羅名海

（1.武漢市測(cè)繪研究院，湖北 武漢 430022）

地理國(guó)情監(jiān)測(cè)包括基礎(chǔ)性監(jiān)測(cè)和專題性監(jiān)測(cè)兩方面，前者主要針對(duì)地表覆蓋和地理國(guó)情要素開(kāi)展年度變化更新，定期反映自然資源環(huán)境和城鄉(xiāng)建設(shè)發(fā)展；后者利用基礎(chǔ)性監(jiān)測(cè)成果和各類專題資料，結(jié)合地理學(xué)、統(tǒng)計(jì)學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)等方法，開(kāi)展一系列跨學(xué)科的專項(xiàng)監(jiān)測(cè)和統(tǒng)計(jì)分析研究，努力實(shí)現(xiàn)從地理數(shù)據(jù)、地理信息到地理知識(shí)的轉(zhuǎn)變。大數(shù)據(jù)的蓬勃發(fā)展為深化地理國(guó)情監(jiān)測(cè)提供了新的契機(jī)，在詳實(shí)反映土地利用變化的基礎(chǔ)上，開(kāi)展大數(shù)據(jù)的收集、爬取、清洗和挖掘分析，可進(jìn)一步識(shí)別和監(jiān)測(cè)土地利用上的人口、經(jīng)濟(jì)、交通等空間分布特征和活動(dòng)規(guī)律，有效克服傳統(tǒng)靜態(tài)數(shù)據(jù)的局限性，突顯地理國(guó)情的“情”字，有助于地理國(guó)情監(jiān)測(cè)從土地利用走向社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)，從靜態(tài)專業(yè)工作走向動(dòng)態(tài)大眾生活，在促進(jìn)城市精細(xì)化管理和經(jīng)濟(jì)社會(huì)協(xié)調(diào)發(fā)展方面發(fā)揮更好的支撐作用。

1 地理國(guó)情普查與監(jiān)測(cè)概況

地理國(guó)情是空間化、可視化的國(guó)情信息，是從地理的角度分析、研究和描述國(guó)情，是重要的基本國(guó)情之一。地理國(guó)情普查與監(jiān)測(cè)是綜合利用現(xiàn)代測(cè)繪技術(shù)和各時(shí)期已有測(cè)繪成果檔案，對(duì)地表覆蓋和地理國(guó)情要素等進(jìn)行全面普查和監(jiān)測(cè)，并統(tǒng)計(jì)分析其分布特征與差異、變化量和變化頻率以及相互關(guān)系等，形成反映各類自然資源、生態(tài)環(huán)境、社會(huì)經(jīng)濟(jì)要素的空間分布及其發(fā)展變化規(guī)律的地理國(guó)情數(shù)據(jù)、地圖和報(bào)告[1-2]。

黨中央、國(guó)務(wù)院高度重視地理國(guó)情普查與監(jiān)測(cè)工作。2011年5月23日，李克強(qiáng)同志在視察中國(guó)測(cè)繪創(chuàng)新基地時(shí)指出，地理國(guó)情是重要的基本國(guó)情，是搞好宏觀調(diào)控、促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展的重要決策依據(jù)，也是建設(shè)責(zé)任政府、服務(wù)政府的重要支撐[3]。2013年2月28日，國(guó)務(wù)院下發(fā)了國(guó)發(fā)[2013]9號(hào)《關(guān)于開(kāi)展第一次全國(guó)地理國(guó)情普查的通知》；2013～2015年統(tǒng)一部署組織完成了第一次全國(guó)地理國(guó)情普查，摸清了我國(guó)陸地地表自然和人文地理要素的“家底”，2017年4月發(fā)布了全國(guó)普查公報(bào)。

普查之后是監(jiān)測(cè)。2017年4月十二屆全國(guó)人大常委會(huì)第二十七次會(huì)議通過(guò)了新修訂的《中華人民共和國(guó)測(cè)繪法》，要求依法開(kāi)展地理國(guó)情監(jiān)測(cè)。2017年5月和7月，原國(guó)家測(cè)繪地理信息局先后印發(fā)了《關(guān)于全面開(kāi)展地理國(guó)情監(jiān)測(cè)的指導(dǎo)意見(jiàn)》和《專題性地理國(guó)情監(jiān)測(cè)技術(shù)指南（2017～2020年）》，對(duì)地理國(guó)情監(jiān)測(cè)工作進(jìn)行了全面部署。2018年1月原國(guó)家測(cè)繪地理信息局印發(fā)了《2018年測(cè)繪地理信息工作要點(diǎn)》，要求全力打造地理國(guó)情監(jiān)測(cè)品牌，全面開(kāi)展常態(tài)化地理國(guó)情監(jiān)測(cè)工作。2018年2月中國(guó)測(cè)繪科學(xué)研究院發(fā)布了《中國(guó)地理國(guó)情藍(lán)皮書(shū)（2017版）》。2018年5月新組建的自然資源部印發(fā)了自然資辦發(fā)[2018]12號(hào)《關(guān)于下達(dá)2018年國(guó)家地理國(guó)情監(jiān)測(cè)項(xiàng)目生產(chǎn)計(jì)劃和任務(wù)書(shū)的通知》，全面部署了2018年國(guó)家地理國(guó)情監(jiān)測(cè)工作。

