超大城市空間信息普查技術體系研究與應用

劉美蘭，楊 珩，蔡忠亮

（1.上海市測繪院，上海 200063；2.武漢大學，湖北 武漢 430079）

根據國務院2014 年11 月發布的《關于調整城市規模劃分標準的通知》，以城區常住人口為統計口徑，將城市劃分為五類七檔，1 000 萬人口以上的為超大城市。目前我國擁有北京、上海、廣州、深圳四座超大城市。

城市空間信息的內容十分豐富，包含了公共設施、道路交通、企業單位、河流濕地等數10 個類別。超大城市的空間信息具有密度大、種類多、變化快的特點，空間信息普查需要獲取空間對象的位置坐標、地理編碼、屬性信息、實地照片等多種信息[1-3]，為滿足超大城市空間信息普查的數據快速獲取處理和應用要求，將傳統測繪技術與互聯網大數據、移動計算、云計算等現代信息技術相融合，形成一套完整的空間信息普查與應用技術體系。

1 需求分析

1.1 滿足多精度空間信息獲取的需求

不同的用戶部門在各項普查任務中對空間信息的獲取精度有著不同的要求，有些要求的數據精度在10 m 級，比如地名普查實地采集精度不低于20 m；有些要求滿足亞米級或cm 級精度，例如地名標志普查要求路牌的定位精度在1 m 以內。

1.2 普查生產信息化組織與數據入庫的需求

傳統的普查作業組織方式一般是按照片區或行政區劃進行任務分配，現場人員的作業方式通常是紙質資料結合數碼設備。而普查目標并不是平均分布在各個片區的，普查部門需要一種基于信息化的作業組織模式和作業方式，以提高普查作業效率，降低普查成本。同時，信息化的作業流程需要能夠實現外業數據的自動入庫。

1.3 滿足空間信息大數據存儲與管理的需求

超大城市空間數據密度大，普查任務的成果數據同時具有大數據和時空數據的特征。如何設計普查大數據成果的存儲方式；如何對普查大數據進行有效存儲和管理；如何使普查成果數據庫滿足后普查階段成果應用的需要；如何對普查時空數據進行存儲和更新，都是普查技術部門需要解決的問題。

1.4 滿足空間信息資源普查成果的應用需求

空間信息資源的普查成效在于應用。普查部門對于成果應用的需求是多元化、面向多種應用場景的。從產品形式上來說，成果形式包括地圖產品、數據服務、軟件產品、輔助決策報告等。從創新角度來說，既有傳統測繪產品的需求，也有創新成果應用的需求。

2 研究內容

2.1 基于信息化測繪的多元專題普查技術體系

建立了基于信息化測繪的多元專題普查“三體系”，包括基于移動定位、無人機、激光點云等設備的現代化信息測繪技術體系、多元專題普查內容體系、普查數據標準規范體系。

數據標準規范體系解決普查工作的數據標準化和一致性問題，普查內容體系將普查工作分解和細化為可量化的數據需求，信息測繪技術體系實現普查工作的高效化和信息化。“三體系”模式三管齊下，為超大城市精細化管理所需的各項專題普查任務提供了綜合性解決方案[4-5]。

2.2 數據業務驅動的信息生產內外業協同機制

設計數據業務驅動的內外業協同生產機制，按照數據生產步驟，包括內業數據融合與預處理、外業數據核查智能劃區與任務分配、基于信息流的外業數據生產業務流設計、數據多平臺無縫流轉與安全保密處理，數據一鍵入庫等。協同機制以內業為主、外業協同的方式，利用現代通信技術、移動互聯網技術、跨平臺空間數據庫技術，提升內業效率，降低外業工作量，實現整個工作流程的無紙化、自動化和智能化[6]。圖1 為地名普查中使用的內外業協同軟件。

