曾偉東，汪艷霞，高昭良，劉仁

(1.福州市“數(shù)字福州”建設領導小組辦公室，福建 福州 350000； 2.福州市勘測院，福建 福州 350000)

基于擴展金字塔的城市空間信息多級網(wǎng)格體系
——以福州市為例

曾偉東1*，汪艷霞2*，高昭良2，劉仁2

(1.福州市“數(shù)字福州”建設領導小組辦公室，福建 福州 350000； 2.福州市勘測院，福建 福州 350000)

隨著網(wǎng)格技術應用日益廣泛，面向一個城市空間存在不同政府部門各自管理單元和編碼體系的情形，引入金字塔組織結構，對空間信息多級網(wǎng)格進行拓展，提出了由基礎網(wǎng)格和管理網(wǎng)格共同構成的城市空間信息多級網(wǎng)格的擴展金字塔結構，研究了基礎網(wǎng)格劃分的規(guī)則、方法和編碼以及管理網(wǎng)格的編制方法和編碼。最后以福州市網(wǎng)格的劃分作為應用案例，驗證本方法的有效性。

空間信息多級網(wǎng)格(SIMG)；金字塔；城市網(wǎng)格；編碼；福州

1 引 言

地理學領域中的網(wǎng)格(即空間網(wǎng)格)是一種來源于“井田”制的對地理對象或現(xiàn)象進行空間離散化的方法[1，2]。網(wǎng)格的劃分，從網(wǎng)格劃分的研究對象而言可以分為以整個地球表面為全球網(wǎng)格和以小范圍區(qū)域為研究對象的局部地區(qū)網(wǎng)格，從網(wǎng)格單元的形狀不同可以分為規(guī)則網(wǎng)格單元和不規(guī)則網(wǎng)格單元[3，4]。早在1929年芬蘭地理學家Granean運用1 km網(wǎng)格作為分析自然和社會現(xiàn)象的單元，空間網(wǎng)格成為一種地學分析方法[5]，形成了越來越廣泛地應用研究，目前在人口研究[6，7]、土地資源管理與執(zhí)法監(jiān)察[8，9]、災害防治[10，11]、城市管理[3，12～15]等方面都取得了研究成效，在一定程度上實現(xiàn)了該應用領域的信息共享與融合[16]。

在中國分級分類管理的行政體制下，一個城市存在很多的政府職能部門，各部門對該城市空間的其職能范圍內(nèi)的業(yè)務進行分區(qū)管理或統(tǒng)計評估，如規(guī)劃部門用于進行控制線詳細規(guī)劃編制的規(guī)劃單元、國土部門用于土地信息管理的宗地單元、城管部門的城管萬米單元網(wǎng)格、綜治部門的社區(qū)網(wǎng)格化管理單元、公安部門的派出所管理片區(qū)、統(tǒng)計部門的社會經(jīng)濟統(tǒng)計單元、工商部門的管理片區(qū)等，這些部門將各自擁有或獲取的基礎地圖作為管理單元劃分的基礎底圖，按照本部門領域的劃分標準，把同一城市空間劃分成多種多樣、詳細程度不一、單元邊界不一致的管理單元，滿足本部門的業(yè)務管理需求，并形成了各自的管理單元編碼體系，但存在覆蓋范圍不全或覆蓋縫隙等問題，造成了部分區(qū)域管理責任不明晰或管理打架的現(xiàn)象，各部門的專題業(yè)務信息難以融合和共享，阻礙了城市管理和治理等業(yè)務協(xié)同的開展，對城市治理水平和服務能力的提升產(chǎn)生了極大的障礙[3，17，18]。目前已有一些地方開展了多部門管理單元融合的探索，如北京東城區(qū)的“兩網(wǎng)融合”、深圳的空間信息基本網(wǎng)格、浙江的基層社會治理“一張網(wǎng)”等。本文以李德仁院士提出的“空間信息多級網(wǎng)格”(SIMG)為理論基礎[16]，以數(shù)字城市地理空間框架成果為數(shù)據(jù)基礎，借鑒不同分辨率影像數(shù)據(jù)采用金字塔結構來組織的方法，提出了用于業(yè)務空間信息共享和融合的“基礎網(wǎng)格”和用于部門業(yè)務管理的“管理網(wǎng)格”共同構成的城市空間信息多級網(wǎng)格體系構建方法及編碼規(guī)則，為福州市社會治理的信息共享、業(yè)務協(xié)同和宏觀決策分析提供基礎支撐。

