李 靜，何 宗，曾 攀，陳 陽，葉 勝

（1.重慶市地理信息中心，重慶 401121）

基于地理知識服務的地理調查理論與方法研究

李 靜1，何 宗1，曾 攀1，陳 陽1，葉 勝1

（1.重慶市地理信息中心，重慶 401121）

在地理科學的框架內，提出了面向地理知識服務的地理調查概念，指出了地理調查的內容和范圍，總結了地理調查特點，并在此基礎上構建了地理調查的技術方法體系，搭建了智慧地理調查平臺，闡述了地理調查技術方法的實踐和應用。

地理知識服務；地理調查；地理對象；地理事件；地理單元

地理調查是開展地理研究的基礎，人類對客觀世界的認識是一個持續(xù)不斷的調查發(fā)現過程，地理調查方法也是人類認識世界的一種古老方法，人類每一次認識上的跨越，都伴隨著地理調查方法的推動。從對客觀世界認知的角度，地理調查已經經歷了“地理數據獲取”、“地理信息提取”階段，隨著信息技術的發(fā)展以及應用的深入，地理調查正在向深入探索人地系統內在規(guī)律、解決社會經濟發(fā)展中問題與矛盾的“地理知識服務”轉變，這是地理科學研究的必然趨勢，也是對地理信息技術發(fā)展提出的新要求。

1 地理調查理論

1.1 地理調查理論基礎

人類很早就開始對周圍的地理環(huán)境進行觀察、辨識，認識和了解地理環(huán)境的內容成了人類初期知識的主體。人類對地理環(huán)境認識和了解的過程可以認為是宏觀概念的地理調查，對認識結果的總結和歸納便形成了地理知識。

“地理學”這個名詞是由公元前4世紀古希臘人所創(chuàng)造，意指對“大地之描述”。公元前9世紀，希臘地理學之父荷馬在其歷史著作《奧德賽》中用文學的手法描述和記錄了當時已知的世界。公元前6～7世紀，西方哲學史上第一位哲學家泰利斯（Thales）開始用數學、幾何的方法來記錄地理事物和現象，他的弟子阿拉克西曼德（Anaximandos）最早繪制出了“伊奧尼亞地圖（Ionian map）”，對形成地理學科的核心有重大作用。公元前4世紀，希羅多德（Herodotos）在伊奧尼亞地圖基礎上，以自己的記憶和其他旅行家的陳述為資料，研究分布趨勢，描述該地的空間特性。

18世紀哈里森（Harrison）發(fā)明了“航海用經線儀”，應用天文學、測地學和三角測量的方法開展“野外實察”，成為了地理學者繪制地圖的主要方法[1]。20世紀60年代，地理學者發(fā)展出側重于空間經濟學、新實證主義認識論的新地理學和人本主義地理學[2]?，F今，地理學已發(fā)展成為一個完整、成熟的學科，大量地理研究和應用的基礎就是開展廣泛的地理調查，認識研究對象的原型，獲取定性或定量的地理對象描述指標，為地理模型輸入基本地理參數，建立地理科學研究的數據基礎。

隨著全球化和信息化的迅速推進，地理調查技術也被明確地提出并成為地理學中“地理信息科學”分支下的重要組成部分。因此，地理調查工作的開展應以現代地理學的理論體系為指導，以地理信息科學的技術方法為手段，為廣泛的地理應用提供支撐[3]。

1.2 地理調查的概念

地理調查在地理學理論的基礎上綜合利用3S技術、移動互聯網技術、大數據技術等各種信息獲取手段，結合社會調查方法，以社會需求和公共服務為導向，調查和采集各類地理對象和地理現象，獲取地理數據、地理信息和地理知識，建設地理要素時空數據庫，提供地理信息服務、地理設計服務和地理文化服務[4]，如圖1。

圖1 地理調查概念認識

1.3 地理調查的范圍及內容

地理調查的范圍包括地上、地表及地下的各類自然和人文地理對象，獲取地理對象的空間信息、時間信息和語義信息，進而獲取地理對象承載的知識。其中空間信息是指調查對象的空間坐落，用地理坐標記錄和存儲；時間信息則記錄調查對象在時間序列上的不同空間和語義狀態(tài)；語義信息包括調查對象的概念、語義及語義信息之間的關聯關系描述，即調查對象的知識表達。

