基于地理處理服務(wù)的自然資源資產(chǎn)審計(jì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

地理信息系統(tǒng)（geographic information system，GIS）是對(duì)空間數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、儲(chǔ)存、管理、運(yùn)算、分析、顯示和描述的技術(shù)系統(tǒng)。將GIS技術(shù)引入自然資源資產(chǎn)審計(jì)，利用GIS技術(shù)的定位、空間分析、影像對(duì)比、計(jì)算機(jī)綜合分析方法等，對(duì)自然資源的數(shù)量、質(zhì)量、變化等方面進(jìn)行審核，有助于解決“疑點(diǎn)難找、量難核、圖難測(cè)”等問題。目前，雖然GIS技術(shù)在自然資源資產(chǎn)審計(jì)中得到普遍使用，但在審計(jì)數(shù)據(jù)與服務(wù)共享方面研究較少。GIS中可以構(gòu)建業(yè)務(wù)處理模型并發(fā)布成服務(wù)，在Web端進(jìn)行調(diào)用，實(shí)現(xiàn)應(yīng)用共享。本文將自然資源資產(chǎn)審計(jì)業(yè)務(wù)與地理處理模型相結(jié)合，構(gòu)建審計(jì)分析模型，開發(fā)自然資源資產(chǎn)審計(jì)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)在Web端即可調(diào)用審計(jì)分析模型，達(dá)到簡(jiǎn)化操作、模型共享的目的。

一、地理處理服務(wù)

地理處理服務(wù)是借助萬維網(wǎng)來展示GIS分析功能的方式，使用服務(wù)器計(jì)算機(jī)的資源在服務(wù)器計(jì)算機(jī)上執(zhí)行分析，提高分析計(jì)算執(zhí)行效率。在ArcGIS中提供了大量用于執(zhí)行各項(xiàng)GIS任務(wù)的分析工具，如簡(jiǎn)單的緩沖區(qū)、疊加、裁剪以及復(fù)雜的回歸分析、影像分類、重分類等GIS任務(wù)。通過地理處理服務(wù)可以將不同的分析工具按照一定順序結(jié)合在一起，完成對(duì)復(fù)雜的空間關(guān)系建模、分析，具有構(gòu)建一次可多次使用的特點(diǎn)。在ArcGIS中可以通過圖形化建模工具模型生成器（model builder）來創(chuàng)建業(yè)務(wù)處理模型，以流程圖方式顯示，用戶可以拖入ArcGIS內(nèi)置的分析工具，利用Python編寫的腳本工具分析數(shù)據(jù)，然后設(shè)置輸入、輸出要素，就可以在外部調(diào)用該工具，此時(shí)只需要設(shè)置輸入和輸出數(shù)據(jù)就可以運(yùn)行模型得到分析結(jié)果。

地理處理服務(wù)包含地理處理任務(wù)，任務(wù)采用在Web應(yīng)用程序中捕獲的簡(jiǎn)單數(shù)據(jù)，對(duì)其進(jìn)行分析處理，然后以要素、地圖、報(bào)表、文件等形式返回輸出。

二、系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)

（一）建設(shè)目標(biāo)

自然資源資產(chǎn)審計(jì)系統(tǒng)的目標(biāo)是解決自然資源資產(chǎn)審計(jì)中疑點(diǎn)難發(fā)現(xiàn)的問題。根據(jù)自然資源管理法律法規(guī)、業(yè)務(wù)處理邏輯、審計(jì)經(jīng)驗(yàn)，利用GIS空間分析能力，基于地理處理服務(wù)構(gòu)建自然資源審計(jì)分析模型，系統(tǒng)通過Web端調(diào)用模型服務(wù)自動(dòng)生成審計(jì)疑點(diǎn)，快速得到審計(jì)疑點(diǎn)時(shí)空分布狀況，提高自然資源資產(chǎn)審計(jì)的效率。

