张继贤：地理国情监测需解决六大技术难题

第一篇：张继贤：地理国情监测需解决六大技术难题

张继贤：地理国情监测需解决六大技术难题

张继贤：地理国情监测需解决六大技术难题

<2012-10-31 09:51:24>文字大小：【大】【中】【小】

张继贤，中国测绘科学研究院院长。作为地理国情监测总体设计牵头单位，他所领导的中国测绘科学研究院为地理国情监测工作专门成立了跨学科研究团队，先后完成了《地理国情监测总体设计》和《地理国情监测经费预算》编制、关键技术攻关和技术平台构建、国家级监测试点等工作。

近日，记者独家专访了张继贤。以下是记者记录、整理的访谈要点。

为地理国情监测工作铺路

地理国情监测作为我国测绘和地理信息未来发展的重大战略之一，早在2011年5月，国家测绘地理信息局就成立了地理国情监测领导小组，该小组下设总体设计组和组织实施组，完成项目实施前的各项准备工作。其中总体设计组由中国测绘科学研究院承担，负责研究地理国情监测到底做什么，怎么做，出台地理国情监测的总体框架。

中国测绘科学研究院作为总体设计牵头单位，承担了地理国情监测的多项工作：

首先是理顺地理国情监测的总体思路，编制完成了《地理国情监测总体设计》和《地理国情监测经费预算》、明确了地理国情监测项目目标、建设任务与内容、主要成果与指标、技术路线与方法、组织实施与管理、经费预算等工作。

其次是关于地理国情监测的研究，包括地理国情监测在国内外的发展现状，内容指标体系、技术体系等，并形成研究报告。

第三是地理国情监测技术平台的构建，该平台涉及到地理国情监测数据处理、遥感解译与变化监测、统计分析、产品模式与信息服务等一系列的研究和试验。目前这个技术平台已经初步建成，为接下来地理国情监测项目规模化生产和作业提供工具。

第四项工作是完成国家级地理国情监测试点——青藏高原区域地理国情监测工作。试点充分整合并利用“西部1:50000地形图空白区测图工程”成果数据为主，整合了其他多种数据成果，在国内第一次采用1:50000比例尺、全面系统地进行了青藏高原区域地形地貌和地表覆盖信息的综合性普查，及羌塘自然保护区综合地理国情信息普查、三江源地区与青海湖试验区地理国情监测、各拉丹东地区冰川与阿尼玛卿山冰川进退监测，获得了青藏高原区域丰富的地理国情信息，为全面掌握青藏高原区域国情国力提供了数据基础。

此外，在这些技术基础上，中国测绘科学研究院还承担进一步完善地理国情监测技术平台，制定地理国情监测相关技术规程，完成地理国情监测指标与标准体系建设，做好地理国情监测试点及技术指导，组织开展典型地理国情信息监测、地理国情普查与监测信息统计分析等工作，为地理国情监测项目有序有效推进提供支撑与技术保障。起步晚，基础好

当前，为应对气候变化及能源资源安全、粮食问题、公共安全等全球性问题，世界主要发达国家纷纷将地理国情监测工作列为国家可持续发展的重要举措。

早在2002年开始，美国就启动了地理信息动态监测和分析五年规划（GAM），利用数字地形图、卫星影像及其他遥感数据，结合计算机建模和野外调查等技术手段，开展了全美和全球重点地区的以地表覆盖、地表变化过程的分析与模拟为主要内容的地理国情监测，并积极筹备构建全球30米分辨率和世界主要城市更高分辨率的地表覆盖数据库，为生态环境保护、灾害预防、气候变化研究、经济可持续发展等提供基础数据和决策支持，GAM已成为美国最为重要的战略性规划之一。

2003年，欧盟也启动了“全球环境与安全监测（GMES）”，GMES项目目前提供的服务主要有5大类：陆地监测、海洋监测、应急管理、大气监测和安全。加拿大航天局正在进行雷达卫星合成体使命（RCM）项目，准备发射3颗卫星，进行海洋监测、生态监测以及灾害监测。