近年來，從國家層面組織開展了多個大型專項地理調查，充分證實了調查研究在經濟社會發(fā)展中的重要作用，如全國土地利用調查、水利普查、林業(yè)普查，以及正在開展的地理國情普查、管線普查，重慶市也結合服務經濟社會發(fā)展的需要，開展了諸如地下空間普查、建筑物信息調查、城市建設用地監(jiān)測等。

1.4 地理調查驅動機制

地理事件是指地理對象在時間維度上的發(fā)展變化，可以看作是地理對象從一個狀態(tài)到另一狀態(tài)不斷變遷的過程，其中每一次變遷過程稱作一個地理事件。所以地理對象在其生命期的變化是由一個狀態(tài)通過事件變化到另一狀態(tài)的發(fā)展過程。

地理事件是地理調查主動開展的推進器，在調查過程中，地理事件發(fā)生后，通過地理事件監(jiān)控系統實時發(fā)現并抓取地理事件發(fā)生的相關信息，以地理調查單元為基本調查單位，綜合運用多種技術方法對發(fā)生地理事件的地理對象開展地理調查，采集地理事件發(fā)生過程中地理對象發(fā)生的變化信息，形成地理實體，再通過綜合處理進行要素化建庫[5]，如圖2。

圖2 地理調查驅動機制

1.5 地理調查單元

地理調查單元是一種為了方便地理調查而建立的空間單元，并不是單純的行政區(qū)劃單元。建立地理調查單元不僅便于分片區(qū)調查工作的開展，還有利于數據采集管理以及調查成果數據更新維護。地理調查單元具有同質性、動態(tài)性、穩(wěn)定性的特點，通常以同質性、道路交通、典型地貌、數量等關鍵信息作為劃分原則。

地理調查單元由基礎單元、業(yè)務單元、責任單元3 級組成。其中基礎單元是依據地理特征、行政區(qū)劃特征、道路交通、地理要素特征、國土權屬單元等管理特征劃分的最小空間管理單元；業(yè)務單元是根據各地理要素的分布特征結合長期的業(yè)務需求，以基本單元的基礎合并組合而成的空間單元；責任單元是每個調查作業(yè)單位的工作單元。

1.6 地理調查的特點

地理調查具有以下特點，一是技術手段新穎，綜合運用3S技術、大數據分析技術、物聯網技術等先進技術作為地理調查的技術方法；二是組織模式靈活，地理事件驅動，集中調查和眾包調查相結合，建立上下聯動的工作組織機制；三是采集方式高效，采集數據直接入庫，大幅度減少數據后期處理；四是成果形式多樣，多尺度融合成果，適合多層次需求的要素化庫；五是創(chuàng)新服務模式，以共享交換平臺為載體，提供多樣化定制服務。

2 地理調查技術架構

在數據和信息的調查采集建庫方面，地理調查是在嚴謹的數據標準、技術標準和應用標準的框架內，以行業(yè)部門標準數據庫為基礎，綜合采用現代天空地一體化空間信息獲取技術、互聯網技術和眾包技術等多種手段，建設地理調查信息感知采集系統和眾包平臺，經過數據處理系統的清洗、整合和處理，為地理大數據中心提供基礎數據源，各應用平臺通過ETL（抽取、轉換和加載）工具，從地理大數據中心輸入所需數據資源，同時各應用平臺也通過自身的更新機制為大數據中心各類數據的更新提供數據源[6]。

在地理知識的獲取和挖掘方面，地理調查通過查閱書籍文獻、咨詢專家來獲得經驗，還可通過網絡調查、實地調查等方法獲取地理知識，經過地理知識的分級、挖掘、流動、集成等處理，再通過知識學習和實踐修正等知識創(chuàng)新，形成新的地理知識，提供知識應用和服務。具體架構見圖3。

2.1 數據、信息和知識調查基礎

各行業(yè)部門標準數據庫在各自內部融入到業(yè)務管理流程當中，發(fā)揮著巨大的作用，但各行業(yè)部門之間的數據通用性較差、數據標準不統一，很難進行共享交換。地理調查工作在這些數據基礎之上開展工作，通過調查保持各類數據的鮮活性。