（二）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)包括瀏覽器端應(yīng)用、兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)、三類服務(wù)器（如圖1所示）。在瀏覽器端應(yīng)用中自然資源資產(chǎn)審計(jì)系統(tǒng)提供自然資源審計(jì)相關(guān)業(yè)務(wù)。專用網(wǎng)絡(luò)提供客戶訪問自然資源資產(chǎn)審計(jì)系統(tǒng)的接口；內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)用于連接各個(gè)服務(wù)器，提供數(shù)據(jù)調(diào)用和訪問支持。三類服務(wù)器中代理服務(wù)器作為系統(tǒng)對(duì)外訪問的代理，是實(shí)現(xiàn)專用網(wǎng)絡(luò)客戶端與內(nèi)部服務(wù)器數(shù)據(jù)交互的橋梁，所有外部請(qǐng)求都由代理服務(wù)器過濾轉(zhuǎn)發(fā)至內(nèi)部服務(wù)器，再由其中轉(zhuǎn)請(qǐng)求結(jié)果返回給客戶端，通過防火墻的隔離，避免了內(nèi)部服務(wù)器暴露在因特網(wǎng)上的風(fēng)險(xiǎn)，提高了系統(tǒng)的安全性；Web服務(wù)器用于存儲(chǔ)頁面表單數(shù)據(jù)，承載自然資源資產(chǎn)審計(jì)系統(tǒng)，提供模型服務(wù)、Web服務(wù)、WebGIS服務(wù)；數(shù)據(jù)服務(wù)器用于存儲(chǔ)系統(tǒng)相關(guān)的空間數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，提供數(shù)據(jù)庫服務(wù)、文件服務(wù)等。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

（三）數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

自然資源資產(chǎn)審計(jì)涉及的數(shù)據(jù)主要包括土地資源、礦產(chǎn)資源、森林資源、草原資源、水資源、環(huán)境保護(hù)、基礎(chǔ)地理信息以及相關(guān)法律法規(guī)等方面的數(shù)據(jù)。由于數(shù)據(jù)來自多個(gè)部門，存在格式、坐標(biāo)等多樣性，在數(shù)據(jù)入庫前需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)合并等數(shù)據(jù)預(yù)處理工作，然后按照資源類型進(jìn)行分類規(guī)整，最后存入數(shù)據(jù)庫中。系統(tǒng)采用Oracle數(shù)據(jù)庫與文件存儲(chǔ)結(jié)合方式，將矢量數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在水資源庫、環(huán)境資源庫、礦產(chǎn)資源庫、森林資源庫、草原資源庫、土地資源庫、法規(guī)庫、基礎(chǔ)地理信息庫、系統(tǒng)管理庫等9個(gè)數(shù)據(jù)庫，將柵格與其他文件（如文本文檔、照片等）存儲(chǔ)在服務(wù)器上。

（四）審計(jì)分析模型構(gòu)建及發(fā)布

1.審計(jì)分析模型構(gòu)建

自然資源審計(jì)分析模型建立的基礎(chǔ)是自然資源管理法律法規(guī)、審計(jì)思路、審計(jì)經(jīng)驗(yàn)，通過對(duì)法律法規(guī)的解析，分析對(duì)自然資源的定性、定量的管理衡量指標(biāo)，結(jié)合審計(jì)經(jīng)驗(yàn)、審計(jì)思路，對(duì)審計(jì)過程進(jìn)行開發(fā)固化。根據(jù)法律法規(guī)、審計(jì)經(jīng)驗(yàn)、自然資源數(shù)據(jù)，形成審計(jì)思路，再根據(jù)審計(jì)思路選擇相應(yīng)的分析工具進(jìn)行分析；由于相交、擦除等分析會(huì)造成分析結(jié)果存在多個(gè)不相鄰的圖形組成同一條記錄（多部件）和零碎圖斑，因此需要對(duì)分析結(jié)果進(jìn)行拆分工作，然后計(jì)算面積，刪除零碎圖斑（如圖2所示）。

圖2 模型流程圖

以永久基本農(nóng)田保護(hù)分析為例，根據(jù)基本農(nóng)田、國家級(jí)公益林、基本草原劃定的方法以及保護(hù)法律法規(guī)可以發(fā)現(xiàn)基本農(nóng)田與國家級(jí)公益林、基本草原之間不應(yīng)存在重疊現(xiàn)象，從《基本農(nóng)田保護(hù)條例》中可發(fā)現(xiàn)建設(shè)用地不能占用永久基本農(nóng)田。因此我們可以利用GIS中的疊加分析查找重疊的部分，構(gòu)建模型的主要思路如下：（1）利用永久基本農(nóng)田與林業(yè)國家級(jí)公益林進(jìn)行疊加分析，得到永久基本農(nóng)田與國家級(jí)公益林重疊數(shù)據(jù)，并計(jì)算重疊面積；（2）利用步驟（1）中的分析結(jié)果對(duì)永久基本農(nóng)田進(jìn)行擦除，得到未與國家級(jí)公益林重疊的永久基本農(nóng)田，再用該數(shù)據(jù)結(jié)果與基本草原進(jìn)行疊加，得到永久基本農(nóng)田與基本草原重疊的數(shù)據(jù)，計(jì)算重疊面積；（3）利用步驟（2）中的永久基本農(nóng)田與基本草原重疊數(shù)據(jù)對(duì)未與國家級(jí)公益林重疊的永久基本農(nóng)田進(jìn)行擦除，得到未與國家級(jí)公益林和基本草原重疊的永久基本農(nóng)田；（4）篩選國情監(jiān)測(cè)地表覆蓋中的建設(shè)用地（房屋建筑），在與步驟（3）中的結(jié)果進(jìn)行疊加分析，得到永久基本農(nóng)田與建設(shè)用地重疊的數(shù)據(jù)，并計(jì)算重疊面積；（5）將國家級(jí)公益林、基本草原、建設(shè)用地與永久基本農(nóng)田重疊的數(shù)據(jù)進(jìn)行合并輸出。在ArcGIS中通過ModelBuilder來設(shè)置輸入、輸出數(shù)據(jù)，同時(shí)按照審計(jì)思路將相交、擦除、篩選、分析后處理等工具按照一定的順序連接在一起，完成永久基本農(nóng)田保護(hù)分析。

