浅谈在国土空间规划下的测绘与地理信息技术

吴海峰 金裕平

1. 青田县土地规划勘测队 浙江 青田 323900

2. 丽水市金绘测绘有限公司 浙江 丽水 323000

1 引言

国土空间规划是国家空间发展的指南、可持续发展的空间蓝图，是各类开发保护建设活动的基本依据[1]。国土空间规划体系的建立与实施，对测绘与地理信息工作的要求也随之不断提升，为了能够进一步实现自然资源调查、规划管理及实施监管工作的协调处理，对于国土空间规划和测绘技术的融合应用也提上了日程。因此，对国土空间规划实施中测绘新技术的应用展开研究，具有重要的十分重要的意义。通过对国土空间规划的主要技术特点以及实际的手段进行分析得出，现代科学技术和测绘地理信息技术的相互结合与关联，将使得国土空间规划编制提供统一的数据基础和强大的数据支撑，在实施过程中通过对传统测绘技术融入地理信息及其他新技术，发挥测绘与地理信息在国土空间规划中的基础性作用，推动国土空间规划编制、审批、实施、监督工作的高效、稳定发展。

2 国土空间规划下的测绘与地理信息

2.1 统一国土空间规划地理信息基础

国土空间规划改革方案要求依据统一的测绘大地、高程、深度及重力基准，采集基于统一地理信息基础的自然资源调查监测数据，建立统一国土空间基础信息平台。改革方案提出的任务涵盖了规划编制、技术标准体建立、信息平台“一张图”建设等工作，其中许多任务涉及测绘与地理信息工作，如现阶段各规划数据坐标系不统一，需要统一转换至2000国家大地坐标系；建立基于统一坐标系的国土空间规划基础数据库；形成全要素的国土空间规划“一张图”。国土空间规划在统一坐标系的数据下，有效解决原有各类基于不同坐标系编制的规划产生的不兼容问题，实现国土空间开发用途管制和项目审批许可的规划信息管理在统一的地理信息基础平台上运用。

2.2 助力国土空间规划体系的建立

在建立国土空间规划体系之间，我国各部门空间规划种类繁多，导致数据分散，每一类规划都有自己的空间规划原则，站在各部门自己的角度来看，其规则可能是合理的，但是把各部门的规划叠加在一起后就会出现较多的交叉、重叠等问题，容易造成部门间管理的紊乱，降底政府管理的公信力。对于这些问题，需要建立一个完善统一的国土空间规划体系，而测绘的作用主要包括：首先，利用测绘与地理信息技术，将各部门的规划数据整合成统一的国土空间规划数据，同时叠加各部门的相关规划数据，实现的多种数据的可视化和信息化管理。其次，利用相关测绘与地理信息技术采集的数据，开展资源环境承载能力评价和国土空间开发适宜性评价，利用地理信息分析技术计算分析出生态、生产、生活空间，着重分析国土空间开发适宜性评性，从而解决空间上关于生态保护与生产生活发展的问题。第三，以自然资源调查监测数据为基础，整合其他各类空间数据，形成“一张图”和国土空间基础信息平台，叠加各级各类国土空间规划成果，从而构建国土空间规划“一张图”，为统一国土空间用途管制、实施建设项目规划许可、强化规划实施监督提供依据和支撑[2]。

2.3 支撑国土空间规划“双评价”工作的开展

资源环境承载能力评价和国土空间开发适宜性评价简称“双评价”。“双评价”是编制国土空间规划编制的的重要基础，需要研究分析生态、资源、建设等重要基础性资料。而“双评价”现状基础数据获取主要依靠测绘与地理信息等技术，要划定城镇、农业、生态空间以及生态保护红线、永久基本农田、城镇开发边界（简称“三区三线”），就要进行现状基础数据调查，数据包括：遥感影像、地质环境、土地利用现状、自然资源等。对于全国性大范围的现状基础数据调查，主要利用高分辩率卫星遥感影像。而双评价则是参考地理国情调查与生态环境状况评价数据，利用相关模型参数分析资源环境承载能力、农田保护、城镇开发等区域，从而划定各类保护红线和开发边界。

