上海新型基础测绘——服务“绣花一样的精细化城市管理

  新型基础测绘体系的建设，将更加适应城市管理精准定位服务需求，这是新时代新形势下一项影响长远的基础性工作。4月12日，上海市新型基础测绘试点项目设计通过自然资源部国土测绘司组织的专家评审，成为“全国首个新型试点项目”。专家一致认为：项目设计立足前期成果积累，在智能全息化、突破比例尺、不同要素不同精度、数据分发等方面做了创新探索，精确指出新的生产流程、产品形式及服务方式，目标明确，内容完整，方法先进，技术路线可行。

  上海市测绘院于2017年11月开始承担新型基础测绘试点项目工作，针对上海超大型城市的特点和精细化管理的应用要求，提出了“智能化全息测绘”的全新理念，即以地理信息服务精细化、精确化、真实化、智能化为目标，利用倾斜摄影、激光扫描等传感技术获取全息地理实体要素，通过深度学习等AI技术自动半自动化提取建立地理实体的矢量、三维模型数据，结合调绘充实各地理实体的社会经济属性，形成涵盖地上地下、室内室外的一体化的全息高清、高精的结构化实体三维地理数据，为智慧社会提供全空间的地理信息服务。

  新型基础测绘体系建设是近期国土测绘工作中大家普遍关注的话题，大部分地区还处于这个工作的探索阶段，新理念、新思路需要大量的技术论证和实践检验才能确立。近日，记者特地走访上海试点项目的承担单位上海市测绘院，采访顾建祥副院长及其项目小组成员之一杨铭高级工程师，仔细地了解了上海市新型基础测绘项目的起始、目前建设和应用情况及未来的规划发展方向。

  国家提出“新型基础测绘体系”一词挺早，2015年6月，国务院批复同意的《全国基础测绘中长期规划纲要(2015-2030年)》中明白准确地提出了“加快发展基础测绘，形成新型基础测绘体系”的要求。2016年8月国家发展改革委、原国家测绘地理信息局联合印发的《测绘地理信息事业“十三五”规划》，将推进新型基础测绘建设作为十三五期间国家测绘地理信息事业发展的五大重点任务之一。

  “在此阶段，上海没有参与，还在于国家层面和省、城市一级的考虑是不一样的，应用面、需求面和服务对象也有一定的差异。对上海来说，更多的是面对智慧城市建设和管理，从需求应用来说，各层面对地理信息数据的覆盖面、精细程度、分辨率、尺度等方面有不一样的要求。”顾建祥介绍说。

  从上世纪50、60年代开始，测绘地理信息重点服务规划设计部门，因为技术方法、图面负载量等方面的限制，在地物要素获取、分辨率和比例尺度上有所取舍。按照以往的理解，常规地理信息采集都是基于制图表达的，发展到以数据库进行生产后，海量数据存储等有关技术问题得到解决，逐步发展到信息化后，地理信息应用需求的内涵与外延方面有较大的拓展，原来的数据模式也已经不能够满足目前的需求了。2017年，上海市测绘院开始着手考虑上海新型基础测绘建设的相关工作。6月，原上海市规划和国土资源局向原国家测绘地理信息局提交了上海开展新型基础测绘建设项目试点的申请。

  30年前，从模拟测图时代向数字化测图时代迈进的时候，上海是走在全国前列的。全国多个省测绘局都前往上海取经，学习数字化测图。可以说在此阶段，上海测绘院引领了整个全国测绘界模拟测图向数字化测图的转型进程。在当时，上海测绘院等同于“数字化测图国家示范基地”。“正值迈入信息化测绘和智能化测绘的时代，测绘地理信息如何在上海这样一个全国特大型城市的建设和管理中发挥作用，在全国测绘行业里面树立一个示范作用，为城市领域开展新型基础测绘贡献上海方案、上海智慧、上海力量，这也是开展项目试点的原因之一”，顾建祥解释说。

  2017年10月，在提出试点申请后，原上海市规划和国土资源局专门邀请国内知名的院士、专家召开“上海市新型基础测绘体系建设”的专家咨询会，会议上专家们提出了很多建设性的建议和意见。也是这个会议，基本上明确了上海试点的大体方向和目标——满足新型智慧城市建设政府公共服务的需求，着力构建“机制新、周期新、内容新、技术新、服务新”的新型基础测绘体系。在自然资源部成立后，调整增加了面向自然资源管理的“两统一”的服务需求。

  “我们一直提到新型基础测绘要有基础性，到底‘基础’到什么程度，业界认为，一些专业的要素采集应该由专业部门去做，我们考虑，应该满足在新型智慧城市当中，政府提供公共服务的需求。换句话说就是，凡是政府投资进行建设需要采集的地理信息，应该都纳入基础测绘的范畴。”

