關于新型基礎測繪的思考

喬朝飛

（1.自然資源部測繪發展研究中心，北京 100830）

基礎測繪是為經濟建設、國防建設、社會發展和生態保護服務的一項重要公益性事業。目前，關于新型基礎測繪的內涵仍處在探討過程中。筆者曾于2017年撰文[1]分析了技術進步給基礎測繪帶來的影響，提出了發展新型基礎測繪的有關建議。近年來，自然資源部大力推動新型基礎測繪建設，在上海、武漢等城市開展了相關試點。隨著新型基礎測繪試點的推進，對其的認識也逐漸深入，本文擬再次就新型基礎測繪的建設問題進行探討，以拋磚引玉，促進對新型基礎測繪內涵認識的深入。

首先分析了新時代對新型基礎測繪提出的新要求，研究了新型基礎測繪的核心內容和主要任務與現有基礎測繪相比是否發生變化；然后從問題導向入手，分別探討了新型基礎測繪的數據體系和管理模式；最后指出新型基礎測繪的“新”體現在哪些方面。

1 新時代賦予新型基礎測繪的新要求

當今世界正經歷百年未有之大變局，我國經濟社會發展已進入新時代，黨的十九屆五中全會提出，要加快構建以國內大循環為主體、國內國際雙循環相互促進的新發展格局。

新時代為新型基礎測繪賦予了新的要求。堅持創新驅動發展，要求大力加強基礎測繪相關的基礎理論研究，研發適應信息和通信技術（ICT）時代的地圖理論、新型地理信息數據模型等，實現更多從0到1的原始創新。發展數字經濟，建設數字中國、智慧城市，要求基礎測繪提供權威、高效、統一的數字“基底”。建設生態文明，開展自然資源調查監測，編制和實施國土空間規劃，要求基礎測繪提供統一的空間位置、空間關系和空間表達方式，并實現從二維到三維的升級。

2 新型基礎測繪的核心內容和主要任務

在討論新型基礎測繪的內涵時，首先要明確一個問題；新型基礎測繪的核心內容和主要任務與現有基礎測繪相比是否有所不同？

2.1 核心內容

2017年新修訂的《測繪法》中對基礎測繪的核心內容進行了明確規定，主要包括；①建立全國統一的測繪基準和測繪系統；②開展基礎航空攝影，獲取基礎地理信息的遙感資料；③測制和更新國家基本比例尺地圖、影像圖和數字化產品；④建立和更新基礎地理信息系統。這一規定中隱含了從構建測繪基準、到測制基本比例尺地形圖、再到建庫的一整套生產流程。

綜觀國外，各國官方制圖機構從事的地形圖生產等活動雖然不叫“基礎測繪”，但其性質與我國基礎測繪基本相同。主要發達國家大地測量機構的核心內容依然是維護本國高精度測繪基準和測繪系統，這些國家的官方制圖機構生產的產品主要仍為紙質和數字式系列比例尺地形圖。美國民用地理信息數據主要由美國地質調查局（USGS）生產。USGS最重要的測繪產品是“國家地圖”（The National Map），包含11種主要產品和服務，包括邊界、高程、地名、水文、土地覆蓋、正射影像、構筑物和交通等信息。“國家地圖”的數據大部分來源于具有8個基礎數據層的1∶2.4萬比例尺地理信息數據[2]。加拿大官方生產的地形圖主要包括1∶5萬和1∶25萬兩種比例尺。英國官方測繪機構英國軍械測量局生產的“主地圖（Master Map）”包括地形層、高速公路網、綠色空間層、水系網和影像層5種數據，其中地形層是對英國地貌最詳細和準確的描述，包含道路、田野、建筑物、樹木、柵欄和路徑等信息，比例尺為1∶1 250～1∶1萬[3]。法國地理院生產的影像地圖的比例尺為1∶2.5萬～1∶100萬[4]。荷蘭官方生產的地形圖的比例尺為1∶5 000～1∶150萬[5]。德國聯邦制圖和大地測量局生產的地形圖比例尺為1∶2.5萬～1∶100萬[6]。這些國家生產的數字產品類型仍以DLG、DEM、DRG等4D產品為主。

2018年自然資源部成立，基礎測繪工作要適應自然資源管理工作的相關需求。基礎測繪工作與自然資源管理工作二者既有聯系，又相互區別。自然資源管理需要基礎測繪提供技術支持。美國、加拿大、澳大利亞等發達國家的自然資源管理工作十分先進，這些國家的基礎測繪也依然與自然資源管理保持相對獨立。

