“以圖驅動”思路下的自然資源數據治理與應用

劉雪俊，蔣鳳釵*，胡曉彤

（1. 廣東省國土資源技術中心，廣東 廣州 510075）

十三五以來，尤其是機構改革以來，自然資源的管理面臨著由土地資源、礦產資源、林草資源和海洋資源等分頭管理向“山水林田湖草”系統(tǒng)治理的轉變，但自然資源數據管理和應用各自為政的現象在短期內仍然比較突出，數據共享和服務應用水平還難以全面滿足業(yè)務應用和社會服務的需求。特別是對照國家“放管服”改革、“數字政府”建設的相關要求，還存在數據不全不新，圖屬關聯弱，共享應用難等問題，亟需開展“以圖驅動、帶圖審批”的數據應用，發(fā)揮自然資源長期以來積累的空間數據優(yōu)勢，滿足自然資源管理精細化、智能化的需求。在此背景下，廣東省自2016年起，持續(xù)開展一體化數據庫的建設，目前已基本完成了國土資源大數據向自然資源大數據的轉變，為省市縣三級的自然資源管理提供統(tǒng)一的數據驅動、應用支撐和決策支持[1-3]。

1 技術路線

廣東省自2016 年起開展國土資源大數據的建設，采用“以圖驅動”的建設思路，充分利用已有的建設成果，統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)籌設計、分步實施。按照數據資源體系建設思路、方法、技術以及相關規(guī)范要求，結合信息化建設總體框架[4]，以業(yè)務應用為導向，采用分層模式進行設計與規(guī)劃，以統(tǒng)一的標準規(guī)范為依據，以組織協調機制為保障，通過梳理分析數據資源現狀，開展專題數據分析，并按照標準規(guī)范對數據進行整合?；跀祿w系和業(yè)務需求，對業(yè)務管理對象進行抽象和空間化表達。建立統(tǒng)一數據模型，從數據的匯聚、治理到應用的技術路線，構建一體化數據庫，支撐一體化數據的應用與更新維護。機構改革后，逐步在原有土地、礦產等國土資源數據的基礎上，進一步匯聚海洋、林業(yè)等數據資源，形成了省級自然資源“一張圖”數據資源目錄。數據治理與應用的技術路線如圖1所示。

圖1 技術路線圖

1）數據匯集：按統(tǒng)一的標準規(guī)范，通過建設專項數據庫、業(yè)務系統(tǒng)數據庫，匯聚基本覆蓋“山水林田湖草”全要素自然資源數據資源。

2）數據治理：對匯集的自然資源數據進行質量分析、清洗、整合和標準化處理。以圖屬關聯、空間關聯、時態(tài)關聯和業(yè)務關聯為手段，構建包含公共基礎類、專業(yè)基礎類、業(yè)務管理類和公共政務類的自然資源一體化數據庫。

3）數據應用：在統(tǒng)一匯聚、集中建模的一體化數據庫基礎上，將自然資源管理的業(yè)務審核要點下沉到數據層，以數據分析模型的形式實現統(tǒng)一權威的數據支撐，保障省市縣三級自然資源業(yè)務統(tǒng)一數據、統(tǒng)一標準、統(tǒng)一規(guī)則，實現“以圖驅動”。并在數字政府的應用體系下，推進自然資源數據在政府部門和社會公眾的開放共享。

2 關鍵技術

2.1 基于一體化數據模型驅動的整合建庫技術

針對數據類別多、格式不一、來源分散等特性[5]，按照統(tǒng)一的時空框架、統(tǒng)一的信息分類編碼、統(tǒng)一的資源目錄、統(tǒng)一的面向對象的數據組織基本原則進行數據一體化的組織管理設計。以數據結構、邏輯組織、物理存儲與業(yè)務應用為導向，進行數據動態(tài)整合、邏輯統(tǒng)一組織、物理混合存儲與應用服務管理，實現一體化數據模型驅動的數據整合建庫。

基于結構模型的數據動態(tài)整合是根據源數據的不同結構特征，采用數據建模方法，通過核心元數據、擴展元數據的方式實現對各類數據的動態(tài)建模，依據數據模型對多元異構數據進行整合加工，通過定義數據字段組成、字段名稱、字段類型、字段映射關系等，滿足數據動態(tài)整合的需要。

2.2 跨業(yè)務、跨層級的數據聯動更新技術

數據有效更新是共享應用的前提，不少學者對遙感影像、地理信息、業(yè)務信息的更新進行了研究，獲得了不同程度的成果[6-8]。然而基于統(tǒng)一數據模型，通過業(yè)務系統(tǒng)的有效銜接，將數據更新后的成果進行統(tǒng)一管理和應用，支撐自然資源業(yè)務卻鮮有研究。亟需通過聯動更新的技術手段，將以往數據割裂、管理脫節(jié)的審批流程，升級為數據統(tǒng)一管理、審批無縫銜接、更新一體聯動的新模式，提升自然資源業(yè)務管理效能。

“一橫”是跨業(yè)務部門的聯動更新，自然資源數據流動循環(huán)一般涉及多個業(yè)務部門，一項業(yè)務的處理決策往往需要多個業(yè)務部門協同辦理、多個類型數據綜合支撐?！耙豢v”為省市縣三級數據聯動更新，即根據業(yè)務權限、管理職能的差異分為自上而下、自下而上以及二者相結合的方式。

