对地理国情监测若干问题的认识.pdf

地 理 空 间 信 息 GEOSPATIAL INFORMATION 2013 年 10 月 第 11 卷第 5 期 Oct 2013 Vol 11 No 5 doi 10 11709 j issn 1672 4623 2013 05 收稿日期 2013 08 08 项目来源 国家十二五科技支撑计划资助项目 2012BAJ15B04 对地理国情监测若干问题的认识 李建松 1 洪 亮2 史晓明2 刘文斌2 1 武汉大学 遥感信息工程学院 湖北 武汉 430079 2 湖北省航测遥感院 湖北 武汉 430071 摘 要 就地理国情监测的概念 监测类型 监测对象的选择 监测的内容 任务和过程 与主要学科的关系 监测的基准 监测数据的选择 以及时空表达 尺度和采样等若干问题表达了自己的认识 关键词 地理国情监测 监测类型和基准 时空表达 尺度选择 中图分类号 P208 文献标志码 B 文章编号 1672 4623 2013 05 0001 03 001 地理国情监测是基础测绘的延展 此项任务的提 出标志着提供单一的 静态的自然地理数据获取 管 理和利用 注重描述现状信息 提供直接数据服务的 传统测绘服务模式 开始向提供自然地理数据 社会 经济数据和人文地理数据的综合分析利用和知识发现 注重描述动态变化信息 提供信息服务的新型测绘服 务模式的转变 1 2 1 地理国情监测概念 地理国情监测是综合利用全球卫星定位系统 遥 感和地理信息系统等现代测绘技术 以及地理 人文 社会经济科学调查技术 综合各时期档案和调查成果 对地形 水系 湿地 冰川 沙漠 地表形态 地表覆盖 道路 城镇等要素进行动态化 定量化 空间化的持 续监测 并统计分析其变化量 变化频率 分布特征 地域差异 变化趋势等 形成反映各类资源 环境 生态 经济要素的空间分布及其发展变化规律的监测 数据 地图图形和研究报告等 从地理空间的角度客观 综合展示国情国力 3 2 地理监测的分类 2 1 按监测的地理范围尺度分类 1 全球地理监测 即监测对象和内容覆盖全球范 围 如全球地表覆盖和土地利用变化监测 全球气候 变化监测 全球粮食产量监测等 2 区域地理监测 即跨洲和跨国家范围的监测 如区域地震监测 海啸监测 台风监测 厄尔尼诺现 象监测等 3 局部地理监测 指在一个国家或一个省 市 县等范围从事的某种监测活动 或对重点区域 重大 工程范围的监测活动 如地理国情 省情 市情监测 长江三角洲生态环境监测 长江三峡地质环境灾害监 测 南水北调水源地环境监测 珠江三角洲城镇化和 城市群落变化监测 主体功能区监测等 2 2 按监测比例尺度或分辨率分类 1 宏观监测 指在大范围 小比例尺或低分辨率 基础上的监测 监测结果仅反映监测对象的宏观数量 质量 分布特征和变化趋势 2 微观监测 指在小范围 大比例尺或高分辨率 基础上的监测 监测的结果反映监测对象的微观数量 质量 分布特征和变化趋势 对监测内容描述的精细 程度比宏观监测更高 3 中观监测 是介于宏观监测和微观监测之间的 一种监测尺度 例如 全国或一个省的气象监测 相 对于某个城市范围的气象监测 前者一般只是预报宏 观天气形势和城市平均气温 后者则可对城市局部天 气形势进行观测 对某个区进行气温预报 2 3 按监测的时效性分类 1 常态化监测 是一种长期的 持续监测活动 一般设有固定的监测站 台 网络或稳定监测制度 计划和方案 持续获取监测对象的变化数据 2 应急监测 是一种短期内完成的监测活动 在 应对突发事件 重大工程进展 抢险救灾等方面 经 常需要在短时间内快速获取监测对象的状况和发展趋 势 并进行分析评估 3 地理监测对象的选择 监测的对象一定是与地理位置相关 或可进行地 理空间化的对象 自然地理对象 人文地理对象 江 河湖泊 森林湿地 道路 房屋等 是地理国情监测 的基本对象 人口数据 经济数据等 虽然没有直接 的地理参考位置 但可通过空间化方法赋予其地理参 地理空间信息 2 第 11 卷第 5 期 考位置 也是地理国情监测的对象 4 地理国情监测的内容 任务和过程 4 1 地理国情监测的内容 根据地理国情监测分类可知 不同类型的监测 其指标体系存在差别 甚至差别很大 如地表覆盖与 土地利用变化监测 环境变化监测相差甚远 故地理 监测内容的确定 是围绕如何获取监测指标进行的 4 2 地理国情监测的任务 一项监测活动应该完成的工作任务包括 监测数 据的选择与获取 监测尺度的选择 监测基准的确定 监测方案和标准的制定 监测数据的处理 变化信息 的提取 数据质量分析与评定 分析模型的建模 监 测数据的分析和评价 监测结果的表达 监测成果管理 监测成果的发布和共享服务等 4 3 地理国情监测的过程 地理国情监测工作是一个程序化的工作 如图 1 所示 图 1 地理国情监测的流程图 一般来讲 项目立项阶段 要对监测项目进行充 分的调研和论证 形成论证报告 下达立项通知书 根据立项通知书 可进行需求分析 制定监测计划 形成项目计划书 再根据项目计划书 编制和设计监 测项目的技术实施方案 项目技术实施方案应当包括 项目的设计依据 项目的目的 内容和任务 执行的 技术标准和规范 数据源选择和数据获取方法 尺度 选择 时间基准 空间基准 精度基准 数据处理方法 变化信息检测方法 地学建模方法 地学分析计算方法 结果表达要求和方法 成果管理方法 成果发布和共 享服务等 5 对地理国情监测与相关学科关系的认识 5 1 地理国情监测与基础测绘的关系 基础测绘主要提供单一 离散的地理信息 侧重 于前端的自然地理数据获取和管理 地理国情监测是 基础测绘在数据分析应用方面的延展 侧重于自然地 理数据和人文地理数据的综合分析和利用 5 2 地理国情监测与遥感学的关系 遥感学利用其空 天 地一体化对地观测技术 可以全天候和快速地为地理国情监测提供自然地理数 据 动态变化数据和人文地理数据 遥感可以提供多 尺度 多平台 多分辨率 多光谱 多时相遥感分类 和变化监测数据 是当前地理国情监测最有效 最经 济的数据获取手段之一 5 3 地理国情监测与地理学的关系 地理学理论 方法和知识是地理国情监测方法论 的基础 