新型基础测绘与时空大数据平台建设的思考

◎ 自然资源部国土测绘司司长 武文忠

为什么推行新型基础测绘？如何构建新型基础测绘体系？新型基础测绘“新”在 哪里？切入点是什么？新型基础测绘产品应该具备哪些特点？新型基础测绘与智慧城市建设有何关系？日前，在智慧平顶山时空信息云平台建设国家试点项目成果汇报会上，自然资源部国土测绘司司长武文忠围绕新型基础测绘与时空大数据平台建设作了专题报告，详细解答了这些问题。本期《特别关注》栏目特将武文忠司长的专题报告摘要刊出，以飨读者。

一、为什么要推进新型基础测绘？

测绘是对自然资源、自然地理单元及人工设施的空间位置、形状、大小、面积及其属性进行测定、表达的科学和技术。通俗地说，测绘就是对事物在哪儿、是什么、向哪儿去这三点进行表达的一门科学和技术，实际上是在获取事物的数据。政府决策、百姓生活等等，都需要数据来支撑，而几乎所有的数据都是通过测绘手段获取的，可以说没有测绘，就没有数据。

（一）基础测绘

按照性质划分，测绘分为基础测绘和商业测绘，或者说是市场测绘。测绘资质单位通过市场承包方式，对项目、工程进行施测，上交成果，这一部分属于市场测绘行为。而另外一部分由国家统一规划、国家公共财政支持，属于法定性的基础测绘。

《中华人民共和国测绘法》（2017 年修订）第三章第十五条规定：“基础测绘是公益性事业。国家对基础测绘实行分级管理。本法所称基础测绘，是指建立全国统一的测绘基准和测绘系统，进行基础航空摄影，获取基础地理信息的遥感资料，测制和更新国家基本比例尺地图、影像图和数字化产品，建立、更新基础地理信息系统。”

这段内容可以概括为三个层次，即“三基”：第一是建立国家测绘基准；第二是进行国家基础航空摄影；第三是建成国家基础数据库，或者叫国家基础地理信息数据体系。

我国基础测绘经过几代人几十年的努力，取得了长足发展，为国民经济和国防建设提供了强有力的服务保障。

（1）国家测绘基准

国家测绘基准主要有平面基准、高程基准和重力基准。

什么是国家测绘基准？在平时生活中，很多人都知道，郑州在平顶山什么方向，相距多少公里，但距离是如何确定的，可能没有仔细考虑过。使用手机软件时，经常会要求使用用户的位置信息，这个位置信息，就是用户所在位置的坐标。坐标从何而来？实际上就是通过国家测绘基准推算出来的。

国家测绘基准的作用是什么？举个例子来说，被子里面是网套，做被子要先用线打很多格子，利用这些格子将棉花固定起来，才能形成一个网套，被子才能盖。基准，就是用线绷起来的那些格子。若想获取任意一点的坐标，需按照一个相对均匀的方式建立若干个点，将这些点的位置固定，然后通过这些点推算其他点的坐标。这些点，就是国家的平面基准，是全国卫星导航定位基准站所在的点。

全国卫星导航定位基准服务系统于2017 年5 月建成启用。该系统以420 个国家级卫星导航定位基准站为骨干，包括2716 个省级基准站，形成了覆盖全国的卫星导航定位服务“一张网”，可以提供覆盖全国的米级、分米级、厘米级导航定位服务。

全国范围内还建设有4503 点规模的国家卫星大地控制网，是国家平面基准的加密，替代原有天文大地网，实现国家大地坐标框架传递，满足各类工程应用。

空间坐标有三个方向，平面基准解决平面上的x、y坐标，z方向指的是高程基准。我们都知道珠穆朗玛峰的海拔是8844.43 米，那么，这个海拔指的是什么？实际上，就是基于黄海的平均海水面，推算出水准原点的高程，我们把它叫作1985 国家高程系统，以这一水准原点为高程起点，可测量其他点位的高程与海拔。

我国目前已经构建了国家高等级水准网，包含全里，实现全国范围高程基准成果的更新与传递，以这些一等水准点为最高水准的起算点，均可推算其他点位的高程。我国还于2000 年完成全国大地水准面，精度达到分米级（30 ～60cm）；2003 年至今完成区域大地水准面精化，精度达到厘米级（5 ～10cm），解决了导航定位技术直接获得地面海拔高程问题，已逐步替代低等级水准测量。

