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1引言

人類活動是以地球空間為基礎，空間信息既是人類社會信息的重要組成部分，也是相關社會信息的重要載體。據分析統計，在全世界數據中，約有75%到80%的數據與地理參考特征有關[1]。因此，研究空間信息成為研究人類社會信息的重要方面，空間基礎框架也成為建設數字地球、數字城市以及數字行業的重要基礎[2-4]。空間基礎框架建設以先進的計算機網絡技術、“3S”技術、空間數據庫技術和虛擬現實技術為依托，建成多尺度、多類型、多分辨率的空間基礎框架數據庫，并以此為基礎建成專題的地理信息應用系統服務于國民經濟和社會信息化的各行各業。隨著我國社會經濟的快速發展，政府決策部門、社會公眾等統計服務對象對統計數據真實、客觀性的要求越來越高，在更好地完成統計基本任務上，現有的統計方法體系受到越來越大的挑戰和壓力。因此，提高統計信譽，提高數據質量，用先進技術改造傳統的統計方式以提高統計工作水平，實現國家統計手段的革命性發展，更好地支持宏觀決策與管理，為社會提供優質的空間統計信息服務，成為當前國家統計工作的新目標。以遙感、地理信息系統和導航定位為核心的“3S”空間信息技術，則是實現統計工作技術提升、理念革新的關鍵支撐技術之一，也是實現常規目錄統計進入空間統計時代的重要保障。隨著以遙感為主的“3S”空間信息技術在統計業務中越來越廣泛的應用[5-7]，傳統的目錄統計將逐漸向以空間對象為基本統計單元的空間統計轉化。統計遙感空間基礎框架能夠為這一轉化提供必要的基礎支撐，統計業務部門在業務應用服務、空間信息管理和空間信息服務等方面對空間基礎框架建設提出了越來越迫切的需求。本文對統計遙感空間基礎框架進行了初步的研究和應用。

2框架建設關鍵技術研究

2.1目標與任務

統計遙感空間基礎框架建設目標和任務是以滿足國家空間統計的重大需求為出發點，與國家統計部門廣泛開展合作，針對統計遙感業務對各類基礎地理信息數據、統計業務專題數據、遙感影像底圖數據以及空間信息技術的需求，制定相應的政策法規和標準體系，充分運用遙感、地理信息系統、定位導航和計算機網絡等技術，建立多尺度、多分辨率、多種類的統計遙感空間基礎框架數據體系；構建統一的統計遙感空間基礎信息公共服務平臺，實現空間統計信息數據的管理、維護、更新、共享、統計查詢、報表生成、數據表現與產品制圖等方面的功能；形成有效的空間統計數據共享體系，為各級統計部門提供高質量的基于空間位置的應用服務，為社會提供優質的空間統計信息服務；為實現國家統計手段的革命性發展，最終建立國家空間統計體系提供良好的基礎和支持。

2.2框架構成

統計遙感空間基礎框架是地理空間框架在統計業務領域中的應用，在設計和建設過程中參考了國家在地理空間框架建設方面的一系列政策法規與標準體系[8-10]。統計遙感空間基礎框架的體系結構（圖1）包括：數據體系、政策法規與標準體系、目錄與元數據體系、組織運行體系、公共服務體系。

圖1統計遙感空間基礎框架的體系結構2.3數據體系空間基礎數據的外延比較廣泛，需要確定一個有限的、與統計遙感業務需求密切相關的數據體系。統計遙感空間基礎框架數據的作用一方面是為統計業務提供基本的空間統計單元和空間基礎信息；另一方面是為統計人員增加各種與空間位置相關的專題統計信息提供空間定位基準與載體。作為一個實際應用、運行于統計遙感業務中的空間基礎框架數據庫，其數據分類體系不但要考慮空間數據的實體特征，還應考慮數據來源、數據生產與更新機制、數據使用者的需求等等。基于上述考慮，把統計遙感空間基礎框架數據分成了3大框架、10大數據集（表1）。

2.4標準體系

國家測繪局于2009年制定了《地理空間框架基本規定》，《地理信息公共平臺基本規定》和《基礎地理信息數據庫基本規定》三個推薦性測繪行業標準，對我國地理空間框架的發展具有重大的指導意義。統計遙感空間基礎框架的建設、管理和應用涉及國家統計業務的各個方面，其建設的標準規范應符合國家在地理空間框架建設方面的一系列政策法規與標準體系。統計遙感空間基礎框架的政策法規參照國家對地理空間框架的相關政策法規和行業規定，這里不做討論。從統計遙感空間基礎框架數據生產、管理、、共享等方面考慮，其完整的標準體系應包括參考系統標準、數據模型標準、數據字典標準、數據采集標準、數據質量標準、元數據標準、數據交換標準。

