基于擴展金字塔的城市空間信息多級網格體系
——以福州市為例

曾偉東，汪艷霞，高昭良，劉仁

(1.福州市“數字福州”建設領導小組辦公室，福建 福州 350000； 2.福州市勘測院，福建 福州 350000)

基于擴展金字塔的城市空間信息多級網格體系
——以福州市為例

曾偉東1*，汪艷霞2*，高昭良2，劉仁2

(1.福州市“數字福州”建設領導小組辦公室，福建 福州 350000； 2.福州市勘測院，福建 福州 350000)

隨著網格技術應用日益廣泛，面向一個城市空間存在不同政府部門各自管理單元和編碼體系的情形，引入金字塔組織結構，對空間信息多級網格進行拓展，提出了由基礎網格和管理網格共同構成的城市空間信息多級網格的擴展金字塔結構，研究了基礎網格劃分的規則、方法和編碼以及管理網格的編制方法和編碼。最后以福州市網格的劃分作為應用案例，驗證本方法的有效性。

空間信息多級網格(SIMG)；金字塔；城市網格；編碼；福州

1 引 言

地理學領域中的網格(即空間網格)是一種來源于“井田”制的對地理對象或現象進行空間離散化的方法[1，2]。網格的劃分，從網格劃分的研究對象而言可以分為以整個地球表面為全球網格和以小范圍區域為研究對象的局部地區網格，從網格單元的形狀不同可以分為規則網格單元和不規則網格單元[3，4]。早在1929年芬蘭地理學家Granean運用1 km網格作為分析自然和社會現象的單元，空間網格成為一種地學分析方法[5]，形成了越來越廣泛地應用研究，目前在人口研究[6，7]、土地資源管理與執法監察[8，9]、災害防治[10，11]、城市管理[3，12～15]等方面都取得了研究成效，在一定程度上實現了該應用領域的信息共享與融合[16]。

在中國分級分類管理的行政體制下，一個城市存在很多的政府職能部門，各部門對該城市空間的其職能范圍內的業務進行分區管理或統計評估，如規劃部門用于進行控制線詳細規劃編制的規劃單元、國土部門用于土地信息管理的宗地單元、城管部門的城管萬米單元網格、綜治部門的社區網格化管理單元、公安部門的派出所管理片區、統計部門的社會經濟統計單元、工商部門的管理片區等，這些部門將各自擁有或獲取的基礎地圖作為管理單元劃分的基礎底圖，按照本部門領域的劃分標準，把同一城市空間劃分成多種多樣、詳細程度不一、單元邊界不一致的管理單元，滿足本部門的業務管理需求，并形成了各自的管理單元編碼體系，但存在覆蓋范圍不全或覆蓋縫隙等問題，造成了部分區域管理責任不明晰或管理打架的現象，各部門的專題業務信息難以融合和共享，阻礙了城市管理和治理等業務協同的開展，對城市治理水平和服務能力的提升產生了極大的障礙[3，17，18]。目前已有一些地方開展了多部門管理單元融合的探索，如北京東城區的“兩網融合”、深圳的空間信息基本網格、浙江的基層社會治理“一張網”等。本文以李德仁院士提出的“空間信息多級網格”(SIMG)為理論基礎[16]，以數字城市地理空間框架成果為數據基礎，借鑒不同分辨率影像數據采用金字塔結構來組織的方法，提出了用于業務空間信息共享和融合的“基礎網格”和用于部門業務管理的“管理網格”共同構成的城市空間信息多級網格體系構建方法及編碼規則，為福州市社會治理的信息共享、業務協同和宏觀決策分析提供基礎支撐。

2 城市空間信息多級網格劃分與編碼方法

2.1 城市空間信息多級網格的擴展金字塔結構

空間信息多級網格的核心思想是將某一范圍劃分為不同粗細層次的網格，每個層次的網格在范圍上具有上下層涵蓋關系，并確定不同層次網格與各級行政區劃的對應關系[15]。根據空間信息多級網格的指導思想，考慮已有較多采用現有的管理網格的業務信息系統進行平穩過渡，構建統一的城市空間信息多級的基礎網格，并在基礎網格的基礎根據業務管理需求采用一定的規則完善管理網格，建立基礎網格與管理網格之間的對應關系，形成城市空間信息多級網格體系。

城市空間信息多級網格體系的擴展金字塔結構如圖1所示：

圖1 城市空間信息多級網格的擴展金字塔結構

基礎網格是基于城市各級行政區劃范圍進行劃分的規范化封閉網格單元，分為市級基礎網格、區(縣市)級基礎網格、街道(鄉鎮)級基礎網格、社區(村)級基礎網格，構成標準的金字塔結構，為城市網格化管理、治理與服務提供基礎依據，是供各政府職能部門編制管理網格的統一基礎。管理網格是各政府職能部門或其他部門出于統一工作管理、劃分責任區域、數據統計評估等工作需求，按照規定的編制方法劃分的封閉管理單元，成為基礎網格金字塔的擴展部分。同時各類管理網格單元建立與基礎網格之間的映射關系，以實現全市各類網格的整合。