2.4 夯实国家自然资源资产管理基础

生态文明建设大背景下，国家对相关自然资源产权调查管理尤为重视，通过全面摸清国有自然资源资产家底，建立责权统一的国土空间规划体系。国家自然资源资产调查管理，就是通对国家所有的各类自然资源统一调查和确权登记，主要是为了解决自然资源数量不准确、权属不清晰、所有权界址不明确等问题。而测绘与地理信息工作要按照国家产权制度改革开展国家自然资源调查，建立健全国有自然资源资产台账，形成自然资源资产信息数据库。完善动态更新机制，及时跟踪掌握自然资源变化情况，为自然资源资产价值评估工作筑牢基础。作为客观反映我国地理空间和资源环境情况的一项工作，测绘基于全国地理国情普查的成果，依托国家地理信息公共服务平台，构建统一的自然资源资产分类体系和统计核算体系，统筹考虑存量资产、流量资产、资产质量和资产价值，同时建立统一的自然资源资产评价框架。

2.5 创新国土空间规划监管体制

国土空间规划体系不同于旧的城乡规划体系，国土空间规划监管比起旧城乡规划监管更巨大、更复杂，既有宏观的“三区三线”、土地利用等方面的监管，也有城乡规划建设过程中详细规划方面的监管，这就需要测绘要与新的国土空间规划监管进行有效对接，协助建全方位的国土空间规划体系。从宏观层面，利用遥感卫星打造全天候监测的“天眼”，对“三区三线”中生态保红线及永久基本农田保护线和城镇开发边界进行实时监管。通过卫星遥感和航空摄影定期获取保护红线区域内遥感影像，通过智能监测手段分析多个时序的遥感影像，及时发现保护红线区域内违法建设活动。在微观层面，在融合规划监管测绘技术的前提下，利用倾斜摄影等新技术对详细规划下具体地块的建设情况进行监管，从而，形成新的国土空间规划监管体制。

3 国土空间规划实施中测绘与地理信息技术的发展趋势

3.1 多源遥感影像获取技术与智能监测平台建设

遥感技术是从人造卫星、飞机或其他飞行器上收集地物目标的电磁辐射信息，判认地球环境和资源的技术。现在使用比较多的如卫星、航空摄影、无人机摄影等遥感技术。例如：无人机遥感技术是一种利用无人航空飞行器与遥感技术结合进行地理空间信息数据采集的技术，涉及传感器技术、通信技术、信息处理技术、智能控制技术以及航空动力推进技术等[3]。通过及时的遥感监测，统筹山水林田湖草各类资源的整体保护、系统修复和综合治理，其监测成果可精准服务于对挖山采矿、林草破坏、耕地占用、非法建设等违法行为的督察工作，守好生态保护红线和永久基本农田控制线，对国土空间用途管制具有重大意义。从宏观层面要提高卫星、航空影像的获取速度和质量，增加影像获取频次，提高影像分辩率，为国土空间管理提供基础性影像资料，从微观层面利用无人机技术能更快速获取各地方影像，有利于地方各级管理部门开展国土空间规划监管工作，从而构建任务驱动的空天地多源遥感影像快速获取与智能监测体系。

利用多源遥感影像获取技术采集的基础资料，建设高效的国土空间规划监管智能监测平台，以适应国土空间快速变化的需要。国土空间规划监管智能监测平台一般的技术流程（图1）：首先是收集前期、后期影像，其次是基于各种变化检测方法来进行国土资源典型要素变化检测，并融合检测结果，第三是基于变化图斑再检测机制的虚警抑制方法，构建虚警判别模型，对变化图斑再分类，抑制变化虚警，最后自动提取变化检测结果。由于智能监测前后期影像的几何特征、纹理特征、光谱差异，结合分割对象的语义信息、上下文特征提取出两期影像的变化置信度图，通过二值化变化置信度图输出变化图斑，保证了高的查全率，但产生的虚警较多。针对虚警较多等问题，创新智能检测方法，通过计算机深度学习，利用典型要素自动快速变化检测、特征匹配信息引导的建筑物变化检测、基于变化图斑特征再检测机制的虚警抑制等技术，将提高智能变化检的水平。