武漢市在按要求完成普查任務(wù)后，率先實(shí)現(xiàn)了由普查到監(jiān)測(cè)的轉(zhuǎn)段，分別于2016年7、8月下發(fā)了武政辦[2016]85號(hào)《武漢市“十三五”時(shí)期地理國(guó)情監(jiān)測(cè)工作方案》和武政辦[2016]104號(hào)《武漢市基礎(chǔ)測(cè)繪發(fā)展“十三五”規(guī)劃》，調(diào)整市地理國(guó)情普查領(lǐng)導(dǎo)小組為監(jiān)測(cè)領(lǐng)導(dǎo)小組，明確了工作目標(biāo)任務(wù)，落實(shí)了財(cái)政經(jīng)費(fèi)保障，基本達(dá)到了國(guó)家關(guān)于地理國(guó)情監(jiān)測(cè)“進(jìn)法律、進(jìn)預(yù)算、進(jìn)職責(zé)、進(jìn)規(guī)劃”的“四進(jìn)”要求。2016年起武漢市測(cè)繪研究院持續(xù)按年度組織開(kāi)展常態(tài)化監(jiān)測(cè)工作，在自主完成基礎(chǔ)性監(jiān)測(cè)的基礎(chǔ)上，聯(lián)合中國(guó)測(cè)繪科學(xué)研究院、武漢大學(xué)、華中師范大學(xué)等單位創(chuàng)新開(kāi)展了一系列跨學(xué)科的專題性監(jiān)測(cè)，包括城市空間格局變化監(jiān)測(cè)、開(kāi)發(fā)區(qū)規(guī)劃實(shí)施監(jiān)測(cè)、綜合交通網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、濱江濱湖生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)（藍(lán)網(wǎng)綠網(wǎng)、低碳城市、海綿城市、資源環(huán)境承載力）、基本公共服務(wù)監(jiān)測(cè)和綜合地理國(guó)情指數(shù)等6個(gè)方面，并完成了古田老工業(yè)區(qū)搬遷改造監(jiān)測(cè)和青山海綿型城市建設(shè)示范區(qū)實(shí)施效果監(jiān)測(cè)兩項(xiàng)國(guó)家級(jí)監(jiān)測(cè)試點(diǎn)項(xiàng)目[4]。

普查與監(jiān)測(cè)期間，武漢市測(cè)繪研究院參編國(guó)普辦技術(shù)規(guī)定1部，主編地方規(guī)范1部，完成的12個(gè)項(xiàng)目先后獲得各級(jí)獎(jiǎng)勵(lì)，其中“武漢市地理國(guó)情普查與成果應(yīng)用”等3個(gè)項(xiàng)目連續(xù)3 a獲得中國(guó)地理信息產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)優(yōu)秀工程金獎(jiǎng)。2017年4月武漢市測(cè)繪研究院出版了首部城市地理國(guó)情監(jiān)測(cè)專著，在漢主辦首次“城市地理國(guó)情監(jiān)測(cè)高端技術(shù)論壇”；2018年1月發(fā)布首本城市地理國(guó)情普查公報(bào)；2017年9月被國(guó)普辦表彰為“第一次全國(guó)地理國(guó)情普查先進(jìn)集體”，也是全國(guó)唯一獲此殊榮的市級(jí)測(cè)繪單位。

2 大數(shù)據(jù)在地理國(guó)情監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用前景

2.1 地理國(guó)情數(shù)據(jù)的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)

地理國(guó)情監(jiān)測(cè)以每年6月30日為標(biāo)準(zhǔn)時(shí)點(diǎn)，對(duì)地表覆蓋和地理國(guó)情要素進(jìn)行變化更新。地表覆蓋包括種植土地、林草覆蓋、房屋建筑（區(qū)）、鐵路與道路、構(gòu)筑物、人工堆掘地、荒漠與裸露地和水域，分為伸縮型變化和新生型變化，重點(diǎn)針對(duì)正處于變化中的地類、非人工建設(shè)變更為人工建設(shè)的地類、建造強(qiáng)度發(fā)生顯著或根本變化的地類；地理國(guó)情要素包括鐵路與道路、水系、構(gòu)筑物、城鎮(zhèn)功能單元（居住小區(qū)、工礦企業(yè)、單位院落等），分為伸縮移位型變化、新生型變化和滅失型變化。