地理学为地理国情监测提供地理认知 地理 建模 地理分析 地理调查 地学表达等理论和方法 地理国情监测则是地理学的实践应用 5 4 地理国情监测与地理信息系统的关系 地理信息系统为地理国情监测提供数据管理 数 据建模 空间化 可视化 数据分析利用 成果表示 成果管理和数据共享服务的工具 地理国情监测是地 理信息系统的重要应用领域和发展方向 5 5 地理国情监测与应用数学的关系 地理国情监测是建立在数据分析基础上的学科 应用数学的概率论与数理统计 矩阵轮 数值分析等 是建立地学分析模型 统计分析方法等计算方法的基 础 地理国情监测是应用数学的计算方法在地学科学 解释 政府科学管理和决策方面的充分利用和发展 6 地理国情监测的基准 地理国情监测以确定的变化时刻起点为参考基准 进行变化信息的检测和变化对比分析 确定变化时刻 起点的参考基准包括地理空间参考基准 时间参考基 准 属性参考基准和精度参考基准 地理空间参考基准是变化信息检测和对比分析在 3 第 11 卷第 5 期李建松等 对地理国情监测若干问题的认识 某一时刻地理空间位置的起点 包含地理空间参考框 架和地理空间监测对象的几何起始状态 变化监测使 用的底图产生时刻称为时间参考基准 由于矢量底图 生成的时间可能是一个时间段 因此 时间基准可能 不是一个精确的时刻 但矢量底图产生的时间短 也 可以取其中的一个时刻作为时间参考基准 对于影像 底图来讲 时间参考基准就是影像获取的时间 可以 精确到某一时刻 本底图是有属性的 通过属性表描 述和表达 属性表的字段记录了监测对象的几何状态 参数和监测指标体系的指标取值 监测数据的几何精 度应与底图的几何精度相当 或 2 次监测数据之间的 几何精度应该相当 高于或低于前一次监测数据的几 何精度都会产生噪声误差 7 监测数据源的选择问题 地理国情监测数据源的选择主要考虑 3 个因素 监测方式 时效性和尺度 7 1 监测方式与数据源的选择 遥感数据监测分为影像方式监测和非影像方式监 测 如地表覆盖与土地利用监测 经常使用遥感影像 作为数据源 地形形变监测经常使用激光点云数据 干涉雷达数据等 图形数据监测一般是充分利用已经存储在地理空 间数据库中的历史图形数据 通过地图代数运算 地 理统计分析等方法 进行变化统计监测 实地观测数据监测主要在监测区域部署监测站网 实时或自动获取监测点上的数据 通常 监测项目可使用混合监测方式 在选用监 测方式时 监测数据的可获得性是关键 7 2 时效性与数据源的选择 时效性是指从获取监测数据开始至得到监测结果 的时间性要求 它有 2 个方面的涵义 获取和处理 监测数据的时间长短 反映变化的时间分辨率 即 时间间隔 例如 对洪水过程进行的监测 原则上使 用遥感方式最为合适 但如果遥感数据获取和处理的 时间要求不能满足需要 就不能使用这种方式 在时 间分辨率方面 如果不能获取足以反映洪水变化的序 列影像 监测活动也不能采取这种监测方式 7 3 尺度与数据源的选择 地理国情监测是具有尺度依赖性的 选择何种空 间尺度 时间尺度 属性尺度 精度尺度都会影响监 测结果 8 地理国情监测其他主要技术问题 8 1 地理国情监测数据时空表达 时空概念体现了时间和空间概念的集成 因此 理解空间数据库 时态数据库和时空数据库的概念是 建立时空数据库管理系统的基础 目前支持时空数据 建模的时空模型主要有 快照模型 时空复合数据模 型 简单时间标记模型 面向事件的模型 三域模型 历史图形模型 时空实体关系模型 对象 关系模型 面向对象的时空数据模型 位移对象数据模型 基态 修正数据模型 时间立方体模型等 8 2 地理国情监测尺度 在地理国情监测方面 对相同的监测对象 监测 结果可能不同 原因可能是使用了不同的分析和观测 尺度 尺度选择问题是指尺度选择不当可能引起的有 偏估计问题 即选择的尺度过大 会产生细节被省略 尺度过小则拘泥于局部而不能窥全貌等 最终影响监 测的科学性和实用性 3 6 8 3 地理国情监测数据的采样 采样方法和技术规范对于地理国情监测至关重 要 采样的尺度由分辨率和精度 2 个参数表示 必须 跟 现实 的尺度匹配 9 结 语 综上所述 地理国情监测涉及多方面的复杂问题 正确认识地理国情监测的尺度依赖性是解决问题的关 键 在技术方面 通过多学科联合 实现空天地一体 化观测 拓宽了测绘技术的手段和数据获取的范围 参考文献 1 李德仁 眭海刚 单杰 论地理国情监测的技术支撑 J 武 汉大学学报 信息科学版 2012 37 5 505 512 2 陈俊勇 地理国情监测 R 武汉 武汉大学 2012 3 Gibson C C Ostrom E Ahn T K The Concept of Scale and the Human Dimensions of Global Change A Survey J Ecological Economics 2000 32 217 239 4 李志林 地理空间数据处理的尺度理论 J 地理信息世 界 2005 3 2 1 5 5 孙庆先 李茂堂 路京选 等 地理空间数据的尺度问题及 其研究进展 J 地理与地理信息科学 2007 23 4 53 56 6 刘凯 秦耀辰 论地理信息的尺度特性 J 地理与地理信息 科学 2010 26 2 2 5 第一作者简介 李建松 教授 博士生导师 研究方向为地理国 情监测的理论与应用 Index Vol 11 No 5 GEOSPATIAL INFORMATION I Acquaintance of Issues on Geographical Conditions Monitoring by LI Jiansong Abstract This paper presented some views about concepts monitoring type choice of monitoring object contents and tasks relationships with primly disciplines monitoring datum monitoring data selection temporal spatial represents