此外，我国还建设了2000 国家重力基准网，有71 个国家重力基准点、126 个国家重力基本点，精度基准点优于5 微伽、基本点优于10 微伽。

国家重力基准网的构建对我国经济建设和国防建设有着重要作用。地球内部物质密度不一，对物体的吸引力不同，同样的物体在地球不同的地方重力不一，即重力加速度g 值不一样。通过测算地球上不同点的重力加速度g 值，就能够反映出地球内部物质的密度，进而推算地球内部的矿产资源。再比如，卫星时刻受到地球引力作用，若要维持卫星轨道的精度，就需要有精确的重力做支撑。

（2）基础航空摄影

如果要了解城市的违法用地、违法开矿等，可以通过高清影像进行监督，这些基础影像就是国家基础测绘工作中的一个重要组成部分。

我国的基础航空摄影分辨率可以达到0.02 米，也就是说，地面上2 厘米大小的物体，就可以通过影像平台监测到。数字航空摄影手段主要包括无人机数字航空摄影、高精度机载三维激光探测与测距（LiDAR）、倾斜航空摄影、机载合成孔径雷达（SAR）等，航空影像分辨率高，但是效率较低，如果要大范围进行监测，则需要通过卫星进行周期性的全覆盖。近年来，我国通过发射高分卫星系列、资源卫星系列等，不断提高地面分辨率和时间分辨率。目前，我国卫星的地面分辨率可以达到0.5 米。时间分辨率，即卫星飞行过程中，对同一地区的覆盖周期，亦叫重返周期，周期越短，时间分辨率越高，就越能及时发现地面变化情况。

目前，我国每年大约可获取50 万～100 万平方公里的航摄影像数据，2 米左右分辨率的卫星影像数据可对全国陆地实现3 ～4 次覆盖。此外，2015 ～2019年间采购高分辨率卫星影像约370 万平方公里。

（3）基础数据体系

我国通过分级或者分尺度、分比例尺来建设基础数据体系。中央财政负责1∶5 万比例尺的基础数据建设，省级财政负责1∶1 万、1∶5000 比例尺的基础数据建设，市级财政则负责1∶2000、1∶1000、1∶500比例尺的基础数据建设。比例尺越大，数据越精细，这与国家城市管理尺度相匹配。国家层面是宏观性管理，数据的比例尺相对较小；省级层面进入中间的管理程度，数据相对精细；市县层面属于精细化管理，数据的比例尺就要更大一些。

目前，我国通过1∶5 万数据库动态更新、西部测图、海岛（礁）工程等，已经实现1∶5 万比例尺数据全国陆地范围全覆盖，距我国大陆80 海里范围内海域以及西沙群岛和南沙群岛海域的数据全覆盖。

1∶5 万数据库动态更新任务范围是760 万平方公里，合计19150 幅，在全国范围内实现了1∶5 万数据库一年一更新，使1∶5 万数据的现势性由5 年提升到1 年，实现1∶5 万数据库由定期更新向动态更新转变。

西部测图工程，任务范围是200 万平方公里，合计5035 幅，我国西部约20%陆地国土面积的1∶5 万数据“从无到有”，1∶5 万数据实现覆盖我国全部陆地国土。项目于2011 年8 月通过验收，对外发布1∶5万数据库成果。

海岛（礁）工程由原国家测绘地理信息局牵头，原总参测绘局、原国家海洋局、海军司令部航海保证部共同组织实施，一期工程于2009 年开工建设，2014年1 月竣工，合计9 幅。

（二）存在的问题

基础测绘成果虽然持续更新，并逐渐丰富化、精细化，但仍然存在一些问题。

（1）基础测绘成果不好用

一是数据标准执行的还是纸质地形图的标准，并非数字化、信息化时代的标准。

二是基础测绘成果每次使用，都要重新进行对象化、实体化处理。按照不同的比例尺，地图都是分幅的，一幅一幅覆盖。全国1∶5 万比例尺地图要分24000余幅，才能覆盖全国陆地范围。一幅地图不能完整表达一个地面实体，比如，黄河分散在各个图幅当中。实际空间表达时，黄河是一个完整的实体，但在地图上表达时，则把黄河拆分成若干个不同的段。即便将数据数字化，建成数据库，计算机也不懂得这些不同的段就是一条完整的黄河。这种情况下，如果要计算黄河长度，就需要将黄河实体化，把分散在不同图幅里不同段的黄河连接起来，告诉计算机这些不同的段是一个整体，然后计算机才会计算出黄河长度。由此可见，基础测绘成果都是以分组分段形式分散在不同图幅里，每次使用都需要进行实体化处理，增加了许多工作量。

