王樹(shù)文，劉俊衛(wèi)

(天津市測(cè)繪院，天津300381)

遙感與GIS技術(shù)在地理國(guó)情監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用與研究
——以天津市為例

王樹(shù)文，劉俊衛(wèi)

(天津市測(cè)繪院，天津300381)

探討在地理國(guó)(市)情監(jiān)測(cè)中如何運(yùn)用遙感和GIS技術(shù)對(duì)城市地理市情進(jìn)行監(jiān)測(cè)，論述如何以RS、GIS和數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)為支撐，獲取不同時(shí)期的城市地理信息，對(duì)城市地理市情實(shí)施監(jiān)測(cè)，分析和評(píng)估城市地理市情的變化情況，并通過(guò)幾個(gè)地理市情監(jiān)測(cè)案例探討如何為各級(jí)政府提供及時(shí)、準(zhǔn)確、有效和權(quán)威的城市地理市情信息，以及如何為社會(huì)和公眾提供必要的信息服務(wù)。

地理國(guó)(市)情;遙感;地理信息系統(tǒng);監(jiān)測(cè)

一、引 言

地理國(guó)情，是指包括國(guó)土疆域面積、地理區(qū)域劃分、地形地貌特征、道路交通網(wǎng)絡(luò)、江河湖海分布、土地利用與土地覆蓋、城市布局和城鎮(zhèn)化擴(kuò)張、生產(chǎn)力空間布局、災(zāi)害分布等在內(nèi)的自然和人文地理要素在宏觀層面的綜合表達(dá)，是基本國(guó)情的重要組成部分。

地理國(guó)(市)情監(jiān)測(cè)，就是要充分利用先進(jìn)的測(cè)繪技術(shù)優(yōu)勢(shì)和資源優(yōu)勢(shì)，對(duì)地理國(guó)(市)情進(jìn)行動(dòng)態(tài)的信息化測(cè)繪、統(tǒng)計(jì)和分析研究，及時(shí)為各級(jí)政府、企業(yè)和社會(huì)公眾等提供地理國(guó)情信息服務(wù)，以提高科學(xué)決策、科學(xué)發(fā)展的水平和能力。它屬于國(guó)家基礎(chǔ)測(cè)繪地理信息工作的重要組成部分，是對(duì)基礎(chǔ)測(cè)繪工作向測(cè)繪地理信息化的深化和外延的拓展。

天津市作為與國(guó)家測(cè)繪地理信息局簽署地理國(guó)(市)情監(jiān)測(cè)合作協(xié)議的城市，2011年完成了全市域的地理市情監(jiān)測(cè)初期任務(wù)，其后期最終目標(biāo)是要實(shí)現(xiàn)全市基礎(chǔ)地理國(guó)(市)情信息的共享、集成和高效利用，為全市信息化建設(shè)及政府決策提供地理信息支撐。

二、地理國(guó)(市)情監(jiān)測(cè)任務(wù)的理念特性

天津市作為一個(gè)特大型城市，地理國(guó)(市)情監(jiān)測(cè)具有自己濃厚的城市特色，監(jiān)測(cè)的目的和成果也符合特大城市的需求。總體來(lái)說(shuō)，天津地理國(guó)(市)情監(jiān)測(cè)有如下特性。

1)地理國(guó)(市)情監(jiān)測(cè)中監(jiān)測(cè)任務(wù)是動(dòng)態(tài)變化的，它包含了3方面的意思:一是監(jiān)測(cè)的地理國(guó)(市)情是隨時(shí)發(fā)生變化的，指地理國(guó)(市)情的內(nèi)容是不斷變化的，沒(méi)有一成不變的地理國(guó)(市)情;二是監(jiān)測(cè)工作必須隨著地理國(guó)(市)情的變化而進(jìn)行;三是監(jiān)測(cè)重點(diǎn)及地理國(guó)(市)情信息范圍和程度是變化的。

2)地理國(guó)(市)情監(jiān)測(cè)中監(jiān)測(cè)手段的適應(yīng)性，監(jiān)測(cè)地理國(guó)情就是對(duì)特定情況下地理信息及時(shí)準(zhǔn)確的采集和提供。監(jiān)測(cè)手段必須與承擔(dān)的任務(wù)相適應(yīng)，監(jiān)測(cè)的速度和成效是與投入的人力、物力成正比的。根據(jù)監(jiān)測(cè)任務(wù)特點(diǎn)，建立了不同層面分級(jí)符合自身情況的地理國(guó)情監(jiān)測(cè)的設(shè)備和人才隊(duì)伍。