按照上述“自然資源法律法規(guī)→需核實(shí)問題→構(gòu)建模型→分析審計(jì)疑點(diǎn)”的方法，可以根據(jù)法律法規(guī)、審計(jì)經(jīng)驗(yàn)構(gòu)建審計(jì)分析模型，然后通過Web進(jìn)行調(diào)用，可實(shí)現(xiàn)審計(jì)方法和模型的共享。

2.模型發(fā)布與調(diào)用

已經(jīng)制作好的自然資源審計(jì)分析模型只能在本地運(yùn)行，要實(shí)現(xiàn)通過Web調(diào)用來完成審計(jì)分析，需要將模型發(fā)布成網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。發(fā)布網(wǎng)絡(luò)服務(wù)可以在ArcPro或ArcMap中進(jìn)行，需要先運(yùn)行模型，運(yùn)行成功后就可通過共享的方式發(fā)布和管理服務(wù)，在發(fā)布服務(wù)時(shí)執(zhí)行方式可以選擇同步或異步，在本文中選擇異步且使用地圖服務(wù)查看結(jié)果方式。在發(fā)布服務(wù)前需要先將數(shù)據(jù)注冊(cè)到ArcGIS Server中。

ArcGIS API for JavaScript提供了訪問地理處理服務(wù)的接口（geoprocessor），該接口提供了同步（execute）和異步（submitjob）調(diào)用地理處理服務(wù)的方法。由于本文中地理處理模型發(fā)布為異步，因此采用異步調(diào)用方法，設(shè)置地理處理服務(wù)路徑、輸入?yún)?shù)、輸出參數(shù)等。當(dāng)客戶端觸發(fā)審計(jì)分析模型時(shí)，服務(wù)器端調(diào)用模型進(jìn)行分析處理然后返回結(jié)果，在審計(jì)一張圖中可以將分析結(jié)果疊加到影像上進(jìn)行查看。

（五）功能設(shè)計(jì)

系統(tǒng)功能包括資源審計(jì)、審計(jì)一張圖、運(yùn)維管理三大模塊（如圖3所示）。

圖3 系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)

1.資源審計(jì)

資源審計(jì)是整個(gè)系統(tǒng)的核心，主要包括項(xiàng)目管理、審計(jì)模型。項(xiàng)目管理包括審計(jì)項(xiàng)目的創(chuàng)建、刪除、修改等操作。審計(jì)模型提供系統(tǒng)內(nèi)置的自然資源審計(jì)分析模型，主要包括基本農(nóng)田審計(jì)、生態(tài)保護(hù)紅線審計(jì)、森林資源審計(jì)、自定義分析等模型。基本農(nóng)田審計(jì)主要分析永久基本農(nóng)田與國家級(jí)公益林、基本草原、建筑物重疊情況。生態(tài)保護(hù)紅線分析項(xiàng)目建設(shè)、采礦權(quán)等占用生態(tài)紅線的情況。森林資源主要分析各年度退耕還林重疊情況、虛假退耕還林情況。自定義分析可供用戶自己在數(shù)據(jù)庫中篩選不同的數(shù)據(jù)，判斷是否存在重疊情況。

2.審計(jì)一張圖

審計(jì)一張圖主要是呈現(xiàn)審計(jì)期間對(duì)審計(jì)區(qū)域內(nèi)存在自然資源的管理和瀏覽，將不同時(shí)期、不同分辨率、不同精度的資源整合到一起，通過不同專題地圖進(jìn)行表達(dá)，直觀地反映審計(jì)區(qū)域內(nèi)自然資源在不同時(shí)間、空間上數(shù)量與質(zhì)量的變化。

