学术论文|李德仁院士：关于地理国情监测若干问题的思考
摘要：地理国情是基本国情的重要组成部分，具体包括地表自然要素、人文地理要素和社会经济信息的空间分布特征及其相互关系。当前，我国第一次地理国情普查工作已经完成，正在开展普查数据的整理、汇总、统计分析，未来还将开展地理国情常态化监测。本文针对第一次地理国情普查工作进行总结，并对地理国情监测的若干问题进行讨论，从地理国情监测内容、监测尺度、监测单元、监测模型、监测频率等多个方面剖析开展地理国情监测所面临的问题，并提出发展建议。
地理国情监测是对地表的全要素监测，监测的内容涉及范围广泛。根据国务院第一次全国地理国情普查领导小组办公室发布的《地理国情普查内容与指标》可知，第一次全国地理国情普查内容分为12个一级类、58个二级类和135个三级类（见表１）。其中，每个一级类包括多个二级类，每个二级类包括多个三级类。例如，水域的二级类分为河渠、湖泊、库塘、海面和冰川与常年积雪；河渠的三级类分为河流和水渠，库塘的三级类分为水库和坑塘，冰川与常年积雪的三级类分为冰川和常年积雪。
图1是以行政区划为统计单元得到的黑龙江省齐齐哈尔市辖区植被覆盖分布情况。在地理国情普查中，植被包括耕地、园地、林地和草地四大类，是重要的地表覆盖数据。通过对植被覆盖信息进行统计分析，可为国土、林业、农业等部门土地整治管理、土地综合利用与开发、防沙治沙、水土流失治理、农业转型发展等提供决策支持，推动自然资源合理利用、生态环境健康发展。
２.我国地理国情普查应增加不透水面调查和重视人文综合地理国情目前，地理国情普查对象为我国陆地范围内的地表自然和人文地理要素，普查内容包括自然与人文要素的基本情况，但缺少不透水面这类土地利用／覆盖数据。作为城镇化发展的显著特征之一，不透水面通常被作为衡量城市生态环境状况的重要指标。不透水面扩张是由人类活动主导的土地利用／覆盖变化的重要表现形式，其时空变化趋势和对于陆地碳水通量的影响机制是目前全球环境变化研究的热点内容，深入了解不透水面扩张对陆地生态系统碳水通量的影响对于制定可持续发展战略和应对全球性变化具有重要科学意义。在流域和区域尺度上，不透水面扩张带来的直接结果是土地覆盖类型的改变，进而会导致陆地生态系统功能的退化。同时，作为一类重要的土地利用／覆盖数据，不透水面是国家海绵城市建设和地理国情监测的重要基础数据，城市不透水面的空间分布情况对城市化发展和生态环境状况评估都具有重要的意义[3]。 其次，第一次全国地理国情普查并未涉及社会经济类要素。社会经济地理要素作为地理国情的重要组成部分，地理国情监测除了获取自然、人文地理国情信息之外，还必须把握社会经济发展和人类活动在地理空间上的规律，实现对区域内综合地理国情的现状和时空演变进行准确的表达和预测分析，更好地服务于国家可持续发展。因而，社会经济类数据是地理国情监测所不可缺少的内容。地理国情普查数据是地理国情监测的数据基础，可以用作获取自然与人文地理国情，但考虑到监测和国家经济社会建设的不同需求，应当增加普查未涉及的不透水面数据、社会经济类专题数据等，将不透水面单列为一类重要的地理国情要素。在已有的地理国情普查成果的基础上，利用相关行业部门（如国土资源、生态环境等部门）所收集的各种数据，例如土地利用调查数据，可用作地理国情要素的补充资料；遥感影像可用于不透水面的提取；社会经济类专题数据（如第六次人口普查数据、第二次经济普查数据等）经过空间化处理后，可用来获取社会经济地理国情。
