王 華,洪 亮，周志誠，陳 慶，李雪梅，史曉明

（1.湖北省測繪地理信息局，湖北 武漢 430071；2.湖北省航測遙感院，湖北 武漢 430074；3. 湖北省測繪工程院，湖北 武漢 430074）

地理國情監(jiān)測的應用分析和對策

王 華1,洪 亮2，周志誠2，陳 慶3，李雪梅2，史曉明2

（1.湖北省測繪地理信息局，湖北 武漢 430071；2.湖北省航測遙感院，湖北 武漢 430074；3. 湖北省測繪工程院，湖北 武漢 430074）

隨著經濟社會的快速發(fā)展，地理國情信息需求日益突出。地理國情監(jiān)測是一項提供地理國情變化信息的基礎性工作。結合前期的地理國情普查實踐經驗和我國現(xiàn)階段的基本國情，分析了未來地理國情監(jiān)測成果在5個不同層次的應用，并探討了如何將應用需求合理地實現(xiàn)和穩(wěn)步發(fā)展，提出了地理國情監(jiān)測工作應把握的幾個策略。

地理國情；地理國情監(jiān)測；應用分析；對策

1 地理國情和地理國情監(jiān)測

國情是一個國家的歷史文化傳統(tǒng)、自然人文環(huán)境、社會經濟狀況、國際關系等方面的狀態(tài)及其變化過程的總和[1]。地理國情是國情信息的重要內容，是指通過地理空間位置和屬性與包括自然環(huán)境、自然資源狀況、科技教育狀況、經濟發(fā)展狀況、政治狀況、社會狀況、文化傳統(tǒng)、國際環(huán)境和國際關系等在內的各類國情進行關聯(lián)與分析[1,2]，從而得出能夠深入揭示經濟社會發(fā)展的時空演變規(guī)律和內在關系的綜合國情。通俗地講，地理國情是以地理空間信息為基礎，全面融合了農業(yè)、林業(yè)、水利、規(guī)劃、國土、交通等社會各部門的專題自然和人文信息，構建起來的綜合信息體系。地理國情是空間可量化的國情信息，按空間分布特性可分為：①地表表層與地理位置直接或間接相關的國情信息，如國土疆域面積、地形地貌特征、行政區(qū)域分界、地表水資源狀況、道路交通網絡等空間分布和時空演變信息；②地表下層與地理位置有關的國情信息，如地質分布、地下水資源、地下能源礦產以及地下設施（地鐵、地下管線）、地下空間開發(fā)利用等；③地表上層空間范圍內與位置有關的國情信息，如風、雨、雷電等自然氣候現(xiàn)象和自然空間的物質（粉塵、生產廢氣、生活廢氣、碳排放）、空中航線等空間分布的密度與情況等[3]。

地理國情監(jiān)測是指充分利用地理信息技術和資源，對地理國情進行動態(tài)獲取、統(tǒng)計、比較、分析、評價及應用的過程。它通過挖掘一定時期內地理國情的變化狀況及發(fā)展趨勢形成反映各類資源、環(huán)境、生態(tài)、經濟要素的空間分布及其發(fā)展變化規(guī)律的研究報告，從而為國家和區(qū)域發(fā)展戰(zhàn)略的制定、經濟結構布局的調整、經濟發(fā)展方式的轉變、突發(fā)公共事件的應對機制等提供科學的決策依據(jù)[2,4]。因此，地理國情監(jiān)測是一項提供地理國情變化信息的基礎性工作。

受經濟發(fā)展、社會關注度、科技生產力、政府重視及市場需求等因素的影響，地理國情監(jiān)測工作在各國開展時間先后不一，內容和深度也存在較大差別。發(fā)達國家由于對生態(tài)環(huán)境、能源資源、災害、城市擴張、健康、公共安全等問題關注較早，重視程度較高，因此地理國情監(jiān)測工作開展得較早，如美國地質調查局在2002 年啟動了一個為期5 a的“地理信息分析和動態(tài)監(jiān)測計劃”[5]。我國的行業(yè)地理國情監(jiān)測工作前些年也有開展，如國土部門的土地調查、水利部門的水利調查、林業(yè)部門的林業(yè)及其相關的野生物種調查、統(tǒng)計部門的人口自然環(huán)境調查等都屬于地理國情監(jiān)測的范圍。現(xiàn)階段，我國經濟社會發(fā)展勢頭較好，信息化程度較高，對地理國情信息的提取、分析、綜合評價和預測已成為各行業(yè)各部門決策管理和運行的重要手段。2010年12月，時任國務院副總理李克強做出了加強地理國情監(jiān)測的重要指示，至此地理國情監(jiān)測工作首次從國家層面明確提出。