地理國(guó)情監(jiān)測(cè)以“所見(jiàn)即所得”為原則，以真實(shí)、客觀、準(zhǔn)確為特點(diǎn)，具有全覆蓋、內(nèi)外業(yè)、年度更新的優(yōu)勢(shì)，也為各類信息的集成管理提供了公共基底。從自然地理要素來(lái)看，全面摸清了“山水林田湖草”等自然資源家底，反映了自然資源稟賦、狀態(tài)和壓力；從人文地理要素來(lái)看，詳實(shí)反映了城市空間格局和建設(shè)發(fā)展情況，定期反映了城市的變化區(qū)域、數(shù)量、強(qiáng)度和類型，如主城外圍新增的房屋建筑（區(qū)）和道路反映了城市外延增長(zhǎng)的邊界、規(guī)模、速度和軸線，主城內(nèi)部新增或竣工建設(shè)工地反映了城市更新改造和存量增長(zhǎng)情況，房屋建筑（區(qū)）的密度和高度反映了城市建設(shè)集約程度，城鎮(zhèn)綜合功能單元（居住小區(qū)、工礦企業(yè)、單位院落等）反映了城市功能布局的基本情況，道路密度以及主次支路比例反映了城市道路建設(shè)的合理程度。

2.2 大數(shù)據(jù)的發(fā)展和應(yīng)用

大數(shù)據(jù)是指無(wú)法在一定范圍內(nèi)用常規(guī)軟件工具進(jìn)行捕捉、管理和處理的數(shù)據(jù)集合，是海量、高增長(zhǎng)率和多樣化的信息資產(chǎn)。隨著信息技術(shù)的發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算等的興起，全球數(shù)據(jù)信息量呈幾何指數(shù)爆炸增長(zhǎng)，大數(shù)據(jù)應(yīng)運(yùn)而生。在新一代信息基礎(chǔ)設(shè)施的支撐下，大數(shù)據(jù)是物理空間運(yùn)動(dòng)過(guò)程加速向網(wǎng)絡(luò)空間映射的結(jié)果，表現(xiàn)為規(guī)模巨大、種類多樣和內(nèi)在關(guān)聯(lián)，具有5V特征：①數(shù)據(jù)體量（Volume）巨大，從TB級(jí)躍升到PB級(jí)；②數(shù)據(jù)生成、存儲(chǔ)、分析、處理的速度（Velocity）非?？欤虎蹟?shù)據(jù)模態(tài)多樣（Variety），多源、異構(gòu)特征突出；④數(shù)據(jù)真?zhèn)坞y辨（Veracity），由于數(shù)據(jù)噪音、缺失、不一致性、歧義等引起的數(shù)據(jù)不確定性顯著；⑤價(jià)值密度低、商業(yè)價(jià)值（Value）高。大數(shù)據(jù)存在巨大的潛在價(jià)值，但與其呈幾何指數(shù)爆發(fā)式增長(zhǎng)相比，某一對(duì)象或模塊數(shù)據(jù)的價(jià)值密度較低，給海量數(shù)據(jù)的挖掘增加了難度和成本[5]。

與地理國(guó)情相關(guān)的大數(shù)據(jù)類型繁多，主要包括12類：①地理國(guó)情普查與監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，包括地表覆蓋分類數(shù)據(jù)、變化圖斑和變化屬性，具有自然屬性強(qiáng)、年度更新的特點(diǎn)；②基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)，包括數(shù)字線劃圖（DLG）、數(shù)字高程模型（DEM）、數(shù)字柵格地圖（DRG）、數(shù)字影像地圖（DOM）和地名數(shù)據(jù)等，是其他數(shù)據(jù)定位和集成的公共基礎(chǔ)；③遙感對(duì)地觀測(cè)數(shù)據(jù)，主要包括衛(wèi)星影像、航片、LiDAR點(diǎn)云和夜光遙感等；④地面觀測(cè)數(shù)據(jù)，包括大地測(cè)量數(shù)據(jù)、地表形變監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，遙感解譯樣本，氣象、環(huán)境、地震、水文、地質(zhì)災(zāi)害、森林火災(zāi)、疫情等在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)；⑤行業(yè)普查與調(diào)查數(shù)據(jù)，包括全國(guó)性的土壤普查、水利普查、林業(yè)普查、污染源普查、經(jīng)濟(jì)普查、地名普查、交通設(shè)施普查、營(yíng)業(yè)狀況調(diào)查、土地利用現(xiàn)狀調(diào)查等，以及區(qū)域性或城市范圍的公眾參與問(wèn)卷調(diào)查、交通O-D調(diào)查、舊城和文化古跡調(diào)查、鄉(xiāng)村地理調(diào)查等，具有很強(qiáng)的行業(yè)特征和管理屬性；⑥社會(huì)經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，主要包括以行政區(qū)劃為單元定期采集、匯總、整理形成的人口、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、城市建設(shè)等方面的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，具有定期發(fā)布、指標(biāo)統(tǒng)一、可比性強(qiáng)等特點(diǎn)；⑦行業(yè)管理數(shù)據(jù)，包括人口，公共服務(wù)設(shè)施，企業(yè)，不動(dòng)產(chǎn)，各類審批信息，居民或企業(yè)用水、用電、用氣等數(shù)據(jù)；⑧志愿者地理數(shù)據(jù)，是由大量非專業(yè)人員利用智能手機(jī)、GPS終端、iPad以及各種定位傳感器獲取、標(biāo)注和上傳的地理空間數(shù)據(jù)、圖像和視頻等多媒體數(shù)據(jù)；⑨社交媒體數(shù)據(jù)，包括博客、微博、微信、維基、社交網(wǎng)站、點(diǎn)評(píng)社區(qū)、論壇等，反映人們對(duì)社會(huì)事件的輿情；⑩移動(dòng)大數(shù)據(jù)，是由移動(dòng)GPS設(shè)備記錄的用戶活動(dòng)的原始時(shí)空軌跡數(shù)據(jù)，包括手機(jī)信令、百度熱力、公交刷卡、浮動(dòng)車、共享單車、刷卡消費(fèi)等，為從微觀層面觀察社會(huì)提供了有效手段；互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)，如新浪、搜狐網(wǎng)的瀏覽信息，百度、谷歌等搜索關(guān)鍵詞，房地產(chǎn)掛牌銷售和二手房交易信息等；物聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，如路口線圈、監(jiān)控圖像和視頻、物流數(shù)據(jù)、電網(wǎng)數(shù)據(jù)、水網(wǎng)數(shù)據(jù)等[6]。

