面向上海城市数字化转型的新型测绘

原创测绘通报智绘科服 2022-07-16

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本文内容来源于《测绘通报》2021年第7期，审图号：GS（2021）4155号

面向上海城市数字化转型的新型测绘

顾建祥¹, 董震², 郭王³

1. 上海市测绘院, 上海 200063;

2. 武汉大学测绘遥感信息工程国家重点实验室, 湖北武汉 430079;

3. 上海华测导航技术股份有限公司, 上海 201702

摘要：城市数字化转型、“科学化、精细化、智能化”的城市治理、“新基建”的落地和数字经济的发展都迫切需要空间地理数据向“全域、全息、全空间、多维、高频”推进，实现物理空间的数字孪生。本文结合上海市城市数字化转型对地理信息的新需求，从空天地数据获取手段、全息空间数据内涵、二三维一体的成果形式、泛在测绘更新方法和按需组装服务方式等方面提出了构建以基于地理实体的智能化全息测绘为核心的新型测绘体系，形成了城市数字化转型地理信息新服务的解决方案。

基金项目：国家自然科学基金（41531177）；国家自然科学基金青年基金（41901403）

引文格式：顾建祥, 董震, 郭王. 面向上海城市数字化转型的新型测绘[J]. 测绘通报, 2021(7): 131-134,139.doi: 10.13474/j.cnki.11-2246.2021.0223.

阅读全文：http://tb.sinomaps.com/CN/10.13474/j.cnki.11-2246.2021.0223

正文

党的十九届五中全会提出，要准确把握新发展阶段，深入贯彻新发展理念，加快构建新发展格局，建设高质量发展的国土空间布局和支撑体系，统筹推进基础设施建设，加快数字化发展。2020年12月的上海市城市数字化转型工作领导小组会议指出：城市数字化转型是事关全局、事关长远的重大战略，要增强推进城市数字化转型的紧迫感，把握超大城市运行机制和规律，加强顶层设计、聚焦重点难点，努力将上海打造为具有世界影响力的数字之都。

城市数字化转型是指利用数字化技术(如大数据、云计算、人工智能、信息通信技术等)推动城市经济发展方式、人民生活方式和城市治理等向数字化、网络化、智能化转型[1]。城市数字化转型主要包括3个主要方面：①打造数字化政府，提高政府柔性化治理和精细化服务；②为民众在医疗、交通、教育等方面提供更多便利；③借助新型信息通信技术，实现企业运营的数据化、营销的精准化、管理的智慧化和生产的智能化，提升企业的核心竞争力。

关于如何加快数字化发展，推进城市数字化转型，2020年初党中央做出明确部署：推进新型基础设施建设。新型基础设施建设以先进的发展理念为引领，以技术创新作为核心驱动力，以信息网络作为支撑基础，面向快速、健康发展的新需求，提供智能化升级、数字化转型、综合性创新等服务。新基建将带给人们一个“万物互联的智能世界”,有力地牵引城市治理现代化、支撑城市数字化转型。新基建的核心有两个：一是连接，包括连接网络、平台；二是计算，包括算力、算法。平台的核心是实时映射的全空间、全要素、立体化、实体化、语义化的城市公共数字底座，是刻画城市细节、呈现城市运行、推演未来趋势的综合信息载体。新基建的落地、“科学化、精细化、智能化”的城市治理、城市数字化转型和数字经济的发展都迫切需要空间地理数据向“全域、全息、全空间、多维、高频”推进，实现物理空间的数字孪生[2]。本文首先对上海城市数字化转型对城市测绘的新要求进行阐述，然后从数据获取、数据内涵、产品形式、更新机制及服务方式5个方面对新型测绘体系建设进行探索，以期形成城市数字化转型地理信息新服务的解决方案。

