地理國情監(jiān)測變化信息自動(dòng)提取方法研究

田楠

（遼寧省自然資源衛(wèi)星應(yīng)用技術(shù)中心，遼寧沈陽 110034）

為了把握國勢、掌握國情、制定國策，按照《自然資源部辦公廳關(guān)于開展2019年全國地理國情監(jiān)測工作的通知》、遼寧省自然資源廳《關(guān)于下達(dá)2019年遼寧省地理國情監(jiān)測項(xiàng)目生產(chǎn)任務(wù)的通知》的文件要求，遼寧省開展2019年基礎(chǔ)性地理國情監(jiān)測工作。2015年，我國已經(jīng)圓滿完成了第一次地理國情普查任務(wù)，通過這次普查，國家層面已經(jīng)精確全面地掌握了地表自然與人文地理要素之間的關(guān)系以及空間分布情況[1]，完成了地理國情信息數(shù)據(jù)的可視化和空間化[2]，提高了地理信息數(shù)據(jù)為國家、企業(yè)和群眾服務(wù)的能力。在第一次全國地理國情普查完成后，國務(wù)院對地理國情監(jiān)測工作提出常態(tài)化要求，我省自2016年以來，每年都積極開展基礎(chǔ)性地理國情監(jiān)測項(xiàng)目，多年來獲得的成果已經(jīng)成功應(yīng)用在城市規(guī)劃監(jiān)管、空間開發(fā)治理、自然資源管理以及環(huán)境保護(hù)與治理等多個(gè)方面，并且在智慧城市和生態(tài)文明社會制度的建設(shè)中發(fā)揮了不可代替的作用。

一、地理國情數(shù)據(jù)的基本內(nèi)容及數(shù)據(jù)來源

地理國情信息數(shù)據(jù)的基本內(nèi)容包含地理自然、生物和人文地理現(xiàn)象的空間信息數(shù)據(jù)[3]，而地理國情要素正是作為載體來承載和表述地理國情數(shù)據(jù)的內(nèi)容，以直觀的概念讓人們更好的聯(lián)系和區(qū)別客觀存在的地理事物，利用地理國情要素的空間與屬性特征，也更有助于分析提取變化信息。

目前地理國情數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)源主要來自第一次地理國情普查數(shù)據(jù)以及其后的地理國情監(jiān)測項(xiàng)目數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)成果主要包括：地表覆蓋數(shù)據(jù)、地理國情要素?cái)?shù)據(jù)、數(shù)字正射影像數(shù)據(jù)、解析樣本數(shù)據(jù)、專題數(shù)據(jù)、統(tǒng)計(jì)報(bào)告和統(tǒng)計(jì)報(bào)表等。地表覆蓋數(shù)據(jù)和地理國情要素?cái)?shù)據(jù)作為研究和分析決策的主要數(shù)據(jù)，不僅是地理國情成果數(shù)據(jù)中最重要的部分，并且能夠真實(shí)的反映出人類活動(dòng)與自然地理環(huán)境之間的密切關(guān)系。

二、地理國情監(jiān)測數(shù)據(jù)特征及更新問題

進(jìn)行地理國情監(jiān)測的常態(tài)化目標(biāo)就是基于本底數(shù)據(jù)，對各區(qū)域變化情況進(jìn)行監(jiān)測，形成現(xiàn)勢性強(qiáng)、精度高、覆蓋全面的地理國情監(jiān)測數(shù)據(jù)，進(jìn)一步豐富地理國情信息產(chǎn)品，擁有持續(xù)、穩(wěn)定、標(biāo)準(zhǔn)和權(quán)威的特性屬性，為各部門和地方政府提供地理國情信息決策支撐，為自然資源調(diào)查監(jiān)測等重大國情國力調(diào)查工作提供統(tǒng)一的地理空間公共信息基底。

地理國情監(jiān)測數(shù)據(jù)不僅數(shù)據(jù)量大，而且數(shù)據(jù)類型多，在進(jìn)行數(shù)據(jù)更新時(shí)，對矢量數(shù)據(jù)進(jìn)行變化檢測是更新的重要環(huán)節(jié)。而目前的矢量數(shù)據(jù)變化檢測還存在著設(shè)計(jì)規(guī)則不完善、數(shù)據(jù)類型單一、大量人工干預(yù)等問題，導(dǎo)致工作效率不高、準(zhǔn)確率低等問題。因此，能夠自動(dòng)識別地理國情監(jiān)測數(shù)據(jù)變化信息的方法亟待解決。