大數(shù)據(jù)增長(zhǎng)迅速，應(yīng)用廣泛，在城市管理、公共服務(wù)、商業(yè)智能和市場(chǎng)營(yíng)銷方面具有巨大的應(yīng)用潛能，特別是關(guān)于城市問(wèn)題的研究層出不窮。大數(shù)據(jù)以其獨(dú)特的視角，通過(guò)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)觀察城市，為提取潛在信息、挖掘蘊(yùn)藏知識(shí)、開(kāi)展城市體檢與問(wèn)題診斷，提供了全新的技術(shù)手段，對(duì)于最終實(shí)現(xiàn)精細(xì)化的城市管理具有重要意義。

2.3 “地理國(guó)情+大數(shù)據(jù)”的融合研究潛力

地理國(guó)情監(jiān)測(cè)詳實(shí)地反映了土地利用分布、結(jié)構(gòu)和變化，但有很大的局限性，未能反映土地利用上的人類活動(dòng)。統(tǒng)計(jì)年鑒包括人口、經(jīng)濟(jì)等資料，但往往是基于一定統(tǒng)計(jì)單元（全市、區(qū)、街道或鄉(xiāng)鎮(zhèn)）的統(tǒng)計(jì)指標(biāo)，無(wú)法反映統(tǒng)計(jì)單元上人口、經(jīng)濟(jì)等要素空間分布的非均質(zhì)性。地理國(guó)情以地塊為單元，屬于微觀尺度的物理空間；統(tǒng)計(jì)資料以行政區(qū)劃為單元，屬于宏觀尺度的社會(huì)空間。目前開(kāi)展的地理國(guó)情統(tǒng)計(jì)分析往往是利用上述兩種數(shù)據(jù)，因此出現(xiàn)了尺度上不匹配的問(wèn)題，結(jié)論也往往是宏觀意義上復(fù)雜的指標(biāo)體系，難以生動(dòng)反映微觀環(huán)境下土地利用對(duì)應(yīng)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)，在實(shí)際應(yīng)用上有很大的局限性，難以落地。

大數(shù)據(jù)的核心之一是人，可以展示微觀層面上社會(huì)空間中以個(gè)體為尺度的活動(dòng)、移動(dòng)和交流，為開(kāi)展微觀環(huán)境下的社會(huì)經(jīng)濟(jì)研究和精細(xì)化城市模擬提供了可能。大數(shù)據(jù)具有樣本量大、動(dòng)態(tài)性強(qiáng)、時(shí)效性高等特點(diǎn)，可有效反映土地利用上人口、經(jīng)濟(jì)、交通等要素的動(dòng)態(tài)分布、活動(dòng)規(guī)律和相互聯(lián)系，是對(duì)傳統(tǒng)靜態(tài)數(shù)據(jù)的有益補(bǔ)充，逐漸成為研究城市問(wèn)題的突破口和熱點(diǎn)[7-8]。

在區(qū)域聯(lián)系方面，鐵、水、公、空等對(duì)外交通設(shè)施和GDP、人口規(guī)模等傳統(tǒng)數(shù)據(jù)，只反映了經(jīng)濟(jì)學(xué)上城市輻射、吸引的潛在能力；而基于大數(shù)據(jù)的等時(shí)圈則反映了交通影響的范圍，人流、物流、資金流和信息流則深刻揭示了區(qū)域范圍內(nèi)城市經(jīng)濟(jì)聯(lián)系，以春運(yùn)人流為代表的網(wǎng)絡(luò)遷徙大數(shù)據(jù)則反映了城市的人口吸引力。在功能布局方面，房屋建筑區(qū)、城鎮(zhèn)綜合功能單元反映了土地利用的功能布局；手機(jī)信令、百度熱力、POI等大數(shù)據(jù)有助于識(shí)別商業(yè)、商務(wù)、休閑娛樂(lè)等不同城市功能中心及其邊界，并分析典型區(qū)域的活力空間。在職住關(guān)系方面，城鎮(zhèn)綜合功能單元反映了居住區(qū)、工業(yè)區(qū)、單位院落的分布；糧食人口調(diào)查和統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)反映了人口分布格局、年齡和學(xué)歷結(jié)構(gòu)、人口戶籍遷移；手機(jī)信令、百度熱力、社交網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)有助于分析人口集聚、流動(dòng)等行為特征，深刻揭示職住關(guān)系。在房屋建筑方面，房屋建筑區(qū)數(shù)據(jù)詳細(xì)反映了房屋建筑區(qū)和獨(dú)立房屋建筑的面積、高度和密度；夜光遙感數(shù)據(jù)、用水和用電數(shù)據(jù)則可分析房屋的空置率；房?jī)r(jià)、職業(yè)等數(shù)據(jù)可反映居住人群的收入差別和住宅區(qū)的空間分異。在道路交通方面，地理國(guó)情數(shù)據(jù)詳細(xì)反映了城市主次支路、高架立交、橋梁隧道、公共交通、停車場(chǎng)等；公交刷卡、浮動(dòng)車、百度熱力等大數(shù)據(jù)可深入分析城市公共交通廊道，識(shí)別主要交通樞紐，體現(xiàn)不同區(qū)域、不同線路、站點(diǎn)的交通出行壓力。