三是五和十进制的比例尺不适应计算机缩放和统计分析。1∶5 万、1∶1 万、1∶5000、1∶2000……这些比例关系都是5 或者10 的倍数，这是因为以5 和10 作为比例，人脑最易计算。比如，1∶1 万在地图上是1 厘米，在实地就是1 万米，非常便于人脑计算。但是如今，电脑是二进制，按照2 的倍数来算，把1变成2，把2 变成4……对于电脑来说计算最为方便。在信息化时代，五和十进制的比例尺已经不适应电脑运算。

四是多尺度分级造成重复测绘。国家、省级、市县，同一个地理实体要测三次，重复测绘造成财政投入的重复浪费。

五是基础测绘成果的要素分级分类标准与自然资源登记管理的标准不一致。

（2）生产组织结构不适应

一是测绘技术与互联网、大数据、人工智能等高新技术的深度融合，测绘专用技术趋向消失。二是当前的基础测绘技术体系基本上还是以3S 为代表的上一代技术为架构。三是当前的基础测绘生产组织基本属于3+4 结构，即以3S 做分工、以4D 成果为目标。四是基础测绘管理体制强调了“分级”、忽略了“统筹”，国、省、市县数据难以共享，做不到协同更新和服务。

（三）升级转型

2018 年3 月，根据国务院机构改革方案，原国家测绘地理信息局的职能全部融入自然资源部，测绘在体制与机制上发生了重大变革，测绘的服务模式已由原来面向全社会的“普适性服务”，转化为“围绕中心、全面服务”的方式 。

2019 年1 月，陆昊部长在全国自然资源工作会议讲话中明确提出：“加快基础测绘转型升级，增强测绘地理信息公共服务能力，促进地理信息产业高质量发展。”

构建新型基础测绘体系从技术逻辑和行政逻辑上都成为我们的必然选择，这是在新时代、新形势、新任务、新需求下必须要完成的目标。

二、思考与探索：如何构建新型基础测绘体系？

国际通用概念下，新型基础测绘体系应该包括产品体系、技术体系、组织体系和政策标准体系。过去一段时间，我国在新型基础测绘方面做了很多试点，但也存在一个认识盲区：用新技术测制“旧成果”，实际上是“新瓶装旧酒”。

现有的新型基础测绘试点工作，是采用新技术生产传统的基础测绘成果，只是用更新的技术，更有效率地生产成果，但这并非新型基础测绘体系。要构建新型基础测绘体系，必须对产品体系、技术体系、组织体系和政策标准体系进行全面创新。技术体系、组织体系、政策标准体系是支撑性、保障性体系，最终目标是要完成产品体系的创新。因此，要实现四个体系的全面创新，必须抓住一个切入点，即以产品模式转型升级带动技术体系、组织体系、政策标准体系的创新和转型。

那么，应如何创新产品体系？以上述基础测绘成果存在的问题为导向，新型基础测绘产品应具备以下特点：

一是实体化：以独立地理实体为对象，突破地图分幅和投影的限制，由原来的按要素划分转变为实体化划分。

二是三维化：线划数据三维化，三维数据实体（单体）化+实景化。

三是非尺度化：不同实测精度数据的集成，取消或模糊比例尺概念。

四是非结构化：在属性信息的表达上，引入大数据的理念，尽量保持其丰富度和原始状态。结构化数据，即对原始数据按照一定规则进行加工后的数据，使用起来方便快捷，但最大的缺点就是损失了很多信息。非结构化数据就是指数据的原始状态，保留了信息的原貌。

五是全空间覆盖 ：由陆地向海洋、地下、水下延伸。

针对上述五个特点，可以进行产品模式设计，在地理实体模型的基础上，实现多源、不同精度地理实体数据的整合；以地理实体及其空间身份为索引，挂接集成三维线划、多种影像、三维模型等多样化数据；构建“分布式存储、逻辑式集中、一站式服务”的国家、省、市县多级地理实体基础时空数据库系统（非尺度的地理信息数据库）。

要通过实践不断地探索、完善产品模式设计，可以在全国开展分级试点，选择原有基础较好，且对新型基础测绘构建工作有充分认识的省、特大型城市和中小城市，在构建思路的某一个方面或某几个方面开展试点工作，研究地理实体定义与概念、粒度与编码、精度与技术、政策与标准、服务与方向等问题。

在相关技术支持单位的指导下，各试点单位要在批复的试点方向上，按要求开展示范工程建设，并及时总结凝练试点建设的经验和成果，研制新型装备，构建技术体系，完善标准规范，形成可复制、可借鉴、可推广的经验和模式，为全国新型基础测绘建设奠定基础。

今后五到十年的时间，将争取通过全球化、一体化测绘基准体系构建，海洋测绘工程、实景三维中国建设，国家地理实体时空数据库建设等国家专项工程推动新型基础测绘目标的实现。