  第一，创新引领，通过“组织模式、要素内容、技术方法、成果形式、服务方式、标准体系”六个方面创新，推动传统基础测绘向新型基础测绘转型，提高按需服务能力和精准服务效率。

  第二，需求推动，以上海经济建设和社会持续健康发展需求为导向，牢牢抓住自然资源统一监管、基层社会综合治理能力升级、城市精细化管理、智慧城市建设等方面的需求，提供更优质、更具针对性的基础地理信息保障服务。

  第三，服务增能，基础地理信息从以制图表达为核心、向以数据和要素为核心转变，推进基于地理实体对象的“全息”空间地理要素采集；以地理信息公共服务平台升级改造为抓手，增强服务政府、企业和事业单位应用需求的能力；以地理信息移动服务能力建设为突破口，增强服务社会公众智慧生活的能力。

  第四，就是开放共享，逐步推动基础地理信息同相关管理服务资源的融合，配合国家“大数据”战略的实施，以基础地理信息资源开放共享为基础，服务城市大数据开放、信息共享和集成运用。

  开展两图融合和多测合一试点，推动基础测绘更新“组织模式”与“工作周期”创新。开展“两图融合、多测合一”试点，推动基础测绘更新从周期更新向项目驱动更新、周期更新、融合更新转变。

  通过两图融合和多测合一工作试点，对“建筑物要素”采取“项目驱动更新”的模式。针对建设工程建设项目，对建筑物等不动产相关要素不分比例尺按统一精度采集，其成果同时满足地形图、地籍图的要求。通过建筑物要素实时更新模式，推动上海地形图与地籍图两图融合。充分的利用农村地籍更新调查成果，更新基础地理库中与权属相关的要素，统一建筑物等要素精度。

  对“交通水系植被要素”采取“季度更新”的模式。季度分别利用航空、卫星影像等数据，通过内业比对确定更新区域，对交通、水系、植被等要素进行周期更新。充分的利用航空、卫星影像制作而成的数字地表模型（DSM）进行自动变化检测，初步确定变化范围，再进行数据比对筛选，最终确定变化范围，以进行精准的更新。

  对“社会专题要素”采取“融合更新”的模式。以地理信息公共服务平台为基础，研究建立纵向联动、横向协同、社会参与的新型基础测绘管理模式。纵向上探索基础测绘国家与城市分工采集、联动更新、信息逐级推送的新机制；横向上探索部门协同，统一数据标准和技术规范，市各委办局等专业部门结合业务工作开展分工采集专题地理信息数据，通过建立交换共享机制，向测绘地理信息部门汇交，业务工作中采集的与地理空间位置有关的专题要素数据，由测绘地理信息部门集成整合后再向委办局各部门、社会各方面提供使用的新机制。

  开展基于地理实体的全息数据获取与处理试点，推动基础测绘“采集内容与处理手段”创新。

  自然要素到社会要素的扩展：结合城市精细化管理和城市安全管控的需要，在基础测绘中进一步考虑城市部件、智能感知设施、城市管理信息及相关经济社会属性信息的采集，逐步形成多要素、全覆盖、按需要的城市级地理要素采集和应用。

  基础要素到专题要素的定制：在完善要素的基础上，定制各专业部门的要素类，实现与各专业部门的专题数据对接，新型基础测绘的采集内容将根据数字孪生城市建设和城市管理的需求，持续调整采集要素的重点关注内容及其精度需求，在保障基础要素满足国家有关技术标准的基础上，最大可能地满足各部门随着经济社会持续健康发展对各类专题要素所提出的需求。

  平面分布到立体结构的延伸：使用空地一体的激光扫描、机载倾斜摄影等三维数据采集方法，构建地上、地下、室内、室外的三维模型。

  单一时点到变化过程的连续获取：结合城市地理的特点，研究地理实体的编码技术和方法，赋予地理实体的唯一身份证标识，将单一时间点的地理信息，扩展到多时态的变化信息连续获取，使城市变化的演变复原成为可能。

  第三，开展基于地理实体的全息数据成果管理与应用试点，推动基础测绘“成果形式与服务模式”创新。开展全息空间地理大数据集成、整合、存储、管理、交换、挖掘、分析、服务和决策支持等方面的试点研究，进行基于地理实体的全息数据管理与服务探索。

  新型空间地理信息数据库建设：新型空间地理信息数据库在现有的空间数据库基础上，采用更优化的空间地理数据库模型与结构，将二、三维空间数据库统一到一个技术框架体系内，支持要素内容融合扩充，支持分布式调用和快速高效的时态存取和分析。