因此，無論是依據《測繪法》的規定，還是參考國外的做法，新型基礎測繪的核心內容與原有基礎測繪是相同的。

2.2 主要任務

那么，新型基礎測繪的主要任務與原來相比是否發生了變化呢？

《測繪法》中規定了基礎測繪的核心內容，并未對基礎測繪的主要任務進行明確規定。《全國基礎測繪中長期規劃綱要（2015-2030年）》中指出了新型基礎測繪的主要特征，即“全球覆蓋、海陸兼顧、聯動更新、按需服務、開放共享”[7]。這5個特征分別描述了基礎地理信息覆蓋范圍、更新方式的變化以及基礎測繪服務模式的變化。

以往基礎測繪的覆蓋范圍是陸地國土，沒有涉及海洋，也沒有涉及國外，因此新型基礎測繪的主要任務需進行拓展，實現“全球覆蓋”和“海陸兼顧”。

問題是研究的起點、創新的起點。分析新型基礎測繪的內涵，應以問題為導向。歸納起來看，以往基礎測繪被用戶詬病最多的問題主要有兩個；①基礎測繪成果不好用，如要素偏少、格式單一等；②分級管理導致重復測繪，浪費財政資金。第一個問題涉及基礎測繪的生產力，第二個問題涉及基礎測繪的生產關系。生產力決定生產關系，因此本文先探討生產力——新型基礎測繪的數據體系，再探討生產關系——新型基礎測繪的管理模式。

3 新型基礎測繪的數據體系

3.1 信息時代的地圖學

新型基礎測繪的數據體系與地圖直接相關。地圖是精心設計的工具，用于在事物空間關系中記錄、計算、顯示和分析事物。地圖最基本的作用是把地球表面的事物收入視野[8]。地圖是根據人類認知習慣對地球表面的抽象，已去除了影響人們讀圖的冗余信息和噪聲信息，還增加了一些地球表面沒有的信息，如境界線等，具有高度的科學性。千百年來，人們的認知已習慣于二維地圖，因此要想改變人們對二維平面地圖的認知習慣，絕非易事。影像地圖是從空中視角觀察地面形成的結果，且其上地表各類要素沒有經過抽象加工，若直接給普通人一幅影像圖，由于噪聲太多，又沒有綜合后的圖形符號，反而不能很容易地識別出各類地理要素。

近30 a來，ICT迅速發展，數字技術給地圖帶來了信息空間的數字自由[9]。與紙質地圖相比，數字地圖具有4種動態性；圖形是動態的、版本是動態的、介質是動態的、完成度是動態的[1]。數字地圖實現了傳統地圖從二維到三維的轉變，表達更為靈活多樣，且突破了比例尺的限制[9]。然而，從本質上看，目前的ICT給地圖學帶來更多的是地圖“表達”上的突破，而并未給地圖學理論帶來新的實質性突破。一些地圖學、地理學領域的專家正在探索數字時代地圖新的內涵和表達方式，如探索場景學作為地圖學新理論的可能性[10]。

傳統地圖學的理論框架和技術核心是地圖投影、地圖綜合和符號系統[9]。這是一套嚴謹的科學體系，支撐著地圖成為人類認識世界、改造世界的有力工具。目前，地圖學理論尚未出現新的實質性創新，傳統二維地圖的理論根基依然不可動搖。

3.2 數據體系的拓展

現有基礎測繪存在的一個弊端是成果不好用，如要素偏少、格式單一等。解決該問題需分別從信息采集和提供服務兩個方面入手。

1）信息采集端。受圖幅大小所限以及使用的需要，傳統地形圖上一般顯示地貌、水系、土質植被、居民地、道路、行政境界等常見的地理要素。在信息化時代，地圖的信息承載量大幅提升，地形圖上所表示的地理要素種類可大幅拓展和增加，如城市中的大量興趣點要素可增加至地理信息數據庫中。此外，傳統地形圖只表示地球表面以上的自然和人文地理要素，今后可加入地球表面以下的地理要素，如城市的地下管網數據、人防工程數據等。

2）服務端。《全國基礎測繪中長期規劃綱要（2015-2030年）》中指出新型基礎測繪的特征之一是“按需服務”。“按需服務”和“按需測繪”是兩個不同的概念，前者是指后端的服務，是在基礎測繪成果上“再加工”所形成的產品和服務，而不是基礎測繪成果本身；后者是指前端的數據采集，是按照用戶的要求有選擇地采集地理信息要素。由于基本比例尺地形圖是一種普適性的產品，其滿足的是不同用戶的通用需求，因此基礎測繪在數據采集時不存在“按需測繪”的問題。“按需服務”的提出，主要是為了解決基礎測繪成果不好用的問題。在模擬地圖時代，紙質地形圖一旦生成就無法更改，很難滿足用戶更多、更精細的需求；而在現代ICT的支持下，則可實現“按需服務”，如可通過分層技術，將用戶需要的地理要素分層提出、顯示，使用戶可按“菜單”“點菜”。

