公益性制圖的基本問題與研究方向

劉萬(wàn)增，趙 勇，趙婷婷，朱秀麗，吳晨琛，李 然，翟 曦

(國(guó)家基礎(chǔ)地理信息中心，北京 100830)

地圖是一種符號(hào)化的地理信息成果形式，是對(duì)自然和社會(huì)現(xiàn)象抽象、概括、建模和表達(dá)，是“空間信息的載體”，也是人們認(rèn)識(shí)周圍世界空間分布格局的重要手段[1-2]。公益性地圖是為政府等公益性部門宏觀規(guī)劃、應(yīng)急救災(zāi)、指揮決策及日常辦公應(yīng)需而制作的一種專題地圖。它是基于政府對(duì)公益性地圖的要求，利用不同比例尺的基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)，按照制圖規(guī)范，通過尺度轉(zhuǎn)換和符號(hào)映射，實(shí)現(xiàn)地理信息和專題信息的快速符號(hào)化、自動(dòng)注記和圖幅整飾等，涉及數(shù)據(jù)采集、處理、分析、挖掘、制圖等一系列技術(shù)環(huán)節(jié)。相對(duì)于常規(guī)地圖制圖，公益性制圖具有權(quán)威性、高效性、易讀性、創(chuàng)新性等基本特性，追求的是高效率和高質(zhì)量的統(tǒng)一。常規(guī)制圖是以犧牲時(shí)間保質(zhì)量，應(yīng)急制圖是以犧牲質(zhì)量保效率[3-7]，很難實(shí)現(xiàn)“既快又好”的應(yīng)需制圖目標(biāo)。如何在最短的時(shí)間內(nèi)應(yīng)需提供高質(zhì)量、高現(xiàn)勢(shì)性、內(nèi)容豐富的公益性地圖產(chǎn)品，滿足政府等公益性部門宏觀規(guī)劃、應(yīng)急救災(zāi)、指揮決策等需要，已成為我國(guó)自然資源管理部門面臨的迫切問題[1]，如圖1所示。

1 公益性制圖的職能定位

隨著我國(guó)政府的施政理念由管理型政府向服務(wù)型政府的轉(zhuǎn)變，政府科學(xué)決策對(duì)地圖的需求頻次和要求越來越高，公益性地圖應(yīng)需保障服務(wù)成為新時(shí)期自然資源管理部門一項(xiàng)重要任務(wù)。

1.1 履行法定職責(zé)

《中華人民共和國(guó)測(cè)繪法》第25條規(guī)定：縣級(jí)以上人民政府測(cè)繪地理信息主管部門應(yīng)當(dāng)根據(jù)突發(fā)事件應(yīng)對(duì)工作需要，及時(shí)提供地圖、基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)等測(cè)繪成果，做好遙感監(jiān)測(cè)、導(dǎo)航定位等公益性測(cè)繪保障工作。公益性地圖保障服務(wù)是新時(shí)期自然資源部門的法定職責(zé)，做好公益性地圖保障服務(wù)工作，也是落實(shí)自然資源管理“兩統(tǒng)一”職責(zé)的重要舉措。

1.2 落實(shí)應(yīng)急規(guī)劃

黨中央、國(guó)務(wù)院對(duì)防災(zāi)減災(zāi)工作高度重視?！秶?guó)家中長(zhǎng)期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要(2006—2020)》將公共安全列為重點(diǎn)領(lǐng)域，將國(guó)家公共安全應(yīng)急信息平臺(tái)及重大自然災(zāi)害監(jiān)測(cè)與防御列為其優(yōu)先主題?！秶?guó)家突發(fā)事件應(yīng)急體系建設(shè)規(guī)劃》與《國(guó)家航空應(yīng)急救援體系建設(shè)“十二五”規(guī)劃》對(duì)測(cè)繪應(yīng)急保障能力提出更高的要求。公益性地圖應(yīng)需保障服務(wù)是全面落實(shí)國(guó)家突發(fā)事件應(yīng)急體系建設(shè)規(guī)劃的重要工作。

