王 丹 耿 丹 李丹彤

(1. 建設(shè)綜合勘察研究設(shè)計院有限公司, 北京 100007; 2. 自然資源部城市空間信息重點實驗室, 北京 100007)

0 引言

基礎(chǔ)測繪是測繪事業(yè)的核心組成部分,具有法定性、戰(zhàn)略性、公益性和專業(yè)性。首先,基礎(chǔ)測繪是《中華人民共和國測繪法》確定的核心測繪工作,國家為此專門制定了《基礎(chǔ)測繪條例》,具有明確的法定性。其次,基礎(chǔ)測繪服務(wù)于經(jīng)濟建設(shè)、國防建設(shè)、社會發(fā)展和生態(tài)保護等國家重大需求,并為自然資源管理、工程建設(shè)管理、公共安全與應(yīng)急管理、數(shù)字中國與智慧社會建設(shè)等提供支持和保障,具有重要的戰(zhàn)略性。第三,測繪法明確規(guī)定基礎(chǔ)測繪是國家公益性事業(yè),具有鮮明的公益性。第四,基礎(chǔ)測繪由測繪科學技術(shù)引領(lǐng)、測繪基礎(chǔ)設(shè)施及裝備支撐、測繪技術(shù)標準指導、測繪專業(yè)機構(gòu)與人員實施,具有獨特的專業(yè)性。

近些年來,我國的基礎(chǔ)測繪取得了巨大成就,但也面臨諸多挑戰(zhàn),構(gòu)建新型基礎(chǔ)測繪體系是應(yīng)對挑戰(zhàn)并實現(xiàn)創(chuàng)新發(fā)展的重大舉措。2015年6月,國務(wù)院批復《全國基礎(chǔ)測繪中長期規(guī)劃綱要(2015—2030年)》,提出到2030年全面建成新型基礎(chǔ)測繪體系。2019年9月,自然資源部發(fā)布《新型基礎(chǔ)測繪體系數(shù)據(jù)庫建設(shè)試點技術(shù)指南》[1],積極推進新型基礎(chǔ)測繪發(fā)展。文獻[2-3]對新型基礎(chǔ)測繪的特征、任務(wù)和實施舉措等做了探討,上海市、武漢市等開展了相應(yīng)的試點工作[4-6],北京市、重慶市等也進行了相關(guān)頂層設(shè)計和部分數(shù)據(jù)建設(shè)工作[7-8]。

但新型基礎(chǔ)測繪與傳統(tǒng)基礎(chǔ)測繪到底有什么不同,新型基礎(chǔ)測繪體系應(yīng)該如何有效地構(gòu)建,構(gòu)建中需要解決哪些重要問題等,仍需更多的研究。本文首先提出新型基礎(chǔ)測繪的發(fā)展理念,進而對新型基礎(chǔ)測繪的基本任務(wù)、主要特征以及體系建設(shè)的幾個重要問題進行討論,并提出一些建議。

1 新型基礎(chǔ)測繪的發(fā)展理念

新型基礎(chǔ)測繪是基礎(chǔ)測繪在新時代的繼承和發(fā)展[1-2]?！靶聲r代”是黨的十九大提出的中國發(fā)展新的歷史方位,即中國特色社會主義進入了新時代。新時代我國經(jīng)濟發(fā)展的基本特征則是由高速增長階段轉(zhuǎn)向高質(zhì)量發(fā)展階段。毫無疑問,新型基礎(chǔ)測繪要在傳統(tǒng)基礎(chǔ)測繪的基礎(chǔ)上實現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展。為此,應(yīng)該解放思想,通過創(chuàng)新驅(qū)動新型基礎(chǔ)測繪發(fā)展。創(chuàng)新首先要體現(xiàn)在理念上,用新的理念指引包括成果、服務(wù)、技術(shù)、機制等要素在內(nèi)的新型基礎(chǔ)測繪體系的設(shè)計與構(gòu)建。

