统计遥感空间的框架研讨

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1引言

人类活动是以地球空间为基础，空间信息既是人类社会信息的重要组成部分，也是相关社会信息的重要载体。据分析统计，在全世界数据中，约有75%到80%的数据与地理参考特征有关[1]。因此，研究空间信息成为研究人类社会信息的重要方面，空间基础框架也成为建设数字地球、数字城市以及数字行业的重要基础[2-4]。空间基础框架建设以先进的计算机网络技术、“3S”技术、空间数据库技术和虚拟现实技术为依托，建成多尺度、多类型、多分辨率的空间基础框架数据库，并以此为基础建成专题的地理信息应用系统服务于国民经济和社会信息化的各行各业。随着我国社会经济的快速发展，政府决策部门、社会公众等统计服务对象对统计数据真实、客观性的要求越来越高，在更好地完成统计基本任务上，现有的统计方法体系受到越来越大的挑战和压力。因此，提高统计信誉，提高数据质量，用先进技术改造传统的统计方式以提高统计工作水平，实现国家统计手段的革命性发展，更好地支持宏观决策与管理，为社会提供优质的空间统计信息服务，成为当前国家统计工作的新目标。以遥感、地理信息系统和导航定位为核心的“3S”空间信息技术，则是实现统计工作技术提升、理念革新的关键支撑技术之一，也是实现常规目录统计进入空间统计时代的重要保障。随着以遥感为主的“3S”空间信息技术在统计业务中越来越广泛的应用[5-7]，传统的目录统计将逐渐向以空间对象为基本统计单元的空间统计转化。统计遥感空间基础框架能够为这一转化提供必要的基础支撑，统计业务部门在业务应用服务、空间信息管理和空间信息服务等方面对空间基础框架建设提出了越来越迫切的需求。本文对统计遥感空间基础框架进行了初步的研究和应用。

2框架建设关键技术研究

2.1目标与任务

统计遥感空间基础框架建设目标和任务是以满足国家空间统计的重大需求为出发点，与国家统计部门广泛开展合作，针对统计遥感业务对各类基础地理信息数据、统计业务专题数据、遥感影像底图数据以及空间信息技术的需求，制定相应的政策法规和标准体系，充分运用遥感、地理信息系统、定位导航和计算机网络等技术，建立多尺度、多分辨率、多种类的统计遥感空间基础框架数据体系；构建统一的统计遥感空间基础信息公共服务平台，实现空间统计信息数据的管理、维护、更新、共享、统计查询、报表生成、数据表现与产品制图等方面的功能；形成有效的空间统计数据共享体系，为各级统计部门提供高质量的基于空间位置的应用服务，为社会提供优质的空间统计信息服务；为实现国家统计手段的革命性发展，最终建立国家空间统计体系提供良好的基础和支持。

2.2框架构成

统计遥感空间基础框架是地理空间框架在统计业务领域中的应用，在设计和建设过程中参考了国家在地理空间框架建设方面的一系列政策法规与标准体系[8-10]。统计遥感空间基础框架的体系结构（图1）包括：数据体系、政策法规与标准体系、目录与元数据体系、组织运行体系、公共服务体系。

图1统计遥感空间基础框架的体系结构2.3数据体系空间基础数据的外延比较广泛，需要确定一个有限的、与统计遥感业务需求密切相关的数据体系。统计遥感空间基础框架数据的作用一方面是为统计业务提供基本的空间统计单元和空间基础信息；另一方面是为统计人员增加各种与空间位置相关的专题统计信息提供空间定位基准与载体。作为一个实际应用、运行于统计遥感业务中的空间基础框架数据库，其数据分类体系不但要考虑空间数据的实体特征，还应考虑数据来源、数据生产与更新机制、数据使用者的需求等等。基于上述考虑，把统计遥感空间基础框架数据分成了3大框架、10大数据集（表1）。

2.4标准体系

国家测绘局于2009年制定了《地理空间框架基本规定》，《地理信息公共平台基本规定》和《基础地理信息数据库基本规定》三个推荐性测绘行业标准，对我国地理空间框架的发展具有重大的指导意义。统计遥感空间基础框架的建设、管理和应用涉及国家统计业务的各个方面，其建设的标准规范应符合国家在地理空间框架建设方面的一系列政策法规与标准体系。统计遥感空间基础框架的政策法规参照国家对地理空间框架的相关政策法规和行业规定，这里不做讨论。从统计遥感空间基础框架数据生产、管理、、共享等方面考虑，其完整的标准体系应包括参考系统标准、数据模型标准、数据字典标准、数据采集标准、数据质量标准、元数据标准、数据交换标准。