3)地理國(guó)(市)情監(jiān)測(cè)要有統(tǒng)一性，監(jiān)測(cè)地理國(guó)(市)情是通過(guò)對(duì)現(xiàn)勢(shì)的和過(guò)去的地理國(guó)(市)信息的分析和歸納，判斷各類(lèi)自然和人文地理國(guó)(市)信息變化的程度，客觀評(píng)估利弊，充分揭示經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和自然資源環(huán)境的空間分布規(guī)律，為各級(jí)政府決策提供可靠依據(jù)。因此，要建立由政府主導(dǎo)、集中社會(huì)力量共同監(jiān)測(cè)地理國(guó)情的有效機(jī)制。

4)城市地理國(guó)(市)情監(jiān)測(cè)有著各自的特點(diǎn)。在監(jiān)測(cè)中會(huì)著重關(guān)注自身城市的地理信息，如城市用地、居民區(qū)的分布、開(kāi)發(fā)區(qū)分布、港口的填海造陸、化工廠與燃?xì)夤藜袄幚韽S等危險(xiǎn)源分布、城市綠化率、城市道路和交通分布狀況等，這些都是城市關(guān)心的地理市情信息。

三、遙感與GIS技術(shù)對(duì)地理國(guó)(市)情監(jiān)測(cè)的技術(shù)支撐

地理國(guó)(市)情監(jiān)測(cè)的開(kāi)展需要及時(shí)、快速和準(zhǔn)確地獲取基礎(chǔ)地理信息，遙感技術(shù)(RS)能快速、動(dòng)態(tài)、準(zhǔn)確提供地球表層的地理信息［1］，為人們提供高時(shí)間分辨率和空間分辨率的遙感數(shù)據(jù)，滿足城市地理國(guó)(市)情監(jiān)測(cè)和督察的時(shí)效性，能夠支撐地理國(guó)(市)情監(jiān)測(cè)所需的基礎(chǔ)的地理信息。而地理信息系統(tǒng)(GIS)為空間數(shù)據(jù)組織、管理、分析與可視化提供了強(qiáng)大的工具，適合用來(lái)管理城市基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)，并具有強(qiáng)大的制圖功能［2］，如圖1所示。

圖1 城市地理國(guó)(市)情監(jiān)測(cè)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

例如，近年來(lái)，隨著天津市持續(xù)快速的發(fā)展，城市快速擴(kuò)張使得城市各種功能設(shè)施急速擴(kuò)大和變化，城市基礎(chǔ)設(shè)施、土地利用及城市用地結(jié)構(gòu)等各種地理國(guó)(市)情信息發(fā)生明顯變化。針對(duì)海邊港口城市的特點(diǎn)，及時(shí)、準(zhǔn)確地掌握城市地理市情信息資源的數(shù)量、質(zhì)量、分布及其變化趨勢(shì)，直接關(guān)系到國(guó)民經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展與規(guī)劃［3－4］。

RS和GIS技術(shù)一直在完善和服務(wù)天津市城市規(guī)劃用地建設(shè)執(zhí)法檢查和城市土地利用規(guī)模監(jiān)測(cè)、城市園林綠化統(tǒng)計(jì)、水系和濕地分布及變化情況監(jiān)測(cè)、海岸線變化監(jiān)測(cè)等方面的督察工作及城市地理信息數(shù)據(jù)的規(guī)劃、管理、保護(hù)和利用上起著重要的作用［5－6］。如2011年天津市地理市情監(jiān)測(cè)中遙感與GIS在督察城市建設(shè)用地規(guī)劃與土地利用方面的主要作用是:①為國(guó)土資源管理提供現(xiàn)時(shí)基礎(chǔ)資料;②檢查土地利用總體規(guī)劃執(zhí)行情況;③復(fù)核土地變更調(diào)查數(shù)據(jù);④為土地執(zhí)法檢查提供服務(wù)。

城市地理國(guó)(市)情動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)管理是以3S技術(shù)一體化為基礎(chǔ)，運(yùn)用專(zhuān)業(yè)遙感技術(shù)，對(duì)地理對(duì)象的影像特征進(jìn)行采樣和分析，快速獲取其空間特征，結(jié)合GIS分析，利用分析解譯結(jié)果與城市各種行業(yè)的規(guī)劃編制、規(guī)劃審批成果之間的比對(duì)分析，掌握城市建設(shè)中與規(guī)劃不符的情況，并通過(guò)核查上報(bào)、統(tǒng)計(jì)分析等手段，為城市各種規(guī)劃管理、城市建設(shè)監(jiān)察提供服務(wù)［7－8］，如圖2、圖3所示。