通過關系模型設計，建立測繪、土地、礦產、地質環(huán)境和地質災害等不同業(yè)務之間的數據聯系，業(yè)務管理中產生的最新數據自動沉淀到數據操作區(qū)，通過相關業(yè)務主管部門確認后，更新的業(yè)務數據進入到正式數據庫中，將對應類別、內容進行實時更新。

2.3 基于多態(tài)存儲架構的一體化管理技術

針對傳統(tǒng)數據存儲無法全面滿足瀏覽展示、計算分析、服務應用等多樣化的應用場景對自然資源數據的高效管理和靈活應用的難點[9-10]，基于現有空間數據存儲與管理機制，制定多態(tài)融合架構的一體化數據存儲模型，實現自然資源數據的統(tǒng)一存儲、統(tǒng)一組織、統(tǒng)一管理、統(tǒng)一訪問，支撐自然資源數據的精確查詢統(tǒng)計、高效應用分析、靈活數據分發(fā)以及快速二三維服務。

自然資源數據對象可以分為地類圖斑、遙感監(jiān)測圖斑等，每一類數據對應一個一體化數據模型。一體化數據模型以數據應用為牽引在要素數據集、鑲嵌數據集、瓦片數據集等基礎空間數據模型耦合的基礎上，擴展了時態(tài)屬性。一體化數據模型由自然資源數據對象的文件形態(tài)數據、空間形態(tài)數據、服務形態(tài)數據、元數據和關聯信息五部分，各部分之間互相依存與關聯。關聯信息定義了一體化數據模型各部分之間的耦合關系，詳細描述了各形態(tài)數據的存儲位置以及數據之間的關聯、時序關系等。

一體化數據模型的多態(tài)特征導致單一的物理存儲形式無法滿足其存儲需求，需要采用混合存儲策略，綜合運用空間數據庫（涵蓋關系數據庫能力）、NoSQL 數據庫和分布式文件系統(tǒng)的優(yōu)勢特征實現矢量、影像、地形、表格、瓦片、文件等結構化、半結構化和非結構化數據的一體化管理，每一類數據適配最優(yōu)的物理存儲形式。

2.4 “以圖驅動”的自然資源數據應用模式

針對省市縣三級銜接不暢、數據共享不徹底、業(yè)務協同困難的問題，率先建立了業(yè)務應用驅動的省市縣三級自然資源大數據應用共享與動態(tài)更新機制，在統(tǒng)一的技術框架下，統(tǒng)一數據來源、統(tǒng)一規(guī)則審查，提供豐富多樣的瀏覽查詢服務、空間分析服務和決策專題服務，實現全省共用“一張圖、一套服務”，智能化輔助業(yè)務審批和行政管理。

制定滿足自然資源集中管理需求的自然資源數據標準規(guī)范，以空間數據為驅動，按照標準規(guī)范全面匯聚土地、礦產、地質、基礎地理、規(guī)劃等業(yè)務數據，整合形成集多源數據于一體的統(tǒng)一標準、動態(tài)更新的自然資源數據中心，實現數據來源的統(tǒng)一。

結合實際業(yè)務需求，通過可視化界面構建具備實際業(yè)務邏輯關系的空間模型實體對象，并將該實體模型對象以服務接口的形式提供給各應用系統(tǒng)進行調用。用戶通過可視化的界面對其相關的變量參數進行設置或者修改并執(zhí)行對應的實體模型對象，從而完成模型的定量分析與協調。

以圖數結合的方式支撐建設用地審批、三舊改造、設施農業(yè)用地備案等省市縣三級聯動的業(yè)務，基于測繪數據產生的準確圖形，由圖生成數據，建立準確、客觀的業(yè)務分析結果，圍繞業(yè)務審批將空間數據和屬性數據深入結合，圖數共同輔助業(yè)務審批，改變了以往審批過程中二者相分離的審批模式，形成了“以圖驅動”的數據應用新模式。

3 應用情況

通過5 a 的建設，基本在廣東省范圍內形成了“以圖驅動”的自然資源數據應用模式，通過地圖服務、三維場景服務、要素查詢服務、空間分析服務等多種應用模式為土地、礦產、海域等12個業(yè)務系統(tǒng)在線辦理提供數據支撐。截至目前，服務省-市-縣三級自然資源行業(yè)內用戶數達8 000 余個，已在用地審批、耕地保護、執(zhí)法監(jiān)督等領域實現規(guī)模化應用，支撐了3 788件建設用地審批，服務24.55萬畝用地指標分配使用和11.87萬畝耕地占補的管理。

4 結語與展望

廣東省自然資源一體化數據庫的建設，始終堅持“以圖驅動”的數據應用理念，實現了自然資源數據的統(tǒng)一管理，全省共用一張圖、一套服務，做到了同數同源、以圖管地。相關經驗已推廣至山東、湖南、青海、寧夏、新疆、海南、吉林等省份，對當地的自然資源信息化建設提供了良好的借鑒和參考。面對“全要素、全周期、全方位”的自然資源管理需求，還面臨數據動態(tài)關聯弱、協同治理技術尚未有效破解等難題。如何構建自然資源數據的關聯，打通規(guī)劃、管制、保護等業(yè)務環(huán)節(jié)，以數據驅動業(yè)務協同銜接，推動業(yè)務管理流程優(yōu)化，實現自然資源資產全生命周期管理，開展態(tài)勢分析、趨勢預測是未來的發(fā)展方向。