1.3 服務(wù)政府用圖

隨著測(cè)繪地理信息大范圍普及和應(yīng)用，各種類型的地圖已經(jīng)廣泛應(yīng)用于國(guó)家重大突發(fā)事件處置、政府重大決策、重大活動(dòng)策劃及政府部門日常工作中，從國(guó)家經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展戰(zhàn)略的部署到各行業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃的制定，從國(guó)家重大活動(dòng)的策劃、安保等到政府日常事務(wù)處理、社會(huì)管理等，都需要具有空間定位及展示時(shí)空布局特性的專題地圖做支撐。

2 公益性制圖的基本特性

公益性制圖是高質(zhì)量、高效率的公益性地圖應(yīng)需保障的基礎(chǔ)，具有以下基本特性：

2.1 權(quán)威性

公益性地圖的服務(wù)對(duì)象主要是政府部門，地圖質(zhì)量直接影響國(guó)家重大決策，不容有任何差錯(cuò)[8-9]。與普通地圖制圖相比，公益性制圖對(duì)地圖數(shù)學(xué)精度、內(nèi)容完整性、可靠性、權(quán)威性和現(xiàn)勢(shì)性要求更高。

2.2 高效性

公益性地圖主要面向國(guó)家應(yīng)急救災(zāi)、重大活動(dòng)、決策規(guī)劃及重大新聞事件報(bào)道等，對(duì)服務(wù)時(shí)效性提出了非常高的要求，通常為幾個(gè)小時(shí)或更短時(shí)間。例如，《國(guó)家航空應(yīng)急救援體系建設(shè)“十二五”規(guī)劃》要求在災(zāi)害發(fā)生后4 h內(nèi)將現(xiàn)場(chǎng)地圖上傳到國(guó)務(wù)院應(yīng)急管理部門；政府工作用圖一般要求12 h左右制作完成3～5幅A1幅面的地圖；新聞地圖一般要求1～2 d時(shí)間完成新聞地圖的資料收集、制圖與審圖等工作。因此，高效性是公益性制圖的重要特性。

2.3 易讀性

公益性地圖包括政務(wù)地圖、救災(zāi)地圖、新聞地圖等。相對(duì)而言，救災(zāi)地圖保障需要重點(diǎn)解決有沒有的問題，其更關(guān)注地圖的時(shí)效性[4]。政務(wù)工作用圖是黨政機(jī)關(guān)長(zhǎng)期使用的工作用圖；新聞地圖是面向公眾需要公開出版的媒體地圖，這兩種公益性地圖除了滿足以上幾個(gè)特點(diǎn)之外，還必須體現(xiàn)地圖的易讀性[10]、藝術(shù)性和美觀性。

2.4 創(chuàng)新性

從任務(wù)來源的角度看，公益性地圖服務(wù)具有時(shí)間不定、地點(diǎn)不定、圖種不定的特點(diǎn)，無(wú)論是應(yīng)急救災(zāi)、決策規(guī)劃、重大活動(dòng)還是媒體報(bào)道等，只要有用圖需要，隨時(shí)可能下達(dá)制圖任務(wù)：一般是某時(shí)間，提供某地點(diǎn)某類型的圖。對(duì)制圖人員來講，任務(wù)時(shí)間、內(nèi)容皆不確定，無(wú)法提前進(jìn)行地圖儲(chǔ)備，在短時(shí)間內(nèi)，解決地圖“從無(wú)到有、從有到精、從精到美”的問題，必然對(duì)數(shù)據(jù)收集、處理、制圖和服務(wù)都提出了更高要求，常規(guī)的技術(shù)手段根本無(wú)法滿足這種特殊需求，必須依靠技術(shù)創(chuàng)新。

3 公益性制圖的基本問題

公益性制圖具有的權(quán)威性、高效性、易讀性、創(chuàng)新性等基本特性決定了其與常規(guī)制圖方法存在明顯不同。常規(guī)的制圖方法在工藝流程、技術(shù)要求等方面都無(wú)法滿足公益性應(yīng)需制圖對(duì)制圖效率和質(zhì)量的需求，還存在許多技術(shù)難題需要研究和解決。比如，解決公益性地圖快速、精準(zhǔn)問題，就必須解決數(shù)據(jù)來源問題，即如何實(shí)現(xiàn)資料的快速收集和高效處理[11-12]；解決公益性地圖美觀問題，達(dá)到效率和美觀的平衡，必須解決精細(xì)化高效制圖問題?，F(xiàn)有的技術(shù)和方法往往能夠?qū)崿F(xiàn)其中1～2個(gè)目標(biāo)，如應(yīng)急快速系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)高效制圖的目標(biāo)，但是在精準(zhǔn)和美觀性上一般很少顧及[13-14]。平面制圖軟件如Illustrator、CorelDraw等具有強(qiáng)大的地圖編輯能力，能夠?qū)崿F(xiàn)地圖精細(xì)編輯，只要有足夠的時(shí)間，地圖美觀性的問題一般都能解決，但其主要依賴人工編輯，制圖效率低，無(wú)法滿足高效制圖需求[1]。