澳大利亚近年来也陆续开展了很多由政府部门资助的地表覆盖项目，并已经监测到了碳循环及碳排放，这个在全球已非常有名。

除此之外，日本、印度、东南亚等国家和地区也开展了类似的地理国情监测工作，社会经济效益显著。

同比起步早的这些国家，我们国家有良好的技术装备优势，包括充足的数据资源及其他配套设施等，这为地理国情监测打下了良好基础。

但也有差距。首先是数据的实时获取能力，地理国情监测要求能够做到快速获取动态、序列的高精度数据，这方面我们还有待加强；目前我国测绘卫星仅有一颗，这还远远不够。

此外，西方国家的部门间协同机制非常好，地理国情监测由一个部门主导，其他部门协同，而我们国家在这块相对比较弱。如何建立一个主体部门主导，大家共同合作、参与的机制还有待加强。在人员素质及人员结构方面，国外部分国家比我国好，参与地理国情监测的人员大多都具备博士学位以上，因为地理国情监测本身是一项智慧型工作，我们国家在这方面还有待加强。

尽管如此，开展全面、综合、持续的地理国情监测工作已十分紧迫。解决六大关键性技术

要实现良好的地理国情监测，根据我国地理国情信息变化的规律及周期，统一标准规范、统一基准和技术方法，综合利用遥感对地观测技术、地理信息系统技术、卫星导航定位技术以及计算机和通信技术，构建网络化的地理信息动态获取、处理、分析与服务体系。通过航空航天和地面遥感影像快速获取与处理、变化检测、地面调查、地理统计与分析相结合的技术手段，对地理国情进行定量化的动态监测，并综合分析地理国情信息的变化及趋势，形成形式多样、内容丰富的地理国情信息，为国家决策提供依据。

将来如果地理国情监测常态化，必然是一个通过遥感地理信息系统、导航网络通信等手段的动态网络体系，对数据进行动态的获取、处理、分析和服务，这个体系能够实现持续监测。

因此，要实现良好的地理国情监测，要解决的关键性技术有如下几点：

一、遥感综合监测技术

国家测绘地理信息局作为第三方的监测平台，需要给国家提供一个独立的、客观的、不依赖其他第三方机构的数据，一方面供国家决策使用，另一方面对各专业部门的数据，还能够起到纠偏的作用。

这要求相关数据必须真实、可靠及准确。而大范围的地理信息快速获取，只有遥感技术能提供快速的数据源，因此遥感综合监测技术很重要。

遥感具备宏观、动态、快速、准确、及时等特点，利用多分辨率、多时间频度的光学、雷达、LiDAR 遥感数据为主要数据源，大范围、多层次、多视角获取反映地理国情信息的遥感数据。充分利用当前航空、航天、地面遥感对地观测的最新成果和技术，结合地面实地调查与验证，保证地理国情监测成果的真实、可靠与准确。

二、内外业一体化调研技术

内外一体化调研技术在地理国情监测工作中非常重要。当数据获取后，将数据快速形成有效的影像数据，为地理国情监测提供参考或指导，按照内业预判、外业调查、补绘调查的方法实施，这非常重要。在内业高精度遥感影像判读基础上，采用全球导航卫星系统、无线传感网络、无线通信和移动终端等技术设备，开展地理国情要素移动式、网络化外业调查和验证，快速采集和编辑调查数据，既保证监测成果客观可靠，又保证成果精度精确统一。

这样可实现当作业员在内业工作的时候，与外业可以并行操作，避免了传统作业方式中内外业无法统一操作而导致的费时费力的情况，可大大减少内外业的工作量。

三、多源数据融合与处理技术

测绘以往做的数据比较单一，要么航片，要么卫片，都只是单一的数据技术。地理国情监测需要针对不同的数据进行分析。数据来源各不相同，可能会用到不同时段的数据，也可能用到不同类型的数据，包括雷达数据、光学数据等。

如何将这些多源数据进行融合与处理，是当前的难点之一。此外，地理国情监测数据体量大、类型多，要采用遥感影像数据集群分布式处理、地面调查数据实时动态处理、专题数据空间化处理等技术手段，实现地理国情监测数据的快速、高效处理。