2 地理國情監(jiān)測的應用分析

地理國情監(jiān)測的應用是根據(jù)需求而產生的，不同層次的需求對應著不同層次的應用。結合實踐經驗，本文將地理國情監(jiān)測的應用歸納為5個層次（圖1）。

圖1 地理國情監(jiān)測應用的5個層次

2.1 基本地理國情信息的一般應用

地理國情信息的空間分布位置、大小、密度及其自然和人文屬性信息是社會公眾、政府部門及經濟社會各領域（公安、農業(yè)、林業(yè)、水利、交通、國土、規(guī)劃等行業(yè)）需要的最基本的國情信息。它是經濟社會對地理國情信息的一般性需求。例如，發(fā)生災害時，災區(qū)的交通情況、災害分布情況是有效開展救援工作的基本參考信息；出行旅游時，旅游景點的地理位置、天氣情況及基本概況是人們所需了解的最基本的地理國情信息；現(xiàn)代精準農業(yè)中，人們通過了解到當年某一地區(qū)的農作物種植面積及分布情況，可為相關的種子、化肥、農藥、收購（期貨價格）等工作提前做準備。諸如此類的地理國情信息一般只需將及時有效的觀測數(shù)據(jù)，經過簡單的基本空間統(tǒng)計（分析）即可實現(xiàn)。

2.2 地理國情信息的變化分析應用

某類地理國情信息如地下水、河流湖泊、森林、耕地等資源的變化具有明顯的時空特性，對比分析這些對社會、民生十分重要的地理國情信息，是經濟社會可持續(xù)發(fā)展的必然要求。例如，國土部門通過對比不同年代的土地利用分布情況，可判斷重要土地類型的變化，如森林覆蓋面積是否增加、水資源是否減少等，從而為土地規(guī)劃與利用決策提供科學依據(jù)；建設部門通過對建設規(guī)劃方案的比對，可查出違章建設點，判斷生產中用地實施是否如實按照規(guī)劃方案執(zhí)行等。這類地理國情信息需進行長時間的累積監(jiān)測，利用時空數(shù)據(jù)挖掘與信息提取、知識發(fā)現(xiàn)等技術對不同時段的地理國情信息進行時間先后的關聯(lián)與對比分析，從而得出地理國情信息隨時間推移的變化特征及變化結果，最終為評估人類活動對地理國情資源產生的影響提供科學依據(jù)，同時也為評價人類決策的正確與否提供重要依據(jù)。

2.3 重要地理國情信息的實時監(jiān)管應用

部分地理國情要素的變化，是需要實時掌握并及時管控的。眾所周知，健康的淡水資源和空氣是人類生存最基本的資源。近年來工業(yè)廢水排放、農業(yè)污染排放、城市生活污水、垃圾等引起的水體污染現(xiàn)象屢見不鮮；地區(qū)發(fā)展建設中的各種非法填湖、非法侵占耕地、非法砍伐森林以及廢氣排放、焚燒桔桿等空氣污染的現(xiàn)象比比皆是，這類地理國情信息擴散速度快、影響范圍大，處理起來耗資耗力、難控制、難恢復，因此對它們的實時監(jiān)管是非常必要的。監(jiān)管內容主要包括反映大氣污染、水污染、森林退化、自然災害等生態(tài)資源惡化現(xiàn)象的重要地理國情信息[6,7]。

通過建立實時的生態(tài)監(jiān)測網絡，對它們進行實時監(jiān)控、監(jiān)測，實時發(fā)現(xiàn)和數(shù)據(jù)處理，將處理結果與正常數(shù)據(jù)進行對比分析，對超出合理數(shù)據(jù)范圍的各種污染破壞惡性事件進行及時警報和應急處理。重要地理國情信息的實時監(jiān)管主要是政府部門履行監(jiān)督、規(guī)劃職能所需要，它們不僅能為政府行政執(zhí)法提供科學的參考依據(jù)，還能提高這些惡性事件的處理效率。

