北京市地理国情常态化监测(2020年度)

耿源浩 庄 园 董建芳 林 桐 靳子航 陈洁然

(1. 北京市测绘设计研究院, 北京 100038；2. 城市空间信息工程北京市重点实验室, 北京 100038)

0 引言

开展地理国情监测,是党中央、国务院在新时代对测绘工作提出的新要求。2015年第一次地理国情普查成果在北京市总体城市规划、各个层面的详规以及控规编制中发挥了至关重要的作用。在地理国情常态化监测后的数年间,地理国情监测成果在城市规划实施监管、环境保护与治理、自然资源负债表编制等多个领域得到应用。

2020年1月17日自然资源部印发《自然资源调查监测体系构建总体方案》[1],结合《自然资源调查监测司2020年工作要点》《2020年全国地理国情监测实施方案》《北京市规划和自然资源委员会关于加强地理国情监测工作的意见(试行)的通知》等相关文件要求,北京市规划和自然资源委员作为项目承担单位开展2020年工作部署。地理国情监测将3S各独立技术中的相关部分进行有机集成,借助通信、云计算以及互联网等技术将地理空间信息与环境信息进行高效、可靠的结合并向纵深发展。地理国情监测工作的开展带动了周边技术快速发展,例如北斗卫星导航定位技术、大数据挖掘技术、遥感图像解译技术、深度学习技术等。

1 监测概况

1.1 监测范围

2020年北京市地理国情监测范围为北京市全市域,包括16个行政区[2]。

1.2 监测目标

在地理国情监测工作的技术框架下,利用最新的遥感数字正射影像成果[3],基于外业调查与核查成果、遥感解译样本成果,结合多行业专题数据,对北京市地表覆盖、城市要素、人工建(构)筑物等地理时空信息进行采集与更新。在满足国家监测的基础上,结合北京市实际情况,对于重点要素开展专题性监测,包括但不限于交通、水务、房屋和生态环境等方面[4]。相关成果根据需要边监测边提供、边分析边应用,满足城市总体规划、运维管理、城市更新[5]等北京城市及细化管理[6]与建设需要。

2 项目特色

2.1 北京特色地理国情监测内容指标体系

地理国情监测是对地表构成的环境、生态和人文等各种条件因素的地理空间分布、时间演变情况以及彼此相互关系进行宏观性、整体性、综合性调查、分析和描述形成的结果[7]。北京市面向通用目标、综合考虑多种需求而构建了北京市地理国情监测内容与指标[8],其中包括了10个一级类,63个(国家60个、北京增加3个)二级类,176个(国家147个、北京增加29个)三级类,57个四级类(国家不设四级类)[9]。

2.2 北京城市重点区域统计分析

围绕新版总体规划实施与评估[10]、非首都功能疏解、城市副中心建设、京津冀协调发展等重大战略[11]。开展对城市副中心、首都功能核心区、三城一区等城市重点地区的进行重点监测内容调研、综合统计分析、专项应用等研究分析工作[12]。

2.3 监测成果分级式应用管理

涉密版包括本年度地理国情监测全要素成果,用于提交国家验收,委内大数据中心管理归档。

政务版的主要用途为分发北京各市属委办局及下属行政部门,此版数据主要服务于非首都功能疏解、健全城市管理体制、创新城市治理方式,以及自然资源管理宏观分析等自然资源管理工作。

公众版借由天地图,即地理信息综合服务网站平台,向公众提供在线地理信息空间位置服务[13],为社会公众的工作和生活提供方便。

3 工作技术方法

3.1 总体流程

地理国情监测采用内外业结合的方法,利用2021年4—6月为主的遥感影像,开展影像制作,变化发现、内业解译、外业调查与核查、空间数据统计分析等方法与手段,开展林草资源和城市要素、人工建(构)筑物的监测,形成2020年北京市地理国情信息数据库。开展统计与分析,结果支撑自然资源相关管理工作。地理国情监测的技术流程如图1所示。

3.2 影像处理

以有利于准确采集变化信息为基本原则,综合发挥更高分辨率和更佳时相优势,统筹选择主要影像数据源和补充影像数据源。一景影像不能反映实际问题时,充分考虑使用不同条件的多种遥感影像[14],以便于信息采集中提高识别地物和确定地物界线的准确度。

3.3 变化信息采集

变化区域识别采用两种方式相互补充的方式进行采集,一是将已有成果数据通过叠加分析的方式,通过人工影像解译识别变化区域；二是基于同源多时相遥感影像,利用深度学习技术,实现遥感图像自动解译的方式进行变化区域检测。需要多期影像对照以便识别变化区域时,应充分利用2019年以前的影像成果。

3.4 外业调查与核查

外业应充分利用基于北斗卫星开发的便携式电子设备调查系统。外业调查与核查(图2)过程中,应及时对所有通过外业手段形成的数据成果进行整理,形成包括外业路线、目标区域照片、外业调绘成果以及元数据层等数据结果。

