夏津縣國(guó)土空間基礎(chǔ)信息平臺(tái)系統(tǒng)設(shè)計(jì)及關(guān)鍵技術(shù)

馬春瑩

(夏津縣自然資源局，山東 德州 253200)

0 引言

國(guó)土空間基礎(chǔ)信息平臺(tái)建設(shè)是落實(shí)國(guó)務(wù)院印發(fā)的《全國(guó)國(guó)土規(guī)劃綱要(2016—2030)》的重要工作部署，是推進(jìn)國(guó)家治理體系和治理能力現(xiàn)代化的要求，同時(shí)也是促進(jìn)信息共享、資源整合的需要[1]。國(guó)土空間基礎(chǔ)信息平臺(tái)，能夠最大限度地挖掘國(guó)土空間數(shù)據(jù)資源潛力，加快建立利用數(shù)據(jù)“說(shuō)話、決策、管理、創(chuàng)新”的新機(jī)制，充分發(fā)揮國(guó)土空間“底圖、底板、底線”的作用，全方位動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)國(guó)土空間開(kāi)發(fā)利用活動(dòng)，有力支撐政府各部門(mén)的科學(xué)規(guī)劃并全面提升政府管理決策水平[2]。

按照部署，夏津縣國(guó)土空間基礎(chǔ)信息平臺(tái)(以下簡(jiǎn)稱平臺(tái))項(xiàng)目于2020年12月正式啟動(dòng)建設(shè)，目前，該平臺(tái)已通過(guò)驗(yàn)收并正式上線試運(yùn)營(yíng)。該平臺(tái)以夏津縣各類自然資源數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，聚合集成各類國(guó)土空間相關(guān)數(shù)據(jù)形成了一套符合國(guó)家、省標(biāo)準(zhǔn)的自然資源數(shù)據(jù)體系，并在此基礎(chǔ)上形成了夏津縣自然資源“一張圖”，為各類與國(guó)土空間相關(guān)的規(guī)劃、管理、決策、服務(wù)等提供技術(shù)支撐。同時(shí)，國(guó)土空間基礎(chǔ)信息平臺(tái)將作為全局?jǐn)?shù)據(jù)的統(tǒng)一出入口為夏津縣各相關(guān)職能部門(mén)提供數(shù)據(jù)服務(wù)，從而實(shí)現(xiàn)自然資源數(shù)據(jù)共建共享，并保障各類信息數(shù)據(jù)安全，實(shí)現(xiàn)政務(wù)辦公高效集約自主化，助力“數(shù)字夏津”建設(shè)。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)總體架構(gòu)

平臺(tái)整合和接入了遙感、基礎(chǔ)測(cè)繪、土地、礦產(chǎn)資源、地質(zhì)、不動(dòng)產(chǎn)、環(huán)保等信息資源，共享住建、水利、林業(yè)、發(fā)改、交通、環(huán)保、農(nóng)業(yè)等部門(mén)的國(guó)土空間相關(guān)信息，同時(shí)強(qiáng)化數(shù)據(jù)資源在采集、存儲(chǔ)、應(yīng)用和共享等環(huán)節(jié)的安全保護(hù)，實(shí)行數(shù)據(jù)資源的分類分級(jí)管理，并制定安全運(yùn)維管理制度和應(yīng)急管理措施。在充分考慮縣級(jí)自然資源信息化基礎(chǔ)薄弱的實(shí)際情況下，采用市縣統(tǒng)籌部署模式滿足平臺(tái)縱向連通、橫向銜接的建設(shè)要求，市級(jí)層面統(tǒng)籌全域自然資源一張圖數(shù)據(jù)資源體系建設(shè)，搭建平臺(tái)主中心，構(gòu)建平臺(tái)統(tǒng)籌治理、統(tǒng)一服務(wù)的應(yīng)用支撐；縣級(jí)構(gòu)建子節(jié)點(diǎn)，通過(guò)平臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)上報(bào)匯交與服務(wù)申請(qǐng)。最終建成了開(kāi)放共享、安全可靠、貫穿市、縣兩級(jí)和部門(mén)聯(lián)動(dòng)的分布式國(guó)土空間基礎(chǔ)信息服務(wù)平臺(tái)[3]。該平臺(tái)從上到下分為4層，系統(tǒng)總體架構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總體架構(gòu)圖

