1、浅谈地理国情监测,俞旭升,2011.6,福建省测绘院,一、何为地理国情监测？,二、开展地理国情监测的必要性,五、历史基础地理信息数据的挖掘,三、地理国情监测目标与任务,四、地理省情监测的试点及技术准备,内容,六、数据共享与地理国情监测,七、一些想法和建议,地理国情监测是综合利用全球卫星导航定位技术、航空航天遥感技术、地理信息系统技术等现代测绘技术，综合各时期已有测绘成果档案，对地形、水系、交通、地表覆盖等要素进行动态和定量化、空间化的监测，并统计分析其变化量、变化频率、分布特征、地域差异、变化趋势等，形成反映各类资源、环境、生态、经济要素的空间分布及其发展变化规律的监测数据、地图图形和研究报告
2、。地理国情监测通过对地理国情进行动态地测绘、统计，从地理的角度来综合分析和研究国情，为政府、企业和社会各方面提供真实可靠和准确权威的地理国情信息。,一、何为地理国情监测？,地理国情是从地理的角度分析、研究和描述国情，对构成国家物质基础的各种条件因素做出宏观性、整体性、综合性的调查、分析和描述。例如，对国土疆域概况、城市布局和城镇化扩张、孕灾环境与灾害分布等基本状况的调查、分析和描述等。地理国情综合反映了一个国家或区域人地关系的协调程度，是国家和地区科学发展、可持续发展、和谐发展的重要决策依据。地理国情是重要的基本国情，是国土疆域面积、地理区域划分、地形地貌特征、道路交通网络、江河湖海分布、土地
3、利用与土地覆盖、城市布局和城镇化扩张、生产力空间布局等自然和人文地理要素的宏观性、整体性、综合性体现。,地理国情大致包括三种信息： 感知信息、统计信息和分析信息。感知信息是直接或间接获取并能够直观地反映在地图、 遥感影像、GIS等介质上的地理信息，诸如地形、道路、水系、居民地等信息，皆属此类。统计信息是在感知信息的基础上，利用统计等技术手段统计分析所获得的数据，如：国土面积、湖泊面积等。分析信息是在通过对不同时间段的地理信息的动态监测，揭示监测对象的变化规律，分析其现实内涵与自身特点，预测其未来的发展演化趋势和方向。,地理国情信息可以分为基础地理信息、地理统计信息和地理演化信息。其中，基础地理
4、信息是能够直观地反映在地图、遥感影像等载体上的地理要素分布信息，主要包括地形地貌、道路交通、土地利用和土地覆盖等地理要素的分布信息，属于能够直接观测的对象型信息，也是基础测绘最主要的表述内容；地理统计信息是在地理信息的基础上，利用地理信息系统、数理统计等技术方法进行统计分析所获得的数据和信息，如国土面积、流域大小、道路长度以及各种地理实体的统计数据或数量信息；地理演化信息是在动态测绘基础上，获取时间序列的地理信息，通过统计和对比分析揭示监测对象的变化演进规律，并对监测对象未来的发展演化方向进行分析预测所形成的趋势信息，如城市化、草地退化、沙漠化及其它重要地理要素变化趋势等信息。,地理国情监测是
5、通过遥感、地理信息系统和卫星导航等高新技术手段，对地形地貌特征、道路交通网络、土地利用与覆盖、城市布局与城镇化、生产力空间布局等自然和人文地理要素信息进行动态获取、综合分析、实时发布和监控评估。这将为相关部门和地方制定政策提供科学依据，还可为灾害预警、资源消耗、污染物排放等提供监测信息，对土地利用、宏观调控、粮食安全等政策的实施效果进行监控和评价。 福建省应将地理国情监测列入“十二五”发展规划，深化数字福建建设，将集中力量监测中心城市和重点乡镇的建设布局及城镇化发展进程。陕北地区植被、水资源、沙漠、地表煤炭自燃点等分布状况及变化信息，秦岭地区的植被、水资源、道路交通、地质灾害和地表形态等，并将