1）参考系统标准参考系统标准是指地理参考或大地坐标等标准，是统计遥感空间基础框架数据的定位基础。所有框架数据统一存储在一个精确的参考系统中。①坐标系统：统计遥感业务的重要工作之一是利用现代化的统计调查工具（带有GPS系统的PDA设备）进行野外数据的采集。GPS系统采用“1984年世界大地坐标系”，即WGS84坐标系，因此统计遥感空间基础框架直接采用WGS84坐标系；②高程基准：统计遥感业务对高程没有特殊的要求，因此按照我国测绘行业标准采用“1985国家黄海高程基准”；③地图投影：对于统计遥感业务，对空间数据最主要的需求是进行面积量算，而不是绝对位置，或者长度的量算，因此，在全国尺度必须采用等面积投影的投影方式。统计遥感空间基础框架采用“Albers等面积割圆锥投影”，其中：中央经线为东经105o、第一标准纬线为北纬25o、第二标准纬线为北纬47o。

2）数据模型标准数据模型标准对于在空间基础框架中如何表达和存储空间数据具有基础作用。概念模型提供了空间数据来表达统计单元的一种模式，逻辑模型则在概念模型的基础上对空间统计数据之间的存储关系进行表达。框架数据组织方面，在横向上框架数据以省级为单位组织，省与省之间逻辑上无缝接边；在纵向上各种数据要在空间坐标定位的基础上进行相互叠加和套合；在物理存储上可以把连续的实体分离到不同的存储空间和存储单元中进行存储。

3）数据字典标准数据字典标准是以概念数据模型为基础，提供基础数据集的空间与层次要素的标准定义，数据字典的定义必须完全一致，才能进行准确解释，并在统计遥感空间基础框架应用中对数据进行有效的集成。

4）数据采集标准数据采集标准用于确定在生产统计遥感空间基础框架数据时，使用的硬件设备所应具备的基本性能和数据采集方式，以及软件的处理方法，以保证数据的质量达到要求。

5）数据质量标准统计遥感空间基础框架数据质量标准可分为描述性、指示性或混合使用。描述性标准以“真实地标记”为基础，要求数据生产者报告对数据质量的已知部分，描述性标准一般要求生产者提供以下信息：分层说明、位置转换、层转换、逻辑一致性及完整性。指示性标准将规定每一特征的质量参考，从而使数据使用者确定数据的适用性。

6）元数据标准元数据标准参照相关的国家标准制定，包括：影像数据标准和矢量数据标准。影像数据标准适用于多源遥感影像，矢量数据标准适用于基础地理信息、空间化后的统计专题数据和业务测量数据。

7）数据交换标准数据交换标准提供在不同的硬件、软件环境下进行数据转换的中间格式，使数据按字段、记录和文件要求进行编码的规划。统计遥感空间基础框架中，矢量数据成果统一采用Shapefile格式存储、交换；栅格数据成果统一采用GeoTiff格式存储、交换；属性数据统一采用dbf格式存储、交换。

2.5技术体系

根据统计遥感空间基础框架的构成，目录与交换体系和公共服务体系同属于空间基础框架的技术范畴，共同组成了统计遥感公共服务平台，实现空间基础框架数据的共享和服务，使空间基础框架成为一个以先进的计算机网络技术、“3S”技术、空间数据库技术和虚拟现实技术为依托，集统计数据获取与统计信息管理、统计业务应用于一体的共享与服务平台[11]。这个平台是实现统计遥感空间基础框架应用服务功能的数据、软件及其支撑环境的总称，由支撑环境、数据库、交换管理系统和在线服务系统组成，涉及到数据管理、共享和服务等多方面的技术。

1）框架数据的管理和应用模式统计遥感空间基础框架是一个分布式的体系，按照职能分为管理节点、业务节点和终端节点三级，三级节点都是统计遥感空间基础框架的有机组成部分，整体的管理和应用模式如图2所示。①管理节点：管理节点主要承担系统管理和监督的职能，设有管理服务器、Web服务器和目录服务器。系统的安全、认证和权限管理等工作都通过管理服务器统一实现和维护。目录服务器是整个系统的“服务注册中心”，业务节点将其提供的数据资源和服务内容注册在其中，同时，其他业务节点在目录服务器上获取希望的内容。全部业务逻辑都通过Web服务器以WebService的形式提供到互联网，以供其他所有节点访问；②业务节点：业务节点是真正的业务实施单元，设有大型存储设备（磁盘阵列）、Web服务器、FTP服务器、数据库服务器、GIS服务器和应用服务器。业务节点中提供了该节点管辖范围的数据或者服务，大多数的数据和业务逻辑都是在该节点存储和实现；③终端节点：终端节点是系统的终端用户，主要是针对现场调查活动。该节点只作为业务的执行者，不承担数据或服务的管理职能。移动终端通过互联网或者无线传输技术将采集的数据发送到业务节点，由业务节点进行数据处理和分析。