1.1 供給服務(wù)需求

測繪科學已從當初的幾何科學,發(fā)展成為多學科交叉的信息科學和服務(wù)科學[9]?，F(xiàn)行國家標準《國民經(jīng)濟行業(yè)分類》GB/T 4754—2017將測繪地理信息服務(wù)歸屬于專業(yè)技術(shù)服務(wù)業(yè)。按需求側(cè)、供給側(cè)劃分,測繪包括基礎(chǔ)測繪屬于供給側(cè),而其服務(wù)的對象為需求側(cè)。當前,在需求側(cè),要滿足自然資源管理、國土空間規(guī)劃、工程建設(shè)管理、公共安全與應(yīng)急管理以及其他政務(wù)管理和公眾服務(wù)等對公共測繪地理信息成果及服務(wù)的需要;在供給側(cè),則要建立具有“世界眼光、國際標準、中國特色和高點定位”的新型基礎(chǔ)測繪體系。

1.2 公共超越基礎(chǔ)

面對需求側(cè)的變化,新型基礎(chǔ)測繪的成果內(nèi)容及服務(wù)首先需要做出改變,以滿足經(jīng)濟社會高質(zhì)量發(fā)展對公共測繪地理信息成果的需要。傳統(tǒng)的基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)主要描述地形要素而不是地理實體的空間特征(或稱幾何特征),并以地圖比例尺為核心技術(shù)參數(shù),已不能很好地滿足需求側(cè)發(fā)展的要求。要面向地理實體,適應(yīng)智能化時代空間信息獲取、管理、分析、表達和應(yīng)用的技術(shù)發(fā)展,突破地圖比例尺等制約,創(chuàng)新公共地理信息內(nèi)容、規(guī)格和形式。同時,測繪基準成果也要為更廣泛用戶提供更便捷的服務(wù)。

1.3 動態(tài)激活靜態(tài)

地理信息描述地理實體的空間、專題和時間特征。隨著政務(wù)管理服務(wù)的轉(zhuǎn)型升級,科學化、精準化、智慧化正成為當前一切應(yīng)用的新標志,地理實體的時間特征變得更加重要,時空信息的稱謂也應(yīng)運而生。衛(wèi)星導航定位、高分辨率遙感、激光掃描、無人機及物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)為基礎(chǔ)測繪增添新的活力。新型基礎(chǔ)測繪應(yīng)該躍入“動態(tài)”模式,不斷精化和維持動態(tài)測繪基準,主動獲取、處理、管理鮮活的基礎(chǔ)時空信息,并提供應(yīng)用所需的高質(zhì)量動態(tài)服務(wù),提升成果價值。

1.4 公益引領(lǐng)行業(yè)

從業(yè)務(wù)類型上講,除基礎(chǔ)測繪外,測繪還包括工程測量、不動產(chǎn)測繪、地理信息應(yīng)用以及其他專項測繪等?；A(chǔ)測繪屬于公益性事業(yè),雖有其明確的任務(wù)范圍,但作為測繪的根基和主干,其自身不僅要進一步提質(zhì)增效、創(chuàng)新發(fā)展,更要肩負引領(lǐng)整個測繪地理信息行業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展、帶動我國測繪事業(yè)與地理信息產(chǎn)業(yè)的鞏固壯大和轉(zhuǎn)型升級的重任。在當前測繪地理信息管理背景下,這一點無疑更加重要。新型基礎(chǔ)測繪應(yīng)該成為測繪地理信息行業(yè)未來可持續(xù)發(fā)展的源泉。

2 新型基礎(chǔ)測繪的任務(wù)和特征

根據(jù)《全國基礎(chǔ)測繪中長期規(guī)劃綱要(2015—2030年)》,新型基礎(chǔ)測繪的“新”主要體現(xiàn)在技術(shù)手段新、工作內(nèi)容新、成果形式新、生產(chǎn)服務(wù)方式新四個方面。新型基礎(chǔ)測繪要繼承基礎(chǔ)測繪的法定使命,實現(xiàn)傳統(tǒng)基礎(chǔ)測繪的轉(zhuǎn)型升級和創(chuàng)新發(fā)展。

2.1 新型基礎(chǔ)測繪的任務(wù)