圖1 上海市第二次全國地名調查軟件

2.3 多源數據融合與時空大數據管理方法

城市空間信息資源可以分為兩類，一類是未被采集過的信息，需要到現場采集獲取；一類是已經被采集的信息，以不同的數據結構格式存儲于不同的數據源中。對于后者，研究異構多源地理信息數據的整合，利用1∶500 基礎地形圖、高分影像、地名地址數據庫、地圖數據庫、地理國情數據庫以及互聯網開放大數據，基于統一的空間數據標準與數據結構，實現數據的空間-語義融合。同時，在實現了時空數據庫的基礎上，還研究了數據動態監測與更新機制，滿足應用部門對時空大數據管理實時化、時序化與動態化的需求[7-8]。

2.4 自主可控的普查與應用技術平臺

研制了全面覆蓋數據融合、現場調查、作業管理、質檢、入庫到成果應用等核心業務環節的普查與應用技術平臺，實現了普查GIS 平臺與應用的全面自主可控[9-10]，有力支撐各類重大國情國力普查任務。

在應用服務的系統架構方面，實現了一種基于全開源架構的地理信息應用與服務解決方案。在操作系統、數據庫、空間技術引擎、Web 服務器、地圖服務器、服務器應用程序、Web 應用框架、空間數據網絡交換格式、空間信息網絡服務標準等環節全部打通，形成了全開源架構的技術體系[11-12]。基于時空數據庫和全開源架構提供空間信息應用與服務，大幅節省軟件授權費用，取得了良好的經濟效益。同時，由于架構中所有環節源碼的開放，整體架構更具靈活性和擴展性，能夠適應用戶需求的多樣化和快速變化，圖2為基于全開源架構研發的人口普查技術平臺。

圖2 上海市第七次全國人口普查GIS 平臺

2.5 面向行業的多層次普查成果應用模式設計與實踐

解決基于測繪技術的專題普查成果的應用模式及產品設計問題，利用普查數據成果，可為行業用戶提供4 個層次的產品與服務:數據級服務、測繪產品（地圖等）服務、軟件（功能）服務、行業輔助決策/頂層設計服務。

建立了以需求為導向的應用服務體系，實現了空間信息服務主體的大眾化、服務形式的智能化、服務行業的多樣化、服務功能的集成化。

在服務主體層面，應用體系的服務對象不僅包括傳統的行政審批部門、政務應用部門、還利用微信公眾號、二維碼等方式為公眾提供信息服務。在服務形式層面，開發了應用系統、API 接口、定制服務、分析報告、紙質地圖（冊）等多種產品供用戶選擇。在服務功能層面，實現了瀏覽、查詢、上傳、下載、計算統計、時空比對、標繪輸出、大數據展示8 個基本功能的定制與集成。在服務行業層面，目前已覆蓋國土管理、環境保護、經濟統計、城市安全等多個領域[13-14]。圖3 為地理國情普查成果應用系統，圖4 為第二次污染源普查成果系統。

圖3 地理市情成果應用系統

圖4 第二次污染源普查成果發布應用系統

3 應用實踐

本文的研究成果已經成功應用于“上海市第一次地理國情普查”、“上海市第二次全國地名普查”、“上海市第二次污染源普查”、“上海市第七次人口普查”等項目中，極大提升了普查工作效率和信息化程度，為多個政府部門的時空數據管理工作提供了重要支撐，取得了良好的經濟效益和社會效益。實踐證明，以“三體系”模式為理論指導，在數據流驅動的內外業協同機制下進行實施的解決方案，對于涉及空間信息的專項普查工作具有普遍適用性。

4 結 語

本文研究的空間信息普查技術體系是在實踐中逐步完善形成的，未來也將跟隨實踐需求的發展而不斷拓展。當前，全國性專項普查工作的成果應用越來越被重視。大部分普查任務都是幾年、甚至十幾年進行一次。如何建立完善的數據更新機制，保障兩次普查工作之間數據的時效性，滿足成果應用對數據的長期性要求，將是后普查階段的工作重點[15-16]。