三、新型基础测绘与智慧城市

（一）时空大数据平台和智慧城市的关系

目前，我国的智慧城市建设如火如荼，但是智慧城市究竟该怎么建？仁者见仁，智者见智。建设智慧城市，有些关键点，各方应该形成共识。

首先，一个智慧体必然具有发达的“大脑”。否则，何以谈智慧体？比如，一个人如果无脑，还能是一个完整的人吗？还能成为一个智慧的人吗？

其次，一个发达的大脑必须要有敏锐精确的“空间感”。青少年往往动作敏捷，反应迅速，是因为这个时期的人大脑空间感最强；人慢慢老去，走路逐渐不稳，也是因为空间感在逐渐变弱。因此，一个智慧体的“大脑”，肯定要有精确的“空间感”。

再次，大脑的“空间感”来自其中的“定位器”。人天然能感觉到，信息、事件发生在身体的哪一个部位，这是因为大脑当中有一个天然的“定位器”。而智慧城市大脑的“定位器”是什么？就是“时空大数据平台”。“智慧平顶山”就是从时空大数据平台开始建设，先建立起“大脑”的“定位器”，让它有精确的“空间感”，这个智慧体才是一个有生命力的主体。

通过分析可以得出结论，无论通过何种路径建设智慧城市，都必然要建设“时空大数据平台”，否则这个城市会得“脑瘫”。如今，有些城市就出现了这样一种现象，或者是一种隐患，即重视智慧城市的“四肢”建设，找网络公司，建网络、通信系统等，但是并不注重对城市“大脑”的建设，不重视对城市“大脑”空间定位器的建设。事实上，没有定位器，没有时空大数据平台，这些建设充其量就是“四肢发达、头脑简单”，甚至是空谈。

当然，也有一些城市认识到了定位器的重要性，但是并不明白定位器该由谁来建。实际上，国家在时空数据领域已经形成一套完善的法律法规体系，基础测绘是自然资源部门的法定职责，对基础测绘成果的管理和使用，国家也有明确的法律规定。因而，智慧城市建设，也要依法行政。

（二）基础测绘成果与智慧城市时空大数据平台

智慧城市时空大数据平台实际上由两部分数据构成，即基础测绘成果和专题、感知、抓取等大数据。基础测绘数据是其他数据的基础，其他数据是整合或者搭载在基础测绘数据上的，两者不在一个层次，也并非并列关系。如果缺少某一个专题数据，比如矿产数据，是缺了一个洞，但是如果缺少基础测绘数据，则是缺了一整个“底板”。

时空大数据平台的数据，是在以基础测绘成果为空间定位的前提下，整合叠加其他专题数据、城市感知数据、抓取大数据等构成的。在自然资源调查监测体系的构建方案里，亦明确提出要以基础测绘成果为依托，以地理、数字高程模型为基底，以高清影像为背景，来构建自然资源调查监测体系。

因此，我们要在打好基础测绘这一前提下，通过智慧城市时空大数据平台建设，服务自然资源管理和城市高质量发展，解决好面向应用的“最后一公里”问题 ，形成可借鉴、可复制、可推广的经验和示范。要提供“一套数据”+“一个平台”，构成全市“一个底板”，建立投入机制、更新机制、共建共享机制等长效运行保障机制措施。

目前，全国已遴选55 个试点城市，其中11 个试点城市已经完成建设并验收，形成了部分典型应用。

新型基础测绘成果可以服务国土空间规划，实现国土空间数据一张图管理，跨部门联动共享；快速监测土地利用变化，原来1 到2 名专家需要耗时3 个多月才能人工提取变化情况，如今，仅需短短几分钟机器自动化处理即可完成，不仅大大提高了变化发现的效率，还将国土监察模式由事后处罚转变为事中干预。

基于新型基础测绘成果，可以服务城市“两违”查处，构建城市“两违”监管平台（违法用地、违法建设），提供一张包括时间、位置、面积、照片、违法违章人等信息的检查图，快速精准地发现“两违”信息。

扶贫指挥部门利用新型基础测绘成果，将扶贫机构、扶贫对象和扶贫项目进行空间化，并结合人口、企业、车辆登记等信息，联动挖掘，解决了扶贫精准化问题。

商务部门利用新型基础测绘成果，构建智慧物流平台，实现商贸物流的状态信息、路线规划、店铺实景等综合管理，为物流科学布局、优质服务等提供决策支持。

城管部门利用新型基础测绘成果，构建城市管理系统，将城市各类部件信息的实时状态叠加到基础数据之上，实现城管信息和指挥的可视化、立体化，提高城管监察的时效性和精准性。