6、对重点区域沉降变形情况，重点文物、重要建筑物和构筑物等进行监测。国家测绘局在3年试点期间将投入1亿元，支持陕西省遥感影像数据获取、测绘高新装备配置、技术创新与标准研究等工作。,二、开展地理国情监测的必要性,地理国情监测的内涵体现在两方面，一是地理国情监测的内容反映了基本国情，是政府部门宏观决策的立足点和依据之一；二是地理国情监测内容是基础测绘内容的深化，是测绘服务领域的拓展和测绘管理职能的进一步强化。现阶段强调开展地理国情监测工作，确定监测地理国情这个测绘未来发展方向，是国家测绘局着眼于服务大局、服务社会、服务民生，站在科学发展的高度，审时度势，做出的一项战略选择，具有重要的现实意义和深远的历
7、史意义。,2002年，USGS启动了地理监测与分析计划。其目标是：用量化方法描述美国和全球地表变化状态和趋势；分析过去、现在和将来对环境影响较大的地表变化情况，以支持对人类、环境、经济和资源的有效管理；对地表动态变化开展危险性和脆弱性评估，为资源利用和配置、防灾、减灾、抗灾和恢复重建提供科学决策依据；开发可靠实用的地理空间工具与方法，支持科学决策。该计划的两大主要国家级成果是国家地表覆盖数据库和地表覆盖现状与趋势报告，这些长周期监测分析成果不仅是USGS开展地理国情监测工作的基础，而且已成为美国国家以及任何区域环境评估的必要组成部分。,地理国情信息是科学发展的重要依据 地理国情信息不仅能够客观
8、、准确地反映地表特征和地理现象，而且能够反映地表变化情况及其相互关系，实现各类经济社会信息与地理信息的融合，综合反映国家自然资源、国家生态环境发展现状，成为制定国家和区域发展战略与发展规划的重要基础，是开展国民经济统计、城乡规划、重大战略和重要工程实施、工农业生产布局以及科学研究等工作的重要基础依据。及时获取地理国情信息，是推动经济社会科学发展的前提，对落实胡锦涛同志提出的“坚持以人为本，树立全面、协调、可持续的发展观，促进经济社会和人的全面发展”的科学发展观具有现实意义，对于提升政府部门管理决策的科学化水平具有十分重要的意义。,地理国情监测是管理决策的必要支撑手段 经济社会的快速发展加剧了地
9、表形态的变化，管理决策需要更加全面和及时地掌握地理国情变化信息。管理决策涉及的国家安全、信息战争、航天安全、海洋安全、抗灾救灾、交通安全、紧急救援、突发事故处理、探险、地震和地质灾害等等，都与地理国情紧密相关。必须利用地理国情监测手段，获取地表变化数据，加强信息集成整合与统计分析，为科学管理决策提供综合、客观、权威的地理国情数据支持，促进管理决策的空间化和科学化。,开展地理国情监测是实施“十二五”规划的需要 2011年是国家“十二五”规划开始实施的第一年，地理国情监测从地理空间的侧面，以测绘科技进步和创新作为重要支撑，侧重与国家经济结构战略性调整、保障和改善民生、建设资源节约型和环境友好型社会
10、及转变经济发展方式、推进区域协调发展等方面密切相关的地理空间信息开展监测，不断发现和揭示基本国情变化，为保障实现“十二五”时期经济社会发展主要目标作出贡献。,从国外测绘部门开展地理国情监测的成效看必要性 目前，国际上很多国家开展了地理环境动态监测的相关统计分析专项工作，并实施了一些重大行动计划，为我们提供了可借鉴经验，也体现了现实开展这项工作的必要性。美国内政部2011至2016年财政年度战略规划中，战略之四就是关于美国地质测量局（USGS）要为决策提供科学支持，要求为生态环境、气候变化、土地利用、能源矿产评估、环境健康、自然灾害和水资源等决策提供可信度高的、适当的、公正的研究报告，监测信息和