三、基本技術(shù)路線

地理國情監(jiān)測數(shù)據(jù)是對地理實(shí)體的空間抽象描述，用來表示要素所代表的地理實(shí)體的空間特征的有拓?fù)潢P(guān)系、幾何形狀、位置信息等空間特征，用來表示要素所代表的地理實(shí)體的屬性特性的有名稱、級別、數(shù)量、種類等屬性特征。通過對本底數(shù)據(jù)和監(jiān)測數(shù)據(jù)的預(yù)處理，再同時(shí)利用要素的空間和屬性特征進(jìn)行疊置分析和幾何約束分析，從而實(shí)現(xiàn)對點(diǎn)、線、面要素變化信息的自動(dòng)識別（圖1）。

四、變化信息自動(dòng)識別方法

實(shí)現(xiàn)變化信息的自動(dòng)識別，主要在于對圖斑要素的空間信息和屬性信息的獲取，利用疊置分析的方法，使得本底數(shù)據(jù)與監(jiān)測數(shù)據(jù)之間建立新的空間關(guān)系。作為提取地理信息系統(tǒng)空間隱含信息的重要手段，不同于位置查詢功能，通過疊置分析可生成新圖層，而且輸入圖層的部分要素會被疊加圖層的邊界所分割[4]。新圖層不僅體現(xiàn)出了本底要素與監(jiān)測要素的差別，而且包含了本底要素和監(jiān)測要素的所有屬性。

圖1 變化信息自動(dòng)識別流程圖

地理國情監(jiān)測數(shù)據(jù)變化信息自動(dòng)識別的判斷條件如下：

判斷為新增的條件是：

判斷為伸縮的條件是：

式中，ARC表示面積容差，CC表示地理國情本底數(shù)據(jù)要素分類代碼，CC1表示地理國情監(jiān)測數(shù)據(jù)要素分類代碼，PIArea.Area表示經(jīng)過疊置分析后生成的面，Shape_Area為地理國情本底數(shù)據(jù)要素面積，Shape_Area1為地理國情監(jiān)測數(shù)據(jù)要素面積。根據(jù)《基礎(chǔ)性地理國情監(jiān)測檢查驗(yàn)收與質(zhì)量評定規(guī)定》（GQJQ11-2017）中規(guī)定，相鄰多邊形之間不存在大于0.01m的重疊、縫隙等拓?fù)溴e(cuò)誤。為提高檢測精度，本次ARC取值范圍設(shè)定在0.001～0.01m之間。

五、方法應(yīng)用

以丹東市四個(gè)測區(qū)的2019年地理國情地表覆蓋監(jiān)測數(shù)據(jù)生產(chǎn)為例，利用自動(dòng)識別變化信息的方法進(jìn)行測試（表1）。

表1 自動(dòng)識別地表覆蓋變化信息統(tǒng)計(jì)表

從結(jié)果中可以看到四個(gè)測區(qū)的總變化率在30%～40%之 間 ，耗時(shí)總體保持在30分鐘左右，處理時(shí)間較短，效率較高。

利用國家下發(fā)的質(zhì)檢軟件對自動(dòng)識別結(jié)果進(jìn)行檢查（表2）。從結(jié)果中可以看出，此方法正確率比較高。

表2 自動(dòng)識別地表覆蓋變化信息正確率統(tǒng)計(jì)表

六、結(jié)語

針對地理國情監(jiān)測項(xiàng)目中數(shù)據(jù)量大、數(shù)據(jù)類型多、屬性信息豐富等特點(diǎn)，利用數(shù)據(jù)的空間信息和屬性信息特性，采用疊置分析技術(shù)，提出了一種自動(dòng)提取地理國情地表覆蓋變化信息的的方法。利用元寶區(qū)、振興區(qū)、振安區(qū)和東港市4個(gè)測區(qū)的地理國情地表覆蓋數(shù)據(jù)進(jìn)行了生產(chǎn)驗(yàn)證，結(jié)果表明，此方法不僅流程清晰、原理簡單，而且操作性強(qiáng)、執(zhí)行效率高，大大提高了工作生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。此方法對地理國情監(jiān)測項(xiàng)目的數(shù)據(jù)更新有著重要的參考價(jià)值。