綜上所述，“地理國(guó)情+大數(shù)據(jù)”融合研究的宗旨為：發(fā)揮地理國(guó)情、大數(shù)據(jù)二者的優(yōu)勢(shì)，在利用地理國(guó)情數(shù)據(jù)詳實(shí)反映城市土地利用狀況和變化的基礎(chǔ)上，利用大數(shù)據(jù)挖掘分析其上的人口、經(jīng)濟(jì)、交通等活動(dòng)特征和規(guī)律，并將土地利用與其承載的社會(huì)經(jīng)濟(jì)要素進(jìn)行綜合分析，研究宏觀、微觀層面上物質(zhì)空間與社會(huì)空間各類要素之間的相互關(guān)系與作用，評(píng)價(jià)土地利用效率、城市增長(zhǎng)質(zhì)量、經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的協(xié)調(diào)性。換言之，地理國(guó)情數(shù)據(jù)是只見(jiàn)物、不見(jiàn)人，反映的是微觀、靜態(tài)的物理空間；而大數(shù)據(jù)的核心是人，通過(guò)觀察社會(huì)空間中眾多的微觀個(gè)體活動(dòng)，挖掘群體性活動(dòng)規(guī)律，反映微觀、動(dòng)態(tài)的社會(huì)空間。“地理國(guó)情+大數(shù)據(jù)”的融合研究，是克服一般統(tǒng)計(jì)分析宏觀、靜態(tài)、難以落地局限性的突破口，有效建立了人與地、物理空間與社會(huì)空間的關(guān)系，實(shí)現(xiàn)了從對(duì)地觀測(cè)到對(duì)人觀測(cè)的轉(zhuǎn)變，建立了真正意義上的社會(huì)地理計(jì)算體系，為開(kāi)展城市仿真模擬提供了新路徑[9]。當(dāng)然，大數(shù)據(jù)有海量、多源、異構(gòu)等特點(diǎn)，挖掘分析方法成為其有效利用的關(guān)鍵，同時(shí)要注意大數(shù)據(jù)樣本的數(shù)量、代表性和穩(wěn)定性，保證結(jié)果的可檢驗(yàn)性。

3 武漢市試點(diǎn)項(xiàng)目的總體設(shè)想

2018年5月自然資源部印發(fā)的自然資辦發(fā)[2018]12號(hào)《關(guān)于下達(dá)2018年國(guó)家地理國(guó)情監(jiān)測(cè)項(xiàng)目生產(chǎn)計(jì)劃和任務(wù)書(shū)的通知》明確要求，為持續(xù)全面掌握我國(guó)陸地范圍內(nèi)地表自然和人文地理要素的現(xiàn)狀與變化情況，更好地為自然資源管理和生態(tài)文明建設(shè)提供地理國(guó)情信息保障服務(wù)，2018年將繼續(xù)開(kāi)展國(guó)家地理國(guó)情監(jiān)測(cè)工作。其中，“武漢市大數(shù)據(jù)城市空間格局變化監(jiān)測(cè)試點(diǎn)”（以下簡(jiǎn)稱本項(xiàng)目）獲批立項(xiàng)，也是2018年度自然資源部批復(fù)立項(xiàng)的國(guó)家專題性地理國(guó)情監(jiān)測(cè)6大專項(xiàng)中唯一一個(gè)城市級(jí)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目，其他5項(xiàng)為京津冀協(xié)同發(fā)展重要地理國(guó)情監(jiān)測(cè)、國(guó)家級(jí)新區(qū)空間格局變化監(jiān)測(cè)、全國(guó)海岸帶開(kāi)發(fā)利用變化監(jiān)測(cè)、洞庭湖生態(tài)經(jīng)濟(jì)區(qū)地理國(guó)情監(jiān)測(cè)和巢湖流域地理國(guó)情監(jiān)測(cè)。

3.1 項(xiàng)目目標(biāo)