2 城市空間信息多級網(wǎng)格劃分與編碼方法

2.1 城市空間信息多級網(wǎng)格的擴展金字塔結構

空間信息多級網(wǎng)格的核心思想是將某一范圍劃分為不同粗細層次的網(wǎng)格，每個層次的網(wǎng)格在范圍上具有上下層涵蓋關系，并確定不同層次網(wǎng)格與各級行政區(qū)劃的對應關系[15]。根據(jù)空間信息多級網(wǎng)格的指導思想，考慮已有較多采用現(xiàn)有的管理網(wǎng)格的業(yè)務信息系統(tǒng)進行平穩(wěn)過渡，構建統(tǒng)一的城市空間信息多級的基礎網(wǎng)格，并在基礎網(wǎng)格的基礎根據(jù)業(yè)務管理需求采用一定的規(guī)則完善管理網(wǎng)格，建立基礎網(wǎng)格與管理網(wǎng)格之間的對應關系，形成城市空間信息多級網(wǎng)格體系。

城市空間信息多級網(wǎng)格體系的擴展金字塔結構如圖1所示：

圖1 城市空間信息多級網(wǎng)格的擴展金字塔結構

基礎網(wǎng)格是基于城市各級行政區(qū)劃范圍進行劃分的規(guī)范化封閉網(wǎng)格單元，分為市級基礎網(wǎng)格、區(qū)(縣市)級基礎網(wǎng)格、街道(鄉(xiāng)鎮(zhèn))級基礎網(wǎng)格、社區(qū)(村)級基礎網(wǎng)格，構成標準的金字塔結構，為城市網(wǎng)格化管理、治理與服務提供基礎依據(jù)，是供各政府職能部門編制管理網(wǎng)格的統(tǒng)一基礎。管理網(wǎng)格是各政府職能部門或其他部門出于統(tǒng)一工作管理、劃分責任區(qū)域、數(shù)據(jù)統(tǒng)計評估等工作需求，按照規(guī)定的編制方法劃分的封閉管理單元，成為基礎網(wǎng)格金字塔的擴展部分。同時各類管理網(wǎng)格單元建立與基礎網(wǎng)格之間的映射關系，以實現(xiàn)全市各類網(wǎng)格的整合。

2.2 城市空間信息多級網(wǎng)格的劃分方法

2.2.1 基礎網(wǎng)格劃分

設城市空間為C，對城市空間進行逐級細分形成四級基礎網(wǎng)格的層次空間[19]，記為Ci={ci1，ci2，…，cik}，其中i∈{1，2，3，4}，各級之間滿足嚴格的層次細分和無縫拼接的原則。則基礎網(wǎng)格的劃分遵循如下規(guī)則：

規(guī)則1：各個網(wǎng)格單元都有覆蓋范圍，即

cij≠?，i∈{1，2，3，4}，j∈{1，2，…，k}

(1)

規(guī)則2：同層次的不同網(wǎng)格單元之間不存在覆蓋范圍的交叉，即

cij∩cir=?，i∈{1，2，3，4}，j、r∈{1，2，…，k}，j≠r

(2)

規(guī)則3：第i+1層基礎網(wǎng)格是對第i層基礎網(wǎng)格單元的逐個細分形成，設第i層基礎網(wǎng)格中第j個單元網(wǎng)格cij在第i+1層基礎網(wǎng)格中細分為ci+1j1，ci+1j2，…，ci+1jl，即

(3)

(4)

且任一第i+1層基礎網(wǎng)格單元僅與一個第i層基礎網(wǎng)格單元存在相交，不存在跨多個第i層基礎網(wǎng)格單元，即，若ci+1jp∩cij≠?，則

ci+1jp∩cir=?，j、r∈{1，2，…，k}，j≠r

(5)

規(guī)則4：各層次基礎網(wǎng)格單元合并后的邊界范圍線保持一致，即

Ci=Cs=C，i、s∈{1，2，3，4}，i≠s

(6)