图2反映的是长江三角洲地区在2001年、2010年不透水面丰度的空间分布格局和时空变化情况。在时间维上，长江三角洲地区2001～2010年的不透水面总体上呈现快速扩张趋势。在空间维上，2001～2010年长江三角洲不透水面扩张呈现出“聚集－连通”特征。具体来看，在2001年不透水面呈孤岛状，主要集中在“Z”字形城市群轴线上，整体表现为“点－轴”分布。到2010年，上海、南京、杭州等中心城市周围的不透水面增长较为明显，“点－轴”分布逐渐演变为“轴－带”分布，而在城市中心区域和远离的“Z”字形城 市群的长江三角洲北部，西南部和南部，不透水面的变化则并不显著。
３.对推动我国地理国情监测的若干建议地理国情监测是一项长期复杂的系统性工作，需要充分利用多源、多时相、多专题地理国情数据和社会经济类专题数据等开展综合统计分析，挖掘潜在的地理国情信息。目前，开展地理国情监测还存在着很多亟需讨论的问题。一、监测尺度尺度问题是地理信息科学中最基本的问题[4]。尺度特征作为地理要素的基本特征，尺度的变化会导致地理要素表达精度的变化，同时引起地理要素的空间信息和属性信息发生相应变化。尺度包括空间尺度和时间尺度，其中空间尺度与监测对象的空间范围密切相关，决定了监测分析的详细程度和精度；时间尺度则与地理现象或过程密切相关，反映一定时期内地理现象或过程的演变情况。地理国情监测的对象是具有多尺度特征的地理要素、现象或过程。随着监测尺度的变化，监测对象会呈现出不同的统计特征、时空分布特征和演变规律。在监测时，需要根据监测对象的自身特点，选择合适的数据源，在适宜的尺度下分析监测对象的空间特征，获取准确、权威的地理国情信息。例如，在进行土地利用信息监测时，根据自然与社会发展的特点，选用不同分辨率卫星遥感影像做多尺度调查与分析。高分1号16m分辨率800km幅宽的图像可用来做全国乃至全球的月度土地覆盖与变化分析。2m分辨率卫星图像可用来做全国道路、居民地、耕地等要素的调查，优于1m分辨率的卫星图像则主要用于发达地区城镇范围内的详查与分析。二、普查和监测成果的统计单元地理国情普查和监测是一项全国性的工作，涉及范围广、数据量巨大。统计单元是对大范围监测区域的划分，实现对大区域复杂空间的有效分解。地理国情监测涉及的多源、多专题数据可能来自多个部门或行业，往往有着不同的采集或统计单元。由于统计单元不同，各种数据存在不一致、不匹配问题，无法直接进行统计分析，否则会影响地理国情信息统计分析的准确性。统计单元的选择会直接影响地理国情监测结果的精度和准确度。我国社会经济统计调查是以行政区划与管理单元为基础进行的，如按照县－市－省的方式进行人口普查数据的汇总。当同级行政区划与管理单元的面积相差较大时，这种统计方式很难真实反映社会经济发展状况与自然人文要素之间的关系。地理网格单元是对现有的行政区划与管理单元的有效补充，通过将自然人文地理国情要素和社会经济类数据转换到统一的规则地理网格中，可以实现多源、多尺度地理国情信息的深度融合，进而为多专题地理国情数据的综合统计分析和动态监测奠定基础[5-9]。
图3所示的是以天津市武清区为例，利用行政区划单元和规则地理网格作为统计单元得到的森林覆盖率分布专题图。规则地理网格是通过 GeoSOT划分方法得到的，第16级网格对应赤道附近大致尺度为1km×1km，第14级、15级网格分别对应4km×4km和2km×2km。与行政区划统计结果对比，多级地理网格能够更加精细、准确地反映森林覆盖在地理空间上的分布情况。