圖3 智慧地理調查平臺架構

2.2 地理調查信息采集系統

地理調查信息采集系統充分集成當前測繪地理信息、物聯網、大數據、互聯網的先進技術，融合傳統地理知識獲取方法，實現地理對象的信息采集和知識發(fā)現。通過綜合運用調查采集系統和眾包采集平臺，一方面各部門可通過采集系統、平臺來豐富和完善各部門自身數據，另一方面通過調查、數據整合處理，為地理大數據中心輸入源源不斷的基礎地理數據、地表數據、各類規(guī)劃數據、經濟社會和城市運行增量更新數據，同時大數據中心自身的數據也要通過地理調查采集平臺實現動態(tài)更新。

1）傳統地理知識獲取方法。傳統地理知識獲取方法主要有兩類，一是科技文獻資料法，科技文獻是人們將從事生產生活與科學實驗所得到的經驗、知識用圖文、視頻等手段將其記錄和保存下來，再通過各種出版物進行傳播；二是實地考察法，通過實地考察、訪談和調研，獲得一個地理區(qū)域、一個地理過程或一個地理事物的基本認知。

2）天空地一體化技術。測繪地理信息科學技術的跨越式發(fā)展為地理調查提供了重要的技術支撐，通過集成應用高精度衛(wèi)星導航定位技術、高分辨率衛(wèi)星遙感技術、數字航空攝影測量技術、傾斜攝影技術（圖4）、低空遙感技術，基本可以實現快速獲取任意區(qū)域、任意時間和任意對象的高精度空間位置信息和地表信息。地面移動測量系統通過獲取地理對象的全景影像和激光點云數據，實現地理對象的實景影像信息和三維建模信息獲取。重慶市地理信息中心結合地理調查工作特點，開發(fā)建設了“時空信息調查智能移動終端系統”，能夠實現地表任意對象的時空信息采集，這類采集系統的特點就是通過移動終端實現地理對象的空間位置采集、語義信息采集，還可實時采集影像、語音信息，通過移動互聯網直接上傳至管理系統服務器，實現了地理調查的自動化采集（圖5）。

圖4 傾斜攝影技術

圖5 時空信息調查智能移動終端系統

3）大數據分析技術。網絡大數據為地理調查提供了重要的數據源，也為地理大數據中心的數據分析提供了重要工具。大眾點評等點評類網站提供了大量日常消費類信息，不僅有POI和地址信息，還有大量的消費愛好和點評信息；攜程等旅游類網站幾乎覆蓋所有旅游目的地，提供海量的旅游景區(qū)景點信息、相關餐飲酒店信息，其用戶群體提供的旅游攻略和路線幾乎可以達到讓其他人足不出戶就獲取整個相關聯的地理知識；搜房網等房地產經紀類網站提供了豐富的新房和二手房信息，為居住小區(qū)信息的采集提供新的途徑，同時也為區(qū)域房價分析提供可能。當前的地理調查已不再單一通過現場調查采集信息，互聯網大數據為新的信息調查提供了新的途徑，通過網絡大數據抓取技術獲取不同類型的地理對象數據，為大數據時代地理研究提供數據支撐。抓取的信息需經過大數據分析，運用技術途徑去除數據冗余，減少重復信息，同時通過設置規(guī)則來判斷數據的準確性，最后通過地理編碼系統，對其進行空間匹配（圖6）。

圖6 大數據分析抓取系統

4）網絡眾包平臺。隨著Web2.0時代的到來，尤其是移動互聯網的快速發(fā)展，為眾包地理調查提供了可能。用戶既是地理大數據的使用者，也是地理大數據的貢獻者，這是地理調查眾包的核心理念[7]。當前，互聯網地圖供應商如高德、百度等均基于自身龐大的用戶群，提供了用戶調查采集信息接口，用戶可以直接上傳采集信息，實現地圖信息眾包采集并產生了巨大的效益。測繪地理信息行業(yè)建設的天地圖、地理信息公共服務平臺、各種應用終端都是開展眾源信息采集的重要渠道，通過增加用戶自定義采集接口，對平臺在線數據動態(tài)監(jiān)控更新，實現用戶和平臺之間的互動，提升平臺體驗。

