质为主的模拟地图,代表性技术包括平板仪、全站仪、水准仪等仪器设备,生产模式多为平板作业、人工展点等方式,质检方法则建立了完整的模拟产品质检体系。数字化测绘阶段,代表性产品形式是4D产品(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)、数字栅格地图 (digital raster graphic,DRG)),关键技术为JX4、VirtuoZo、数字航摄仪等,作业模式重在计算机辅助下人工作业,质检方法是在大量继承模拟产品基础上修修补补而形成的数字化质检方式,并未站在数字时代的高度建立起一套完整的新的质检体系。新型基础测绘阶段,自2014年概念提出后,虽然已有不少专家学者、主管部门和研究机构在开展新型基础测绘体系相关理念和技术方法的探索,截至目前,并未取得实质性进展。产品形式仍然沿用4D,尽管技术手段有所改进,但核心技术和主要生产作业模式仍是分级测绘、分尺度建库,强调采集的精度、涵盖的内容,与数字化测绘没有根本上的区别,实质上是“新瓶装旧酒”,理念和思想上没有突破原有思维的桎梏。

  站在信息通讯技术(information communication technology,ICT)、人工智能(artificial intelligent,AI)时代的高度,面向自然资源管理“两统一”职责履行的新要求,紧紧聚焦基础测绘体系不可或缺的4个核心内容,从产品模式、数据内容、分级测绘、来源渠道、分类编码、生产方式、服务手段等方面开展系统思考和实践探索,推动基础测绘体系转型升级,更好地为经济建设、国防建设、社会发展和生态保护提供全方位服务,扛起《中华人民共和国测绘法》赋予的神圣职责。

  1 目标、思路与推进策略

  1.1 战略目标

  直接目标:创建新型基础测绘体系,推动传统按尺度分级测绘向按实体属地测绘、多尺度数据库向无尺度地理实体素材库、全要素统测向权威机构提供权威要素、各自独立编码向统一唯一编码、专业队伍测绘向以专业队伍测绘为主多种方式辅助的测绘、固定产品提供向典型产品和按需组装与自动综合服务转变。

  最终目标:面向自然资源管理,构建全球统一网格、绘尽我国地理实体、赋予唯一空间身份,挂接社会经济信息,经过5~10年国家、省、市县全行业共同努力,最终建成“实体中国”。

  1.2 构建思路

  1)产品模式设计。面向AI时代地理空间认知,设计提出《无尺度地理实体基本规范》,根据生产实际和应用需求,依托DOM、DEM、数字表面模型(digital surface model,DSM)和地名地址数据等原材库,通过规模化的生产与应用,丰富完善实体语义分类、类型编码、描述粒度(空间维度、属性特征)、机器认知表达等内容,加工构建地理实体素材库(含自然实体和人工实体),达到“一库多能、按需组装”。

  2)施测方式精度。建立原有多尺度原材库(DOM、DEM/DSM、DLG等)到地理实体素材库生产加工转化的工艺流程,同时探索直接生产地理实体素材库的技术途径;针对人工、自然等不同类型的地理实体,设计提出施测的精度要求。

  3)分级测绘方式。充分考虑对地观测技术的最新发展,遵照《中华人民共和国测绘法》的要求,明确哪些地理实体属于国家级,如珠穆朗玛峰、长城、行政界线等重要地理实体,由国家统一施测,省、市县负责核查和属性扩充;哪些地理实体属于省级,如泰山、华山等重要地理实体,由省级统一施测,市县负责核查和属性扩充;哪些地理实体属于市县级,由市县施测,实现“一个实体只测一次”,通过上下联动和信息共享,共同构成完整的地理实体素材库。

  4)集约共享模式。针对地理实体素材库中数学基础、控制点、水系、居民地、交通、管线、地貌、植被与土质等实体内容,辨析本部门不同手段获取实体的语义差别,如国土调查成果中高速路图斑以隔离网为边界,而基础测绘成果中高速路实体则以路边线为边界,通过规模化的集约共享融合整合,提出并建立地理实体本部门内集约共享科学合理的方式方法。

  5)全球统一编码。面向地理实体与DOM、点云、倾斜影像、DEM、DSM等原材数据无缝集成和高效检索,参考借鉴我院设计提出的全球统一编码原则,建立本地区各地理实体的多级网格编码。由“多级网格编码+语义分类编码+顺序码+时间码”共同构成地理实体全球统一、唯一编码。

  6)生产组织形式。针对测绘应采集的地理实体,开展专业测绘队伍生产的原材为主、集约共享为辅助、众包获取为补充的测绘,通过国产密码和区块链技术构建在线测绘信息安全策略。探索建立基于互联网在线抓取与综合应用各类大数据提取地理实体变化情报技术;探索建立空、天、地专业测绘设备和公众参与的立体化、组合式数据获取技术体系;探索建立众源数据一体化处理与地理实体智能化提取技术方法;实现地理实体的变化及时发现、多源(元)数据融合、智能化处理。

  7)按需组装服务。依托地理实体素材库和多尺度原材库,开发制作面向公众的公共产品库(实体影像数据、地名影像数据、实体三维数据等)和面向部门的典型产品库(水系专题数据、交通专题数据、居民地专题数据等);按照国家级、省级、市县级地理实体的分类,对部分地理实体如行政界线直接提取,对部分地理实体如交通、水系、居民地等自动综合,按需组装成任意范围、任意尺度、任意类型的最终地理信息产品。

