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1、基础地理信息建设及应用国家测绘地理信息局工程技术研究中心科技发展年度综述基础地理信息建设及应用国家测绘地理信息局工程技术研究中心包括精细化地表构模、动态监测更新与灵巧化服务三个研究方向，本报告主要围绕这三个方向的地表覆盖高精度遥感制图、基础地理信息动态更新、地理国情监测、地理信息动态服务四个技术点开展论述。一、所属学科及研究领域发展概述针对全球气候变化研究与地球系统模式发展的需求，开展了全球两期（2000和2010基准年）30m分辨率全球地表覆盖的遥感制图工作。研究建立了适合全球变化研究和模式参数化需要的全球地表覆盖分类体系、生态地理分区，提出了兼顾计算机自动处理和专家知识的“分区-分层-多分
2、类器集成-专家知识控制”四级分类策略。2012年完成了全球两期水体、湿地、人造覆盖的提取工作，耕地、冰雪、裸地林灌草的提取工作正在开展。在全球和典型区（京津唐城市群地区）两个空间尺度上逐步开展了土地覆盖变化信息的提取与分析工作。分析了高分辨率地表覆盖数据在生态水文模型等方面的应用的影响，并开展了模拟实验和定量评估工作，研究地表覆盖变化和自然因素对区域生态和水文过程的影响。空间信息持续动态更新已经越来越成为世界各国测绘地理信息领域的主要研究课题与主要任务，地理信息的持续更新将体现更新内容灵性化、更新周期适时化、更新方式多元化方向发展，特别是适时的、动态、增量式的地理空间信息更新研究与实践十分活跃
3、。我国已完成了国家1:5万基础地理信息数据库更新，并在此基础上对重点要素进行年度更新。地理信息服务计算以服务提供者、服务使用者和注册中心三个基本角色，通过服务发布、发现与调用三种基本操作，实现分布式资源异构和动态、开放环境下的跨平台松耦合集成和位置透明的服务。早期地理信息服务研究主要强调去耦合性、服务重用、快速组装等。但就本质而言，这类服务计算模式仍然以静态信息发布、被动服务发现、固定组合编排为主要特征。与此同时，人们对服务个性化、多元化和协同化的需求与日俱增，不再满足于基于语法的静态绑定与集成调用，迫切需要实现主动式、集约型、智能化的地理信息动态服务计算环境。二、国内外发展现状与趋势（一）地
4、表覆盖高精度遥感制图在地表覆盖高精度遥感制图方面，我国于2009年启动了全球地表覆盖遥感制图项目，该项目由国家基础地理信息中心牵头，针对全球气候变化研究与地球系统模式发展的需求，开展全球两期（2000和2010基准年）30m分辨率全球地表覆盖的遥感制图工作。2011年，研究建立了适合全球变化研究和模式参数化需要的全球地表覆盖分类体系、生态地理分区，提出了兼顾计算机自动处理和专家知识的“分区-分层-多分类器集成-专家知识控制”四级分类策略。2012年完成了全球水体、湿地、耕地、人造覆盖等地表覆盖类别的提取。国际上，地表覆盖高精度遥感制图工作也得到了国际同行、国际组织的认可。2010年11月，GE
5、O第七次全会通过的“北京宣言”明确提出要合作研制较高空间分辨率的全球地表覆盖数据产品，并将其列入了GEO 2012-2015年工作计划。美国马里兰大学业已开始利用较高分辨率影像提取1975、1990、2000、2006年全球森林分布及变化信息。美国地质调查局（USGS）计划用两至三年时间，生产出全球2010年度30m的森林、草地、灌木、水体和湿地、冰雪和裸地等6类地表覆盖比例数据，按世界粮农组织（FAO）的地表覆盖分类体系，研制出2010年度的全球地表覆盖类型图，并计划每年更新1次地表覆盖比例数据，每5年更新1次地表覆盖类型图。（二）基础地理信息动态更新我国于去年完成的两个国家级测绘工程国家1