5）物聯網感知系統。智慧城市的建設最終會使物物相聯，形成龐大的物聯網，物聯網將是繼互聯網之后又一次產業(yè)革命，物聯網產生的巨量信息將為地理調查提供新的技術方法[8]。在交通應用方面，道路交通系統安裝的攝像頭、線圈等與車載導航定位系統采集的信息進行集成，通過互聯網傳輸和大數據分析，可采集和分析實時道路交通運行狀態(tài)；在地質災害監(jiān)測方面，通過安裝地災監(jiān)測傳感器，可實時采集和分析地質災害隱患區(qū)域變化情況；在城市運行狀態(tài)監(jiān)測方面，可在城市管道設施上安裝傳感器實時監(jiān)控水壓、氣壓等變化情況，為城市安全運行提供保障。

2.3 地理調查數據處理系統

地理調查數據處理系統負責處理各類調查數據。一是對數據進行清洗，去除殘缺數據、錯誤數據和重復數據，使各類采集的數據均為有效數據；二是通過數據融合，去除數據冗余；三是地理編碼，對已經空間化的地理對象直接進行編碼，對沒有空間化的各類地理對象利用地址數據庫進行空間化地址匹配，再進行編碼；四是標準化和結構化處理，對數據進行分類、轉換、提取和拼接；五是對地理知識進行分級、挖掘和集成。最后按照質量規(guī)則進行質量控制，導入地理大數據中心。

2.4 地理大數據中心

地理大數據中心基于云架構搭建，建設技術標準化、能力服務化、提供快速化、資源彈性化、管理自動化、管控集中化的大數據中心。

地理大數據從服務需求出發(fā)，將大數據中心的數據分為基礎地理數據、地表數據、各類規(guī)劃數據、社會指標和城市運行5類數據，其中基礎地理數據包括地形圖、正射影像、三維地圖等，地表數據包括行政區(qū)劃、城鄉(xiāng)建設、交通基礎設施、市政基礎設施、公共服務設施、自然資源分布及利用等，各類規(guī)劃數據包括國民經濟與社會發(fā)展規(guī)劃、土地規(guī)劃、環(huán)境規(guī)劃、城鄉(xiāng)規(guī)劃等，經濟社會包括人口、經濟、企事業(yè)等，城市運行包括能源運行、基礎設施運行、城市安全等，目前共包括39個一級類，172個二級類，1 690個要素類（圖7）。

地理調查獲取的數據按照標準存儲到地理大數據中心，大數據中心為地理信息服務、地理設計服務和地理文化服務提供本底數據資源。

3 地理調查技術應用

地理調查成果包括地理數據、地理信息和地理知識，地理調查技術的各項成果直接或間接地提供地理信息服務、地理設計服務和地理文化服務。重慶市基于地理調查技術方法和技術體系，開展了大量的應用實踐。

1）地理調查支撐地理國情監(jiān)測。地理國情監(jiān)測采用地理調查的工作方法，通過地理調查的多種技術手段，對地形、水系、交通、地表覆蓋等要素進行動態(tài)和定量化、空間化的監(jiān)測，并對各種變化情況進行梳理匯總。在此基礎上開展地理分析，形成反映資源、環(huán)境、生態(tài)、經濟要素的空間分布及其發(fā)展變化規(guī)律的監(jiān)測數據、地圖圖形和研究報告。

2）地理調查服務重慶市綜合市情系統建設。重慶市綜合市情系統建設是充分利用重慶市信息產業(yè)發(fā)展基礎和信息化建設成果，以云計算、大數據、移動互聯網、空間信息技術等現代信息技術為支撐，以基礎測繪成果和地理國情普查數據為基礎，以“空間化”為手段整合各類規(guī)劃、社會經濟和城市運行數據，建立全市標準統一、內容融合、開放共享的綜合市情系統，實現全市信息資源的空間整合與應用。綜合市情數據庫建設作為綜合市情系統建設的一項重要工作內容，通過各部門共享交換形成本底數據庫，再運用地理調查技術方法對本底數據庫進行動態(tài)更新。