審計(jì)一張圖模塊包括地圖瀏覽（放大、縮小、漫游、全圖、平移）、資源查詢、坐標(biāo)定位、空間分析、長(zhǎng)度、面積量算、疑點(diǎn)勾繪等功能。地圖瀏覽實(shí)現(xiàn)對(duì)不同專題圖的調(diào)用和瀏覽。資源查詢可以根據(jù)名稱查詢數(shù)據(jù)庫中是否有該資源，查詢的結(jié)果可添加到審計(jì)一張圖中進(jìn)行瀏覽。坐標(biāo)定位可以輸入經(jīng)緯度坐標(biāo)進(jìn)行定位?？臻g分析可供用戶在地圖中勾繪圖形，查找圖形所在區(qū)域內(nèi)的所有資源。疑點(diǎn)勾繪可供用戶勾繪在審計(jì)一張圖中對(duì)不同專題地圖進(jìn)行疊加對(duì)比發(fā)現(xiàn)的審計(jì)疑點(diǎn)，同時(shí)可添加疑點(diǎn)描述信息。

3.運(yùn)維管理

運(yùn)維管理模塊主要包括地圖資源管理、用戶管理、權(quán)限管理。地圖資源管理是對(duì)審計(jì)期間收集的數(shù)據(jù)的展示，包括收集部門、收集時(shí)間、數(shù)據(jù)名稱、有效時(shí)間等。用戶管理是對(duì)用戶的信息、登錄密碼進(jìn)行管理。權(quán)限管理主要包括用戶瀏覽數(shù)據(jù)的權(quán)限（用戶只能查看審計(jì)年限期間審計(jì)區(qū)域的數(shù)據(jù)）、功能使用權(quán)限（只有管理員才可進(jìn)行刪除權(quán)限）等。

三、系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

在Visual studio 2019平臺(tái)上，利用ArcGIS API for JavaScript開發(fā)包，結(jié)合ArcSDE和Oracle建立自然資源數(shù)據(jù)庫，使用C#語言開發(fā)實(shí)現(xiàn)了自然資源資產(chǎn)審計(jì)系統(tǒng)。系統(tǒng)界面主要由三部分組成（見圖4）：左側(cè)是模型欄，采用樹形菜單，為系統(tǒng)提供模型服務(wù)功能；頂部是系統(tǒng)工具欄，分為資源審計(jì)、審計(jì)一張圖、運(yùn)維管理；中間是審計(jì)項(xiàng)目信息管理界面。在審計(jì)一張圖（見圖5）中可查看審計(jì)區(qū)域的影像圖，同時(shí)可疊加其他專業(yè)地圖，也提供了資源查詢、疑點(diǎn)下發(fā)、坐標(biāo)定位等功能。

圖4 系統(tǒng)界面

圖5 審計(jì)一張圖

四、應(yīng)用案例

系統(tǒng)在M市進(jìn)行應(yīng)用，利用系統(tǒng)中基本農(nóng)田分析模型，得到M市存在國家公益林與永久基本農(nóng)田重疊面積為1553.69公頃，基本草原與永久基本農(nóng)田重疊面積為2517.82公頃，建筑物與永久基本農(nóng)田重疊面積為44.29公頃；將結(jié)果在審計(jì)一張圖的疊加高分辨率遙感影像中進(jìn)行人工判讀（見圖6），挑選抽查樣本實(shí)地核查確認(rèn)，經(jīng)實(shí)地核查發(fā)現(xiàn)了永久基本農(nóng)田劃定確實(shí)存在與國家級(jí)公益林、基本草原重疊問題，部分建筑物劃入永久基本農(nóng)田，部分建筑物占用永久基本農(nóng)田。

圖6 結(jié)果示意圖

五、結(jié)論

自然資源資產(chǎn)審計(jì)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了將GIS與審計(jì)相結(jié)合，以服務(wù)形式調(diào)用審計(jì)分析模型，實(shí)現(xiàn)了審計(jì)模型的共享，并且以M市為例驗(yàn)證了系統(tǒng)的實(shí)用性。系統(tǒng)利用GIS地理處理服務(wù)，將審計(jì)思路和經(jīng)驗(yàn)固化成分析模型，通過Web進(jìn)行調(diào)用，利用服務(wù)器加強(qiáng)了數(shù)據(jù)分析處理速度，實(shí)現(xiàn)了審計(jì)模型的共享應(yīng)用，為自然資源資產(chǎn)審計(jì)提供了便利工具。由于自然資源資產(chǎn)審計(jì)涉及數(shù)據(jù)多且復(fù)雜，在分析數(shù)據(jù)量大時(shí)模型運(yùn)行時(shí)間比較長(zhǎng)，未來可以考慮利用云平臺(tái)、分布式等方式來對(duì)模型進(jìn)行改善，提高模型運(yùn)算效率。