北京市地理國情常態化監測(2020年度)

耿源浩 莊 園 董建芳 林 桐 靳子航 陳潔然

(1. 北京市測繪設計研究院, 北京 100038；2. 城市空間信息工程北京市重點實驗室, 北京 100038)

0 引言

開展地理國情監測,是黨中央、國務院在新時代對測繪工作提出的新要求。2015年第一次地理國情普查成果在北京市總體城市規劃、各個層面的詳規以及控規編制中發揮了至關重要的作用。在地理國情常態化監測后的數年間,地理國情監測成果在城市規劃實施監管、環境保護與治理、自然資源負債表編制等多個領域得到應用。

2020年1月17日自然資源部印發《自然資源調查監測體系構建總體方案》[1],結合《自然資源調查監測司2020年工作要點》《2020年全國地理國情監測實施方案》《北京市規劃和自然資源委員會關于加強地理國情監測工作的意見(試行)的通知》等相關文件要求,北京市規劃和自然資源委員作為項目承擔單位開展2020年工作部署。地理國情監測將3S各獨立技術中的相關部分進行有機集成,借助通信、云計算以及互聯網等技術將地理空間信息與環境信息進行高效、可靠的結合并向縱深發展。地理國情監測工作的開展帶動了周邊技術快速發展,例如北斗衛星導航定位技術、大數據挖掘技術、遙感圖像解譯技術、深度學習技術等。

1 監測概況

1.1 監測范圍

2020年北京市地理國情監測范圍為北京市全市域,包括16個行政區[2]。

1.2 監測目標

在地理國情監測工作的技術框架下,利用最新的遙感數字正射影像成果[3],基于外業調查與核查成果、遙感解譯樣本成果,結合多行業專題數據,對北京市地表覆蓋、城市要素、人工建(構)筑物等地理時空信息進行采集與更新。在滿足國家監測的基礎上,結合北京市實際情況,對于重點要素開展專題性監測,包括但不限于交通、水務、房屋和生態環境等方面[4]。相關成果根據需要邊監測邊提供、邊分析邊應用,滿足城市總體規劃、運維管理、城市更新[5]等北京城市及細化管理[6]與建設需要。

2 項目特色

2.1 北京特色地理國情監測內容指標體系

地理國情監測是對地表構成的環境、生態和人文等各種條件因素的地理空間分布、時間演變情況以及彼此相互關系進行宏觀性、整體性、綜合性調查、分析和描述形成的結果[7]。北京市面向通用目標、綜合考慮多種需求而構建了北京市地理國情監測內容與指標[8],其中包括了10個一級類,63個(國家60個、北京增加3個)二級類,176個(國家147個、北京增加29個)三級類,57個四級類(國家不設四級類)[9]。

2.2 北京城市重點區域統計分析

圍繞新版總體規劃實施與評估[10]、非首都功能疏解、城市副中心建設、京津冀協調發展等重大戰略[11]。開展對城市副中心、首都功能核心區、三城一區等城市重點地區的進行重點監測內容調研、綜合統計分析、專項應用等研究分析工作[12]。

2.3 監測成果分級式應用管理

涉密版包括本年度地理國情監測全要素成果,用于提交國家驗收,委內大數據中心管理歸檔。

政務版的主要用途為分發北京各市屬委辦局及下屬行政部門,此版數據主要服務于非首都功能疏解、健全城市管理體制、創新城市治理方式,以及自然資源管理宏觀分析等自然資源管理工作。

公眾版借由天地圖,即地理信息綜合服務網站平臺,向公眾提供在線地理信息空間位置服務[13],為社會公眾的工作和生活提供方便。

3 工作技術方法

3.1 總體流程

地理國情監測采用內外業結合的方法,利用2021年4—6月為主的遙感影像,開展影像制作,變化發現、內業解譯、外業調查與核查、空間數據統計分析等方法與手段,開展林草資源和城市要素、人工建(構)筑物的監測,形成2020年北京市地理國情信息數據庫。開展統計與分析,結果支撐自然資源相關管理工作。地理國情監測的技術流程如圖1所示。

3.2 影像處理

以有利于準確采集變化信息為基本原則,綜合發揮更高分辨率和更佳時相優勢,統籌選擇主要影像數據源和補充影像數據源。一景影像不能反映實際問題時,充分考慮使用不同條件的多種遙感影像[14],以便于信息采集中提高識別地物和確定地物界線的準確度。

3.3 變化信息采集

變化區域識別采用兩種方式相互補充的方式進行采集,一是將已有成果數據通過疊加分析的方式,通過人工影像解譯識別變化區域；二是基于同源多時相遙感影像,利用深度學習技術,實現遙感圖像自動解譯的方式進行變化區域檢測。需要多期影像對照以便識別變化區域時,應充分利用2019年以前的影像成果。

3.4 外業調查與核查

外業應充分利用基于北斗衛星開發的便攜式電子設備調查系統。外業調查與核查(圖2)過程中,應及時對所有通過外業手段形成的數據成果進行整理,形成包括外業路線、目標區域照片、外業調繪成果以及元數據層等數據結果。

圖2 外業調查與核查工藝流程圖

外業人員應將外業形成的數據結果及時提交到內業編輯整理環節,確保交接、溝通到位,并有責任協助和督促外業成果在內業編輯整理中得到準確、完整的應用,與內業人員共同對最終成果數據質量負責。