2.4 地理國情信息影響因子的研究應用

地理國情監(jiān)測，不僅能夠提供常態(tài)化的最基本的地理國情信息，反映具有時間節(jié)點變化特點的和發(fā)生實時動態(tài)變化的地理國情信息，還能充分利用3S技術、數(shù)據(jù)分析模型、信息整理與提取技術對數(shù)據(jù)進行挖掘，獲得地理國情信息的數(shù)量與質量統(tǒng)計特征、時空分布模式[8]，并根據(jù)這些研究結果挖掘地理國情關聯(lián)影響因子的相互作用和影響機制，找到地理國情要素隨時空演變的發(fā)展規(guī)律和內在關系，分析出地理國情變化的內在原因。因此，對地理國情信息影響因子的研究是地理國情監(jiān)測深層次的需求，是科學預防和治理地理國情負面變化的權威依據(jù)。例如，近年來青海湖水面大幅下降，其發(fā)生有諸多可能因素：水體蒸發(fā)量過大、農業(yè)的過度開發(fā)利用、山川冰雪融化減少、雨水降水量減少、氣候變暖等。地理國情監(jiān)測通過定量監(jiān)測相關國情要素，利用GIS、數(shù)據(jù)分析模型等處理方法，建立地理國情信息影響因子和水面下降的關聯(lián)研究，挖掘出導致湖水面下降的影響因子分布及相互作用機制。通過對這些影響因子的深入研究，可采用人工手段控制這些影響因子的作用效果，以最終維護正常湖水面的水位。地理國情信息的影響因子多樣復雜，研究過程中需融合多專業(yè)、多部門的專業(yè)知識，在此基礎上建立完善的綜合技術方案，采用科學嚴謹?shù)臄?shù)據(jù)處理分析體系，才能準確地挖掘出影響因子的作用機制。

2.5 地理國情要素演變預測的應用

地理國情要素的演變預測是人類對地理國情資源實施一系列活動所產生的各種影響的一種預期性實驗模擬推演。它在重大戰(zhàn)略制定、重大工程實施、突發(fā)事件應急處置、地質環(huán)境災害發(fā)生等方面應用非常迫切。由于過去科技水平欠發(fā)達，相關職能部門缺乏科學數(shù)據(jù)及系統(tǒng)知識，使得地理國情要素演變預測研究基本是空白，導致一些重大工程建設、重要事件處理決策缺乏足夠的參考依據(jù)。例如，三峽工程是當今世界最大的水利水電樞紐工程，在防洪、發(fā)電、航運等方面有著巨大的綜合效益，但它也可能導致移民變化、泥沙變化、生物圈中的物種資源和自然景觀的變化、農田地表徑流的變化、自然災害（地震、滑坡、泥石流）等一系列問題，這些問題在工程實施之前是非常有必要進行科學預測的。

現(xiàn)階段可利用衛(wèi)星遙感、地面觀測等技術，融合重大工程建設所涉及的各行各業(yè)的科學數(shù)據(jù)及專業(yè)知識，對其中的地下水、蓄水量、水體泥沙含量、降雨、水質、氣候等地理國情要素進行不同時段的動態(tài)監(jiān)測，分析監(jiān)測對象的變化規(guī)律，挖掘各影響因子的相互作用及內在聯(lián)系，從而推演出生態(tài)環(huán)境的變化趨勢，預測這些變化給社會帶來的其他方面影響，最終保障重大決策的科學性。

3 地理國情監(jiān)測的對策

通過對地理國情監(jiān)測5個不同層次應用的分析，可以看出地理國情監(jiān)測涉及面廣、技術性強、實施難度大，貫穿于社會各行業(yè)各部門。監(jiān)測的地理國情要素不同，采用的監(jiān)測技術手段、分析手段也會不相同，但對地理國情數(shù)據(jù)的獲取、統(tǒng)計、分析及有效應用，卻始終貫穿于監(jiān)測工作的全過程。因此，為了充分發(fā)揮地理國情監(jiān)測的應用效能，進一步推進地理國情監(jiān)測工作，筆者結合多年來的實踐，認為地理國情監(jiān)測工作中需抓住以下幾點策略。