1）參考系統標準參考系統標準是指地理參考或大地坐標等標準，是統計遙感空間基礎框架數據的定位基礎。所有框架數據統一存儲在一個精確的參考系統中。①坐標系統：統計遙感業務的重要工作之一是利用現代化的統計調查工具（帶有GPS系統的PDA設備）進行野外數據的采集。GPS系統采用“1984年世界大地坐標系”，即WGS84坐標系，因此統計遙感空間基礎框架直接采用WGS84坐標系；②高程基準：統計遙感業務對高程沒有特殊的要求，因此按照我國測繪行業標準采用“1985國家黃海高程基準”；③地圖投影：對于統計遙感業務，對空間數據最主要的需求是進行面積量算，而不是絕對位置，或者長度的量算，因此，在全國尺度必須采用等面積投影的投影方式。統計遙感空間基礎框架采用“Albers等面積割圓錐投影”，其中：中央經線為東經105o、第一標準緯線為北緯25o、第二標準緯線為北緯47o。

2）數據模型標準數據模型標準對于在空間基礎框架中如何表達和存儲空間數據具有基礎作用。概念模型提供了空間數據來表達統計單元的一種模式，邏輯模型則在概念模型的基礎上對空間統計數據之間的存儲關系進行表達。框架數據組織方面，在橫向上框架數據以省級為單位組織，省與省之間邏輯上無縫接邊；在縱向上各種數據要在空間坐標定位的基礎上進行相互疊加和套合；在物理存儲上可以把連續的實體分離到不同的存儲空間和存儲單元中進行存儲。

3）數據字典標準數據字典標準是以概念數據模型為基礎，提供基礎數據集的空間與層次要素的標準定義，數據字典的定義必須完全一致，才能進行準確解釋，并在統計遙感空間基礎框架應用中對數據進行有效的集成。

4）數據采集標準數據采集標準用于確定在生產統計遙感空間基礎框架數據時，使用的硬件設備所應具備的基本性能和數據采集方式，以及軟件的處理方法，以保證數據的質量達到要求。

5）數據質量標準統計遙感空間基礎框架數據質量標準可分為描述性、指示性或混合使用。描述性標準以“真實地標記”為基礎，要求數據生產者報告對數據質量的已知部分，描述性標準一般要求生產者提供以下信息：分層說明、位置轉換、層轉換、邏輯一致性及完整性。指示性標準將規定每一特征的質量參考，從而使數據使用者確定數據的適用性。

6）元數據標準元數據標準參照相關的國家標準制定，包括：影像數據標準和矢量數據標準。影像數據標準適用于多源遙感影像，矢量數據標準適用于基礎地理信息、空間化后的統計專題數據和業務測量數據。

7）數據交換標準數據交換標準提供在不同的硬件、軟件環境下進行數據轉換的中間格式，使數據按字段、記錄和文件要求進行編碼的規劃。統計遙感空間基礎框架中，矢量數據成果統一采用Shapefile格式存儲、交換；柵格數據成果統一采用GeoTiff格式存儲、交換；屬性數據統一采用dbf格式存儲、交換。

2.5技術體系

根據統計遙感空間基礎框架的構成，目錄與交換體系和公共服務體系同屬于空間基礎框架的技術范疇，共同組成了統計遙感公共服務平臺，實現空間基礎框架數據的共享和服務，使空間基礎框架成為一個以先進的計算機網絡技術、“3S”技術、空間數據庫技術和虛擬現實技術為依托，集統計數據獲取與統計信息管理、統計業務應用于一體的共享與服務平臺[11]。這個平臺是實現統計遙感空間基礎框架應用服務功能的數據、軟件及其支撐環境的總稱，由支撐環境、數據庫、交換管理系統和在線服務系統組成，涉及到數據管理、共享和服務等多方面的技術。

1）框架數據的管理和應用模式統計遙感空間基礎框架是一個分布式的體系，按照職能分為管理節點、業務節點和終端節點三級，三級節點都是統計遙感空間基礎框架的有機組成部分，整體的管理和應用模式如圖2所示。①管理節點：管理節點主要承擔系統管理和監督的職能，設有管理服務器、Web服務器和目錄服務器。系統的安全、認證和權限管理等工作都通過管理服務器統一實現和維護。目錄服務器是整個系統的“服務注冊中心”，業務節點將其提供的數據資源和服務內容注冊在其中，同時，其他業務節點在目錄服務器上獲取希望的內容。全部業務邏輯都通過Web服務器以WebService的形式提供到互聯網，以供其他所有節點訪問；②業務節點：業務節點是真正的業務實施單元，設有大型存儲設備（磁盤陣列）、Web服務器、FTP服務器、數據庫服務器、GIS服務器和應用服務器。業務節點中提供了該節點管轄范圍的數據或者服務，大多數的數據和業務邏輯都是在該節點存儲和實現；③終端節點：終端節點是系統的終端用戶，主要是針對現場調查活動。該節點只作為業務的執行者，不承擔數據或服務的管理職能。移動終端通過互聯網或者無線傳輸技術將采集的數據發送到業務節點，由業務節點進行數據處理和分析。