  数据成果形式创新：包括内容丰富、形式多样、多维动态、按需组装。对部分要素实体如交通、水系、居民地等自动综合，按需组装成任意范围、任意尺度、任意类型的地理信息产品。

  第四，形成符合超大型城市管理要求的新型基础测绘标准体系和管理系统，在新型技术测绘标准上寻求突破。

  原国家测绘地理信息局对上海试点项目进行批复时说道，建议上海局围绕云计算、物联网、大数据等高新技术在基础测绘工作中的应用创新，开展基于地理实体的全息地理时空数据获取、处理、建库、管理和分析等试点工作，拓展地理信息要素内容，建设新型基础地理信息时空数据库，并形成有关标准规范。后经调整，2017年底上海试点项目基本上形成了初步的项目设计，包括数据采集和地理实体库构建。

  新型基础测绘中，地理信息采集必须要格外注意数据采集内容、采集对象、采集精度和方法等几方面。

  全息数据采集是以“地理要素”为基本采集单位，采集内容以“全息”为原则。为了今后管理上更加便利，针对采集对象的地理实体有必要进行唯一编码。“就等于我们每个人身份证，一个人一个身份证。地理实体有大有小通常有三种表现形式，一是地理单实体，如一幢房屋；第二种是地理组合实体，它是由空间连续、类型相同的实体合并而成的地理实体，如长江是由上海段、江苏段、安徽段等等河流实体合并而成；第三种是地理聚合实体，比如一个院落由院落内的建筑、绿化、道路、部件等组成一个实体。”顾建祥介绍说，在数据管理上，以实体为采集对象，不同要素不同精度。使用空地一体化采集，再进行智能化的提取。全息要素采集内容由两部分所组成，一是地理实体，二是社会经济属性，通俗地说，就是包括地上、地下、可见、不可见所有实体，以及实体的自然属性、社会属性。

  根据上海特大型城市的特点和新型智慧城市建设的需求，在原有基础测绘采集内容的基础上新增采集要素和地理实体（如单位院落、物联网感知设施、城市部件等），同时对原有实体的属性进行扩充，所有实体应包括平面位置、高度、采集时间、采集手段等通用属性，不同实体还根据其经济社会中承担的角色增加社会经济属性。比如院落上增加用地属性等自然资源管理属性。

  “国家一直强调无尺度的数据管理，不同要素不同精度。以前是多尺度的，有1比500、1000、2000、10000、50000等不同比例尺，现在要求一个实体高精度采集一次，数据整体进行级联更新。”顾建祥说，在上海院项目的初步设计里，分了三个精度等级：一级精度主要为满足不动产管理，按照地籍界址点点位精度的5cm来来控制。二级精度是10cm，面向无人驾驶的车道级位置服务。其他的按照25cm的精度，满足智慧管理需要。

  “实现数据存储的一库并存，根据服务有必要进行提取。上述采集精度是二维的，三维模型部分也是按三个等级，区分的原则都是不同实体、不同精度”，顾建祥介绍说。

  上海试点项目在数据采集上采用了空地一体智能提取的手段，“我们与武汉大学测绘遥感信息工程国家重点实验室一起，在国内率先提出智能化全息测绘的概念，以地理信息服务精细化、精确化、真实化、智能化为目标，利用空地一体的倾斜摄影、车载、机载、激光扫描等多元传感技术获取全息的集体要素，再通过深度学习进行自动化提取地理实体的矢量与三维数据模型，再结合相关信息充实精细属性，形成地上地下、室内室外一体化的全息高清的结构化城市信息模型数据。”

  提及项目的新型基础测绘的数据采集，顾建祥说，采集的技术和方法有很大提升，但是难点也不少，比如通过不同平台、不一样传感器获取的数据如何在一个空间基准进行高精度融合，怎么样提高地物要素自动提取率和提取的准确率等。对此，业界也有不同的看法。“大家都需要有一个认识过程，包括我们原来的几家合作伙伴，有些认为这个自动化提取程度不高，差错率大，还不如人工去做。当时我给他们的意见是总要有第一个吃螃蟹的人，总要有人在一次次失败中去尝试，如果大家都因为一些困难却步不前，技术永远都不可能进步。”

  这样采集回来的海量数据组织管理也是摆在项目面前的另一个大问题，“点云数据、倾斜摄影数据，包括城市信息模型，数据量都是非常大的，尤其是城市信息模型，要建立城市每一个部件的模型。前端数据、后台接入、展示，这都是要解决的问题，数据库建设后续将逐步加强技术攻关。”