另外，测绘地理信息部门自己监测的地理信息数据如何与其他专业部门的数据进行融合，比如说水利调查、土地利用调查等信息，这些信息所采用的标准、网格精度可能跟我们不一样，如何将这些信息融合处理，这也是个难题。

四、遥感信息提取与解译技术

地理国情信息只有与人们的经济、社会、人口等信息结合后，才能揭示经济社会发展规律，也才能将经济发展情况落实在地理空间分布上，这就需要一个综合的处理能力。

针对不同自然、人文地理要素的特点，建立地理要素特征库与解译知识库，构建地理国情监测信息提取等级体系，采用典型自然地理要素提取与解译技术、重要人文地理要素提取与解译技术等，建立多维动态遥感数据形态、时态、纹理和空间关系等特征提取及其优化组合方法，实现网络化信息提取与解译判读。

信息的提取和解译，这是个难题。到现在为止，我们这个行业更多的还是靠外业将数据提交回来后，内业根据影像标注上去的方式进行，事实上这种数据用在地理国情监测上远远不够。

我们必须要求能够做到用计算机实现信息的自动快速提取和解译。国外现已经可以通过计算机实现对水、道路、房子等物品的自动提取；此外，还需要实现人机交互的半自动化，比如当操作人员在道路上点击，告诉计算机这是道路后，计算机能够自动识别和提取。这种自动和半自动信息的提取和解译方式，是一个技术难点。

五、地理要素变化检测技术

地理要素变化检测技术是地理国情监测的核心技术。什么是地理要素变化检测？它采用多源多时相遥感影像对比、高分辨率遥感影像与已有基础地理信息数据对比等技术手段，对地理要素进行变化对比，判断地理要素是否变化、确定发生变化的区域、鉴定变化的类别、评价变化的时空分布模式等，获取重要地理要素和重点区域的变化信息，准确揭示空间分布及发展变化规律。

我们所做的地理国情监测，有很大一部分属地理国情的变化监测，变化监测首先得找到变化的信息，如何找到？如果以前这里是片草地，现在变成了一个湖，可能很容易通过地图找到；但是如果只是要将掉在草地上的一颗图钉找出来，这个难度就大多了。事实上，变化总是少数、是部分，如果没有一个好的变化检测手段自动将变化信息提取出来，则会使人们像大海捞针似的找变化。因此，地理国情监测迫切需要的是如何能够把不同时相的数据，通过计算机自动的分析后，把变化的区域和相应信息自动找出来并自动提示后，作业人员根据需求将这些变化信息再次用技术手段进行提取和分析，这是一个关键技术，可减少很多人工工作量。

六、地理统计与分析技术

地理统计和分析是现有测绘队伍最大的弱点，统计分析结果的好与坏，决定了能否将监测的信息和数据，转化成能够决策和共享的国情信息，这个很重要。

地理统计与分析技术指通过建立多尺度地理空间单元划分标准体系，发展地理空间单元模型与方法，形成地理国情统计单元。并基于既定的多级地理单元因子，采用空间分析等方法，通过领域搜索聚类、阈值平滑、叠加分析等技术开展统计与分析，从不同的维度综合分析地理国情监测对象的内在空间特性、相互关系，揭示他们的分布规律和发展趋势。

我们力求做到使计算机按照要求自动建立空间的统计单元，这个统计单元可以是多种形式，其中一种是网格形式，比如人口密度统计，我们可预先构建一个地理统计单元，按照网格、行政区划、地理界线、主体功能区等多种规则或不规则的地理信息网格来构建成一个统计单元，根据这个统计单元让计算机自动构建和统计相关数据；此外还需建立空间统计分析模型，这种模型力求做到深度揭示经济、社会发展变化的规律，这需要准确的统计分析模型。第三，在地理统计和分析基础上实现数据和信息的挖掘，将深层次的隐含信息挖掘出来，这也就是地理国情监测的三个层次，第一个是数据，第二个是统计，第三个是分析，这也将是今后的核心技术。

地理国情监测未来的路还很长，要做的东西还非常多，未来的地理国情监测在现有基础上还将有很大的拓展，现在只是一个开端。不过我们已实现完美开局，我对未来充满信心。