2）框架數據的共享和服務技術統計遙感空間基礎框架采用面向服務的系統構架，通過地理信息服務聚合技術，實現數據和業務分布式、松耦合的調用。國家級節點和省級節點是按照各節點的職能進行劃分的，并不代表該節點實際的物理位置。既可以將全部節點部署在同一位置，實現全部數據的統一訂購、管理和分發；也可以將省級節點部署在省級行政單位，由各省獨立開展業務。

2.6組織運行體系

統計遙感空間基礎框架在國家現有的調查體系基礎上分為國家、省（區）和縣三級，建立國家級—省級—縣級—調查人員的四級業務運行管理體系。1）國家級的主要任務：制定全國測量方案，整理分析野外測量數據，采購、處理、分發空間數據，全國數據產品分析，全國數據庫維護，反饋省級測量結果。管理節點設在國家統計部門，同時，國家層面還設有一個提供全國范圍數據的公共數據節點，為省級節點提供必要的全國尺度的數據和服務。2）省級的主要任務：制定全省測量方案，整理分析野外測量數據，分發空間數據，數據產品分析，全省數據庫維護。各省設有業務節點，每個業務節點自成體系，在數據和工作方式上不依賴于國家節點，可以獨立開展統計遙感測量和調查工作，但工作的進展和結果被國家監督和指導。3）縣級的主要任務：采集、標準化野外數據。縣級節點是系統的終端節點。4）調查人員的主要任務：開展野外調查工作，任務由縣級節點安排。各級管理體系（以農業調查為例）的關系如圖3所示。

3框架建設應用系統示范

3.1系統背景

國家統計遙感糧食作物種植面積測量與估產業務運行系統是根據統計部門對于農作物播種面積、產量等統計調查的業務需求而設計的，將傳統的目錄抽樣與遙感對地抽樣和空間抽樣相結合，并建立在統計遙感空間基礎框架之上的業務運行系統。通過典型區的示范推廣，最終建立縣級、省級、國家級糧食作物種植面積遙感測量與估產業務系統，實現我國主要糧食作物種植面積和產量的實時動態監測。

3.2系統組成

國家統計遙感糧食作物種植面積測量與估產業務運行系統組成如圖4所示。在該系統中，統計遙感空間基礎框架由軟硬件支撐環境、基礎數據庫、在線服務系統、信息共享與服務平臺以及業務組織運行體系構成，以支撐系統的數據流。在統計遙感空間基礎框架的基礎上，國家統計遙感糧食作物種植面積測量與估產業務運行系統分為以下六個業務子系統：農作物播種面積測量系統、農作物長勢監測與估產系統、空間抽樣系統、數據分析與決策系統、野外測量與填報系統、業務運行管理系統，以支撐系統的業務流。

3.3應用實例

農作物種植面積遙感測量工作主要包括：區域測量、面積估算和地面調查。統計遙感空間基礎框架在各個部分都發揮著重要的作用。本節以2009年江蘇省冬小麥面積遙感測量過程中的幾個環節為例，簡要介紹統計遙感空間基礎框架在系統中的作用和應用情況。系統主界面統計遙感空間基礎框架與冬小麥面積測量結果的聚合圖6是測量成果在統計遙感空間基礎框架上的集成。A圖為江蘇省面積測量結果的空間分布圖，B圖為面積測量結果與2.5m分辨率的SPOT服務進行聚合。與地面調查數據聚合測量人員可以直接在系統中進行地面調查工作。圖7中A圖所示是進行抽樣地塊的地面調查和屬性填報。B圖是調查人員在統計遙感空間基礎框架上勾繪待調查的抽樣地塊。4）業務管理和監控圖8中A圖右側顯示的是全國糧食主產省的分布情況，并在用形象的圖表表示了該省的主產作物；點擊各省，在左側會出現相應省的測量進度表，A圖上所示的是江蘇省2009年主要糧食作物面積和估產測量進度表。B圖所示的圖表反映了2009年江蘇省遙感影像訂購和覆蓋情況。圖8業務管理和監控

4結束語

統計遙感空間基礎框架是地理空間框架在統計領域的重大應用。本研究以地理空間框架為參考，對統計遙感空間基礎框架的構成及搭建方法進行了設計，并對統計遙感空間基礎框架的數據體系、技術體系等關鍵技術進行了重點討論，提出了一套可以指導統計遙感空間基礎框架建設的切實可行的解決方案，為傳統的統計調查向空間統計的轉變奠定了基礎，同時拓展了地理空間框架新的應用領域，為地理空間框架在其他行業的應用提供了參考和借鑒。