測繪法對基礎(chǔ)測繪的任務(wù)做出了明確規(guī)定:建立全國統(tǒng)一的測繪基準和測繪系統(tǒng),進行基礎(chǔ)航空攝影,獲取基礎(chǔ)地理信息的遙感資料,測制和更新國家基本比例尺地圖、影像圖和數(shù)字化產(chǎn)品,建立、更新基礎(chǔ)地理信息系統(tǒng)。新時代背景下,測繪法確定的基礎(chǔ)測繪任務(wù)仍然是當前新型基礎(chǔ)測繪的基本任務(wù),但基礎(chǔ)測繪的內(nèi)涵可以有創(chuàng)新。新型基礎(chǔ)測繪作為基礎(chǔ)測繪的繼承和發(fā)展,繼承的是法定的使命和任務(wù),發(fā)展的則是成果體系、服務(wù)模式、技術(shù)手段以及實施機制等。

2.2 新型基礎(chǔ)測繪的特征

新型基礎(chǔ)測繪與傳統(tǒng)基礎(chǔ)測繪到底有哪些不同？無疑需要從新型基礎(chǔ)測繪的基本特征上分析。我們認為,新型基礎(chǔ)測繪的主要特征可以歸納為新理念、新成果、新服務(wù)、新技術(shù)、新機制五個方面(圖1)。其中,新成果、新服務(wù)是新型基礎(chǔ)測繪的核心特征,新理念指引新型基礎(chǔ)測繪創(chuàng)新發(fā)展原則和思路,新技術(shù)和新機制則為新型基礎(chǔ)測繪成果及服務(wù)的實現(xiàn)提供支撐與保障。事實上,理念、成果、服務(wù)、技術(shù)、機制是推動和實現(xiàn)新時代基礎(chǔ)測繪高質(zhì)量發(fā)展需要解決的重要課題,也將成為新型基礎(chǔ)測繪體系的基本要素。

圖1 新型基礎(chǔ)測繪的主要特征

(1)新理念。我們提出的新型基礎(chǔ)測繪基本理念就是第1部分討論的供給服務(wù)需求、公共超越基礎(chǔ)、動態(tài)激活靜態(tài)、公益引領(lǐng)行業(yè)等。

(2)新成果?；A(chǔ)測繪的任務(wù)基本上包括兩大方面:一是建立、維持測繪基準并提供基準服務(wù)，二是生產(chǎn)、更新和提供基本的地理信息數(shù)據(jù)產(chǎn)品。新型基礎(chǔ)測繪的新成果應(yīng)體現(xiàn)在這兩方面。正在組建的全國衛(wèi)星導航定位基準站“一張網(wǎng)”[10]有望成為測繪基準應(yīng)用服務(wù)的新成果;以“實景三維中國”[10]為旗艦的地理實體數(shù)據(jù)將成為新的地理信息數(shù)據(jù)成果。新成果將是新型基礎(chǔ)測繪有別于傳統(tǒng)基礎(chǔ)測繪的最重要方面。

他從不知道世間竟會有如此大片的兇險地界，即便他自覺技術(shù)高超，也沒有把握自己能夠在這里安全地降落，一半的把握都沒有。

(3)新服務(wù)。新型基礎(chǔ)測繪不僅要有新的成果,也要有新的應(yīng)用服務(wù),這也應(yīng)該是一個重要的發(fā)展方面。為此,要在做好地理信息安全管理的前提下,一方面改進傳統(tǒng)基礎(chǔ)測繪成果的服務(wù)模式,提升服務(wù)質(zhì)量;另一方面積極探索面向政府、企業(yè)和大眾的公共地理信息應(yīng)用服務(wù)新方式、新途徑,并適應(yīng)新一代信息技術(shù)發(fā)展為地理信息應(yīng)用帶來的新環(huán)境、新要求。