節點功能主要是進行CO2及溫度的采集,節點是由微控制器模塊MCU(Microcontroller Unit)、電源(source)、無線通信模塊RF(Radio Freqency)和傳感器模塊(sensor)組成,其中MCU采用極低功耗的stm8系列單片機作為數據采集器處理單元的核心,并根據需求構建了外圍電路;通信模塊采用基于WIA-PA技術的無線模塊,此模塊由中國科學院沈陽自動化研究所自主研發。節點硬件結構圖如圖2所示。

3.5 統計分析

依據《地理國情監測基本統計技術規程》,結合2017—2019年地理國情監測統計分析的工作經驗,充分利用生產過程中記錄的變化類型等信息,應用基本統計軟件系統；完成數據準備、指標計算、統計數據平差處理以及統計單元平差處理,構建“1+N+16”的統計分析體系。

圍繞新版總體規劃實施與評估、非首都功能疏解、城市副中心建設、京津冀協調發展等重大戰略、重點規劃、重點工作開展城市重點監測內容調研、綜合統計分析、專項應用等分析工作。

4 成果應用

項目形成了包括2020年版地理國情監測數據庫和統計分析成果數據庫。2020年版地理國情監測數據庫包含2020年監測中形成的各類遙感影像數據、地表覆蓋數據、全市重要城市要素數據、全市影像解譯樣本、元數據、地理市情監測數據、干涉合成孔徑雷達(interferometric synthetic aperture radar,InSAR)數據成果以及更新后的全市交通網絡、水域網絡等數據；統計分析成果數據庫包含基本統計和綜合統計分析形成的各類結果數據。為城市規劃、城市運維、城市更新等工作提供了統一的地理空間公共信息基底。

4.1 新版城市總體規劃

本次城市總體規劃深入貫徹習近平總書記系列重要講話精神和治國理政新理念新思想新戰略,堅持以習近平總書記兩次視察北京重要講話精神為根本遵循,立足首都城市戰略定位,著眼于新的歷史時期首都發展的新要求、新期待[15]。新版城市總體規劃指出“新中國成立以來北京城市發展的成功經驗,明確發展目標和城市規模,科學規劃城市空間布局?！睘橥瓿蛇@一目標,摸清全市的地理國情家底成為重點內容。

4.2 疏解整治促提升專項行動

在2017—2020年期間,北京市在全市范圍內開展了為期數年的“疏解整治促提升”專項整治行動,隨著專項工作的逐漸深入,在2016年前后,違法建設違法用地專項整治工作作為“疏解整治促提升”專項行動十項工作內容的首項任務,利用北京市地理國情監測數據以及其他相應參考資料,基于衛星街景歷史影像數據核查全市建筑增量,基于影像紋理,監測分析北京市疑似違法建筑總量,協助北京市相關部門制定每年拆除房屋規模年度計劃。

4.3 城市精細化管理

隨著京津冀協同發展的推進,城市向高質量發展邁進,對城市空間的治理要滿足精細化管理需求,城市空間作為減量提質發展的核心“綠色”內容,主要包括城市減量控制、精細治理、綠色生態、人居品質等方面的內容,極致體現了減量提質發展的“減”“精”“綠”“質”。在復雜環境、大尺度、高頻率的城市區域開展空間監測是一項具有挑戰性的工作。北京市的地理國情監測指標體系支撐了北京市在減量發展的前提下,同相關城市規劃管理部門一道找到適合的城市規劃管理應用切入點,梳理城市規劃及治理業務流程,創新應用服務模式，整合現有城市規劃管理資源。

4.4 生態文明建設

黨的十八大以來,以習近平同志為核心的黨中央將生態文明建設納入中國特色社會主義事業“五位一體”總體布局,把“美麗中國”作為生態文明建設的宏偉目標,開展了一系列根本性、開創性、長遠性工作,我國生態環境保護發生了歷史性、轉折性、全局性變化。利用地理國情監測成果進行現狀和時間序列分析,得到生態用地的現狀、歷史地類分析，生態用地疑似違法圖斑的現狀、歷史地類分析。

5 結束語

在自然資源統一調查監測評價框架下,北京市地理國情監測工作在滿足國家要求的基礎上,結合北京市城市規劃與城市管理的需求,在自然資源調查“兩統一”的大背景下,摸索了一套地理國情監測工作的調查與應用服務體系。

北京市從2016年起對地理國情信息的獲取進入常態化監測階段,經過歷年積累摸清了北京市自然、生物和人文等各種資源的分布以及存量情況。隨著不斷對地理國情監測數據成果的挖掘,其成果已經在多個領域得到應用,在生態文明制度建設中發揮了不可或缺的作用。

地理國情監測成果大多應用于城市管理、城市規劃以及各級政府管理層面,隨著應用領域所涉及的內容越來越廣泛,對于面向社會需求,仍需擴充指標體系以達到滿足社會面要求的標準。隨著地理國情監測應用逐步朝著“更深”“更廣”的目標前進,現階段亟須對基于地理國情監測成果的應用進行梳理,理清現有應用的廣度、深度以及存在的不足,為后續推進地理國情常態化監測提供方向指導。