圖2 遙感技術(shù)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)管理的技術(shù)流程

圖3 遙感與GIS監(jiān)管地理市情信息技術(shù)構(gòu)架——分系統(tǒng)框架示意圖

四、遙感與GIS技術(shù)在地理國(guó)(市)情監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用案例

1.2009 —2011年遙感監(jiān)測(cè)城市用地現(xiàn)狀變化分析

通過(guò)不同時(shí)期的衛(wèi)星影像與對(duì)應(yīng)區(qū)域城市用地規(guī)劃的對(duì)比，可以找出違法用地的位置。本文以天津市津南區(qū)城市建設(shè)用地變化進(jìn)行監(jiān)測(cè)，如圖4、圖5所示。

圖4 2009年耕地(a)到2011年變成違法房屋(b)

圖5 2009年耕地(a)到2011年變成違法建筑(b)

依據(jù)《天津市城市用地分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)》對(duì)天津市津南區(qū)2009年和2011年的城市用地現(xiàn)狀進(jìn)行監(jiān)測(cè)，如圖6、圖7所示，整體分析E6(村鎮(zhèn)建設(shè)用地)面積變化最大，減少約4.35 km2，而R1(一類(lèi)居住用地)面積則增加最多，約3.2 km2。

圖6 2009年用地現(xiàn)狀分類(lèi)分布圖

圖7 2011年用地現(xiàn)狀分類(lèi)分布圖

通過(guò)數(shù)據(jù)的分析比對(duì)，進(jìn)一步統(tǒng)計(jì)津南區(qū)公共設(shè)施用地大類(lèi)中各中類(lèi)用地的面積變化情況，如圖8所示。C6(教育科研用地)面積明顯增加，約3.03 km2，C2(商業(yè)金融用地)面積也有所增加，約0.43 km2，其他地類(lèi)面積沒(méi)有較明顯的變化。

圖8 津南區(qū)公共設(shè)施用地面積年度對(duì)比統(tǒng)計(jì)

2.以2009年為參照，2010年遙感監(jiān)測(cè)土地利用現(xiàn)狀變化分析

土地利用動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)的主要內(nèi)容有:土地資源狀況、土地利用狀況、土地權(quán)屬狀況、土地條件狀況、土地質(zhì)量和等級(jí)狀況等。土地利用動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)的主要方式是土地利用變更調(diào)查和遙感動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)方法［9］，遙感動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)方法的結(jié)果如表1所示。

表1 2010年全年土地利用現(xiàn)狀凈增減總表 km2

由表1可知，2010年全年，天津市變化量較大的地類(lèi)是耕地、水域及水利設(shè)施用地、城鎮(zhèn)村及工礦用地和交通運(yùn)輸用地。為了更好地分析天津市2010年全年遙感監(jiān)測(cè)土地流向情況，筆者制作了2010年全年遙感監(jiān)測(cè)土地流向分析表，具體情況如表2所示。

表2 2010年全年遙感與GIS結(jié)合監(jiān)測(cè)土地流向分析表 km2

由表2可知，2010年全年天津市土地變化具體情況:耕地凈減少最多，其次是水域及水利設(shè)施用地減少。這兩項(xiàng)主要流向是變更為城鎮(zhèn)村及工礦用地、交通運(yùn)輸用地，部分變更為耕地的屬于農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整。

以上變化的主要原因是城市建設(shè)發(fā)展的需要，根據(jù)規(guī)劃征轉(zhuǎn)審批新增建設(shè)用地、城鎮(zhèn)建設(shè)用地掛鉤試點(diǎn)、國(guó)家重點(diǎn)工程占用了大量耕地和水域及水利設(shè)施用地，另外部分違法用地也占用了少量耕地和水域及水利設(shè)施用地，從而造成耕地和水域及水利設(shè)施用地總量的減少，以及城鎮(zhèn)村及工礦用地和交通運(yùn)輸用地的增加。

五、結(jié)束語(yǔ)

地理國(guó)(市)情監(jiān)測(cè)是國(guó)家賦予測(cè)繪信息化工作的新職責(zé)、新任務(wù)和新要求，地理國(guó)(市)情監(jiān)測(cè)成果使政府和公眾能準(zhǔn)確地掌握地理國(guó)情、國(guó)力，也是管理者作出重大決策的重要依據(jù)。綜合運(yùn)用遙感與GIS技術(shù)手段進(jìn)行地理國(guó)(市)情監(jiān)測(cè)是當(dāng)今測(cè)繪信息化正在進(jìn)入一個(gè)變革時(shí)代的需求，即以地理國(guó)(市)情監(jiān)測(cè)為核心的測(cè)繪信息化向知識(shí)化變化，也是全社會(huì)對(duì)3S行業(yè)提高服務(wù)能力和服務(wù)水平的必然要求。因此，對(duì)地理國(guó)(市)情監(jiān)測(cè)提出如下建議:

1)地理國(guó)(市)情監(jiān)測(cè)應(yīng)重點(diǎn)為各級(jí)政府綜合規(guī)劃、決策、監(jiān)督等服務(wù)，提供客觀、公正和準(zhǔn)確的參考信息和數(shù)據(jù)。

2)地理國(guó)(市)情監(jiān)測(cè)應(yīng)根據(jù)國(guó)家重大工程、重大戰(zhàn)略和宏觀管理等需要開(kāi)展監(jiān)測(cè)，作出示范向?qū)?與相關(guān)業(yè)務(wù)主管部門(mén)的管理和監(jiān)測(cè)內(nèi)容互為補(bǔ)充，完善監(jiān)測(cè)體制;以長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展的戰(zhàn)略加強(qiáng)裝備與人才建設(shè)。

3)統(tǒng)一地理國(guó)(市)情監(jiān)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，地理信息標(biāo)準(zhǔn)化是地理信息廣泛應(yīng)用的前提和基礎(chǔ)，地理國(guó)情信息更要以標(biāo)準(zhǔn)化為前提，充分保障地理國(guó)情信息的權(quán)威性、準(zhǔn)確性、可比性和適用性。因此，要和相關(guān)部門(mén)合作加快研究制定最大限度符合多部門(mén)需求的地理國(guó)情監(jiān)測(cè)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、基準(zhǔn)和統(tǒng)計(jì)指標(biāo)體系，為全面推進(jìn)地理國(guó)情監(jiān)測(cè)工作提供標(biāo)準(zhǔn)保障。

［1］ 黃瀟瑩，胡艷.遙感技術(shù)在城鄉(xiāng)規(guī)劃督察中的應(yīng)用研究——以武隆仙女山為例［C］∥第十七屆中國(guó)遙感大會(huì)摘要集.杭州，［s.n.］，2010.

［2］ 鄭立中，隋殿志.以市場(chǎng)為向?qū)Оl(fā)展我國(guó)遙感技術(shù)與地理信息系統(tǒng)［J］.遙感信息，1988(4):6－7.

［3］ 張強(qiáng)強(qiáng).遙感技術(shù)在城市發(fā)展中的應(yīng)用［J］.科技信息，2011(9):130.

［4］ 陳昆侖，陳旭，曾克峰.基于遙感技術(shù)的城市用地的擴(kuò)張分析［C］∥湖北省地理學(xué)會(huì)2006優(yōu)秀學(xué)術(shù)論文集(地理科學(xué)類(lèi)).武漢:［s.n.］，2006.

［5］ 郭云開(kāi).土地開(kāi)發(fā)整理工程的遙感評(píng)價(jià)方法研究與應(yīng)用［D］.長(zhǎng)沙:中南大學(xué)，2008.

［6］ 王艷君，姜彤，呂宏軍.快速城市化地區(qū)的土地利用時(shí)空動(dòng)態(tài)變化研究——以南京市為例［J］.長(zhǎng)江流域資源與環(huán)境，2005，14(2):168－172.

［7］ 王思遠(yuǎn)，張?jiān)鱿?，周全斌，?基于遙感與GIS技術(shù)的土地利用時(shí)空特征研究［J］.遙感學(xué)報(bào)，2002，6(3): 223－228.

［8］ 曹雪，柯長(zhǎng)青.基于TM影像的南京市土地利用遙感動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)［J］.武漢大學(xué)學(xué)報(bào):信息科學(xué)版，2006，31(11):958－961.

［9］ 鄭新奇，王銳.基于遙感與GIS的土地資源利用動(dòng)態(tài)變化研究——以濟(jì)南市歷城區(qū)為例［C］∥2005年中國(guó)土地學(xué)會(huì)學(xué)術(shù)年會(huì)論文集.佛山:中國(guó)土地學(xué)會(huì)，2005.

Application and Research of Geographical Conditions Monitoring Based on Remote Sensing and GIS——Taking Tianjin as a Case Study

WANG Shuwen，LIU Junwei

0494－0911(2012)08－0051－04

P237

B

2012－04－05

王樹(shù)文(1979—)，男，天津人，碩士，高級(jí)工程師，主要從事攝影測(cè)量與遙感、地理信息系統(tǒng)的研究工作。