3.1 根據(jù)需求和外部環(huán)境確立地理國情監(jiān)測的應用目標

地理國情要素紛繁復雜，社會對它們應用需求的側重點也不盡相同，明確需求有利于抓住監(jiān)測目標的側重點。實踐證明“為了監(jiān)測而監(jiān)測”地理國情，目標不清晰、耗資大、時間長，也不能充分利用地區(qū)間外部環(huán)境的差異性。地理國情監(jiān)測中良好的外部環(huán)境條件有利于推動監(jiān)測技術方法和資源條件的不斷完善，保障地理國情監(jiān)測工作的順利開展。

同時，監(jiān)測目標應貼近實際且長遠。目標定得過高，相關技術實力可能達不到，人力、物力、財力等方面難以支撐目標的實現(xiàn)，如90年代的某數(shù)字城市建設方案目標幾乎等同于現(xiàn)在智慧城市的建設方案，但當時的技術力量無法實現(xiàn)這種應用需求，經費也不足以支撐生產所需的人力、物力和財力，導致最終成果與實際的應用需求相差甚遠。

社會對地理國情信息的應用需求由淺至深、由小到大，地理國情監(jiān)測工作也是一個由低層次向高層次發(fā)展、循序漸進的過程，因此監(jiān)測目標除了要滿足現(xiàn)狀的應用需求外，還應適當?shù)丶骖櫩紤]應用需求的廣度和深度，即近期目標與長期目標的結合。比如第二次全國土地調查成果，國土部門是第一需求部門，但農業(yè)部、林業(yè)部門、環(huán)境部門也需要用這些成果數(shù)據(jù)來為本行業(yè)服務，所以在確定監(jiān)測目標時應將其近期目標和長期目標結合起來，使地理國情監(jiān)測成果能更全面、高效地為社會決策提供服務。

3.2 以數(shù)字地理空間框架建設為基礎

數(shù)字地理空間框架是地理國情監(jiān)測數(shù)據(jù)的基礎，是地理國情監(jiān)測最基本的應用。首先，數(shù)字地理空間框架數(shù)據(jù)體系為地理國情監(jiān)測提供了基礎數(shù)據(jù)庫，采用統(tǒng)一的標準、精準的時間和空間基準，為具有地理信息屬性的各行業(yè)的數(shù)據(jù)信息交換、共享、融合提供了統(tǒng)一的數(shù)據(jù)基礎，創(chuàng)建了相關行業(yè)公共的數(shù)據(jù)庫服務平臺，發(fā)揮了地理信息數(shù)據(jù)的紐帶作用；其次，數(shù)字地理空間框架和應用系統(tǒng)的專業(yè)數(shù)據(jù)庫的定期更新維護，為地理國情監(jiān)測提供了綜合、權威、現(xiàn)勢性強的數(shù)據(jù)支持[9,10]；再次，數(shù)字地理空間框架與智能傳感器網絡（衛(wèi)星傳感器網、地面數(shù)字傳感器網）結合，可有效形成智慧監(jiān)測體系或平臺，將數(shù)字世界與現(xiàn)實世界進行無縫鏈接，實現(xiàn)互聯(lián)網+和大數(shù)據(jù)條件下的地理國情監(jiān)測的智能化應用。

3.3 確定完善的技術方案

實現(xiàn)地理國情信息的時空變化分析研究、實時監(jiān)管、演變預測都需要完善的監(jiān)測技術方案。地理國情監(jiān)測技術方案是指在地理國情監(jiān)測目標需求的基礎上，運用相關專業(yè)知識，確定地理國情監(jiān)測過程中涉及到的數(shù)據(jù)獲取、采集、處理、分析、挖掘、管理、評價、應用等環(huán)節(jié)的技術實現(xiàn)方法。地理國情信息復雜多樣，完善的技術方案應該具備開展各項相關監(jiān)測指標的理論和技術方法、研究路線，并根據(jù)不同專業(yè)領域研究建立適用于不同專業(yè)的地理國情分析方法和模型，結合現(xiàn)階段技術力量，保證方案的可操作性和科學性。缺乏完善的技術方案，不僅不能達到監(jiān)測目標的需求，甚至有可能降低監(jiān)測的效果。比如，近幾年國家相關部門制定的水資源污染和桔桿燃燒的實時監(jiān)測方案，二者在技術設計過程中，都是通過利用衛(wèi)星遙感來獲取不同時間段的數(shù)據(jù)，通過對這些遙感影像的處理，分析對比數(shù)據(jù)的差異，從而發(fā)現(xiàn)污染源。這兩種技術方案表面上設計是可行的，但實際操作過程中，由于影像獲取和處理時間周期長，等待監(jiān)測結果出來時，污染面積早已擴散、情況早已惡化，局面難以治理和恢復，最終失去了監(jiān)測的意義，故監(jiān)測技術方案無法實現(xiàn)目標的需求。