1 上海城市数字化转型对城市测绘的新要求

2020年5月，上海市政府发布《上海市推进新型基础设施建设行动方案(2020—2022年)》(以下简称《行动方案》)。《行动方案》立足于品牌高端化、跨界融合化、数字产业化、产业数字化等方向，系统性地提出了具体目标、实施思想、建设行动、建设任务和保障措施，综合形成了上海市“新基建”35条[3]。《行动方案》提出率先打造新一代信息基础设施标杆城市、率先建成具有国际影响力的超大规模城市公共数字底座；为支撑城市治理全方位变革建设城市全要素数据资源体系，建设社会治理“一网统管”和政务服务“一网通办”的基础平台，探索数字孪生城市和临港新片区互联设施体系、长三角一体化示范区智慧大脑工程建设；建设国内领先的公共停车信息平台、车路协同、智慧道路和智能化“海空交通”枢纽等。以上这一系列重大项目都对上海城市测绘提出了新的需求。

数字化转型背景下的新型城市测绘具有如下特点：

(1) 数据采集和处理的自动化和智能化水平更高。利用自动化、智能化程度更高的测绘设备和数据处理方法，快速生产出二维三维、地上地下、室内室外一体化的全息测绘成果，保证测绘成果的准确性和现势性[4]。

(2) 数据覆盖范围更广。利用激光扫描、倾斜摄影、探地雷达等新型数据采集装备实现对室内外、地上下、水上下等空间的有效覆盖[5]。

(3) 从按照固定比例尺的地理信息向基于地理实体的无尺度时空数据库转变，通过地理实体建库技术，实现不同层次、不同精度、不同时相的地理实体数据生产，形成历史-现状、地上-地下、室内-室外、二维-三维一体化的全空间信息模型，支撑城市专题数据和基础地理融合[4,6]。

(4) 成果由以人为主体，转变为人可识别、机器能懂的实体化、结构化、语义化测绘产品。

(5) 综合利用移动测量、众包测图等多种技术手段实现测绘产品的变化发现和及时更新，提高测绘产品的现势性[7]。

2 新型测绘体系建设

新型测绘是满足当下社会、经济发展新需求，采用新技术、新工艺、新方法、新装备的测绘活动。目前包括面向实体、分层分类、全覆盖、全属性的全息测绘和新型基础测绘，追求高精、高效和智能化处理[8]。随着上海新一代信息基础设施建设推进，测绘地理信息在经济社会各领域得到广泛应用。城市数字化转型更加需要新型测绘的强力支撑，在空天地数据采集、智能化数据处理、按需组装服务等方面提出更高要求，面向城市数字化转型需求，构建以基于地理实体的智能化全息测绘为核心的新型测绘体系[9,10],是上海测绘地理信息服务超大城市数字化转型的必由之路。笔者所在单位联合武汉大学、华测导航等多家单位经过多年的探索与攻关，在数据获取、数据内涵、产品形式、更新机制、服务方式5大方面对新型测绘技术体系建设进行了探索。

2.1 数据获取

在数据采集技术方面，由传统的全野外数字化、航空摄影，以及以人工采集为主的数据生产方式，向融合测地卫星、航空倾斜摄影、移动测量、探地雷达等多传感器和互联网的天-空-地-网一体化空间信息获取技术，如图1所示。通过倾斜摄影影像实现对地物顶部和侧面的纹理信息采集；通过三维激光扫描技术实现地物表面三维坐标和反射率信息的采集；运用探地雷达技术实现地下基础设施(如管线)的空间分布数据采集；通过互联网与政务大数据融合充实各地理实体的自然、经济和社会属性，快速生产出二维三维、地上地下、室内室外一体化的全息测绘成果[4,11],推进城市地理空间数字底座的构建。