本項(xiàng)目以武漢市為試點(diǎn)，開(kāi)展大數(shù)據(jù)城市空間格局變化監(jiān)測(cè)，以地理國(guó)情成果為基礎(chǔ)，融合基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)、行業(yè)專題數(shù)據(jù)以及手機(jī)信令、百度熱力、實(shí)時(shí)路況、公交刷卡、興趣點(diǎn)等多源大數(shù)據(jù)，從宏觀到微觀，從區(qū)域城市格局、城鄉(xiāng)體系格局和城市空間格局3個(gè)方面，圍繞土地利用、人口分布、產(chǎn)業(yè)分布、交通出行、公共服務(wù)等識(shí)別與監(jiān)測(cè)城市空間格局的特征和變化，反映土地利用與其上人類活動(dòng)的關(guān)系，深層揭示空間格局變化的內(nèi)在規(guī)律和機(jī)制，為城市科學(xué)發(fā)展和政府管理提供決策支持。

3.2 總體框架

本項(xiàng)目以地理國(guó)情成果為基礎(chǔ)，利用傳統(tǒng)數(shù)據(jù)與大數(shù)據(jù)相結(jié)合的模型方法，從歷史演變、識(shí)別與監(jiān)測(cè)、綜合分析3個(gè)層次開(kāi)展武漢市大數(shù)據(jù)城市空間格局變化監(jiān)測(cè)，總體框架如圖1所示。

圖1 武漢市大數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)試點(diǎn)總體框架圖

1）數(shù)據(jù)獲取與清洗。本項(xiàng)目涉及的數(shù)據(jù)非常龐雜，其中大數(shù)據(jù)按獲取渠道分為商業(yè)數(shù)據(jù)、管理數(shù)據(jù)和網(wǎng)絡(luò)爬取數(shù)據(jù)3類，商業(yè)數(shù)據(jù)包括手機(jī)信令數(shù)據(jù)（聯(lián)通）、百度地圖數(shù)據(jù)（百度遷徙、百度熱力、POI）和工商企業(yè)數(shù)據(jù)，從數(shù)據(jù)源頭供應(yīng)商采購(gòu)；管理數(shù)據(jù)包括居民用水（電、氣）數(shù)據(jù)、城鎮(zhèn)職工基本醫(yī)療參保數(shù)據(jù)、軌道交通流量數(shù)據(jù)、城市貨運(yùn)物流數(shù)據(jù)和公共交通刷卡數(shù)據(jù)，從相關(guān)行業(yè)管理部門(mén)收集；網(wǎng)絡(luò)爬取數(shù)據(jù)包括招聘信息、城市人口遷徙、房?jī)r(jià)數(shù)據(jù)和社交網(wǎng)絡(luò)（微博、騰訊）等。

大數(shù)據(jù)具有數(shù)據(jù)量大、多源異構(gòu)、語(yǔ)義差異等特點(diǎn)，因此數(shù)據(jù)清洗與處理非常關(guān)鍵。①數(shù)據(jù)清洗，根據(jù)不同類型的大數(shù)據(jù)，定義相應(yīng)的清洗規(guī)則，設(shè)計(jì)相應(yīng)的清洗算法，開(kāi)展數(shù)據(jù)清洗，包括有效性清洗、結(jié)構(gòu)清洗和語(yǔ)義清洗；②地理編碼和空間化，對(duì)部分非空間化的大數(shù)據(jù)（如安居客房?jī)r(jià)數(shù)據(jù)、居民用水用電數(shù)據(jù)、社保數(shù)據(jù)等）進(jìn)行空間化處理，包括地址匹配、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換等；③數(shù)據(jù)質(zhì)量控制，大數(shù)據(jù)具有很多不確定性，除在數(shù)據(jù)處理環(huán)節(jié)加強(qiáng)質(zhì)量控制外，還需運(yùn)用多套數(shù)據(jù)進(jìn)行交叉驗(yàn)證，克服大數(shù)據(jù)的有偏性。

2）研究思路。本文從歷史演變、識(shí)別與監(jiān)測(cè)、綜合分析3個(gè)層次展開(kāi)研究。①歷史演變，從近現(xiàn)代到當(dāng)代，以定性分析與定量推演相結(jié)合的方式，分析城市空間格局要素在長(zhǎng)時(shí)間序列上的演化規(guī)律。②識(shí)別與監(jiān)測(cè)，從區(qū)域城市格局、城鄉(xiāng)體系格局和城市空間格局3個(gè)方面展開(kāi)。宏觀層面上分析武漢市在全國(guó)、東中西部和城市圈中的城市定位與區(qū)域聯(lián)系；中觀層面上刻畫(huà)武漢市中心城區(qū)、功能區(qū)和新城區(qū)之間的城鄉(xiāng)體系差異和圈層特征；微觀層面上重點(diǎn)圍繞主城區(qū)的外延擴(kuò)張和內(nèi)涵增長(zhǎng)，從土地利用、人口分布、產(chǎn)業(yè)布局、交通出行和公共服務(wù)等方面深入挖掘空間格局變化的內(nèi)在機(jī)理與外部表現(xiàn)。③綜合分析，從不同尺度和視角，分析用地、人口、經(jīng)濟(jì)與交通要素之間的耦合關(guān)系以及城市空間格局演變的驅(qū)動(dòng)力因素和相關(guān)性。綜合分析就是根據(jù)各項(xiàng)研究需要，建立相應(yīng)的人地關(guān)系模型，開(kāi)展各項(xiàng)專題監(jiān)測(cè)與研究，從海量數(shù)據(jù)中挖掘、提煉出規(guī)律性的知識(shí)，切記大數(shù)據(jù)本質(zhì)是樣本分析，避免以偏概全；注重實(shí)用化，既有圖形的表現(xiàn)效果，又形成定量化的指標(biāo)；保持連續(xù)性，既如實(shí)反映現(xiàn)狀，又突出變化分析，體現(xiàn)監(jiān)測(cè)的目的。