6、:5万基础地理信息数据库更新工程、西部1:5万地形图空白区测绘工程，极大地带动了我国更新技术的研究发展。通过两个工程的实施，完成了1:5万数据库的全面更新与建库，以及西部1:5万地形图空白区测图与建库，首次实现了全国1:5万“一张图”的全面覆盖，包括1:5万地形数据库、数字高程模型数据库、正射影像数据库和1:5万地形图制图数据库等，使我国在大型空间数据库规模化更新方面进行入了国际前列水平，同时也为我国进一步开展动态更新技术体系建设奠定了基础。在多尺度空间数据库更新方面，国家基础地理信息中心联合武汉大学、高科技公司等科研院所与企业，研究解决了数字地图综合技术的工程化应用推广的难题，实现了居民地、
7、道路、水系等手工工作量大的地形地物要素的半自动式人机交互综合选取，建立了利用1:1万数据库缩编更新1:5万数据库的数据整合、要素选取、综合概括、图形编辑等的生产工艺流程，形成了1:5万数据库缩编更新技术标准，具备了规模化缩编更新生产的能力，显著提高了缩编更新1:5万地形数据的生产作业效率。在地图制图快速制图与更新方面，国家基础地理信息中心已经构建了一整套基于空间数据库驱动的快速制图技术，并研制了一套基于1:5万数据库的地形图制图数据生产系统，地图制图的生产效率大幅提高。系统实现地形数据库和制图数据库的紧密关联和集成管理，可对两个数据库进行联动编辑和同步更新；实现了制图要素符号、注记、图外整饰的
8、自动优化配置，以及可进行灵活的制图编辑及图形关系处理；地名字库和系统适用于地形图出版要求，包含约六万常用字和3000多个生僻汉字，以及5种字体和6种字形，生僻字地名可与普通汉字地名同样输入、显示和制图输出。美国USGS正努力于持续更新其覆盖全国的地形图与遥感图，计划每三年完成覆盖全国的地形影像图的更新。英国军械测量局已经实现了对全国大比例尺地形图的动态式更新，现势性保持在半年之内。英国海测局（UKHO）实现了面向对象的版本式管理动态空间数据库，通过属性和关系联系动态显示，进行更新生产中的版本差分化方法等。法国的BADARD T.利用地理数据匹配工具进行数据自动检索更新。丹麦国家测量地籍署将更新
9、后的历史信息保存起来，并建立起地理对象不同版本之间的链接关系。日本Kokusai Kogyo公司针对道路、居民地变化的计划性等特点，提出了一种经济实用的增量更新方法，可以实现相应要素的准实时更新。地形数据动态更新与发布已经引起国际学术组织的普遍重视，如国际制图协会和国际摄影测量与遥感学会2000-2004年先后五次在荷兰阿姆斯特丹、中国北京、德国法兰克福、南非德班、土耳其伊斯坦布尔组织了空间数据库更新专题研讨会。2003年8月ICA又将该工作组升格为“增量更新和空间数据库版本化”委员会。2012年在墨尔本召开的四年一度的ISPRS大会专门设立了空间数据库更新分组会议对空间信息数据的更新进行了深
10、入讨论，空间数据的动态更新或实时更新成为焦点问题之一。（三）地理国情监测地理国情是以自然和人文现象的空间分布、变化及其相互关系等为基本内容的国情，是从地理的角度对国情进行分析、研究和描述，中共中央政治局常委、国务院副总理李克强副总理于2010年12月20做出了“加强地理国情监测”的重要批示，并在2011年5月23日到中国测绘创新基地看望测绘工作者指出，“未来二十年是我国工业化、城镇化加快发展时期，也是自然地表、人文地理快速变化时期，开展地理国情监测对于科学推进我国工业化、城镇化进程至关重要”。国家测绘地理信息局积极落实国务院领导指示精神，带领测绘地理信息部门在前期地理国情监测成功实践的基础之上
11、，目前正在开展地理国情普查试点工作。国际上，澳大利亚、欧盟、日本、美国等国很早就开始了地理国情监测的相关研究与实践，特别是美国，在2011至2016财年规划中，对地理国情监测提出了较高要求。早在1997年，澳大利亚就启动了“国家土地与水资源审计”项目，通过联邦和各州政府机构的联合工作，收集澳大利亚的自然资源和社会经济方面的数据与信息，以确定澳大利亚自然资源管理的优先领域，支持当前和将来对各类自然资源管理投入效益的评估。欧盟和欧空局于1998年开始联合开展全球环境与安全监测计划（Global Monitoring for Environment and Security:GMES），综合利用卫星