在上述規(guī)則約束下，以數(shù)字城市地理空間框架數(shù)據(jù)成果為統(tǒng)一的數(shù)據(jù)基礎，基礎網(wǎng)格的劃分步驟如下：①以城市陸域空間為范圍，作為市級基礎網(wǎng)格單元。②以區(qū)、縣(市)行政區(qū)劃界線為基礎，結合道路網(wǎng)絡和自然要素分布，對市級基礎網(wǎng)格單元進行細分，形成區(qū)(縣)級基礎網(wǎng)格單元。其中各個區(qū)(縣)級基礎網(wǎng)格單元不為空，即滿足規(guī)則1；不同區(qū)(縣)級基礎網(wǎng)格單元的不存在相交范圍，即滿足規(guī)則2；所有區(qū)(縣市)級基礎網(wǎng)格單元合并后的邊界范圍與市級基礎網(wǎng)格的邊界范圍一致，即滿足規(guī)則4。③以街道(鄉(xiāng)鎮(zhèn))行政區(qū)劃界線為基礎，結合道路網(wǎng)絡和自然要素分布，對區(qū)(縣市)級網(wǎng)格單元進行逐個細分，形成街道(鄉(xiāng)鎮(zhèn))級基礎網(wǎng)格單元。其中各個街道(鄉(xiāng)鎮(zhèn))級基礎網(wǎng)格單元不為空，即滿足規(guī)則1；不同街道(鄉(xiāng)鎮(zhèn))級基礎網(wǎng)格單元的不存在相交范圍，即滿足規(guī)則2；任一街道(鄉(xiāng)鎮(zhèn))級基礎網(wǎng)格單元不存在跨區(qū)(縣市)級基礎網(wǎng)格單元的情形，即滿足規(guī)則3；所有街道(鄉(xiāng)鎮(zhèn))級基礎網(wǎng)格單元合并后的邊界范圍與區(qū)(縣市)級基礎網(wǎng)格的邊界范圍、市級基礎網(wǎng)格的邊界范圍一致，即滿足規(guī)則4。④與步驟③類似進行進一步細分，形成社區(qū)(村)級基礎網(wǎng)格。

2.2.2 管理網(wǎng)格劃分

在基礎網(wǎng)格的基礎上，管理網(wǎng)格的編制方法主要有4種：

(1)基礎網(wǎng)格細化。根據(jù)行業(yè)或應用管理和應用需求，對社區(qū)(村)級基礎網(wǎng)格單元進行逐個細化劃分形成管理網(wǎng)格單元(如圖1中“管理網(wǎng)格A”)，嚴格滿足規(guī)則1-4，即，各個管理網(wǎng)格單元不為空，不同管理網(wǎng)格單元不存在相交范圍，任一管理網(wǎng)格單元不存在跨社區(qū)(村)級基礎網(wǎng)格單元的情形，所有管理網(wǎng)格單元合并后的邊界范圍與四級基礎網(wǎng)格的邊界范圍保持一致，如圖2所示。

圖2 基礎網(wǎng)格細化

(2)直接利用基礎網(wǎng)格。包含直接利用社區(qū)(村)級基礎網(wǎng)格和直接利用街道(鄉(xiāng)鎮(zhèn))級基礎網(wǎng)格作為管理網(wǎng)格兩種方式(如圖1中“管理網(wǎng)格B”和“管理網(wǎng)格D”)，滿足其所利用的基礎網(wǎng)格所遵循的規(guī)則，如圖3所示。

圖3 直接利用基礎網(wǎng)格

(3)基礎網(wǎng)格合并。根據(jù)業(yè)務量的管理需求，對同一層次的基礎網(wǎng)格中的若干鄰接的基礎網(wǎng)格單元進行合并或聚合形成管理網(wǎng)格單元，任一管理網(wǎng)格單元不能存在跨越上一層次的基礎網(wǎng)格單元的情形(如圖1中“管理網(wǎng)格C”)，且滿足規(guī)則1、2和4。如圖4所示。

圖4 基礎網(wǎng)格合并

(4)基于空間優(yōu)化。對有特殊管理或應用需求的部門，以區(qū)(縣市)級基礎網(wǎng)格為基礎，根據(jù)其特殊需求進行細分編制(如圖1中“管理網(wǎng)格E”)，滿足規(guī)則1-2，可不受街道(鄉(xiāng)鎮(zhèn))級和社區(qū)(村)級基礎網(wǎng)格的約束，但任一管理網(wǎng)格單元不得跨越區(qū)(縣市)基礎網(wǎng)格單元，所有管理網(wǎng)格單元合并后的界線與市級基礎網(wǎng)格的界線保持一致，如圖5所示。