11、其他产品。USGS于2002年启动了地理信息分析和动态监测的5年计划，并一直持续进行。,欧盟和欧空局于1998年开始联合开展全球环境与安全监测计划，其目标是综合利用卫星、航空和地面观测站获得的信息，实现业务化的对地观测能力，提供土地监测、海洋监测、应急响应、大气监测和安全监测等5类主要地理空间信息服务，为政策制定者制定国家、欧洲乃至国际环境事务（包括气候变化）相关法规政策和监督这些政策实施提供依据。日本国土地理院长期开展火山、地震、地壳运动等监测，为灾害应急和安居生活服务。,三、地理国情监测目标与任务,地理国情监测的目标是通过监测地理国情动态变化，分析评估地理国情时空特征及其变化发展趋势，形成
12、权威、标准的地理国情信息产品，服务于自然资源开发利用与生态环境保护、城乡统筹与区域协调发展、产业布局与空间优化、重大战略与重大工程实施、突发事件与应急处置、地缘政治分析与重大国际问题应对等国家和地方各级政府重大决策与国民地理国情教育。,地理国情监测任务可以概括为三个主要方面：自然与人文地理要素信息的动态获取、综合分析与评估、产品生产与发布。其中，自然与人文地理要素信息的动态获取主要是利用测绘技术手段对地理要素量测及其动态变化的发现、识别、提取与数据更新，形成地理要素监测时空数据库。综合分析与评估是在地理要素监测时空数据库的基础上，综合运用空间统计分析、探测性空间分析、时空数据挖掘与知识发现技术
13、，对地理要素的数量与质量统计特征、时空分布模式、发展趋势与演变规律等进行的地理国情时空特征的综合分析、时空变化的评估与趋势预测。产品生产与发布是面向国民经济与社会发展、重大工程与突发事件应急决策和国民地理国情教育等不同服务对象，设计的不同类型的权威、标准的地理国情信息产品，并通过新闻媒体、互联网等媒介进行产品发布，包括统计数据、图表、地图、影像、视屏动画、语音、文字报告等基本形式。,1、重要地理信息数据发布2、地理国情信息统计分析3、资源生态环境监测4、灾害监测5、土地利用动态监测6、城镇建设管理监测7、农林水利监测8、地面沉降监测9、其他领域监测,1、重要地理信息数据发布 重要地理信息数据是
14、地理国情的重要组成部分，具有严肃的政治性、严密的科学性、严格的法定性。依法测量、公布国家重要地理信息数据是测绘地理信息部门的职责。,我省重要地理信息数据的调查：如海岸线长度、几个大型水库（水口、棉花滩、大金湖）面积、几个著名山峰海拔高程、岛屿数量等。,2、地理国情信息统计分析 地理信息数据资源蕴涵了非常丰富的地理国情信息。测绘地理信息部门应在地理信息资源建设过程中，开展进一步的统计分析工作，挖掘出大量需求迫切、影响广泛的地理国情信息。,3、资源生态环境监测 要建立资源集约型、环境友好型社会，就必须及时准确全面地掌握资源和生态环境质量及发展趋势。多年来，测绘地理信息部门联合有关部门开展了大量资源
15、生态环境监测工作，为资源生态环境规划与管理提供了依据。,从宏观角度划分为陆地、海洋两大生态系统，对这两大系统又进行细分类，提出陆地生态系统监测指标体系分为八个部分，即气象要素、水文要素、土壤要素、植物要素、动物要素、微生物要素、地质要素、人类活动要素。海洋生态系统监测指标体系分为如下十个部分构成，即水文气象要素、水质要素、底质要素、浮游植物要素、浮游动物要素、底栖生物要素、微生物要素、底质要素、人类活动要素。,1矿产能源资源：主要指标有：矿产能源资源的储蓄量、开采量和产生的废物总量。 2土地资源：主要指标有：耕地面积的耗减数，耕地质量指数，土地沙化和水土流失指数。 3水资源：主要指标有：可用地