12、、航空和地面观测站获得的信息，实现业务化的对地观测能力，提供土地监测、海洋监测、应急响应、大气监测与安全监测等5类主要地理信息服务。日本国土交通省国土地理院长期开展火山、地震、台风、暴雨、地壳运动等监测，为灾害应急、灾后重建和人民安居生活服务，在2009年发布的基本测绘长期规划和2010年发布的平成23年度国土地理院重点施策中，将“建设祥和与生机勃勃的社会”为总目标，除开展基础测绘业务外，还将灾害监测、城市景观变化监测、地壳运动监测和土地利用现状监测等作为重点项目，以专题地图、互联网地图和文字报告方式发布。美国测绘管理部门于2002年启动了地理信息分析和动态监测的5年计划（Geographic
13、 Analysis and Monitoring Program, GAM），并一直持续进行。在美国内政部2011年至2016财年战略规划中，要求美国地质测量局（USGS）为生态环境、气候变化、土地利用、能源矿产评估、环境健康、自然灾害和水资源等决策提供可信度高的、适当的、公正的研究报告、监测信息和其他产品。在2016年或更短时间内完成全国95%国土面积的土地覆盖、81%海洋与海岸带区域、全美40%地下水资源和全美40%地表径流等的监测和评估。（四）地理信息服务在地理信息服务方面，“天地图”作为国家级公众版地理信息公共服务平台，2012年得到了迅速的发展，目前已推出天地图公众版和手机版，并随时
14、进行更新，特别是利用资源三号卫星影像对全球重点区域进行了多次更新，并利用云计算软硬件技术提升了用户访问的效率和速度。在服务发布方面，武汉大学研制开发了开放式虚拟地球集成共享平台GeoGlobe（龚健雅, 2010），通过对服务元数据进行语义扩展，提出了空间数据和处理功能的语义元模型，建立了基于OWL的空间信息服务语义描述模型与信息注册模型，实现了语义信息和模型的注册，提升了空间信息语义搜索与资源聚合能力。在服务发现方面，开始研究主动式服务发现和研制专题搜索引擎，以有效、主动地感知互联网环境下泛在的服务资源。另外地理信息Web服务组合按其实现技术来讲可分为工作流、基于语义的方法及人工智能（Art
15、ificial Intelligence，简称AI）等三种方法，在这方面也取得了一定的研究进展，实现了OGC的地理信息Web服务组合和基于语义的地理信息Web服务组合。国际上，除欧美发达国家一直大力发展基于网络的地理信息集成服务外，新西兰等国家也开始了地理信息服务的实践工作。美国在2011年IT财政预算案中设立“地理空间平台（Geospatial Platform）”计划，在原有NSDI基础（主要是统一的数据集、元数据与目录服务）上，建设在线服务与应用分析。NASA建立了开源的WorldWind网站，提供世界各地的卫星照片和气象信息。与此同时，一些企业也在加大在线地理信息服务的力度。谷歌已得取
16、得了举世瞩目进展；微软正在加快BingMap的建设，并推出了非常有特色的“太空望远镜（World Wide Telescope）”网站，将人们的视野引向外太空；连一直以来以软件研发与销售为主业的ESRI也不甘落后，建立了ARCGIS.com网站为用户提供地理信息资源存储、交换、访问、应用等服务。新西兰于2010年6月启动了为期18个月的“IMAGINZ”项目，该项目计划于2011年底结束，主要针对新西兰目前尚无集中的数字地图和地理空间影像等问题，对以物理形式存储在新西兰国家图书馆（NLNZ）的历史地图、影像等进行扫描，并通过网络发布，供普通公众查询使用。三、国内外发展状况的比较（一）地表覆盖高精度遥感制图在地表覆盖高精度遥感制图方面，欧美已完成了6套较高分辨率（4套1km，2套300米）的全球地表覆盖数据，具有丰富的全球地表覆盖遥感制图经验，美国也在进行国内的30米分辨率的地表覆盖遥感制图工作。我国自上个世纪80年代初开始了全国范围土地利用/覆盖制图工作的尝试，在全球范围地表