(2)信息資源服務(wù)層：建立大數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)管理系統(tǒng)，對(duì)國(guó)土空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)資源進(jìn)行統(tǒng)一管理。

(3)平臺(tái)資源服務(wù)層：為上層應(yīng)用服務(wù)提供統(tǒng)一應(yīng)用分析服務(wù)。

(4)應(yīng)用服務(wù)層：構(gòu)建共享開(kāi)發(fā)、應(yīng)用、管理平臺(tái)，為門(mén)戶、政務(wù)、監(jiān)管和互聯(lián)網(wǎng)提供服務(wù)。

1.2 系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

自然資源涵蓋廣泛，包含全域全要素的地表、地上、地下各類數(shù)據(jù)[4]，如：數(shù)字高程模型、遙感影像、地表覆蓋、地表基質(zhì)、地質(zhì)體、地下管線、地下構(gòu)筑物、業(yè)務(wù)管理。夏津縣國(guó)土空間專題數(shù)據(jù)有以下3類：

(1)現(xiàn)狀類數(shù)據(jù)：反應(yīng)土地資源、礦產(chǎn)資源、水資源、森林資源等資源現(xiàn)狀。包括土地利用現(xiàn)狀、農(nóng)村集體土地所有權(quán)、林地變更、第二次地名普查等。

(2)規(guī)劃類數(shù)據(jù)：是在自然資源管理中的空間管控類數(shù)據(jù)。包括鄉(xiāng)級(jí)土地利用總體規(guī)劃、城市總體規(guī)劃、永久基本農(nóng)田、礦產(chǎn)資源規(guī)劃、生態(tài)保護(hù)紅線等。

(3)管理類數(shù)據(jù)：是自然資源業(yè)務(wù)管理、審批工作實(shí)時(shí)生成的，包括建設(shè)用地審批、礦業(yè)權(quán)審批、補(bǔ)充耕地項(xiàng)目審批等。

平臺(tái)建設(shè)中將上述要素全部進(jìn)行立體化展示，已有二維數(shù)據(jù)升維可視化，已有三維數(shù)據(jù)，包含傾斜攝影、高精度三維模型、BIM、點(diǎn)云等融合可視化。可視化完成后通過(guò)采用飛行、半透明、卷簾等多種方式直觀掌握區(qū)域內(nèi)地形地貌、土地覆蓋以及地下空間賦存情況，從而為后續(xù)的分析應(yīng)用打下數(shù)據(jù)基礎(chǔ)[5]。同時(shí)按照“物理分布、邏輯一體”的技術(shù)路線，基于統(tǒng)一的數(shù)據(jù)格式、統(tǒng)一的時(shí)空基準(zhǔn)、統(tǒng)一的注冊(cè)接入，對(duì)跨部門(mén)、跨業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)進(jìn)行整合與接入。在三維立體自然資源“一張圖”數(shù)據(jù)框架下，接入了基礎(chǔ)地理、衛(wèi)星遙感、第三次國(guó)土調(diào)查、國(guó)土空間規(guī)劃數(shù)據(jù)庫(kù)、不動(dòng)產(chǎn)登記、永久基本農(nóng)田、地理國(guó)情監(jiān)測(cè)、土地管理、礦產(chǎn)管理等數(shù)據(jù)，初步建立了自然資源“一張圖”核心數(shù)據(jù)庫(kù)[6]，平臺(tái)數(shù)據(jù)架構(gòu)如圖2所示。