16、表和地下淡水资源储量的耗减数，淡水资源污染和水质下降程度，洪涝灾害。 4森林资源：主要指标有：森林面积，森林的采伐量和采伐密度，森林受灾面积。 5海洋资源：主要指标有：近海水体质量，水体污染程度及近海生物资源下降数。 6草地资源：主要指标有：草地面积，草地面积耗减量，草地质量指数，草地退化（特别是沙化、碱化）数，草地受灾面积。,7野生动植物资源：主要指标有：野生动植物种类的耗减，种群数量的耗减，珍稀濒危物种、极危物种的增加数，野生动植物栖息地特别是湿地的耗减数。 8再生资源：是指通过劳动的投入可以恢复甚至超过原来规模和水平的自然资源。主要指标有：水资源的环循利用，通过植树造林增加的林木资源，通
17、过植草增加的草地，通过垦荒、治沙增加的耕地（草地），通过保护措施增加的物种、湿地及渔业资源储量的增加等等。 9环境资源：反映大气保护方面的指标有：温室气体排放量，氧化硫、氧化氮排放量，耗损臭氧层物质的生产和消费，城镇地区悬浮颗粒物（TSP）的浓度；反映城市噪声的指标有：生活噪声、交通噪声、建筑施工噪声对生活环境的影响程度；反映固体废物方面的指标有：工业固体废物的产生量，生活垃圾的生成量。另外还有有毒有害物质的排放、泄漏、废弃污染量等指标 。,4、灾害监测 我国是一个地震、洪灾、雨雪冰冻、泥石流、火灾等自然灾害频发的国家。要应对和缓解灾害、做好灾后重建工作，就需对灾前、灾期、灾后全过程进行动态监
18、测。近年来，测绘地理信息部门在汶川、玉树地震灾害，舟曲山洪泥石流灾害等测绘应急保障工作中，逐步建立了较为完善的应急监测体系和工作机制，其成效得到各级领导的充分肯定和社会各界的广泛认可。,世界范围内重大的突发性自然灾害包括：旱灾、洪涝、台风、风暴潮、冻害、雹灾、海啸、地震、火山、滑坡、泥石流、森林火灾、农林病虫害等。自然灾害分为七大类：气象灾害、海洋灾害、洪水灾害、地质灾害、地震灾害、农作物生物灾害和森林生物灾害和森林火灾。,5、土地利用动态监测 及时准确掌握土地利用变化情况，是加强国土资源管理、切实保护耕地的必要前提。为此，测绘地理信息部门长期以来在土地利用动态监测方面做了大量工作，广获好评。
19、,土地利用动态监测是指运用遥感、土地调查等技术手段和计算机、监测仪等科学设备，以土地详查的数据和图件作为本底资料，对土地利用的动态变化进行全面系统地反映和分析的科学方法,6、城镇建设管理监测 城镇是经济社会发展最活跃、发展最快、信息最丰富的区域。近年来，我国城镇建设突飞猛进，城镇面貌日新月异。测绘地理信息部门采用遥感等技术，快速、持续地监测城镇建设的宏观发展情况，包括城市扩展规模、扩展方向、配套设施建设等。通过持续不断的影像监控成果和分析成果，实现对城镇化发展情况的总体把握，预测城镇化发展趋势，从而推动城镇科学规划与管理。,7、农林水利监测 近年来，农作物监测一直是遥感应用的一个重要领域。测绘
20、地理信息部门配合农业部门，对全国小麦、稻米、玉米、大豆等农作物进行估产及长势监测，为国家掌握粮食生产、粮食储运、粮食调配和粮食安全情况提供了重要依据。同时建成了国家级和区域级农业遥感监测系统，可定期监测和评价农作物面积、长势和产量，以及农业土地资源、土壤墒情、灾害等信息，为调控粮食市场、宏观指导和调控种植业结构等作出了贡献。,遥感技术在及时获得大范围火灾活动情况方面具有优势。多年来，测绘地理信息部门配合林业部门，通过综合运用遥感、地理信息系统等技术，对国家级和区域级林火监测和管理进行了系统研究，特别是在森林火险预报、林火卫星监测、林火信息管理等方面取得了多项科技成果，在历年林火监测、防治与扑救
21、中提供了技术服务。在今年4月发生的威胁泰山安危的济南长清区山火扑救中，山东省国土测绘院采用无人机遥感技术，对火情进行实时监测，并将最新影像叠加到三维地理信息系统中，用于领导指挥决策。 我国国土辽阔，降水在时空分布上十分不均，洪涝灾害频发。经多个部门联合攻关，我国攻克了灾害信息提取、快速评估、数据库建立和系统集成等技术难题，建立了运行系统，在重大洪涝灾害监测中发挥了重要作用。2010年9月至10月，海南遭遇49年不遇的强降雨，引发大面积洪涝灾害。灾情发生后，海南省测绘地理信息局迅速对灾区进行航空摄影，实时获取灾区最新影像资料，制作并提供了高分辨率影像图，有力保障了防汛救灾工作的急需。,水利国情监