图1 全空间地理信息获取技术

2.2 数据内涵

在数据内涵方面，由传统的面向城市规划、建设服务的基于制图表达的重点地貌、地物要素向满足城市数字化转型需要的全域、全空间、全要素、全属性升级，实现空间数据的全息采集，如图2所示。全域即是覆盖全市市域范围，包括农业空间、城镇空间、生态空间等。全空间即是覆盖全市物理空间的地上地下、室内室外、水上水下、陆地海洋等，从传统关注的开放空间(如河流、山地、建筑、地表覆盖),向从室外到室内外一体化发展、从地表向地上地下发展、从陆域向陆海一体发展，从宏观到微观把整个地理空间都融入数据采集领域。全要素即是从传统的基于规划设计和地图制图表达的有取舍的地物地貌要素向物理空间的所有地理实体升级。全属性即是每一个实体的自然、经济和社会属性，以及演化过程和要素关系，实现地理实体与经济社会属性数据、人车物事件及其他数据的深度融合。以城市多源、多类型数据为基础，以城市时空数据为索引，构建多层次时空数据融合框架，形成以地理实体数据为基础、以政务数据为主干、以社会数据为补充的全空间、全要素、全过程、一体化的时空数据体系，真正实现全空间地理实体与其自然、经济、社会属性的融合[12,13]。

图2 全息原始点云数据

2.3 成果形式

在成果形式方面，由传统的4D产品(DOM、DEM、DRG、DLG)向基于地理实体的结构化、语义化的全息测绘产品升级，由传统的二维产品向二三维一体立体化升级，由静态的空间信息向融合动态数据的“多维”数据升级，由地理空间框架向地理空间数字底座升级，如图3所示。城市数字化转型推动传统基础设施与互联网、大数据、人工智能等技术的快速融合，形成智能化的城市基础设施，推动现实世界向数字化和网络化世界转变[10]。由于传统的基于投影和符号化的二维地图数据无法全面、真实、完整地映射物理世界，因此要形成以数据为核心要素的泛在连接、泛在计算、泛在标识、泛在感知和泛智能化总体格局，支持精准映射、虚实融合及高水平构建智能定义一切的数字孪生城市[10],迫切需要一个能够刻画城市空间布局、呈现城市运行机制、预测未来发展趋势的城市信息模型，实现现实世界与数字世界的精准映射。这需要通过空天、地面、地下、水下的不同层面和不同颗粒度的数据采集，结合新型测绘技术，对城市进行全空间实体数字化和语义化建模，实现由粗到细、从宏观到微观、从室外到室内等不同粒度、不同精度的城市孪生还原[14],形成全空间结构化、语义化、二三维一体的测绘成果，实现数字空间与物理空间一一映射，为城市空间可视化展现、智能计算分析、仿真模拟及智能决策等提供数据基础，共同支撑城市数字化转型。

在城市数字化转型中，静态的地理空间数据已经无法满足城市精细化治理的需求。要真正解决高频高精的时空应用，不应将空间数据“隔离”出来，而是要将它与其他数据类型融为一体，用一体化的模型描述世界。这迫切需要运用时空动态数据来提供更加有力的支持，由二三维静态数据向融合物联网感知动态数据的“多维”数据升级。在静态数据基础上通过物联网融入人流、物流、车流、事件等实时数据，实现向“多维”数据的升级。以地理实体数据为基础融合城市运行生命体征指标体系，实现测绘地理数据由地理空间框架向“物联、数联、智联”地理空间数字底座的跨越。为城市发展的科学决策提供先进的手段，从而支持经济、生活、治理各领域数字化、智能化、智慧化，最终实现“善政、惠民、兴业”的城市数字化转型。

图3 地理空间数字底座

2.4 数据更新

在数据更新方面，由传统的周期更新向线上线下一体化的实时更新升级。城市实时运行的物联感知数据是数字孪生城市建设的重要基础，要实时监控城市运行状态、推演城市变化趋势，需要“实时”的地理空间信息，这对地理空间信息更新的时效性提出了更高的要求。传统测绘数据更新较为缓慢，通常以年为单位进行周期更新，最快的也只能达到季度更新，难以满足城市数字化转型。为了提高现代化治理效能，需要由传统的周期更新向线上线下一体化的实时更新升级。包括以下几个方面。