總之，公益性地圖應(yīng)需保障服務(wù)面臨的主要問題包括以下4個(gè)方面。

3.1 公益性地圖應(yīng)需保障服務(wù)技術(shù)體系尚未建立

由于公益性制圖還是一個(gè)相對(duì)小眾的技術(shù)領(lǐng)域，從事該項(xiàng)工作的研究人員相對(duì)較少，同時(shí)缺乏大項(xiàng)目的支撐，很難形成系統(tǒng)性、體系性的研究成果。雖然一些單位根據(jù)工作需求，開發(fā)了一些制圖工具軟件，但由于缺乏統(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，這些零星的碎片化的成果推廣起來難度和成本都很高，造成行業(yè)內(nèi)部各單位之間在制圖技術(shù)水平上的不均衡。因此，雖然公益性地圖保障服務(wù)從未間斷過，但是公益性制圖的技術(shù)體系卻一直沒有建立起來。

3.2 缺乏專題數(shù)據(jù)應(yīng)需快速獲取、處理與知識(shí)挖掘算法

良好的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)是做好公益性制圖工作的必備條件。實(shí)現(xiàn)公益性應(yīng)需制圖，除了豐富的數(shù)據(jù)儲(chǔ)備之外，還必須解決制圖專題數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)高效處理問題，目前這些技術(shù)還不夠成熟，一旦有應(yīng)急任務(wù)，往往是采用人海戰(zhàn)術(shù)，加班加點(diǎn)才能完成，工作強(qiáng)度、難度大，效率低。

3.3 應(yīng)需高效制圖技術(shù)還不夠成熟

需要突破眾包協(xié)同精細(xì)化制圖、應(yīng)急快速制圖、在線應(yīng)需制圖及跨媒介地圖可視化等關(guān)鍵技術(shù)，滿足不同服務(wù)對(duì)象、不同事件類型對(duì)地圖高效率、高質(zhì)量保障服務(wù)的需求。

3.4 缺乏公益性制圖的相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

由于缺乏公益性地圖應(yīng)需保障服務(wù)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，目前，各省各單位分別按照各自傳統(tǒng)的做法開展公益性制圖和保障工作，難以實(shí)現(xiàn)部門間數(shù)據(jù)共享與業(yè)務(wù)協(xié)同，同時(shí)公益性地圖保障服務(wù)的規(guī)范性、權(quán)威性也難以保障。

4 主要研究方向

4.1 公益性制圖的技術(shù)體系

公益性制圖技術(shù)體系包括數(shù)據(jù)的快速獲取、處理、制圖、服務(wù)等技術(shù)環(huán)節(jié)，要實(shí)現(xiàn)公益性地圖應(yīng)需保障服務(wù)“應(yīng)需、快速、精準(zhǔn)、美觀”的目標(biāo)，必須建立并不斷優(yōu)化公益性地圖應(yīng)需保障服務(wù)的工藝流程和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)等，形成包括裝備、軟件、數(shù)據(jù)、標(biāo)準(zhǔn)在內(nèi)的公益性制圖技術(shù)體系，為我國(guó)公益性地圖應(yīng)需保障服務(wù)工作提供新思路、新方法、新機(jī)制。研究技術(shù)思路如圖2所示。

4.2 公益性制圖的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

為了確保公益性地圖應(yīng)需保障服務(wù)的規(guī)范性、權(quán)威性，實(shí)現(xiàn)部門間數(shù)據(jù)共享與業(yè)務(wù)協(xié)同，急需制定公益性地圖技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，包括制圖數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)、地圖符號(hào)標(biāo)準(zhǔn)、工藝流程標(biāo)準(zhǔn)、地圖產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)、地圖服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)等。

4.3 公益性制圖的關(guān)鍵技術(shù)