圖2 平臺(tái)數(shù)據(jù)架構(gòu)圖

1.3 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

(1)平臺(tái)門(mén)戶：是了解平臺(tái)的窗口，也是使用平臺(tái)的入口[7]。平臺(tái)門(mén)戶通過(guò)統(tǒng)—的身份認(rèn)證，確保平臺(tái)的安全，同時(shí)提供新聞動(dòng)態(tài)、熱門(mén)數(shù)據(jù)、最新數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)資源、應(yīng)用案例等內(nèi)容，便于用戶快速了解平臺(tái)內(nèi)容。

目前4K與8K逐漸成為人們選購(gòu)電視產(chǎn)品的主流選擇。原因是隨著視像行業(yè)技術(shù)的不斷進(jìn)步與網(wǎng)絡(luò)信號(hào)傳輸速率的提高，人們對(duì)于高畫(huà)質(zhì)的需求在技術(shù)上已經(jīng)能夠得到滿足。4K分辨率能夠?yàn)橛脩魩?lái)相比1080P多4倍的像素顯示，圖像邊緣更加銳利，細(xì)節(jié)豐富，8K技術(shù)也在不斷提高過(guò)程中，部分電臺(tái)、機(jī)構(gòu)已經(jīng)開(kāi)始針對(duì)性開(kāi)發(fā)8K攝錄技術(shù)并開(kāi)始試播。

(2)數(shù)據(jù)中心：是用戶了解平臺(tái)成果資源、在線應(yīng)用平臺(tái)的窗口，主要提供平臺(tái)各類數(shù)據(jù)資源的統(tǒng)一展示、查詢、分析等應(yīng)用[8]。用戶可以按需選擇數(shù)據(jù)資源進(jìn)行疊加分析、對(duì)比分析、關(guān)聯(lián)分析以及統(tǒng)計(jì)分析等，定制“我的地圖”，制作單值固、分段圖、熱力圖、蜂巢圖、聚合圖等。

(3)應(yīng)用中心：是輔助自然資源相關(guān)部門(mén)人員日常工作的工作平臺(tái)，主要圍繞規(guī)劃應(yīng)用、審批應(yīng)用、監(jiān)管應(yīng)用、決策應(yīng)用等領(lǐng)域，提供多類在線應(yīng)用的工具[9]。規(guī)劃應(yīng)用：提供多規(guī)疊加分析、主要控制線分析、人口預(yù)測(cè)、用地情況預(yù)測(cè)等工具。審批應(yīng)用提供項(xiàng)目合規(guī)性分析、項(xiàng)目選址分析、重復(fù)批地審查、重復(fù)供地審查、地類占用分析、礦產(chǎn)資源壓覆審查、建設(shè)用地預(yù)審審查、探礦權(quán)審批審查、采礦權(quán)審批審查、建設(shè)用地審批審查、查土地征收審批審查等工具。監(jiān)管應(yīng)用：提供三條紅線保護(hù)情況分析、土地資源總體情況監(jiān)測(cè)等工具。決策應(yīng)用提供耕地保護(hù)情況分析、土地供給情況分析等工具。

(4)服務(wù)中心：將平臺(tái)的數(shù)據(jù)、功能封裝為服務(wù)接口，面向部門(mén)開(kāi)發(fā)用戶，提供便捷的服務(wù)，方便應(yīng)用系統(tǒng)的快速搭建[10]。通用服務(wù)提供地圖服務(wù)、數(shù)據(jù)服務(wù)、空間分析服務(wù)、統(tǒng)計(jì)報(bào)表服務(wù)、專題圖制作服務(wù)等通用服務(wù)。應(yīng)用服務(wù)將應(yīng)用中心相關(guān)工具進(jìn)行封裝后向用戶提供相關(guān)應(yīng)用服務(wù)，具體提供規(guī)劃應(yīng)用服務(wù)、審批應(yīng)用服務(wù)、監(jiān)管應(yīng)用服務(wù)、決策應(yīng)用服務(wù)等內(nèi)容。