(4)新技術(shù)。新一代信息技術(shù)和地球觀測與導航技術(shù)的發(fā)展為新型基礎(chǔ)測繪提供了新的手段,也為進一步提升生產(chǎn)能力提供了支撐。新型基礎(chǔ)測繪不僅要積極采用這些新技術(shù)、新方法,還要針對新型基礎(chǔ)測繪成果生產(chǎn)和應(yīng)用服務(wù)進行技術(shù)融合創(chuàng)新,形成安全可靠、先進適用、經(jīng)濟高效的智能化、業(yè)務(wù)化、體系化技術(shù)及裝備。新技術(shù)的應(yīng)用將成為新型基礎(chǔ)測繪的一個亮點。

(5)新機制。新型基礎(chǔ)測繪要實現(xiàn)其目標和任務(wù)無疑需要機制體制的創(chuàng)新。要針對新型基礎(chǔ)測繪成果生產(chǎn)與更新、管理與維護、應(yīng)用與服務(wù)全過程,構(gòu)建有效的政策、標準、質(zhì)量、安全、資金、組織、人才等保障體系,探索新的實施、監(jiān)管和激勵模式,以使新型基礎(chǔ)測繪體系落地見效并可持續(xù)發(fā)展。這也是新型基礎(chǔ)測繪體系建設(shè)中需要著力解決的重要課題。

3 新型基礎(chǔ)測繪體系建設(shè)涉及的幾個問題

新型基礎(chǔ)測繪體系包含理念、成果、服務(wù)、技術(shù)和機制等要素,其建設(shè)需要解決一系列重要問題,其中包括數(shù)據(jù)的精準化、成果的體系化、服務(wù)的便捷化、手段的智能化等。這些問題有的可通過試點示范、總結(jié)提煉和標準規(guī)范制定等加以解決,有的則依賴于進一步的技術(shù)創(chuàng)新。

3.1 數(shù)據(jù)精準化

地理實體數(shù)據(jù)是新型基礎(chǔ)測繪的重要新成果,描述的是地理實體的空間、專題和時間特征?！缎滦突A(chǔ)測繪體系數(shù)據(jù)庫建設(shè)試點技術(shù)指南》[1]將地理實體界定為“現(xiàn)實世界中占據(jù)一定空間位置、單獨具有同一屬性或完整功能的自然地理單元與人工設(shè)施”。每一建筑物、構(gòu)筑物、道路、水域、綠地、農(nóng)田、城市管理部件(如井蓋、燈桿、站牌)以及行政區(qū)劃、管理服務(wù)單元、統(tǒng)計單元等都是地理實體。地理實體數(shù)據(jù)的精準化包括精細化、準確化兩個方面,分別對應(yīng)于數(shù)據(jù)的細致和準確程度。數(shù)據(jù)精準化分別針對空間、專題和時間三個維度。其中,空間維度的精準化可實現(xiàn)對象的細顆粒度、高空間分辨率、高精度(準確度)測繪;專題維度的精準化可實現(xiàn)對象類型的必要細分和屬性信息的豐富性、正確性;時間維度的精準化則可實現(xiàn)數(shù)據(jù)的實時或準實時獲取。數(shù)據(jù)精準化的程度可用精準度衡量,也包括精細度和準確度兩方面。

新型基礎(chǔ)測繪要按照一次測繪、協(xié)同管理、按需組裝的原則獲取、更新、管理和表達地理實體數(shù)據(jù)[3,11],其中一次測繪數(shù)據(jù)獲取至關(guān)重要。為此,需要根據(jù)公共地理信息成果的應(yīng)用需求,確定地理實體的顆粒度及分類,并按統(tǒng)一規(guī)則對各地理實體對象賦予唯一標識;同時,要針對不同地域(如建成區(qū)、一般地區(qū)、特殊地區(qū)等)的各類地理實體,合理確定地理實體數(shù)據(jù)采集的精準度,包括對應(yīng)于空間、專題、時間維度的精細度和準確度。就空間維度而言,我國現(xiàn)行技術(shù)標準關(guān)于基礎(chǔ)測繪成果精度的規(guī)定低于一些發(fā)達國家,當前全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(Global Navigation Satellite System,GNSS)、高分衛(wèi)星遙感、無人機測繪、機載或地面激光雷達掃描(Light Detection And Ranging, LiDAR)、智能全站儀等技術(shù)已在測繪生產(chǎn)實踐中得到普遍運用,有必要提高測繪成果的精度。上海市在這方面已做了積極的探索[4-5],但要形成能指導全面生產(chǎn)作業(yè)的技術(shù)文件,特別是確定空間、專題和時間三個維度上的精細度、準確度指標,尚需在更多試驗研究的基礎(chǔ)上發(fā)展相應(yīng)的國家標準或行業(yè)標準。數(shù)據(jù)的精準化也適用于測繪基準成果。比如,為保持2000國家大地測量坐標系(CGCS2000)框架的動態(tài)、高精度,開展框架精化與維持工作[12];進一步精化似大地水準面以提升GNSS高程測量精度等。