3.4 建立科學嚴謹?shù)臄?shù)據(jù)處理分析體系

數(shù)據(jù)處理分析體系是技術方案的重要組成部分。地理國情涉及各類專題科學分類，科學嚴謹?shù)臄?shù)據(jù)處理分析體系，是在獲取真實的地理國情數(shù)據(jù)基礎上，利用多專業(yè)融合的知識進行數(shù)據(jù)處理、加工和挖掘，客觀、準確地反映各種地理國情要素空間位置及其屬性；同時建立適用于不同專業(yè)的數(shù)據(jù)分析方法和模型，并研究地理國情綜合分析方法和模型，通過比對、分析、比較來獲取地理國情信息的變化特征。它是實現(xiàn)單一地理國情數(shù)據(jù)向地理國情信息綜合分析、關聯(lián)分析轉變的手段，是證明地理國情監(jiān)測成果可靠性、權威性的關鍵，也是地理國情監(jiān)測成果能否被應用部門直接使用的決定性因素[3]。例如，有的測繪部門輔助水利部門做三維潰壩分析，僅采用了測繪部門的地形地貌要素，運用GIS進行簡單的三維模擬分析，沒有結合水利部門涉及的多專業(yè)知識來建立專業(yè)的數(shù)據(jù)分析方法和模型，缺乏地理國情信息的綜合分析，導致監(jiān)測結果無法準確地模擬地理國情信息的變化情況，自然也不被水利部門認可。

3.5 融合多專業(yè)、跨部門的關鍵技術和應用需求

地理國情信息具有跨行業(yè)、跨部門、跨學科的特性[1]，其影響因子和演變預測研究也涉及多行業(yè)多學科，不同行業(yè)在地理國情監(jiān)測的數(shù)據(jù)獲取、分析、統(tǒng)計、應用方面也各有優(yōu)勢。測繪地理信息部門的基礎數(shù)據(jù)和專業(yè)部門的歷史專題數(shù)據(jù)是地理國情監(jiān)測的數(shù)據(jù)支撐，融合專業(yè)的數(shù)據(jù)分析方法和模型，將應用需求與地理國情監(jiān)測各工作環(huán)節(jié)緊密相扣，才能保證地理國情監(jiān)測的成果能充分滿足應用部門和經濟社會的需求[3]。例如，氣象部門的洪災分析，地形地貌數(shù)據(jù)是最基礎的底圖數(shù)據(jù)，僅應用氣象部門的降雨專題數(shù)據(jù)和分析模型，不能充分體現(xiàn)洪災的真實狀況，影響洪災情況還有植被、土質等專業(yè)的因素。高覆蓋度高大的喬木在降雨量大的地區(qū)具有很好的涵養(yǎng)水分的能力，各種土質涵養(yǎng)水分的能力也不一樣，因此需結合林業(yè)、地質等相關部門的專業(yè)數(shù)據(jù)和分析模型，才能保證監(jiān)測成果的正確性和科學性，滿足氣象部門的應用需求。

3.6 吸收各學科最新的科技成果

人類的需求在不斷提高，科學技術也在不斷進步。地理國情監(jiān)測應根據(jù)當前外在環(huán)境資源條件，充分吸收各學科最新的科技手段和成果、不斷完善地理國情監(jiān)測方案，突破開展對地理國情信息的高精度獲取、實時處理分析及應用的技術攻關[11-13]。前文中提到的衛(wèi)星監(jiān)測秸稈焚燒和水資源污染的方案，在后期相關技術進步以后也是可以實現(xiàn)的。

地理國情監(jiān)測還應深入各應用部門，學習它們的專業(yè)知識和理念，緊跟社會需求不斷拓寬應用領域，將科技成果充分應用到地理國情監(jiān)測實踐生產中，增強地理國情監(jiān)測的科學性和可操作性。