2.2 城市空間信息多級網格的劃分方法

2.2.1 基礎網格劃分

設城市空間為C，對城市空間進行逐級細分形成四級基礎網格的層次空間[19]，記為Ci={ci1，ci2，…，cik}，其中i∈{1，2，3，4}，各級之間滿足嚴格的層次細分和無縫拼接的原則。則基礎網格的劃分遵循如下規則：

規則1：各個網格單元都有覆蓋范圍，即

cij≠?，i∈{1，2，3，4}，j∈{1，2，…，k}

(1)

規則2：同層次的不同網格單元之間不存在覆蓋范圍的交叉，即

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

(2)

規則3：第i+1層基礎網格是對第i層基礎網格單元的逐個細分形成，設第i層基礎網格中第j個單元網格cij在第i+1層基礎網格中細分為ci+1j1，ci+1j2，…，ci+1jl，即

(3)

(4)

且任一第i+1層基礎網格單元僅與一個第i層基礎網格單元存在相交，不存在跨多個第i層基礎網格單元，即，若ci+1jp∩cij≠?，則

ci+1jp∩cir=?，j、r∈{1，2，…，k}，j≠r

(5)

規則4：各層次基礎網格單元合并后的邊界范圍線保持一致，即

Ci=Cs=C，i、s∈{1，2，3，4}，i≠s

(6)

在上述規則約束下，以數字城市地理空間框架數據成果為統一的數據基礎，基礎網格的劃分步驟如下：①以城市陸域空間為范圍，作為市級基礎網格單元。②以區、縣(市)行政區劃界線為基礎，結合道路網絡和自然要素分布，對市級基礎網格單元進行細分，形成區(縣)級基礎網格單元。其中各個區(縣)級基礎網格單元不為空，即滿足規則1；不同區(縣)級基礎網格單元的不存在相交范圍，即滿足規則2；所有區(縣市)級基礎網格單元合并后的邊界范圍與市級基礎網格的邊界范圍一致，即滿足規則4。③以街道(鄉鎮)行政區劃界線為基礎，結合道路網絡和自然要素分布，對區(縣市)級網格單元進行逐個細分，形成街道(鄉鎮)級基礎網格單元。其中各個街道(鄉鎮)級基礎網格單元不為空，即滿足規則1；不同街道(鄉鎮)級基礎網格單元的不存在相交范圍，即滿足規則2；任一街道(鄉鎮)級基礎網格單元不存在跨區(縣市)級基礎網格單元的情形，即滿足規則3；所有街道(鄉鎮)級基礎網格單元合并后的邊界范圍與區(縣市)級基礎網格的邊界范圍、市級基礎網格的邊界范圍一致，即滿足規則4。④與步驟③類似進行進一步細分，形成社區(村)級基礎網格。

2.2.2 管理網格劃分

在基礎網格的基礎上，管理網格的編制方法主要有4種：

(1)基礎網格細化。根據行業或應用管理和應用需求，對社區(村)級基礎網格單元進行逐個細化劃分形成管理網格單元(如圖1中“管理網格A”)，嚴格滿足規則1-4，即，各個管理網格單元不為空，不同管理網格單元不存在相交范圍，任一管理網格單元不存在跨社區(村)級基礎網格單元的情形，所有管理網格單元合并后的邊界范圍與四級基礎網格的邊界范圍保持一致，如圖2所示。

圖2 基礎網格細化

(2)直接利用基礎網格。包含直接利用社區(村)級基礎網格和直接利用街道(鄉鎮)級基礎網格作為管理網格兩種方式(如圖1中“管理網格B”和“管理網格D”)，滿足其所利用的基礎網格所遵循的規則，如圖3所示。

圖3 直接利用基礎網格

(3)基礎網格合并。根據業務量的管理需求，對同一層次的基礎網格中的若干鄰接的基礎網格單元進行合并或聚合形成管理網格單元，任一管理網格單元不能存在跨越上一層次的基礎網格單元的情形(如圖1中“管理網格C”)，且滿足規則1、2和4。如圖4所示。

圖4 基礎網格合并

(4)基于空間優化。對有特殊管理或應用需求的部門，以區(縣市)級基礎網格為基礎，根據其特殊需求進行細分編制(如圖1中“管理網格E”)，滿足規則1-2，可不受街道(鄉鎮)級和社區(村)級基礎網格的約束，但任一管理網格單元不得跨越區(縣市)基礎網格單元，所有管理網格單元合并后的界線與市級基礎網格的界線保持一致，如圖5所示。

圖5 基于空間優化的管理網格

2.3 城市空間信息多級網格的編碼規則

(1)基礎網格編碼規則

一個基礎網格單元在時間和空間定義上應有唯一的編碼，網格變更時，其原代碼不應占用，新增網格按照原有編碼規則進行擴展?；A網格編碼分三級12位引用國家行政區劃編碼進行編碼，依次是6位市轄區(縣)碼、3位街道(鄉鎮)碼、3位社區碼，編碼結構如圖6所示。