3.2 成果體系化

新型基礎(chǔ)測繪到底包括哪些成果？對地理信息數(shù)據(jù)而言,地理實體數(shù)據(jù)、“實景三維中國”是新成果,其與數(shù)字線劃圖(Digital Line Graphic,DLG)、數(shù)字正射影像(Digital Orthophoto Map,DOM)、數(shù)字高程模型(Digital Elevation Model,DEM)等傳統(tǒng)基礎(chǔ)地理信息成果之間存在什么關(guān)系？傳統(tǒng)基礎(chǔ)地理信息成果還要不要繼續(xù)生產(chǎn)或更新？這是需要回答的現(xiàn)實問題。

圖2 新型基礎(chǔ)測繪地理信息數(shù)據(jù)成果體系

這兩類成果中,地理實體數(shù)據(jù)成果包括地理實體數(shù)據(jù)庫及由其衍生的實體三維模型和數(shù)字地形圖;影像與柵格數(shù)據(jù)成果包括DOM、數(shù)字真正射影像圖(True Digital Orthophoto Map, TDOM)、DEM、數(shù)字表面模型(Digital Surface Model,DSM)以及實景三維影像。其中,地理實體數(shù)據(jù)及實體三維模型是新型成果;影像與柵格數(shù)據(jù)成果具有表達的直觀性和生產(chǎn)的快捷性,應(yīng)該繼續(xù)作為重要的基礎(chǔ)測繪成果,但需結(jié)合新的需求,進一步確定其精準度等核心技術(shù)參數(shù),并以地理實體對象為索引進行組織管理。同時,影像與柵格數(shù)據(jù)也可用來生產(chǎn)新的地理實體數(shù)據(jù)。這兩類數(shù)據(jù)構(gòu)成基本的新型基礎(chǔ)測繪地理信息數(shù)據(jù)成果體系,基于它們則可派生更多的成果。當前,需要通過標準的制修訂對相關(guān)成果的內(nèi)容、規(guī)格及其他技術(shù)要求做出科學合理的規(guī)定。

對測繪基準而言,也要根據(jù)需求和供給的發(fā)展,系統(tǒng)地構(gòu)建包含大地、高程、深度、重力等基準應(yīng)用的成果體系。

3.3 服務(wù)便捷化

新型基礎(chǔ)測繪要面向自然資源管理、國土空間規(guī)劃、工程建設(shè)管理、公共安全與應(yīng)急管理以及其他政務(wù)管理和公眾服務(wù)等對公共測繪地理信息成果及服務(wù)的需要,在保障地理信息安全的前提下,積極發(fā)展新的更加便捷的應(yīng)用服務(wù)模式并落地實施。

在測繪基準成果應(yīng)用服務(wù)方面,德國各州測繪當局聯(lián)合建立的衛(wèi)星定位與導航服務(wù)系統(tǒng)(Satellite Positioning Service，SAPOS)是一個連續(xù)運行的、覆蓋全國的多功能差分GNSS定位導航服務(wù)體系,為用戶提供官方大地測量基準服務(wù)。按精度、響應(yīng)時間和應(yīng)用目的,SAPOS提供實時定位服務(wù)、高精度實時定位服務(wù)(平面精度1～2 cm,高程精度2～3 cm)、測量后處理定位服務(wù)(平面精度優(yōu)于1 cm,高程精度1～2 cm)等三種服務(wù),每種服務(wù)都有明確的處理響應(yīng)時間和收費標準(目前部分州已提供免費服務(wù))。2020年10月,自然資源部全國國土測繪工作會議提出要“深化衛(wèi)星導航定位基準站社會化應(yīng)用,加快組建全國衛(wèi)星導航定位基準站‘一張網(wǎng)’”[10],這對于提升測繪基準成果應(yīng)用無疑將具有重要意義,在社會化應(yīng)用服務(wù)方面SAPOS的機制值得研究。