  上海市测绘院在上海黄浦区5个平方公里的范围进行试点工作，形成了产品原型，即城市信息模型的产品原型。“黄浦区是中国建筑密度最高的地区之一，相对困难也比较大，尤其移动测量采集当中数据采集难度比较大，我们当初设想要是在黄浦区能解决，世界上任何地方都没问题。”

  “但是实际上，困难要比原来想象的大得多。精度很难达到一定的要求，要做到5cm的精度，效率不高，需要投入的人力物力相当大。”

  第二个试点选在上海市松江区，服务于社会主义新农村建设，“这里是既有农村也有厂房的一个新农村，农村地区地理信息数据的要求也不一样的。现在我们重点在张江科技城核心区28平方公里的范围进行试点工作，初步打算今年7月中旬完成28平方公里的全部数据生产工作，目前已完成全区域路面的激光扫描、地面激光扫描以及空中的数据获取工作，也做了近2平方公里的全要素模型数据、实体数据。”

  数据采集以后，上海测绘院筹划着进一步跟物联网数据来进行挂接，寻求一些应用场景。总体上，计划将张江项目做成数字孪生城市的样板，之后寻找更多的应用场景，再推广到整个城市。

  “其实这是今后整体的测绘基础地理数据生产方式的彻底变革，现在确实进入一个好的时代。这几年人工智能技术发展相当快，只要有技术力量投入，尖端人才的聚集，以后的发展速度只会慢慢的快。”顾建祥进一步补充道。

  上海市测绘院高级工程师杨铭给记者演示了上海市测绘院三维数据服务平台，作为上海市新型基础测绘试点项目团队的核心成员之一，他对数据平台有着很深入的理解，他说，底层基础数据足够丰富和完善，应用场景就有无限可能，这个是整个试点项目的核心。

  上海市测绘院三维数据服务平台是上海测绘院通过长期、大量的项目沉淀，有意识地将各类数据融合到一起的结果。其中涉及到的数据来源很广，类型十分复杂。

  三维数据服务平台的构建从技术方法上来说，是呈阶梯性递进式的发展，先开展大场景标准模型的构建，在这个基础上再把重点部分精细化，进行数据的丰富完善，比如重点区域建筑的室内外一体化建模以及地上、地面、地下全空间展示。上海新型基础测绘要求做这么细，也是从上海城市管理需求方面出发。尤其是在2017年全国两会上，习对上海提出城市管理要像绣花一样精细，在这个指导下，上海开展了相应的三年行动计划。

  “就数据分发而言，能够理解为一个数据超市，根据不同的服务对象，按要素进行提取，按需进行发布。你想要什么数据，我们都能给你组合，比如，河流、河道、水利相关的一些数据，或者有些部门要单一的数据比如摄像头有关数据发布。”顾建祥在介绍时说。

  经过长时间的实践，杨铭对于顾建祥副院长所说的话也有切身的体会，“数据应该要统一采集，根据各部门需求来做分发，这样达到数据的最大化利用。而目前的现状是各部门自己立项，造成数据无法共享，来源太多，存在数据割裂，对统一应用是一个很大的挑战。”

  目前上海这么好的数据平台要发挥作用，一定要找到足够多的应用场景，反过来倒逼满足精细化管理的要求。他给记者演示了很多已经在用或者计划接入的应用场景。

  比如外滩探头，传统的探头可能只能看到图像、影像，跟空间位置挂接之后，可以把影像投影到我们社交场景里面使信息更加完整、更完善，应用人能更加直观看到这一个探头是哪个区域的。杨铭一边演示一边说，“比如你搜索一下这个区域有多少探头，通过搜索半径把探头找出来，并且获得每个探头的覆盖范围。此外还能够准确的通过一条预设路线，通过空间位置查询，可以把所有涉及的探头都直接调出来。导进来的影像还可以准确量测的，人在监控室，远程现场的一切都在掌控之中。这样的话，公安部门、城管部门调取数据不用跑现场，就像好莱坞电影拍的那样。”

  监控视频只是物联网其中一种，类似的应用还有比如井盖上、消防栓上的传感器，传感器监测井盖有没有打开，谨防出现人员跌落情况。城市内涝中，假如发现有井盖被水冲开的情况，相关传感器能探测并弹出消息；消防栓也有传感器，如果水压不足无法正常使用可以报警进行有关的检修；还有无人驾驶需要安装的很多物联网传感器，“所以这个才是最核心最基础的，在这些空间基础数据上我们挂接很多应用，挂接很多属性，才能满足慢慢的变多应用需求。”

  下阶段，上海市测绘院将快速推进新型基础测绘试点工作，争取到2020年，基本形成和上海建设卓越的全世界城市阶段目标相适应的基础地理信息管理体制和运行机制，确保新型基础测绘取得实实在在的成效，助力政府打造精细化城市。

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