  8)存储管理。国家级、省级、市县级地理实体分别物理存放本地服务器,借助本部门专网,建立中国地理实体素材库,实现“分布式存储、逻辑式集中、一站式服务”。

  9)质量评定方法。面向地理实体素材库及其生产工艺流程、公共产品库和典型产品库,提出并建立质量元素及评价方法。

  1.3 推进策略

  采用试点先行、推广铺开的两步走策略。首先,选择原有基础较好,且对新型基础测绘构建工作有充分认识的省、特大型城市和中小城市,在上述构建思路的某一个方面或某几个方面开展试点工作,取得在产品模式、数据内容、分级测绘、来源渠道、分类编码、生产方式、服务手段等一批探索试验成果,经总结凝练,构建新型基础测绘体系,涵盖技术体系(工艺流程、自主核心技术装备、标准规范等)、组织管理体系和政策法规体系,为全国新型基础测绘建设提供可借鉴、可复制、可推广的经验和成果。在试点成果的基础上,再面向全国、各省区、各市县开展新型基础测绘体系建设推广,实现基础测绘的全面转型升级。然后,组织全国力量建成“实体中国”。

  2 关键技术

  通过国产密码和区块链技术构建在线测绘信息安全策略,针对应采集的地理实体,开展专业测绘队伍生产的原材为主、集约共享为辅助、众包获取为补充的基础测绘,需突破的关键技术如下。

  2.1 安全体系改造

  针对涉密地理信息,利用当前国家主导研制的非线性地图保密处理技术,进行空间精度转换和敏感或涉密信息删除,形成受控使用数据;采用区块链、国产商用密码技术等对当前受控地理信息的获取、传输、存储、处理、分析、应用等安全体系进行升级改造,创建ICT时代下的新型基础测绘安全体系。

  2.2 基于网络的变化发现

  城市变化日新月异,原来“盲目扫街式”测绘生产与更新手段亟待变革,通过互联网、移动通讯、社交媒体等网络,在线抓取相关信息,进行地理情报挖掘分析,快速提取变化区域及相关地理实体,实现面向地理实体变化的定向、定点测绘,通过实践探索建立基于互联网在线抓取与综合应用各类大数据提取地理实体变化情报技术。

  2.3 网络化立体获取

  通过高空卫星、中空飞机、低空无人机、地面移动测量车、监控探头以及公众参与的补拍等方式,立体化、组合式获取影像数据,依托互联网、移动通讯、社交媒体等网络在线抓取地名地址、属性信息等内容,形成网络化立体获取体系。

  2.4 一体化智能处理

  针对众源的结构化、半结构化、非结构化数据,进行清洗、匹配、融合与一体化处理,开展地理实体的智能化提取,探索建立众源数据的一体化处理与地理实体变化发现、智能化提取的成套技术体系。

  2.5 地图自动综合

  全球统一网格下的地理实体是客观世界连续、完整、一体化的抽象表达,面向不同的应用目的、应用场景、关注范围等,用户使用时需要按尺度呈现,构建地图自动综合系统,在“实体中国”的基础上,按照国家级、省级、市县级地理实体的分类,对部分地理实体如行政界线直接提取,对部分地理实体如交通、水系、居民地等自动综合,按需组装成任意范围、任意尺度、任意类型的最终地理信息产品。

  3 与其他重点任务的关系

  3.1 与智慧城市时空大数据平台建设

  新型基础测绘体系与目前正在开展的智慧城市时空大数据平台建设工程是互为支撑、相互促进的关系。智慧城市时空大数据平台是智慧城市的重要组成,既是不可或缺的基础性信息资源,又是其他信息交换共享与协同应用的载体,为城市管理提供统一底板。新型基础测绘体系能够为智慧城市时空大数据平台建设提供了核心关键的基础数据和技术支撑,智慧城市时空大数据平台为新型基础测绘体系的构建提供先期的实验田和应用场,推动新型基础测绘体系构建思路和关键技术的实践与检验。

  3.2 与信息化测绘技术体系

  新型基础测绘体系与信息化测绘技术体系之间是互相借鉴、各有侧重的关系。信息化测绘技术体系更多的是从改善基础设施环境、整合现有生产技术入手,引进先进的数据处理装备优化生产工艺、技术流程,实现获取实时化、处理自动化、管理智能化、服务网络化,不仅针对基础性、公益性的基础测绘技术,还面向其他类型测绘。新型基础测绘体系具有基础性、公益性特点,体系构建后,可以实现获取立体化、处理混合化、管理实体化、服务按需化、更新众源化,推动基础测绘发生质的变革。

  3.3 与“实体中国”重大工程

  新型基础测绘体系与“实体中国”重大工程是支撑与结果的关系。“实体中国”是新型基础测绘建设的最终目标,新型基础测绘是构建“实体中国”的技术途径。“实体中国”需要新型基础测绘技术支撑,新型基础测绘体系需要围绕“实体中国”构建。

  4 结束语

  跳出原有基础测绘思维模式的桎梏,站在ICT、AI时代的高度,围绕“实体中国”建设,从4个核心内容出发,系统思考了新型基础测绘体系9个方面的构建思路,提炼了5个方面的关键技术,提出了两步走的推进策略,分析了与相关任务的联系,形成新型基础测绘体系构建的理念,为探索实践指明了方向。

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