圖5 基于空間優(yōu)化的管理網(wǎng)格

2.3 城市空間信息多級網(wǎng)格的編碼規(guī)則

(1)基礎網(wǎng)格編碼規(guī)則

一個基礎網(wǎng)格單元在時間和空間定義上應有唯一的編碼，網(wǎng)格變更時，其原代碼不應占用，新增網(wǎng)格按照原有編碼規(guī)則進行擴展。基礎網(wǎng)格編碼分三級12位引用國家行政區(qū)劃編碼進行編碼，依次是6位市轄區(qū)(縣)碼、3位街道(鄉(xiāng)鎮(zhèn))碼、3位社區(qū)碼，編碼結構如圖6所示。

圖6 基礎網(wǎng)格編碼規(guī)則

①市轄區(qū)(縣)、街道(鄉(xiāng)鎮(zhèn))、社區(qū)(村)級網(wǎng)格編碼均應按照GB/T2260和GB/T10114執(zhí)行；

②街道(鄉(xiāng)鎮(zhèn))、社區(qū)級網(wǎng)格編碼應參考國家統(tǒng)計局官方網(wǎng)站發(fā)布的行政區(qū)劃代碼；

③街道(鄉(xiāng)鎮(zhèn))、社區(qū)如果出現(xiàn)飛地，編碼相同；

④學校、企業(yè)等區(qū)域不屬于社區(qū)管理的，可作為特殊社區(qū)處理，與社區(qū)同級編碼；

⑤特殊區(qū)域視其具體情況進行編碼，例如風景名勝區(qū)、自然保護區(qū)、保稅區(qū)、開發(fā)區(qū)等。

(2)管理網(wǎng)格編碼規(guī)則

管理網(wǎng)格分七部分組成共21位編碼，編碼結構如圖7所示。

圖7 管理網(wǎng)格編碼規(guī)則

①區(qū)域縮編碼：1位，以大字英文字母縮略代表各個區(qū)、縣(市)；

②管理單位級別編碼：1位，區(qū)分管理單位的行政級別；

③管理單位編碼：4位，各市、區(qū)(縣市)直機關單位和所包含的下級管理單位編號，第1、2位代表管理部門的歸口類別，第3、4位為該歸口類別下單位的順序碼；

④管理業(yè)務分類代碼：6位，參照CJ/T 348-2010《數(shù)字社區(qū)管理與服務分類與代碼》中管理與服務的分類與代碼，可根據(jù)實際管理業(yè)務分類進行擴展；

⑤街道(鄉(xiāng)鎮(zhèn))代碼：3位，對應的街道(鄉(xiāng)鎮(zhèn))代碼。若存在對應的唯一街道(鄉(xiāng)鎮(zhèn))基礎網(wǎng)格單元，則為相應的基礎網(wǎng)格街道(鄉(xiāng)鎮(zhèn))碼；若對應兩個或多個街道(鄉(xiāng)鎮(zhèn))基礎網(wǎng)格單元的合并區(qū)域，則按順序從601開始編碼；若跨不同街道(鄉(xiāng)鎮(zhèn))基礎網(wǎng)格單元，則街道(鄉(xiāng)鎮(zhèn))、社區(qū)(村)、管理網(wǎng)格順序碼3段代碼從600000001起按順序進行編碼。

⑥社區(qū)(村)代碼：3位，對應的社區(qū)代碼。若存在對應的唯一社區(qū)(村)基礎網(wǎng)格單元，則為相應的基礎網(wǎng)格社區(qū)(村)碼；若對應兩個或多個社區(qū)(村)基礎網(wǎng)格單元的合并區(qū)域，則按順序從601開始編碼；若跨不同社區(qū)(村)基礎網(wǎng)格單元，則社區(qū)(村)、管理網(wǎng)格順序碼2段代碼從600001起按從順序進行編碼；