圖6 基礎網格編碼規則

①市轄區(縣)、街道(鄉鎮)、社區(村)級網格編碼均應按照GB/T2260和GB/T10114執行；

②街道(鄉鎮)、社區級網格編碼應參考國家統計局官方網站發布的行政區劃代碼；

③街道(鄉鎮)、社區如果出現飛地，編碼相同；

④學校、企業等區域不屬于社區管理的，可作為特殊社區處理，與社區同級編碼；

⑤特殊區域視其具體情況進行編碼，例如風景名勝區、自然保護區、保稅區、開發區等。

(2)管理網格編碼規則

管理網格分七部分組成共21位編碼，編碼結構如圖7所示。

圖7 管理網格編碼規則

①區域縮編碼：1位，以大字英文字母縮略代表各個區、縣(市)；

②管理單位級別編碼：1位，區分管理單位的行政級別；

③管理單位編碼：4位，各市、區(縣市)直機關單位和所包含的下級管理單位編號，第1、2位代表管理部門的歸口類別，第3、4位為該歸口類別下單位的順序碼；

④管理業務分類代碼：6位，參照CJ/T 348-2010《數字社區管理與服務分類與代碼》中管理與服務的分類與代碼，可根據實際管理業務分類進行擴展；

⑤街道(鄉鎮)代碼：3位，對應的街道(鄉鎮)代碼。若存在對應的唯一街道(鄉鎮)基礎網格單元，則為相應的基礎網格街道(鄉鎮)碼；若對應兩個或多個街道(鄉鎮)基礎網格單元的合并區域，則按順序從601開始編碼；若跨不同街道(鄉鎮)基礎網格單元，則街道(鄉鎮)、社區(村)、管理網格順序碼3段代碼從600000001起按順序進行編碼。

⑥社區(村)代碼：3位，對應的社區代碼。若存在對應的唯一社區(村)基礎網格單元，則為相應的基礎網格社區(村)碼；若對應兩個或多個社區(村)基礎網格單元的合并區域，則按順序從601開始編碼；若跨不同社區(村)基礎網格單元，則社區(村)、管理網格順序碼2段代碼從600001起按從順序進行編碼；

⑦管理網格順序碼：3位，若管理網格前面18位代碼相同，則按順序進行編碼，否則順序碼為“000”。

3 應用實例

根據城市空間信息多級網格劃分與編碼方法，以數字福州地理空間框架建設的電子地圖和影像圖為基礎，在網格劃分規則約束下，對福州市全陸域進行市-區(縣市)-街道(鄉鎮)-社區(村)四級基礎網格的劃分(如圖8所示)，形成了1個市級基礎網格，12個區(縣市)級基礎網格，189個街道(鄉鎮)級基礎網格，2 778個社區(村)級基礎網格，并在四級基礎網格的基礎上，采用管理網格編制方法，對綜治、城管、人社、民政、司法、殘聯、市場監管、環保、公安、消防、衛計、房管等12個試點業務部門的管理網格進行整合和編碼(如圖9～圖11所示)，形成了 5 690個綜治管理網格、 6 974個城管管理網格、 2 778個人社管理網格、 5 690個民政管理網格、189個司法管理網格、189個殘聯管理網格、189個市場監督管理網格、 2 778個環保管理網格、 5 690個公安管理網格、 5 690個消防管理網格、 2 778個衛計管理網格、189個房管管理網格，并在社區受理服務平臺、市民服務平臺、平安福州管家、綜治監控指揮調度平臺、數字城管等業務應用系統/平臺上進行成功應用。

圖8 市-區(縣市)-街道(鄉鎮)-社區(村)級基礎網格的劃分

圖9 綜治管理網格的劃分

圖10 綜治管理網格屬性信息

圖11 城管管理網格的劃分

4 結 語

基于擴展金字塔結構的城市空間信息多級網格體系是利用行政區劃境界和自然要素對城市空間在不同尺度進行逐級無縫劃分為四級基礎網格，并結合業務管理需求采用特定的編制方法形成不同業務專題的管理網格，同時對各級各類網格單元賦予唯一編碼，這樣對大多數空間信息及相關業務管理與服務可通過唯一的網格編碼進行定位，有效地實現了各類信息資源的共享和融合，有助于實現政務服務協同和提供“互聯網+”政務服務，為城市居民提供更加便利、高效地政務服務能力和水平，同時也為空間信息的共享、整合以及服務于城市治理與決策分析提供了解決途徑。

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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

曾偉東(1968—)，男，碩士，主要從事“數字福州”建設的管理以及基礎空間數據及基礎信息平臺的建設、共享和應用等方面的工作。

汪艷霞(1986—)，女，博士，工程師，主要從事于數字城市、智慧城市、GIS的行業應用等方面的研究。

福建省住房和城鄉建設系統科技項目(2016-K-14)，福州市科技項目(2014-S-125)。