3.3 主要研究?jī)?nèi)容

本項(xiàng)目在不同空間尺度上，選取不同時(shí)間顆粒度，構(gòu)建“地理國(guó)情+大數(shù)據(jù)”研究框架，通過(guò)監(jiān)測(cè)城市土地利用靜態(tài)地理空間和識(shí)別人口、經(jīng)濟(jì)、交通等動(dòng)態(tài)行為空間，從區(qū)域城市格局、城鄉(xiāng)體系格局和城市空間格局3個(gè)方面研究武漢市空間格局，主要研究?jī)?nèi)容為：

1）區(qū)域城市格局。把城市作為一個(gè)點(diǎn)，從戰(zhàn)略格局、交通樞紐、經(jīng)濟(jì)聯(lián)系、人口流動(dòng)和公共服務(wù)5個(gè)方面開(kāi)展區(qū)域城市格局分析，并與典型城市開(kāi)展橫向?qū)Ρ?，評(píng)價(jià)武漢市在全國(guó)、東中西部和城市圈的區(qū)域地位。①結(jié)合國(guó)家發(fā)展政策，分析武漢市的戰(zhàn)略地位；②基于鐵、水、公、空運(yùn)輸能力，評(píng)價(jià)武漢市的中部交通樞紐地位；③綜合利用企業(yè)產(chǎn)品供銷、貨運(yùn)出口、投融資等多源大數(shù)據(jù)，從物流、資金流和信息流等方面分析與其他城市的經(jīng)濟(jì)聯(lián)系度及其對(duì)周邊城市的輻射影響力；④基于網(wǎng)絡(luò)遷徙大數(shù)據(jù)反映對(duì)其他不同區(qū)域人口和人才的吸引力；⑤通過(guò)不同城市的對(duì)比，體現(xiàn)武漢市在科教、醫(yī)療、會(huì)展、商業(yè)等領(lǐng)域的公共服務(wù)優(yōu)勢(shì)。

2）城鄉(xiāng)體系格局。從總體格局、城鎮(zhèn)體系、圈層結(jié)構(gòu)和農(nóng)業(yè)農(nóng)村4個(gè)方面開(kāi)展城鄉(xiāng)體系格局研究。①基于地理國(guó)情數(shù)據(jù)，反映武漢市地形地貌特征以及空間差異，分析“山水林田湖草”等自然地表分布和變化特征，體現(xiàn)“大江、大湖、大武漢”的地域特色和“大建設(shè)、大發(fā)展、大變化”的建設(shè)現(xiàn)狀；②結(jié)合歷史和規(guī)劃數(shù)據(jù)，分析行政區(qū)劃調(diào)整與變遷，基于夜光遙感影像識(shí)別城鎮(zhèn)的等級(jí)規(guī)模；③結(jié)合社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)，從中心城區(qū)、功能區(qū)和新城區(qū)3個(gè)圈層分析城鄉(xiāng)人口、產(chǎn)業(yè)分布差異；④結(jié)合地理調(diào)查，開(kāi)展農(nóng)村空心村識(shí)別和農(nóng)業(yè)種植土地實(shí)際利用情況分析。