(5)運(yùn)維管理：運(yùn)維管理是全面掌握、管理、監(jiān)控各部門(mén)用戶對(duì)平臺(tái)使用情況的窗口[11]，面向管理人員提供服務(wù)資源管理、數(shù)據(jù)資源管理、目錄管理、權(quán)限管理、平臺(tái)配置、指標(biāo)和模型管理等工具。

(6)數(shù)據(jù)管理：是對(duì)國(guó)土空間數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)—管理與應(yīng)用的平臺(tái)[12]，面向數(shù)據(jù)管理人員根據(jù)不同數(shù)據(jù)類型，如基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)、國(guó)土三調(diào)數(shù)據(jù)、地理國(guó)情普查數(shù)據(jù)以及規(guī)劃數(shù)據(jù)、管理數(shù)據(jù)、社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)等，提供數(shù)據(jù)采集抽取工具、數(shù)據(jù)檢查處理與入庫(kù)工具、數(shù)據(jù)導(dǎo)入導(dǎo)出與格式轉(zhuǎn)換工具、數(shù)據(jù)管理工具等，適應(yīng)多類型數(shù)據(jù)處理、質(zhì)檢、入庫(kù)更新與管理的需要。

2 關(guān)鍵技術(shù)

2.1 基于大數(shù)據(jù)的空間數(shù)據(jù)管理技術(shù)

當(dāng)前，在“山水林田湖草”的生命共同體思想指引下，無(wú)論是國(guó)土空間規(guī)劃，還是自然資源管理正步入大數(shù)據(jù)時(shí)代，數(shù)據(jù)類型不斷延展、數(shù)據(jù)量持續(xù)增加[13]。大數(shù)據(jù)管理、大數(shù)據(jù)挖掘等問(wèn)題日益受到行業(yè)關(guān)注，大數(shù)據(jù)應(yīng)用成為行業(yè)信息化建設(shè)一個(gè)新的熱點(diǎn)、重點(diǎn)。在國(guó)土空間基礎(chǔ)信息平臺(tái)建設(shè)中，必須把大數(shù)據(jù)管理能力作為一個(gè)重要技術(shù)指標(biāo)。大數(shù)據(jù)管理主要分為數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)預(yù)處理、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)安全和管控等模塊[14]，通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)質(zhì)量、數(shù)據(jù)安全、共享開(kāi)放、隱私保護(hù)、流通管控為各項(xiàng)業(yè)務(wù)應(yīng)用提供高質(zhì)量的數(shù)據(jù)輸入，并實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行全生命周期的完善管理，讓多源融合的大數(shù)據(jù)資產(chǎn)“進(jìn)得來(lái)”“管得住”“出得去”(圖3)。

圖3 空間數(shù)據(jù)管理

平臺(tái)建設(shè)中充分利用大數(shù)據(jù)的空間數(shù)據(jù)管理技術(shù)，提供非業(yè)務(wù)環(huán)境下現(xiàn)狀數(shù)據(jù)和規(guī)劃管控?cái)?shù)據(jù)的數(shù)據(jù)提取、數(shù)據(jù)質(zhì)檢、數(shù)據(jù)入庫(kù)、數(shù)據(jù)更新和歷史數(shù)據(jù)管理功能，通過(guò)對(duì)大量空間數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換入庫(kù)、集成管理和共享應(yīng)用，提高空間數(shù)據(jù)的質(zhì)量、信息含量和應(yīng)用層次，提供有力的空間數(shù)據(jù)服務(wù)保障，確保各類空間數(shù)據(jù)遵循“進(jìn)得來(lái)”“管得住”“出得去”，為國(guó)土空間規(guī)劃乃至自然資源的相關(guān)應(yīng)用系統(tǒng)提供堅(jiān)實(shí)的數(shù)據(jù)支撐。同時(shí)平臺(tái)將IT大數(shù)據(jù)技術(shù)融入空間數(shù)據(jù)管理、空間分析、流數(shù)據(jù)處理與可視化等方面，基于分布式空間數(shù)據(jù)引擎，提供密度分析、聚合分析等空間大數(shù)據(jù)算子，疊加分析、緩沖區(qū)分析等經(jīng)典空間分析算子[15]，支持10億級(jí)數(shù)據(jù)快速發(fā)布與實(shí)時(shí)渲染，提供二維、三維、動(dòng)靜態(tài)兼具的可視化效果，為國(guó)土空間規(guī)劃編制、實(shí)施監(jiān)督等提供更快更強(qiáng)的應(yīng)用支撐。