(1) 基于政府管理的地理信息动态更新机制。

如通过目前在全国推广的“多测合一”工作，实现建筑项目的实时更新；通过政府部门间信息的共享，如网格化管理部门(城市部件、车位)、公安局交警总队(道路)、电力部门(电力线路)等，实现重点实体的实时更新。

(2) 动态众包、网络众源数据更新。

移动互联网和智能手机等各种泛在测绘设备采集了大量实时的文本、图片或视频等信息，这些信息与专业的测绘地理信息数据相匹配，提高了地理信息数据的现势性和丰富度。与传统地理信息相比，网络地理信息的使用者同时也是数据的生产者，将加速推动泛在测绘，即“人人都是测绘者”的发展。通过开放式众源地理数据网站API获取、爬虫获取等网络地理信息获取技术、多源地理信息的互联与融合技术，网络地理信息的知识发现与深度信息挖掘等实现地理空间数据的更新。

(3) 基于自动驾驶感知数据的地理实体快速更新。

自动驾驶车辆利用激光雷达、光学相机、毫米波雷达等传感器不间断采集车辆周边的地理空间信息，这种智能化的采集方式具有效率高、时效性好的优势，并通过云端实时的大数据分析、处理和分发，以极高现势性和新鲜度的地理信息确保安全、高效的自动驾驶[15]。

2.5 服务方式

在服务方式方面，由传统的格式化服务向“一库多能、按需组装”的实时在线的智慧服务迈进，实现由人读图向机器识图的跨越，由信息服务向知识服务提升。传统的定制化的地理信息成果难以赋能城市经济发展方式、人民生活方式和城市治理等向“物联、数联、智联”的数字化、网络化、智能化转型。新的需求需要更便捷的以需求为导向的按需服务，让用户可以像超市购物一样，从空间范围、内容类型、内容属性、维度等方面从整个空间地理信息超市中选购出自己需要的内容，组装成符合自己需求的地理信息产品。通过地理实体的唯一编码，关联结构化的地理实体的自然、经济社会属性，融合物联感知数据，形成语义化的主要面向机器使用、也可以输出定制化图件供人观看的新型地理信息产品，实现由人读图向机器识图的跨越。

传统的地理信息服务主要通过元数据查询、数据浏览下载、应需专题制图、API调用等实现基础地理数据服务与信息服务，对其知识存量挖掘不够，提供的地理空间知识服务极少。近年来，构建地理知识服务平台，将地理空间知识引入GIS软件系统，从地理数据信息服务走向知识服务势在必行，已成为测绘科技转型升级的一项重要任务[16,17]。利用计算机视觉、机器学习、知识图谱等人工智能技术，实现城市运行数据感知—图像智能识别—知识图谱构建—数据深度学习—智能决策的循环，通过对城市数据的深度学习，推动智慧城市自我优化运行，满足政府、企业、市民的按需、即时和精准决策需求[14]。

3 结语

城市数字化转型是新时期立足新发展阶段、贯彻新发展理念、构建新发展格局的重要抓手。作为测绘人要保持“打基础、利长远”战略定力，坚持需求导向、问题导向、效果导向，积极推进智能化全息测绘技术体系和服务体系发展。城市数字化转型更加需要新型测绘的强力支撑，在空天地数据采集、智能化数据处理、按需组装服务等方面提出更高要求。面向城市数字化转型需求，构建以基于地理实体的智能化全息测绘为核心的新型测绘体系，是测绘地理信息服务超大城市数字化转型的必由之路。为更好地服务城市数字化转型，测绘地理信息从业人员仍需要从空天地一体化数据全覆盖获取手段、全息空间信息的精准认知、数字孪生模型的成果形式、融合泛在测绘和专业测绘手段的更新方法、一测多用和按需组装的新型服务模式等方面进行深入探索。

作者简介

作者简介: 顾建祥(1967-),男,教授级高级工程师,主要从事测绘地理信息生产与技术管理工作。E-mail:909945777@qq.com

初审：杨瑞芳复审：宋启凡
终审：金君

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