地理國情監(jiān)測變化信息自動提取方法研究

田楠

（遼寧省自然資源衛(wèi)星應用技術中心，遼寧沈陽 110034）

為了把握國勢、掌握國情、制定國策，按照《自然資源部辦公廳關于開展2019年全國地理國情監(jiān)測工作的通知》、遼寧省自然資源廳《關于下達2019年遼寧省地理國情監(jiān)測項目生產任務的通知》的文件要求，遼寧省開展2019年基礎性地理國情監(jiān)測工作。2015年，我國已經圓滿完成了第一次地理國情普查任務，通過這次普查，國家層面已經精確全面地掌握了地表自然與人文地理要素之間的關系以及空間分布情況[1]，完成了地理國情信息數據的可視化和空間化[2]，提高了地理信息數據為國家、企業(yè)和群眾服務的能力。在第一次全國地理國情普查完成后，國務院對地理國情監(jiān)測工作提出常態(tài)化要求，我省自2016年以來，每年都積極開展基礎性地理國情監(jiān)測項目，多年來獲得的成果已經成功應用在城市規(guī)劃監(jiān)管、空間開發(fā)治理、自然資源管理以及環(huán)境保護與治理等多個方面，并且在智慧城市和生態(tài)文明社會制度的建設中發(fā)揮了不可代替的作用。

一、地理國情數據的基本內容及數據來源

地理國情信息數據的基本內容包含地理自然、生物和人文地理現象的空間信息數據[3]，而地理國情要素正是作為載體來承載和表述地理國情數據的內容，以直觀的概念讓人們更好的聯(lián)系和區(qū)別客觀存在的地理事物，利用地理國情要素的空間與屬性特征，也更有助于分析提取變化信息。

目前地理國情數據的數據源主要來自第一次地理國情普查數據以及其后的地理國情監(jiān)測項目數據。數據成果主要包括：地表覆蓋數據、地理國情要素數據、數字正射影像數據、解析樣本數據、專題數據、統(tǒng)計報告和統(tǒng)計報表等。地表覆蓋數據和地理國情要素數據作為研究和分析決策的主要數據，不僅是地理國情成果數據中最重要的部分，并且能夠真實的反映出人類活動與自然地理環(huán)境之間的密切關系。

二、地理國情監(jiān)測數據特征及更新問題

進行地理國情監(jiān)測的常態(tài)化目標就是基于本底數據，對各區(qū)域變化情況進行監(jiān)測，形成現勢性強、精度高、覆蓋全面的地理國情監(jiān)測數據，進一步豐富地理國情信息產品，擁有持續(xù)、穩(wěn)定、標準和權威的特性屬性，為各部門和地方政府提供地理國情信息決策支撐，為自然資源調查監(jiān)測等重大國情國力調查工作提供統(tǒng)一的地理空間公共信息基底。

地理國情監(jiān)測數據不僅數據量大，而且數據類型多，在進行數據更新時，對矢量數據進行變化檢測是更新的重要環(huán)節(jié)。而目前的矢量數據變化檢測還存在著設計規(guī)則不完善、數據類型單一、大量人工干預等問題，導致工作效率不高、準確率低等問題。因此，能夠自動識別地理國情監(jiān)測數據變化信息的方法亟待解決。

三、基本技術路線

地理國情監(jiān)測數據是對地理實體的空間抽象描述，用來表示要素所代表的地理實體的空間特征的有拓撲關系、幾何形狀、位置信息等空間特征，用來表示要素所代表的地理實體的屬性特性的有名稱、級別、數量、種類等屬性特征。通過對本底數據和監(jiān)測數據的預處理，再同時利用要素的空間和屬性特征進行疊置分析和幾何約束分析，從而實現對點、線、面要素變化信息的自動識別（圖1）。

四、變化信息自動識別方法

實現變化信息的自動識別，主要在于對圖斑要素的空間信息和屬性信息的獲取，利用疊置分析的方法，使得本底數據與監(jiān)測數據之間建立新的空間關系。作為提取地理信息系統(tǒng)空間隱含信息的重要手段，不同于位置查詢功能，通過疊置分析可生成新圖層，而且輸入圖層的部分要素會被疊加圖層的邊界所分割[4]。新圖層不僅體現出了本底要素與監(jiān)測要素的差別，而且包含了本底要素和監(jiān)測要素的所有屬性。

圖1 變化信息自動識別流程圖

地理國情監(jiān)測數據變化信息自動識別的判斷條件如下：

判斷為新增的條件是：

判斷為伸縮的條件是：

式中，ARC表示面積容差，CC表示地理國情本底數據要素分類代碼，CC1表示地理國情監(jiān)測數據要素分類代碼，PIArea.Area表示經過疊置分析后生成的面，Shape_Area為地理國情本底數據要素面積，Shape_Area1為地理國情監(jiān)測數據要素面積。根據《基礎性地理國情監(jiān)測檢查驗收與質量評定規(guī)定》（GQJQ11-2017）中規(guī)定，相鄰多邊形之間不存在大于0.01m的重疊、縫隙等拓撲錯誤。為提高檢測精度，本次ARC取值范圍設定在0.001～0.01m之間。

五、方法應用

以丹東市四個測區(qū)的2019年地理國情地表覆蓋監(jiān)測數據生產為例，利用自動識別變化信息的方法進行測試（表1）。

表1 自動識別地表覆蓋變化信息統(tǒng)計表

從結果中可以看到四個測區(qū)的總變化率在30%～40%之 間 ，耗時總體保持在30分鐘左右，處理時間較短，效率較高。

利用國家下發(fā)的質檢軟件對自動識別結果進行檢查（表2）。從結果中可以看出，此方法正確率比較高。

表2 自動識別地表覆蓋變化信息正確率統(tǒng)計表

六、結語

針對地理國情監(jiān)測項目中數據量大、數據類型多、屬性信息豐富等特點，利用數據的空間信息和屬性信息特性，采用疊置分析技術，提出了一種自動提取地理國情地表覆蓋變化信息的的方法。利用元寶區(qū)、振興區(qū)、振安區(qū)和東港市4個測區(qū)的地理國情地表覆蓋數據進行了生產驗證，結果表明，此方法不僅流程清晰、原理簡單，而且操作性強、執(zhí)行效率高，大大提高了工作生產效率和產品質量。此方法對地理國情監(jiān)測項目的數據更新有著重要的參考價值。