2.2 基于微服務(wù)架構(gòu)和云服務(wù)管理的支撐技術(shù)

國(guó)土空間基礎(chǔ)信息平臺(tái)將為整個(gè)國(guó)土空間的業(yè)務(wù)提供“底圖”、“底線”和“底板”的作用，需要同具體的業(yè)務(wù)銜接起來(lái)，通過(guò)平臺(tái)向外提供相關(guān)服務(wù)[16]。因此，需要建立強(qiáng)大的云管理和服務(wù)平臺(tái)，提供敏捷、靈活的資源服務(wù)支撐，從而滿足業(yè)務(wù)應(yīng)用的多變性。平臺(tái)采用分布式、云計(jì)算等先進(jìn)技術(shù)，基于MapGIS大數(shù)據(jù)與云平臺(tái)(I2GSS)，搭建出“1+1+N(即1個(gè)大數(shù)據(jù)中心+1個(gè)云管理與服務(wù)平臺(tái)+N個(gè)應(yīng)用服務(wù))”模式的國(guó)土空間基礎(chǔ)信息平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)國(guó)土空間基礎(chǔ)信息的共建共享、縱橫聯(lián)通、深度融合(圖4)。云管理與服務(wù)平臺(tái)作為整個(gè)平臺(tái)的運(yùn)維管理后臺(tái)，獨(dú)創(chuàng)高性能服務(wù)引擎、大數(shù)據(jù)引擎和應(yīng)用集成引擎三風(fēng)智能運(yùn)化工具箱，從數(shù)據(jù)、服務(wù)、應(yīng)用三個(gè)維度滿足用戶高性能集群并發(fā)調(diào)度、大數(shù)據(jù)分析展示和應(yīng)用快速部署的需求[17]，同時(shí)對(duì)平臺(tái)運(yùn)行狀況提供全方位、動(dòng)態(tài)可視化智能監(jiān)管，從而保障平臺(tái)持續(xù)高效的運(yùn)行。平臺(tái)匯集相關(guān)服務(wù)，向其他業(yè)務(wù)系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)資源服務(wù)和專題應(yīng)用對(duì)接，打通了部門(mén)之間的數(shù)據(jù)鏈路和應(yīng)用鏈路，并由統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)提供給其他異構(gòu)系統(tǒng)。該平臺(tái)接入和對(duì)外提供的服務(wù)包括數(shù)據(jù)服務(wù)、基礎(chǔ)服務(wù)、專題服務(wù)和定制服務(wù)。數(shù)據(jù)服務(wù)主要包括數(shù)據(jù)瀏覽、查詢和信息共享服務(wù)；基礎(chǔ)服務(wù)主要包括統(tǒng)計(jì)報(bào)表、國(guó)土空間分析以及專題圖制作服務(wù)；專題服務(wù)包括規(guī)劃編制、行政審批、資源監(jiān)管、決策支持、資源評(píng)價(jià)等主題的服務(wù)；還有針對(duì)具體應(yīng)用的定制服務(wù)等。

圖4 云管理和服務(wù)平臺(tái)

2.3 統(tǒng)一門(mén)戶管理和統(tǒng)一運(yùn)維管理技術(shù)