3）地理調查服務應急管理。近年來，各地政府部門對應急管理工作倍加重視。應急管理部門對地理信息的動態(tài)采集和掌握是應急管理工作開展的重要前提[9]。2010年，重慶市地理信息中心掛牌成立地理信息應急服務專業(yè)分隊——重慶市應急救援地理信息服務隊。地理調查和分析工作在應急突發(fā)事件的處置和應急日常保障工作中發(fā)揮了重要作用。在應急現場處置服務工作中，地理調查人員通過無人機采集災害現場的最新信息，并現場快速處理、制圖，形成遙感圖件供領導決策。在日常的應急保障中，地理調查人員通過建筑物調查、地下管線調查、重大危險源調查等專項調查工作可將我市的高層、超高層樓房、大型油氣管線等風險源進行精確的篩選，并制作成專題信息供應急管理部門重點監(jiān)控和防范?；诟黝惥C合地理信息，還可通過各類分析方法和分析模型，開展不同區(qū)域的災害風險評估，輔助政府部門準確實現事前防范。

4）地理調查支撐城鄉(xiāng)規(guī)劃。重慶市地理信息中心充分利用已有的地理空間基礎設施和信息資源，結合低空遙感、GPS測量、現場調查等技術手段進行地理要素的動態(tài)采集與更新，開展了2005～2015年建設用地遙感解譯工作，形成系列連續(xù)的建設用地現狀數據。從2010年起，中心開展了全市城區(qū)建筑物普查工作，對主城建成區(qū)內的所有建筑進行了詳細調查，包括建筑的規(guī)模、樓層、年代、結構、用途等信息，大大增強了現狀調查與分析的廣度和深度，更有利于控規(guī)研究和編制。2011年初，又先后開展了30個規(guī)劃片區(qū)的現狀調查與分析工作，編制了相應的現狀分析報告，內容包括自然、經濟、社會、歷史文化、基礎設施、公共服務設施、土地利用現狀、建設用地現狀等方面，摸清了全市域范圍內自然條件、空間資源以及經濟社會發(fā)展的基本現狀，為提升全市總體規(guī)劃研究和編制水平提供了有效的技術支撐。近幾年重慶市大力組織開展了鎮(zhèn)（街）鄉(xiāng)、行政村的基本信息調查工作，利用現場踏勘、問卷調查以及GPS測量等技術手段，采集、獲取全市所有村鎮(zhèn)的各類基本信息，建設村鎮(zhèn)規(guī)劃基本信息數據庫，為分析、研究我市村鎮(zhèn)規(guī)劃相關政策，制定村鎮(zhèn)規(guī)劃管理辦法，指導村鎮(zhèn)規(guī)劃研究和編制提供了有力的信息保障。

5）地理調查助力行業(yè)專題信息采集。行業(yè)專題信息是指不同政府管理部門針對各自的業(yè)務管理范圍和需求獲取的專業(yè)地理空間信息。在重慶，行業(yè)專題信息的采集具有良好的技術條件，“重慶市連續(xù)運行衛(wèi)星定位系統”可確保信息定位的高精度，“重慶市地理信息公共服務平臺”（全市“一張圖”）可確保調查所需底圖的現勢性、權威性，并與全市其他信息統一基礎，市規(guī)劃局、市地理信息中心推動全市地理信息共建共享的決心和強大的技術服務可以支撐各部門自己組織專題地理信息調查[10]。

4 結 語

數據和信息只是描述地理對象的某些方面，并不是對地理對象本質的闡釋，地理數據和地理信息已不能滿足應用的需求，隨著大數據應用的深入，對數據和信息自身的完整性、不同來源數據的相互關聯性要求越來越高，需要更多地從數據本身分析和挖掘地理知識，而地理知識的獲取應是地理調查的核心目標。

在智慧地理調查平臺的建設中，從地理事件的監(jiān)測發(fā)現、地理對象的信息采集、地理實體的整合處理、地理要素的入庫到時空大數據的應用和反饋，將形成一條閉合的地理調查及更新的生產線體系。地理調查技術的發(fā)展將進一步整合行業(yè)部門共享交換、網絡大數據采集挖掘、在線采集實時更新、網絡眾包采集、專業(yè)的地理調查隊伍，形成完整的調查技術體系，物聯網等新技術的發(fā)展，將為地理調查注入新的技術方法。

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P208

B

1672-4623（2016）10-0007-06

10.3969/j.issn.1672-4623.2016.10.002

李靜，正高職高級工程師，研究方向為3S集成技術在城鄉(xiāng)規(guī)劃中的應用。

2016-07-26。

項目來源：2016年國家基礎測繪科技計劃資助項目（2016KJ0303）。