图1 国土空间规划监管智能监测平台技术流程图

3.2 地理信息系统GIS与大数据集成发展

地理信息系统GIS是在大数据浪潮下，是传统GIS迈向大数据时代的一次变革。GIS是集采集、储存、分析、查询等基本功能为一体的综合性地理数据的工作站，能为空间大数据的存储、分析和可视化提供更先进的理论方法和软件平台。地理信息系统GIS与大数据的融合，就是大数据计算分析能力把地理信息GIS的能力整合到框架之内，可以利用大数据领域的许多实用的IT技术，例如分布式文件管理系统、分布式数据库、分布式计算框架、流处理框架等。来弥补传统GIS由于受其IT技术框架的限制，并不能很好地应对大数据对分布式存储与计算、流数据处理等的技术要求。地理信息大数据每时每刻都在进行信息收集工作，主要是对相关地理信息以及空间信息进行收集[4]。地理信息大数据的收集也可能利用移动互联、与物联网技术，通过分析移动终端采集的大数据，分析得到社会生活方面的信息，作为国土空间规划的编制和实施的依据。移动互联网和物联网技术传感器的进步，越来越多的移动终端接入到互联网上，实时提供多种多样的信息，例如：全球卫星定位系统、通过射频识别（RFID）、 红外感应器 、惯性导航定位激光扫描器、和近场通信等多种传感器，能提供空间位置、运动特理特征等海量的基础数据和信息，需要地理信息系统GIS与大数据的高效结合，才能有效分析并利用在国土空间规划编制和管理工作中。

地理信息系统GIS大数据以业务驱动型应用于国土空间规划全过程。通过GIS大数据分析处理社会经济和环境地理空间数据等基础资料，结合人口集聚、交通情况、土地利用变化数据，在国土空间规划编制中研究城乡建设和城市发展方向，组织市域城镇体系和布局中心城区空间。借助大数据的空间可视化技术，各类规划成果都能聚在一张地图上，能很清楚地提取查看，并清晰地知晓总体规划、详细规划、专项规划之间的关系。在国土空间规划管控方面，通过GIS大数据的运用，基于“双评价”的结果，对规划范围内生态环境保护、土地资源使用、水资源平衡等要素进行专项分析评价，为国土空间规划体系的运行和国土空间用途管制提供数据支撑。

3.3 无人机倾斜摄影与BIM的融合

近年来无人机倾斜摄影技术得到了广泛的应用，随着国家大力发展实景三维的部署，将建立数字化、信息化的全要素三维智慧城市系统平台，这将使无人机倾斜摄影建模技术与BIM技术有更广泛的应用场景，并进一步融合成智慧城市模型（图2）。无人机倾斜摄影技术是通过在无人机飞行平台上搭载的摄影或遥感传感器，从不同的角度采集高分辨率的影像，再借助于三维建模处理系统，构建出真实三维模型场景，这类三维模型是一种高质量、高精度的三维GIS模型。建筑信息模型简称BIM（Building Information Modeling），通过对建筑的数据化、信息化模型整合，应用于工程设计、建造、管理周期内的数据化工具。BIM的数字化模式与它的三维建筑模型以及可视性使得相关部门能够进行数据信息的共享。无人机倾斜摄影三维建模和BIM作为智慧城市建设中的重要技术手段，在国土空间规划实施中将带来思路和方法的转变，特别是规划条件的出具以及批后监管方面，提高工作效率，避免监管盲区。

无人机倾斜摄影的重点在于实景三维模型的地理空间、表面纹理信息，而BIM技术的重点在于建筑内部各种设施信息的管理。利用无人机倾斜摄影技术时，由于城市建筑类型、外观颜色纹理的不同，以及飞行时障碍物阻挡等因素的影响，采集的影像数据会导致表面纹理产生拉花和空洞等缺陷，后期需要人工做修模，三维模型内部都是“空壳”，无室内空间属性。而BIM技术是在三维模型中输入建筑物构件的几何信息、专业属性及状态信息。因此，在国土空间规划实施过程中，通过综合BIM和无人机倾斜摄影，利用无人机对建设项目现场及周边情况进行航飞拍照，生成实景三维模型，加载到建筑信息管理平台中。在平台中将设计好的BIM数据与原有场景融合，开发前可进行规划可行性分析、日照阴影模拟、可视域分析等处理工作，项目建设阶段可进行批后监管比对，及时发现违法建设。另一方面，在地下空间规划的编制工作过程中，地下工程与地上工程存在一定的差别，一般的技术方法无法直观展示地下空间，所以运用BlIM技术，结合地上定位信息对现有地下建筑和地下设施情况进行模拟，完美的还原地下空间三维模型，进行科学的国土空间规划工作。

4 总结

新的国土空间规划体系，对测绘行业有新的发展机遇，测绘地理信息技术要不断结合新的科学技术，以适应国土空间规划实施的要求，让国土空间规划体系更加完善，从而促进经济和社会技术的不断进步。值得说明的是，遥感技术与智能监测测、GIS与大数据、无人机倾斜摄影与BIM等测绘新技术的融合发展，使得国土空间规划实施管理工作进行的更加有序与高效。