在公共地理信息數(shù)據(jù)成果或產(chǎn)品服務(wù)方面,自然資源部推進的國土空間基礎(chǔ)信息平臺、智慧城市地理時空大數(shù)據(jù)平臺以及天地圖系統(tǒng)建設(shè),可成為面向?qū)I(yè)部門、政務(wù)管理和公眾服務(wù)的重要渠道。從更便捷的服務(wù)模式上看,英國軍械測量局OSMasterMap[13]的豐富產(chǎn)品及其增量更新、快速更新、在線訂購等方式或許可以借鑒。

3.4 手段智能化

物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等新一代信息技術(shù)的發(fā)展,為包括基礎(chǔ)測繪在內(nèi)的測繪提供了智能化手段。智能化技術(shù)可用于地理信息數(shù)據(jù)采集、更新、處理、管理、分析、表達和服務(wù)等各方面,從而有效支撐新成果的生產(chǎn)和新服務(wù)的實施,顯著提高新型基礎(chǔ)測繪的業(yè)務(wù)能力和效率。測繪手段的智能化無疑將成為新型基礎(chǔ)測繪的一個亮點,也將是新型基礎(chǔ)測繪能否全面實施的關(guān)鍵。

當前,關(guān)于智能化測繪的技術(shù)研究受到廣泛關(guān)注,也取得了許多進展,但尚需進一步關(guān)鍵技術(shù)突破,特別是要形成能用于新型基礎(chǔ)測繪實際生產(chǎn)和服務(wù)的業(yè)務(wù)化系統(tǒng),比如:高分辨率遙感影像的智能識別、解譯與特征提取技術(shù),傾斜攝影影像的單體化、結(jié)構(gòu)化與三維實體建模技術(shù)[14],點云數(shù)據(jù)智能理解與目標結(jié)構(gòu)化重建技術(shù)[15],地理實體數(shù)據(jù)的智能提取綜合及數(shù)字產(chǎn)品生成技術(shù)[3]等。此外,目前正在開展的有關(guān)前沿性理論方法研究(如知識圖譜與基礎(chǔ)地理知識服務(wù)[16]等)也將為新型基礎(chǔ)測繪的發(fā)展提供新的支持,進而進一步提升新型基礎(chǔ)測繪的效能。

4 結(jié)束語

新型基礎(chǔ)測繪體系建設(shè)以滿足自然資源、國土空間規(guī)劃、工程建設(shè)管理、公共安全與應(yīng)急管理、公眾服務(wù)等對公共測繪地理信息成果及服務(wù)的需要為出發(fā)點和落腳點,同時需要高點定位、創(chuàng)新引領(lǐng)、共享協(xié)同和持續(xù)發(fā)展。高點定位就是要構(gòu)建具有世界眼光、國際標準和中國特色的新型基礎(chǔ)測繪體系;創(chuàng)新引領(lǐng)就是要在新型基礎(chǔ)測繪成果、服務(wù)、機制等方面踐行理念創(chuàng)新、技術(shù)創(chuàng)新和管理創(chuàng)新;共享協(xié)同就是要在新型基礎(chǔ)測繪數(shù)據(jù)、成果、服務(wù)及業(yè)務(wù)實施等方面建立統(tǒng)籌規(guī)劃、共建共享、開放協(xié)同的機制和路徑;持續(xù)發(fā)展則是要建立不斷完善、持續(xù)提升的新型基礎(chǔ)測繪運行及維護模式,并為引領(lǐng)和推動測繪地理信息行業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展提供有力支撐及示范借鑒。