平臺(tái)涉及到的數(shù)據(jù)、應(yīng)用種類繁多，其用戶的統(tǒng)一登錄和安全防范是應(yīng)用整合的重難點(diǎn)之一，該平臺(tái)在建設(shè)中將統(tǒng)一門(mén)戶管理納入國(guó)土空間基礎(chǔ)信息平臺(tái)，在統(tǒng)一應(yīng)用管理基礎(chǔ)上，融入統(tǒng)一身份、統(tǒng)一認(rèn)證、統(tǒng)一授權(quán)、統(tǒng)一審計(jì)的4A(Account、Authentication、Authorization、Audition)安全護(hù)盾，實(shí)現(xiàn)對(duì)各種應(yīng)用系統(tǒng)的有效整合[18]，并滿足基于等保三級(jí)的應(yīng)用安全保障，幫助用戶完成用戶、機(jī)構(gòu)、權(quán)限、審計(jì)日志等的統(tǒng)一管理以及三權(quán)分立，從而在做到有效的應(yīng)用安全保障的同時(shí)，也提升了管理效率并規(guī)避了權(quán)力的濫用。同時(shí)，平臺(tái)通過(guò)統(tǒng)一運(yùn)維管理，可以更好的管理和維護(hù)系統(tǒng)的運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)用戶組織機(jī)構(gòu)管理、角色權(quán)限的分配，還能針對(duì)不同服務(wù)、應(yīng)用以及專題進(jìn)行個(gè)性化的配置，實(shí)現(xiàn)用戶資源權(quán)限的分層分級(jí)管理，使不同層級(jí)的用戶擁有不同的管理職能和資源權(quán)限，靈活地應(yīng)對(duì)管理需求和組織、人員調(diào)整所帶來(lái)的變化[19]。此外，平臺(tái)還可以通過(guò)自動(dòng)化監(jiān)控，將系統(tǒng)故障的事后處理升級(jí)為系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)的事前預(yù)防(圖5)。基于統(tǒng)一門(mén)戶管理和統(tǒng)一運(yùn)維管理技術(shù)，平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了不同應(yīng)用中的統(tǒng)一管理和安全防護(hù)，而且也靈活應(yīng)對(duì)了管理需求和機(jī)構(gòu)變革。

圖5 統(tǒng)一門(mén)戶管理和統(tǒng)一安全防護(hù)

3 結(jié)語(yǔ)

國(guó)土空間基礎(chǔ)信息平臺(tái)建設(shè)是實(shí)施“數(shù)字賦能”行動(dòng)，提升整體智治自然資源信息化水平的基礎(chǔ)性工作。夏津縣國(guó)土空間基礎(chǔ)信息平臺(tái)經(jīng)試運(yùn)行測(cè)試，系統(tǒng)功能完善，運(yùn)行穩(wěn)定，滿足了全縣自然資源和規(guī)劃系統(tǒng)業(yè)務(wù)應(yīng)用需求，為全縣國(guó)土空間規(guī)劃編制和自然資源各項(xiàng)工作開(kāi)展提供了基礎(chǔ)支撐。

(1)在管好用好國(guó)土空間基礎(chǔ)信息平臺(tái)的基礎(chǔ)上，按照空天地一體化綜合指揮模式，進(jìn)一步拓展國(guó)土空間基礎(chǔ)信息平臺(tái)功能，加快推進(jìn)國(guó)土空間基礎(chǔ)信息平臺(tái)二期建設(shè)，開(kāi)展三維實(shí)景一張圖展示、應(yīng)急指揮調(diào)度、一碼管地場(chǎng)景、歷史文化名城管理場(chǎng)景等跨部門(mén)、跨行業(yè)應(yīng)用場(chǎng)景建設(shè)。

(2)圍繞新一代信息技術(shù)與規(guī)劃資源業(yè)務(wù)深度融合這條主線，逐步實(shí)現(xiàn)規(guī)劃資源工作可視化、可驗(yàn)證、可預(yù)測(cè)、可學(xué)習(xí)、可決策，使管理更聰明、更智慧，推動(dòng)規(guī)劃資源工作提效能、擴(kuò)功能、增動(dòng)能。

(3)加快構(gòu)建全方位、全過(guò)程、全領(lǐng)域的信息化支撐服務(wù)體系，推進(jìn)自然資源管理全業(yè)務(wù)協(xié)同，全面賦能自然資源治理能力和治理水平現(xiàn)代化。