2）框架数据的共享和服务技术统计遥感空间基础框架采用面向服务的系统构架，通过地理信息服务聚合技术，实现数据和业务分布式、松耦合的调用。国家级节点和省级节点是按照各节点的职能进行划分的，并不代表该节点实际的物理位置。既可以将全部节点部署在同一位置，实现全部数据的统一订购、管理和分发；也可以将省级节点部署在省级行政单位，由各省独立开展业务。

2.6组织运行体系

统计遥感空间基础框架在国家现有的调查体系基础上分为国家、省（区）和县三级，建立国家级—省级—县级—调查人员的四级业务运行管理体系。1）国家级的主要任务：制定全国测量方案，整理分析野外测量数据，采购、处理、分发空间数据，全国数据产品分析，全国数据库维护，反馈省级测量结果。管理节点设在国家统计部门，同时，国家层面还设有一个提供全国范围数据的公共数据节点，为省级节点提供必要的全国尺度的数据和服务。2）省级的主要任务：制定全省测量方案，整理分析野外测量数据，分发空间数据，数据产品分析，全省数据库维护。各省设有业务节点，每个业务节点自成体系，在数据和工作方式上不依赖于国家节点，可以独立开展统计遥感测量和调查工作，但工作的进展和结果被国家监督和指导。3）县级的主要任务：采集、标准化野外数据。县级节点是系统的终端节点。4）调查人员的主要任务：开展野外调查工作，任务由县级节点安排。各级管理体系（以农业调查为例）的关系如图3所示。

3框架建设应用系统示范

3.1系统背景

国家统计遥感粮食作物种植面积测量与估产业务运行系统是根据统计部门对于农作物播种面积、产量等统计调查的业务需求而设计的，将传统的目录抽样与遥感对地抽样和空间抽样相结合，并建立在统计遥感空间基础框架之上的业务运行系统。通过典型区的示范推广，最终建立县级、省级、国家级粮食作物种植面积遥感测量与估产业务系统，实现我国主要粮食作物种植面积和产量的实时动态监测。

3.2系统组成

国家统计遥感粮食作物种植面积测量与估产业务运行系统组成如图4所示。在该系统中，统计遥感空间基础框架由软硬件支撑环境、基础数据库、在线服务系统、信息共享与服务平台以及业务组织运行体系构成，以支撑系统的数据流。在统计遥感空间基础框架的基础上，国家统计遥感粮食作物种植面积测量与估产业务运行系统分为以下六个业务子系统：农作物播种面积测量系统、农作物长势监测与估产系统、空间抽样系统、数据分析与决策系统、野外测量与填报系统、业务运行管理系统，以支撑系统的业务流。

3.3应用实例

农作物种植面积遥感测量工作主要包括：区域测量、面积估算和地面调查。统计遥感空间基础框架在各个部分都发挥着重要的作用。本节以2009年江苏省冬小麦面积遥感测量过程中的几个环节为例，简要介绍统计遥感空间基础框架在系统中的作用和应用情况。系统主界面统计遥感空间基础框架与冬小麦面积测量结果的聚合图6是测量成果在统计遥感空间基础框架上的集成。A图为江苏省面积测量结果的空间分布图，B图为面积测量结果与2.5m分辨率的SPOT服务进行聚合。与地面调查数据聚合测量人员可以直接在系统中进行地面调查工作。图7中A图所示是进行抽样地块的地面调查和属性填报。B图是调查人员在统计遥感空间基础框架上勾绘待调查的抽样地块。4）业务管理和监控图8中A图右侧显示的是全国粮食主产省的分布情况，并在用形象的图表表示了该省的主产作物；点击各省，在左侧会出现相应省的测量进度表，A图上所示的是江苏省2009年主要粮食作物面积和估产测量进度表。B图所示的图表反映了2009年江苏省遥感影像订购和覆盖情况。图8业务管理和监控

4结束语

统计遥感空间基础框架是地理空间框架在统计领域的重大应用。本研究以地理空间框架为参考，对统计遥感空间基础框架的构成及搭建方法进行了设计，并对统计遥感空间基础框架的数据体系、技术体系等关键技术进行了重点讨论，提出了一套可以指导统计遥感空间基础框架建设的切实可行的解决方案，为传统的统计调查向空间统计的转变奠定了基础，同时拓展了地理空间框架新的应用领域，为地理空间框架在其他行业的应用提供了参考和借鉴。