monitoring scale sampling etc I hope to share some ideas with readers Key words geographic condition monitoring monitoring type and datum temporal spatial represent scale choice Page 1 Research on Unifying Formalization of Geographic Representation by CUI Shulin Abstract In this paper we introduced some success achieved at integrating the two concepts including geographical objects object fields feature field Parameterized Geographic Object Model PGOModel geo atom General Field and so on In addition to the definitions of integration of discrete objects and continuous fields an application system called EDGIS was introduced Raster and vector were used to solve the problem of digital representation of geographic phenomena and to code both fields and discrete objects The relationship between the two methods was also discussed Key words discrete object continuous field unified representation Page 4 Construction and Practice of Geographic National Monitoring Pilot Project in Chongqing by XU Yongshu Abstract The development of surveying and mapping experienced a course from simulation to digitization and then to information technology Up to now geographical conditions information contained aspects of economic and society which was become an important task of surveying and mapping geographic information working currently Taking Chongqing as an example this article elaborated the main contents technology and methods and experience of geographical condition monitoring in Chongqing according to construction experience and the actual situation in Chongqing Key words geographical conditions monitoring pilot practice experience Page 7 Discussion on the Implementation Plan of the First National Geographic Conditions Survey in Hubei Province by HONG Liang Abstract The first national geographic conditions survey in Hubei Province is a major national survey aimed at a comprehensive identification of natural and human geography elements and the spatial distribution of the current situation of Hubei Province It lays the foundation for normalization monitoring of geographical conditions and services for governments businesses and public This article described the content and technical route of the first national geographic conditions survey in Hubei Province and also discussed the operation of the census working methods and organization and implementation of the project It proposed a set of implementation plan of national geographic conditions fitted the provincial situation of Hubei Province Key words national geographic conditions survey national geographic conditions monitoring Hubei