建立了公益性制圖技術(shù)體系和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)后，在技術(shù)實(shí)現(xiàn)層面，還需要研究突破公益性制圖數(shù)據(jù)高效獲取、處理、挖掘及可視化表達(dá)的算法，開發(fā)公益性制圖相關(guān)軟件系統(tǒng)，為實(shí)現(xiàn)公益性地圖服務(wù)“按需保障、既快又好”的目標(biāo)提供技術(shù)支撐。

4.3.1 專題數(shù)據(jù)知識(shí)挖掘算法

缺乏專題數(shù)據(jù)應(yīng)需快速獲取、處理與知識(shí)挖掘算法，是制約公益性地圖保障效率的重要因素。為了改變這種被動(dòng)局面，需要研究基于泛在數(shù)據(jù)的專題數(shù)據(jù)快速獲取、高效處理、質(zhì)量控制與知識(shí)挖掘等算法，包括不同來源的數(shù)據(jù)時(shí)空一致性處理、專題信息自動(dòng)化提取、多源數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)化挖掘等，并開發(fā)相應(yīng)的軟件系統(tǒng),為公益性地圖應(yīng)需保障服務(wù)提供數(shù)據(jù)和專題知識(shí)支撐。

4.3.2 眾包協(xié)同精細(xì)制圖技術(shù)

眾包協(xié)同精細(xì)化制圖重點(diǎn)解決公益性制圖“既快又好”的問題，需要研究基于空間數(shù)據(jù)庫(kù)版本技術(shù)的分區(qū)域增量采集、存儲(chǔ)與集成表達(dá)模型、知識(shí)引導(dǎo)的分區(qū)域制圖要素沖突的快速檢測(cè)與協(xié)同處理、模型驅(qū)動(dòng)的碎片化眾包編輯信息的增量集成等關(guān)鍵技術(shù)。

4.3.3 矢量瓦片在線制圖技術(shù)

矢量瓦片在線制圖技術(shù)主要滿足公益性地圖的在線自助制圖的需求，需要研究解決矢量瓦片在線組織、可視化表達(dá)與高分辨率輸出等技術(shù)難題。

4.3.4 跨媒介可視化表達(dá)技術(shù)

根據(jù)國(guó)家重大突發(fā)事件處置、政府決策等對(duì)地理信息跨媒介、輕量級(jí)、便捷化服務(wù)的需求，研究圖文一體的地理信息數(shù)據(jù)跨媒介可視化數(shù)據(jù)模型，形成空間型、多尺度、可編輯、可量測(cè)、圖文一體的跨媒介電子文檔平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)地理信息跨媒介圖文融合與一致性可視化表達(dá)[15]。

4.3.5 “一張圖”移動(dòng)會(huì)商技術(shù)

為有效提升公益性地圖的使用效能，更好地服務(wù)于政府決策，需要突破移動(dòng)端自由組網(wǎng)與“一張圖”協(xié)同會(huì)商技術(shù)。實(shí)現(xiàn)服務(wù)器主節(jié)點(diǎn)與多移動(dòng)終端子節(jié)點(diǎn)自由組網(wǎng)，解決政務(wù)用圖系統(tǒng)基于“一張圖”的多終端模式實(shí)時(shí)通訊的技術(shù)難題，開發(fā)移動(dòng)端多用戶實(shí)時(shí)協(xié)同標(biāo)繪和同屏互動(dòng)會(huì)商系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)突發(fā)事件應(yīng)急處置過程中信息共享、數(shù)據(jù)同步、協(xié)同標(biāo)繪與高效決策。

5 結(jié) 語(yǔ)

公益性地圖保障服務(wù)是新時(shí)期自然資源部門的法定職責(zé)，實(shí)現(xiàn)公益性應(yīng)需高效制圖是測(cè)繪地理信息工作者長(zhǎng)期奮斗的目標(biāo)， 迫切需要解決一系列的技術(shù)和機(jī)制問題。本文重點(diǎn)從技術(shù)的角度初步分析了我國(guó)公益性應(yīng)需高效制圖的職能定位、特性、面臨的問題和今后的研究方向。要從根本上解決公益性應(yīng)需高效制圖問題，還需建立高效協(xié)同的應(yīng)需保障工作機(jī)制，重點(diǎn)解決數(shù)據(jù)共享、信息互通、業(yè)務(wù)協(xié)同的問題。