图2 外业调查与核查工艺流程图

外业人员应将外业形成的数据结果及时提交到内业编辑整理环节,确保交接、沟通到位,并有责任协助和督促外业成果在内业编辑整理中得到准确、完整的应用,与内业人员共同对最终成果数据质量负责。

节点功能主要是进行CO2及温度的采集,节点是由微控制器模块MCU(Microcontroller Unit)、电源(source)、无线通信模块RF(Radio Freqency)和传感器模块(sensor)组成,其中MCU采用极低功耗的stm8系列单片机作为数据采集器处理单元的核心,并根据需求构建了外围电路;通信模块采用基于WIA-PA技术的无线模块,此模块由中国科学院沈阳自动化研究所自主研发。节点硬件结构图如图2所示。

3.5 统计分析

依据《地理国情监测基本统计技术规程》,结合2017—2019年地理国情监测统计分析的工作经验,充分利用生产过程中记录的变化类型等信息,应用基本统计软件系统；完成数据准备、指标计算、统计数据平差处理以及统计单元平差处理,构建“1+N+16”的统计分析体系。

围绕新版总体规划实施与评估、非首都功能疏解、城市副中心建设、京津冀协调发展等重大战略、重点规划、重点工作开展城市重点监测内容调研、综合统计分析、专项应用等分析工作。

4 成果应用

项目形成了包括2020年版地理国情监测数据库和统计分析成果数据库。2020年版地理国情监测数据库包含2020年监测中形成的各类遥感影像数据、地表覆盖数据、全市重要城市要素数据、全市影像解译样本、元数据、地理市情监测数据、干涉合成孔径雷达(interferometric synthetic aperture radar,InSAR)数据成果以及更新后的全市交通网络、水域网络等数据；统计分析成果数据库包含基本统计和综合统计分析形成的各类结果数据。为城市规划、城市运维、城市更新等工作提供了统一的地理空间公共信息基底。

4.1 新版城市总体规划

本次城市总体规划深入贯彻习近平总书记系列重要讲话精神和治国理政新理念新思想新战略,坚持以习近平总书记两次视察北京重要讲话精神为根本遵循,立足首都城市战略定位,着眼于新的历史时期首都发展的新要求、新期待[15]。新版城市总体规划指出“新中国成立以来北京城市发展的成功经验,明确发展目标和城市规模,科学规划城市空间布局。”为完成这一目标,摸清全市的地理国情家底成为重点内容。

4.2 疏解整治促提升专项行动

在2017—2020年期间,北京市在全市范围内开展了为期数年的“疏解整治促提升”专项整治行动,随着专项工作的逐渐深入,在2016年前后,违法建设违法用地专项整治工作作为“疏解整治促提升”专项行动十项工作内容的首项任务,利用北京市地理国情监测数据以及其他相应参考资料,基于卫星街景历史影像数据核查全市建筑增量,基于影像纹理,监测分析北京市疑似违法建筑总量,协助北京市相关部门制定每年拆除房屋规模年度计划。

4.3 城市精细化管理

随着京津冀协同发展的推进,城市向高质量发展迈进,对城市空间的治理要满足精细化管理需求,城市空间作为减量提质发展的核心“绿色”内容,主要包括城市减量控制、精细治理、绿色生态、人居品质等方面的内容,极致体现了减量提质发展的“减”“精”“绿”“质”。在复杂环境、大尺度、高频率的城市区域开展空间监测是一项具有挑战性的工作。北京市的地理国情监测指标体系支撑了北京市在减量发展的前提下,同相关城市规划管理部门一道找到适合的城市规划管理应用切入点,梳理城市规划及治理业务流程,创新应用服务模式，整合现有城市规划管理资源。

4.4 生态文明建设

党的十八大以来,以习近平同志为核心的党中央将生态文明建设纳入中国特色社会主义事业“五位一体”总体布局,把“美丽中国”作为生态文明建设的宏伟目标,开展了一系列根本性、开创性、长远性工作,我国生态环境保护发生了历史性、转折性、全局性变化。利用地理国情监测成果进行现状和时间序列分析,得到生态用地的现状、历史地类分析，生态用地疑似违法图斑的现状、历史地类分析。

5 结束语

在自然资源统一调查监测评价框架下,北京市地理国情监测工作在满足国家要求的基础上,结合北京市城市规划与城市管理的需求,在自然资源调查“两统一”的大背景下,摸索了一套地理国情监测工作的调查与应用服务体系。

北京市从2016年起对地理国情信息的获取进入常态化监测阶段,经过历年积累摸清了北京市自然、生物和人文等各种资源的分布以及存量情况。随着不断对地理国情监测数据成果的挖掘,其成果已经在多个领域得到应用,在生态文明制度建设中发挥了不可或缺的作用。

地理国情监测成果大多应用于城市管理、城市规划以及各级政府管理层面,随着应用领域所涉及的内容越来越广泛,对于面向社会需求,仍需扩充指标体系以达到满足社会面要求的标准。随着地理国情监测应用逐步朝着“更深”“更广”的目标前进,现阶段亟须对基于地理国情监测成果的应用进行梳理,理清现有应用的广度、深度以及存在的不足,为后续推进地理国情常态化监测提供方向指导。