基礎測繪要真正實現“按需服務”，是一個艱難的過程。首先，向社會提供公益服務的測繪事業單位必須要轉變觀念，切實秉承以用戶為中心的理念，放低姿態。很多時候，用戶并不知道自己的需求在哪里，這就要求切實加強地形圖等理論基礎研究，研究ICT時代地圖的數字建模、表達等，給用戶提供顛覆性的新型基礎地理信息產品。其次，要建立有關需求獲取機制，深入了解不同領域用戶對基礎測繪成果和服務的實際需求，根據需求逐步改善成果形式和服務方式。最后，要建立用戶反饋機制，及時獲取用戶對成果和服務的意見、建議，并在此基礎上不斷改進成果和服務。

自然資源部成立后，測繪地理信息工作融入自然資源管理工作大局。作為測繪地理信息工作的核心內容之一，基礎測繪工作需要更好地為自然資源統一管理提供支撐和保障。因此，需要針對自然資源管理工作的實際需求，研發新型基礎測繪產品；開發能夠靈活表達各類主要自然資源的地圖符號，以及能夠動態表達各類自然資源變化狀況的地圖產品，為自然資源調查監測、確權登記和開發利用等工作提供有力支撐。

3.3 關于地理實體的討論

原國家測繪地理信息局在上海和武漢開展新型基礎測繪試點時，把地理實體作為一個探索的重點。原國家測繪地理信息局在國測函[2017]127號《關于上海市新型基礎測繪試點項目立項的批復》中，建議上海圍繞云計算、物聯網、大數據等高新技術在基礎測繪工作中的應用創新，開展基于地理實體的全息地理時空數據獲取、處理、建庫、管理和分析等試點工作，拓展地理信息要素內容，建設新型基礎地理信息時空數據庫，并形成相關標準規范。

地理實體的內涵目前尚在探索中。筆者理解，地理實體是地球表面和地表下各類由人們主觀所定義的獨立要素。正如地圖上的各類符號是對現實世界的抽象一樣，地理實體也是對現實世界的一種抽象。大者如珠穆朗瑪峰、長江都可作為一個實體，小者如城市中的井蓋、路燈也可被視為一個實體。長江等大實體又可細分為許多小實體，如長江的各支流均可視為一個實體。由于地理實體的劃分具有高度的主觀性，因此不同的人對地理實體的定義可能大相徑庭。事實上，在現有生產方式下，采集基礎地理信息時已經是按要素進行的，與按地理實體采集是類似的。

在基礎測繪現有的分級管理模式下，不同比例尺地形圖所采用的生產方式是不同的。國家和省級中小比例尺地形圖主要是利用攝影測量方式，基于航空航天遙感影像生成；城市級別的大比例尺地形圖則主要采用地面實地測量的方式。上海和武漢試點中生產的是城市區域大比例尺基礎地理信息數據，在數據采集階段由作業人員決定應采集哪些地理實體，可能會由于作業人員的不同而不同。新型基礎測繪的試點選在上海和武漢兩個城市，而基礎測繪的重點則是在省和國家兩級。將城市的試點成果向省級和國家級推廣，還有很多工作要做，如在城市大比例尺地形圖上可顯示的地理要素，很多時候并不能在中小比例尺地形圖上顯示，這就需要大量的地圖綜合過程。

基礎測繪業務是建立在完備的包括地圖學在內的測繪學科理論基礎之上的，傳統地圖學盡管在ICT時代面臨諸多新的挑戰，但時至今日，傳統的二維地圖仍是描述現實世界最好的模型和工具。在新的能夠替代傳統地圖學理論的新理論出現之前，現有基礎測繪的理論根基不會發生太大的變化。

3.4 新型基礎測繪數據體系構建的技術基礎

新型基礎測繪需要新的技術體系支撐。在基礎測繪生產中應融合應用大數據、云計算、人工智能、5G、國產密碼和區塊鏈等高新技術手段，構建新的基礎測繪技術體系和工藝流程。適應測繪技術智能化的發展方向，新型基礎測繪建設中應借助人工智能等新技術、新手段，歸納提煉環境感知、空間認知等自然智能和先驗知識，將其融入基礎地理信息數據獲取、處理、分析服務的過程中[11]。