4 總結與展望

本文探討了地理國情和地理國情監(jiān)測的涵義，分析了地理國情監(jiān)測成果在5個不同層次的應用，并探討了如何將應用需求合理地實現(xiàn)和穩(wěn)步發(fā)展，提出了地理國情監(jiān)測工作應把握的幾個策略。

目前我國尚處于地理國情監(jiān)測的初始推進階段，地理國情監(jiān)測是一項長期、復雜、艱巨的系統(tǒng)工程。要做好地理國情監(jiān)測工作，不僅需要社會各行業(yè)各部門的積極配合，建立協(xié)同工作體系和機制，還需要緊跟科技的發(fā)展和應用需求不斷地完善地理國情監(jiān)測技術體系、指標體系和標準體系；需充分融合相關行業(yè)部門知識系統(tǒng)，綜合運用空間統(tǒng)計分析、時空數(shù)據(jù)挖掘與知識發(fā)現(xiàn)等技術，建立地理國情的動態(tài)監(jiān)測信息系統(tǒng)，實現(xiàn)重要地理國情信息全國性監(jiān)測、重大工程地理國情信息演變監(jiān)測，以向社會提供業(yè)務化、常態(tài)化的地理國情信息服務，形成權威、標準的地理國情監(jiān)測產品[11]，最終為國家和區(qū)域發(fā)展戰(zhàn)略與規(guī)劃、重大工程建設、突發(fā)事件與應急處置等提供科學的決策依據(jù)。

[1] 陳俊勇．地理國情監(jiān)測的學習札記[J]．測繪學報,2012,41(5)∶633-635

[2] 李德仁,邵振峰,丁霖．地理國情信息的多級網格化表達[J]．地理空間信息,2014,12(1)∶1-5,9

[3] 王華,陳曉茜．雷電地理國情監(jiān)測的實踐與探索[A]．徐德明．中國測繪地理信息創(chuàng)新報告[C]．北京：社會科學文獻出版社,2012

[4] 馬萬鐘,杜清運．地理國情監(jiān)測的體系框架研究[J]．國土資源科技管理,2011,28(6)∶104-111

[5] United States Geological Survey． Geographic Analysis and Monitoring Program[EB/OL]． http∶//nc．water．usgs．gov/geog_ spt/files/gam_5yr_2002．doc,2013-10-01/2015-10-15

[6] 史文中,秦昆,陳江平,等．可靠性地理國情動態(tài)監(jiān)測的理論與關鍵技術探討[J]．科學通報,2012,57(24)∶2 239-2 248

[7] 李俊鋒．關于地理國情監(jiān)測的探討[J]．北京測繪,2012(2)∶68-70

[8] 王華,陳曉茜,張凱．地理國情監(jiān)測的需求研究[A]．庫熱西·買合蘇提．測繪地理信息轉型升級研究報告[C]．北京：社會科學文獻出版社,2014

[9] 王華,陳曉茜．加快數(shù)字城市地理空間框架建設[J]．測繪地理信息發(fā)展動態(tài),2011(10)∶7-14

[10] 劉若梅．對地理國情監(jiān)測的再認識[J]．地理信息世界,2013, 20(1)∶27-30,37

[11] 李德仁,眭海剛,單杰．論地理國情監(jiān)測的技術支撐[J]．武漢大學學報：信息科學版,2012,37(5)∶505-512

[12] 李維森．地理國情普查、監(jiān)測與展望[A]．庫熱西·買合蘇提．測繪地理信息轉型升級研究報告[C]．北京：社會科學文獻出版社,2014

[13] 畢凱,桂德竹．淺談地理國情監(jiān)測與基礎測繪[J]．遙感信息,2014,29(4)∶10-15

P208

B

1672-4623（2016）01-0004-04

10.3969/j.issn.1672-4623.2016.01.002

王華，高級工程師，主要從事數(shù)字城市和地理國情監(jiān)測研究。

2015-10-30。

項目來源：國家科技支撐計劃資助項目（2015BAJ05B01）；數(shù)字制圖與國土信息應用工程國家測繪地理信息局重點實驗室2014開放研究基金資助項目（GCWD201410）； 地理國情監(jiān)測國家測繪地理信息局重點實驗室2014年開放基金資助項目（2014NGCM19）。