22、测,农作物种植分布分区,森林砍伐遥感动态监测,8、地面沉降监测 地面沉降会降低防洪排涝工程的效能，严重危害轨道交通、高架道路、天然气管网等基础设施。测绘地理信息部门长期以来开展了大量的地面沉降监测工作，为城市规划和建设、国土资源开发及防洪工程建设等提供了保障，也为政府部门把握区域地面沉降的空间分布及变化规律、进行宏观决策提供了依据。,地面沉降监测的主要内容和方法： 地面沉降发展过程监测,主要是通过卫星定位系统(GPS)和布设水准测网,定期进行高精度水准测量,监测地面高程变化情况； 地下水和油气等资源开采、回灌状况与动态监测,主要是建立地下水动态监测网,调查和分析地下水开采量、地下水水位埋深和标
23、高、地下水水质变化； 构造沉降量与土层压缩量监测,主要方法是埋设基岩标、分层标,定期测量高程变化,同时结合高压固结试验、模拟试验等进行； 房屋、桥梁、码头、道路等建筑设施变形与破坏监测； 海滨地区的海面动态监测。,图为卫星雷达监测地面沉降示意图,9、其他领域监测 全球地表覆盖监测 从2010年起，国家测绘地理信息局联合7部委18家单位，开展了全球地表覆盖遥感制图与关键技术研究。该项工作以2000年和2010年左右的中低分辨率全球陆地遥感影像为主要数据源，提出满足我国全球变化研究需要的地表覆盖分类体系，形成自主全球地表覆盖遥感产品，为全球变化和地球系统模式研究等提供可靠的基础数据支撑。同时，通过
24、应用示范研究，定量评价地表覆盖变化所导致的全球气候、生态和水文效应，揭示地表覆盖变化所引起的中国典型区域水资源、碳循环和气候变化规律。,四、地理省情监测的试点及技术准备,地理国情，是基本国情的重要组成部分。监测地理国情，是加快生态文明建设的迫切需要，监测地理国情是催生阳光透明政府的迫切需要，监测地理国情是促进科学管理决策的迫切需要，是经济社会发展到一定阶段的必然要求。 开展地理国情监测是新时期党中央、国务院赋予测绘工作的新使命，是测绘更加着眼于“服务大局、服务社会、服务民生”的重要体现。今年5月和6月，陕西省和浙江省相继制定本省的地理国情监测试点项目总体实施方案，河南省也开始了地理国情监测的试
25、点，拉开了地理国情监测工作先行先试的序幕。,1跟踪国内其他省份开展的地理国情监测试点工作，根据我省省情特点，研究提出适合我省省情要求的地理国情监测内容。如海岸线长度调查、沿海滩涂面积调查、岛屿岛礁数量调查、陆地水域面积调查、岸线变化监测等。2分析研究监测不同地理国(省)情内容可能需要的技术手段。3探讨用于进行地理国(省)情监测数据统计和分析方法。4分析现有基础地理信息数据应用于地理国(省)情监测的适应性问题。5存量基础地理信息历史数据的挖掘以及应用于地理国(省)情监测的可行性分析。6小部分试点变化监测项目：计划选取福州市区域的水域（江河塘湖）地理信息作为地理国情监测小部分试点变化监测内容。7总
26、结研究内容，编制福建省地理国(省)情监测试点工作初步实施方案。,五、历史基础地理信息数据的挖掘,数据挖掘 (Data Mining)在GIS中的应用DM(Data Mining数据挖掘)是指把人工智能、机器学习与数据库等技术结合起来,由计算机自动的从数据库或数据仓库中的大量数据中揭示出隐含的、先前未知的并具有潜在价值的信息或模式,以解决数据量大而知识贫乏这一困扰专家系统(ES)的知识瓶颈问题的非平凡过程。,空间数据挖掘是指从空间数据库中抽取没有清楚表现出来的隐含的知识和空间关系，并发现其中有用的特征和模式的理论、方法和技术。 空间数据挖掘和知识发现的过程大致可分为以下多个步骤:数据准备、数据选