實景三維中國近年來受到測繪地理信息業界的熱捧。《自然資源部信息化建設總體方案》中要求建立全覆蓋的三維自然資源數據底板[12]。今后應深入開展對三維數據模型的研究，研究建立科學嚴謹的表達現實世界的三維數據模型，以及如何從三維數據中提取出二維地形圖，便于實際使用。地圖上二維實體的空間關系分析具有嚴謹的科學理論支撐；而目前的實景三維數據僅能起到展示作用，無法反映三維實體之間的空間關系，未來需在三維實體空間關系建模方面加強研究。在生產模式方面，應探索建立基于行業縱向和部門橫向的數據統籌共享、基于互聯網的眾源獲取和基于大眾的眾包采集等生產組織方式。

4 新型基礎測繪的管理模式

基礎測繪現有的分級管理模式，是與國家的分稅制密切相關的。1994年我國開始實施分稅制財政管理體制，以事權劃分為基礎來劃分中央與地方政府間的財政支出，按稅種的歸屬來明確中央與地方政府間財政收入的范圍，同時輔之以財政轉移支付制度。與分稅制相適應，1997年基礎測繪實行分級管理、分級投入，對推動全國各地的基礎測繪建設起到了積極作用。2017年新修訂的《測繪法》中進一步明確；國家對基礎測繪實行分級管理。2016年國務院發布了《關于推進中央與地方財政事權和支出責任劃分改革的指導意見》，2019年9月國務院印發了國發［2019］21號《實施更大規模減稅降費后調整中央與地方收入劃分改革推進方案》，旨在進一步理順中央與地方財政的分配關系，穩定分稅制改革以來形成的收入劃分總體格局。可以確定的是，今后相當長的時期內，基礎測繪的分級管理體制依然保持不變。

在分級管理體制不變的前提下，如何改進基礎測繪現有的生產模式呢？不妨借鑒一下第一次全國地理國情普查的工作模式[13]。

2013-2015 年我國開展了第一次全國地理國情普查，按照“全國統一領導、部門分工協作、地方分級負責、各方共同參與”的原則組織實施，所需經費按工作任務由中央財政和地方財政分別承擔[14]。在任務實施上，國家層面的主要任務是負責建立普查的生產組織體系和技術標準體系；統籌航空航天遙感資料獲取；建立質量控制體系；幫助中西部貧困地區完成地理國情普查工作；匯總各省（區、市）普查信息，建設全國地理國情本底數據庫；開展重要地理國情信息的綜合統計和分析評價等。省級層面的主要任務是按照統一要求和有關標準，開展本地區地理國情普查底圖制作、數據處理、數據庫建設；做好本地區普查成果的檢查驗收和匯總上報；完成本地區數據處理、統計分析等[15]。

綜上所述，在地理國情普查的組織實施中，國家層面的主要任務是全面統籌，包括制定標準、統籌購買影像資料、幫助困難地區完成工作、建設全國本底數據庫等；各省的主要任務是完成本地區的地理國情普查任務、保障本地區普查成果的質量等。

以第一次地理國情普查工作的組織實施方式為借鑒，新型基礎測繪可采用類似的分級管理模式。在國家和省級分工上，國家層面主要負責全面統籌，包括建立全國統一的測繪基準和測繪系統，統籌獲取基礎地理信息的遙感資料，建立質量控制體系，幫助困難地區完成基礎測繪工作，建設全國基礎地理信息數據庫等；省級層面主要負責完成本地區的基礎測繪任務，包括按照統一標準開展本地區基礎地理信息獲取、數據處理、數據庫建設，做好本地區基礎地理信息成果的質量檢查驗收和匯總上報等。在這種模式下，需要確定一個科學合理的數據采集尺度（如1∶2 000）。國家和各省份基礎測繪所需經費由各自的工作量決定。國家擁有全國基礎地理信息數據成果的分發權，各省擁有本地區基礎地理信息成果的分發權，既避免了重復建設，又確保了基礎地理信息成果的共建共享。在省和市縣分工上，同樣可采取上述分級管理方式。省級層面主要負責所屬各市縣基礎測繪生產任務的統籌，各市縣主要負責完成本地區大比例尺（1∶500）基本地形圖的生產。省和市縣基礎測繪所需經費由各自的工作量決定。

5 結 語

新型基礎測繪的“新”究竟體現在哪些方面，不同的專家看法不一[16]。基于上述討論，新型基礎測繪的“新”除了體現在“全球覆蓋”、“海陸兼顧”、“按需服務”上以外，在數據體系方面，未來的創新將是從二維向三維的跨越，并實現智能化生產；在管理模式上，新型分級管理模式能減少重復測繪，還可促進各級測繪地理信息部門之間數據的共建共享。