3）城市空間格局。重點(diǎn)圍繞主城區(qū)的外延擴(kuò)張和內(nèi)涵增長(zhǎng)，從空間格局、土地利用、人口分布、產(chǎn)業(yè)布局、交通出行和公共服務(wù)等6個(gè)方面開(kāi)展城市空間格局監(jiān)測(cè)和分析。①基于地理國(guó)情數(shù)據(jù)，識(shí)別主城區(qū)江湖分割、山水軸線、圈層結(jié)構(gòu)（環(huán)線、放射線）等空間形態(tài)；利用歷史地圖、檔案等資料，定性反映從三鎮(zhèn)時(shí)代到長(zhǎng)江時(shí)代的空間格局演變過(guò)程，體現(xiàn)武漢悠久的發(fā)展歷史。②開(kāi)展土地利用格局研究，利用全覆蓋、內(nèi)外業(yè)、年度更新的地理國(guó)情數(shù)據(jù)，識(shí)別主城區(qū)外延擴(kuò)張的邊界和軸線，以及內(nèi)涵增長(zhǎng)的區(qū)位和類型，分析城市空間擴(kuò)張規(guī)模、方向、速率和結(jié)構(gòu)，客觀、真實(shí)、準(zhǔn)確地反映城市土地利用變化；利用城市用地轉(zhuǎn)移矩陣，分析增量與存量增長(zhǎng)并存、平面擴(kuò)張與立體增長(zhǎng)共生的空間增長(zhǎng)格局；結(jié)合國(guó)土規(guī)劃數(shù)據(jù)，識(shí)別和分析城市功能布局、房屋建筑格局、土地價(jià)值格局、舊城更新格局等。③結(jié)合人口、經(jīng)濟(jì)、交通、公共服務(wù)等專題數(shù)據(jù)與手機(jī)信令、百度熱力、社交網(wǎng)絡(luò)、POI、公交刷卡、公共自行車、用水用電等大數(shù)據(jù)，挖掘城市經(jīng)濟(jì)社會(huì)活動(dòng)特征，包括城市功能中心的范圍和活力，居住分布、收入水平與住房空置率，產(chǎn)業(yè)分布、就業(yè)格局與樓宇經(jīng)濟(jì)，職住關(guān)系、人口流動(dòng)、交通壓力與公交換乘，公共服務(wù)分布、服務(wù)區(qū)范圍與出行時(shí)間成本等，從而分析土地利用與人口、經(jīng)濟(jì)、交通的協(xié)調(diào)關(guān)系，評(píng)價(jià)城市增長(zhǎng)的質(zhì)量。④利用傳統(tǒng)數(shù)據(jù)與大數(shù)據(jù)相融合的方法，運(yùn)用人工智能、機(jī)器學(xué)習(xí)等技術(shù)開(kāi)展模型研究，建立微觀層面上人與地、物理空間與社會(huì)空間的動(dòng)態(tài)關(guān)系，開(kāi)展多尺度、多視角的數(shù)據(jù)挖掘和社會(huì)地理計(jì)算，識(shí)別與監(jiān)測(cè)土地利用及其上人類活動(dòng)的特征和變化規(guī)律，為最終實(shí)現(xiàn)城市仿真、模擬預(yù)測(cè)和精細(xì)化管理提供技術(shù)支撐。

4 結(jié) 語(yǔ)

“武漢市大數(shù)據(jù)城市空間格局變化監(jiān)測(cè)試點(diǎn)”項(xiàng)目是一個(gè)龐大的系統(tǒng)工程，需在總體設(shè)計(jì)的指導(dǎo)下分階段推進(jìn)，不斷豐富數(shù)據(jù)資源和完善研究方法，發(fā)揮地理國(guó)情監(jiān)測(cè)和大數(shù)據(jù)的優(yōu)勢(shì)，開(kāi)展融合創(chuàng)新研究和實(shí)踐應(yīng)用。一方面客觀、真實(shí)、準(zhǔn)確地反映“山水林田湖草”等自然資源家底和鐵路與道路、房屋建筑（區(qū)）、人工堆掘地、城鎮(zhèn)綜合功能單元等城鄉(xiāng)建設(shè)現(xiàn)狀，動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)自然資源的實(shí)際利用狀況和城鄉(xiāng)規(guī)劃的實(shí)施過(guò)程；另一方面融合多源、多尺度、多時(shí)態(tài)大數(shù)據(jù)，分析人口、經(jīng)濟(jì)、交通等在城市空間上的集聚和流動(dòng)，全方位、多視角地識(shí)別和展示城市空間格局特征，深入挖掘其內(nèi)在機(jī)理和演變規(guī)律，最終實(shí)現(xiàn)從對(duì)地觀測(cè)到對(duì)人觀測(cè)的轉(zhuǎn)變，開(kāi)展社會(huì)地理計(jì)算[9]，動(dòng)態(tài)反映城市問(wèn)題，科學(xué)揭示發(fā)展趨勢(shì)，為優(yōu)化國(guó)土空間開(kāi)發(fā)利用、促進(jìn)城市精細(xì)化管理提供決策支撐。

當(dāng)前，正值新一輪國(guó)家機(jī)構(gòu)改革、新組建自然資源部之際，我國(guó)自然資源開(kāi)發(fā)利用與保護(hù)工作掀開(kāi)嶄新的一頁(yè)，測(cè)繪工作正式融入國(guó)家自然資源工作大格局。下一步，將以此為契機(jī)，圍繞自然資源保護(hù)利用、城市更新改造、產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)、人口結(jié)構(gòu)優(yōu)化、基礎(chǔ)設(shè)施互聯(lián)互通等方面，積極探索信息整合、挖掘分析、成果可視化等技術(shù)方法，建立大數(shù)據(jù)城市空間格局變化監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)體系、技術(shù)體系和應(yīng)用體系，探索打造“地理國(guó)情+大數(shù)據(jù)”的武漢樣板，為推動(dòng)全國(guó)地理國(guó)情監(jiān)測(cè)創(chuàng)新應(yīng)用發(fā)揮示范引領(lǐng)作用，為促進(jìn)城市協(xié)調(diào)發(fā)展提供決策依據(jù)，充分發(fā)揮地理國(guó)情基礎(chǔ)公益智庫(kù)的作用。