27、择、数据预处理、数据缩减或者数据变换、确定数据挖掘目标、确定知识发现算法、数据挖掘、模式解释、知识评价等，而数据挖掘只是其中的一个关键步骤。但是为了简便，人们常常用空间数据挖掘来代替空间数据挖掘和知识发现。,空间数据挖掘，是在空间数据库的基础上，综合利用各种技术方法，从大量的空间数据中自动挖掘事先未知的且潜在有用的知识，提取非显式存在的空间关系或其它有意义的模式等，实现知识的自动获取，从而提供技术决策与经营决策的依据。它可以用来理解或重组空间数据、发现空间和非空间数据间的关系、构建空间知识库、优化查询等。在已建立的GIS空间数据库中，隐藏着大量的可供分析、分类用的知识，如空间位置分布规律、空间
28、关联规则、形态特征区分规则等，它们并没有直接存储于空间数据库中，必须通过挖掘技术才能挖掘出来。因此，空间数据挖掘技术就显得尤为重要。,空间数据挖掘技术是近几年发展很快的一门技术，及时跟踪空间数据挖掘技术的发展，充份研究运用空间数据挖掘技术、利用已有的大量历史地理信息数据进行数据挖掘，分析提取有利于地理国情监测的信息，如城市发展变化、海岸线变化、陆地水域面积变化、区域耕地变化等内容，是地理国情监测的重要内容之一。,六、数据共享与地理国情监测,信息共享指不同层次、不同部门信息系统间，信息和信息产品的交流与共用，就是把信息这一种在互连网时代中重要性越趋明显的资源与其他人共同分享，以便更加合理地达到资
29、源配置，节约社会成本，创造更多的财富。是提高信息资源利用率，避免在信息采集、存贮和管理上重复浪费的一个重要手段。其基础是信息标准化和规范化，并用法律或法令形式予以保证。信息共享的效率依赖于信息系统的技术发展和传输技术的提高，必须严格在信息安全和保密的条件下实现。,数据共享的程度反映了一个地区、一个国家的信息发展水平，数据共享程度越高，信息发展水平越高。要实现数据共享，应建立一套统一的、法定的数据交换标准，规范数据格式 ，使用户尽可能采用规定的数据标准。如美国、加拿大等国家都有自己的空间数据交换标准 ，目前我国也已研究制定国家的空间数据交换标准，包括矢量数据交换格式、栅格影像 数据交换格式、数字
30、高程模型的数据交换格式及元数据格式。同时要建立相应的数据使用管理办法，制定出相应的数据版权保护、产权保护规定，各部门间签定数据使用协议，这样才能打破部门、地区间的信息保护 ，做到真正的信息共享。,基础地理信息主要是指通用性最强，共享需求最大，几乎为所有与地理信息有关的行业采用作为统一的空间定位和进行空间分析的基础地理单元，主要由自然地理信息中的地貌、水系、植被以及社会地理信息中的居民地、交通、境界、特殊地物、地名等要素构成。地理信息数据不仅是经济发展和国家安全的重要战略信息资源，也是政府部门制定政策、进行科学决策的重要依据。实现部门间的地理信息数据共享，对发展地理信息产业，提高信息化水平，促进社会和经济发展具有十分重要的意义。,地理国情监测是基础地理信息数据应用的延伸，地理国情监测需要应用到其它部门的专业数据，因此，应充分了解其它部门的专业数据中有关地理信息数据的特点及与基础地理信息数据存在的差异，只有收集、分析好其它部门的专业数据，才能做好与相应部门有关的地理国情监测工作，为政府决策提供准确的信息。,七、一些想法和建议,1、加大信息数据共享力度,2、现有基础地理信息数据的收集整理及改造,3、开发地理国情监测信息系统,4、收集学习其他省份试点经验,6、开展有针对性的试点工作,5、开展数据统计及分析问题的研究,