Province Page 10 Rustic Opinion on Innovation Point of Chongqing Underground Space Census by YANG Nin Abstract The development and utilization of underground space and the management can t be separated from understand and master the existing underground space resources On the basis of underground pipelines census we had also completed the urban built up area of underground structures census in 2012 The management mode of One Map the underground space digital panoramic image acquisition and information presentation the technical organizations census process in Chongqing are domestic initiative The underground space census has important meaning of scientific planning and management for development and utilization Key words Chongqing underground space census innovative management One Map Page 14 Application of Pl iades Images in the Urban Construction Land Use Change Monitoring by YANG Zhibo Abstract This article described the change monitoring work to the land use in urban construction which based on the Pl iades satellites image and introduced the method for producing high resolution image updating image dynamically monitoring the change of image constructing the supervision system of the change monitoring to the land use in urban construction And then we integrated these technology again for the sake of assisting the land use regulation and the law enforcement after the approval of planning and made the implementation of the new application of 3S technology in the same time in the field of supervision system of the change monitoring to the land use in urban Key words Pl iades images changed monitoring dynamic update Page 18 Information Security in the National Geographical State Monitoring by ZHANG Li Abstract There are much information in the national geographical state including source data information process information and decision information which are important information in national profit and national safety Based on the content of national geographical state monitoring this paper discussed the types and characteristics of confidential content and the corresponding security measures And then it put up the implementation plan and framework of the involved problems Key words national geographical state monitoring information security Page 21 Influence of the ENSO and COWL in Global mean Surface Temperatures by ZHANG Can Abstract A method used to isolate the anthropogenic signal in TG is to filter out the variance associated with internally driven climate phenomena and then interpret the residual time series In this paper we exploited a method to filter o