⑦管理網(wǎng)格順序碼：3位，若管理網(wǎng)格前面18位代碼相同，則按順序進行編碼，否則順序碼為“000”。

3 應用實例

根據(jù)城市空間信息多級網(wǎng)格劃分與編碼方法，以數(shù)字福州地理空間框架建設的電子地圖和影像圖為基礎，在網(wǎng)格劃分規(guī)則約束下，對福州市全陸域進行市-區(qū)(縣市)-街道(鄉(xiāng)鎮(zhèn))-社區(qū)(村)四級基礎網(wǎng)格的劃分(如圖8所示)，形成了1個市級基礎網(wǎng)格，12個區(qū)(縣市)級基礎網(wǎng)格，189個街道(鄉(xiāng)鎮(zhèn))級基礎網(wǎng)格，2 778個社區(qū)(村)級基礎網(wǎng)格，并在四級基礎網(wǎng)格的基礎上，采用管理網(wǎng)格編制方法，對綜治、城管、人社、民政、司法、殘聯(lián)、市場監(jiān)管、環(huán)保、公安、消防、衛(wèi)計、房管等12個試點業(yè)務部門的管理網(wǎng)格進行整合和編碼(如圖9～圖11所示)，形成了 5 690個綜治管理網(wǎng)格、 6 974個城管管理網(wǎng)格、 2 778個人社管理網(wǎng)格、 5 690個民政管理網(wǎng)格、189個司法管理網(wǎng)格、189個殘聯(lián)管理網(wǎng)格、189個市場監(jiān)督管理網(wǎng)格、 2 778個環(huán)保管理網(wǎng)格、 5 690個公安管理網(wǎng)格、 5 690個消防管理網(wǎng)格、 2 778個衛(wèi)計管理網(wǎng)格、189個房管管理網(wǎng)格，并在社區(qū)受理服務平臺、市民服務平臺、平安福州管家、綜治監(jiān)控指揮調(diào)度平臺、數(shù)字城管等業(yè)務應用系統(tǒng)/平臺上進行成功應用。

圖8 市-區(qū)(縣市)-街道(鄉(xiāng)鎮(zhèn))-社區(qū)(村)級基礎網(wǎng)格的劃分

圖9 綜治管理網(wǎng)格的劃分

圖10 綜治管理網(wǎng)格屬性信息

圖11 城管管理網(wǎng)格的劃分

4 結 語

基于擴展金字塔結構的城市空間信息多級網(wǎng)格體系是利用行政區(qū)劃境界和自然要素對城市空間在不同尺度進行逐級無縫劃分為四級基礎網(wǎng)格，并結合業(yè)務管理需求采用特定的編制方法形成不同業(yè)務專題的管理網(wǎng)格，同時對各級各類網(wǎng)格單元賦予唯一編碼，這樣對大多數(shù)空間信息及相關業(yè)務管理與服務可通過唯一的網(wǎng)格編碼進行定位，有效地實現(xiàn)了各類信息資源的共享和融合，有助于實現(xiàn)政務服務協(xié)同和提供“互聯(lián)網(wǎng)+”政務服務，為城市居民提供更加便利、高效地政務服務能力和水平，同時也為空間信息的共享、整合以及服務于城市治理與決策分析提供了解決途徑。

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Urban Spatial Information Multi-Grids System Based on Extensional Pyramid Structure——A Case Study in Fuzhou

Zeng Weidong1，Wang Yanxia2，Gao Zhaoliang2，Liu Ren2

(1.Fuzhou Leading Group Office of Digital Fuzhou Construction，F(xiàn)uzhou 350000，China；2.Fuzhou Investigation and Surveying Institute，F(xiàn)uzhou 350000，China)

The grid technology has an increasing extensive application nowadays. At the same time，different governments have different administrative units and codes. In order to building the spatial passageway of different administrative units，it is proposed an urban spatial information multi-grids system based on extensional pyramid structure，utilizing spatial information multi-grids，composed of basic grids and administrative grids. Then，it introduces the rules，division and coding of basic grids. In addition，the division and coding of administrative grids are discussed on the basis of basic grids. Finally，F(xiàn)uzhou is taken as an example to verify its availability.

spatial information multi-grids (SIMG)；pyramid；urban grid；coding；Fuzhou

1672-8262(2017)04-5-06

P208.2

A

2017—02—20

曾偉東(1968—)，男，碩士，主要從事“數(shù)字福州”建設的管理以及基礎空間數(shù)據(jù)及基礎信息平臺的建設、共享和應用等方面的工作。

汪艷霞(1986—)，女，博士，工程師，主要從事于數(shù)字城市、智慧城市、GIS的行業(yè)應用等方面的研究。

福建省住房和城鄉(xiāng)建設系統(tǒng)科技項目(2016-K-14)，福州市科技項目(2014-S-125)。