三、监测模型和成果发布地理国情监测通过利用多期地理国情调查成果，综合运用多种空间统计方法和模型，获取地理要素的统计特征、时空分布和变化规律等，对地理过程进行模拟、预测与分析，形成特点鲜明、准确权威的地理国情监测产品[10]。构建地理国情监测模型是地理国情信息统计分析的前提，在地理国情基本统计成果的基础上，与人口普查数据、经济普查数据和其他行业部门专题数据深度融合，构建多尺度、多专题的地理国情监测模型，并定期地向社会公众发布。地理国情监测模型可分为自然地理国情监测模型、人文地理国情监测模型和综合地理国情监测模型。自然地理国情监测模型是在地理国情普查内容的基础上研究自然资源、生态环境的各项指标，实现更有效地获取自然地理国情信息，比如植被覆盖度、景观格局指数等。人文地理国情监测模型研究人类社会经济活动中与人类自身密切相关的物质文明和精神文明成果的各项内容，包括文化、艺术、历史等内容，分析评估人文地理国情信息，实现人文地理国情要素的持续监测，比如人口分布、民族分布、饮食爱好等。综合地理国情监测模型研究除了自然与人文指数之外的与人类活动密切相关的各种综合指数，比如经济发展指数（如绿色GDP）、城市发展指数、生态文明系数（如交通通达度、教育普及度、居民幸福指数）等。四、监测频率地理国情信息具有动态性、现势性，反映地理国情在某一时期内的基本情况。不同的地理国情信息具有不同的变化规律，诸如地貌、水域等自然地理要素，在较短时间内不会发生明显变化，演变的周期较长；而人文地理要素（如交通网络、行政区域与管理单元等）与人类活动关系密切，具有较快的变化频率。我国疆域辽阔，社会经济发展迅速，地表变化频繁，地理国情复杂。为保证统计分析和决策支持的及时性和可靠性，地理国情数据必须具备较强的现势性。考虑到不同地理国情要素的空间特征和演变规律，为实现准确、快速、有效的监测，需要针对不同地理国情要素制定差别化的监测机制，及时获取具有现势性的地理国情数据，实现有效动态监测，准确地反映区域内地理国情状况。随着物联网、云计算、大数据等技术发展，地理国情监测将随着智慧城市与智慧中国的建设，逐步走向实时化和智能化。4.结 语本文从地理国情监测的现阶段情况出发，从监测内容、监测尺度、监测单元、监测模型和监测频率等方面对开展地理国情监测亟需解决的问题进行了讨论。笔者认为，地理国情监测作为一个专业性、综合性很强的新业务，第一次全国地理国情普查成果的汇总工作已经完成，即将进入地理国情统计分析阶段。地理国情监测的技术手段还在探讨和完善之中，建议针对该前沿问题，持续开展跨学科的应用基础研究，从而将国家领导人和全国人民关心的地理国情调查、监测、分析与发布工作真正做好。参考文献
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本文作者：李德仁 丁 霖 邵振峰
作者简介
李德仁，祖籍江苏丹徒县，1939年12月出生于江苏泰县。德国斯图加特大学博士，著名摄影测量与遥感学家；中国科学院院士，中国工程院院士，国际欧亚科学院院士，武汉大学教授、博士生导师； 历任武汉测绘科技大学校长、测绘遥感信息工程国家重点实验室主任；武汉大学学术委员会主任，全国有突出贡献的中青年专家，全国政协委员，国务院学科评议组成员；中国测绘地理信息学会副理事长，中国图像图形学会副理事长，中国地理学会环境遥感分会副理事长，湖北省科协副主席，湖北省测绘地理信息学会副理事长，湖北省土地学会名誉会长，武汉欧美同学会会长，武汉留学回国博士联谊会会长，武汉中国光谷首席科学家，武汉关爱协会理事长。
来源：武汉大学学报·信息科学版
本文原刊载于《武汉大学学报·信息科学版》（2016年第41卷第2期），仅供学习与交流使用，不带有任何商业目的，版权归作者所有。感谢《武汉大学学报·信息科学版》编辑部对【慧天地】的支持！
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编辑：蔡丽华 郭晓非
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