云GIS環(huán)境下國土資源執(zhí)法監(jiān)察技術(shù)體系研究與應(yīng)用

張廣波 張習(xí)全 于 暉

(1. 北京華星勘查新技術(shù)有限公司, 北京 101102；2. 德州市土地儲備整治中心, 山東 德州 253073)

0 引言

經(jīng)濟(jì)發(fā)展新常態(tài)下,國土資源管理工作正在發(fā)生重大的趨勢性變化。從國土資源供給來看,土地利用從增量擴(kuò)張為主轉(zhuǎn)向盤活存量與做優(yōu)增量并舉；從資源環(huán)境約束來看,國土資源環(huán)境承載能力正在逼近“天花板”,大規(guī)模、高強(qiáng)度的國土資源開發(fā)活動,資源環(huán)境將難以承載；從國土資源管理方式來看,正在從側(cè)重于行政干預(yù)手段向綜合運(yùn)用多重管理手段轉(zhuǎn)變[1]。這些新的趨勢和變化對國土資源執(zhí)法監(jiān)察工作水平提出了更高的要求。國土資源執(zhí)法監(jiān)察是國土資源管理的一項(xiàng)重要工作,離不開地理信息系統(tǒng)(geographic information system,GIS)的技術(shù)支撐[2],伴隨著GIS向云GIS的升級發(fā)展,執(zhí)法監(jiān)察工作也將迎來新的發(fā)展階段。

云GIS是指以互聯(lián)網(wǎng)為中心,以云計算技術(shù)和理論為基礎(chǔ)的地理信息系統(tǒng)[3]。云GIS能夠提供高可靠性的GIS數(shù)據(jù)云存儲、高效的云GIS數(shù)據(jù)處理和查詢、統(tǒng)一的云GIS數(shù)據(jù)共享等多種服務(wù),它是一種全新的GIS平臺構(gòu)建方式。在各行業(yè)應(yīng)用需求牽引和GIS理論發(fā)展與新一代信息技術(shù)的推動下,云GIS技術(shù)體系目前已經(jīng)發(fā)展成熟[4]。在產(chǎn)品研究方面,ESRI公司發(fā)布的ArcGIS Desktop 10.1地理信息系統(tǒng)產(chǎn)品,實(shí)現(xiàn)了云架構(gòu)GIS[5]；北京超圖公司為搭建GIS私有云和公有云,研發(fā)了SuperMap GIS 6R地理信息系統(tǒng)平臺軟件[6]；中地數(shù)碼公司采用云架構(gòu),研制了可跨平臺、多終端使用的MapGIS K9 SP3地理信息系統(tǒng)平臺軟件[7]。在國土資源管理應(yīng)用方面,彭海波等[8]采用分布式存儲、并行計算等技術(shù),搭建了湖南省國土資源管理云GIS平臺,滿足當(dāng)?shù)貒临Y源海量多源異構(gòu)空間數(shù)據(jù)的管理和共享需求；江文源[9]針對廣西國土資源管理,基于廣西國土資源云基礎(chǔ)支撐環(huán)境,搭建了土地利用綜合監(jiān)管云GIS平臺；王志敏[10]在現(xiàn)有GIS可視化技術(shù)基礎(chǔ)上,將傳統(tǒng)GIS服務(wù)云化,研發(fā)了一套云南國土空間大數(shù)據(jù)可視化系統(tǒng)。

本文基于現(xiàn)有的國土資源數(shù)字執(zhí)法的工作成果,結(jié)合云架構(gòu)和GIS技術(shù),使用便攜式電腦、智能手機(jī)等移動設(shè)備替代“衛(wèi)星定位+數(shù)碼相機(jī)+臺式電腦”的外業(yè)巡檢、調(diào)查取證和數(shù)據(jù)處理的作業(yè)模式,同時搭建國土資源云GIS平臺,實(shí)現(xiàn)多源數(shù)據(jù)存儲、分發(fā)和計算服務(wù),建設(shè)與國土資源執(zhí)法監(jiān)察新形勢相適應(yīng)的執(zhí)法監(jiān)察新體系,為國土資源管理提供高效的地理信息協(xié)同服務(wù),加快數(shù)字執(zhí)法向智能執(zhí)法的升級進(jìn)程,大大提高了國土資源執(zhí)法監(jiān)察部門的工作效率和執(zhí)法水平。

1 需求分析

國土資源執(zhí)法監(jiān)察工作是國土資源管理工作的重要組成部分,也是“雙保”工作當(dāng)中“保紅線”的必要保障,具有特殊的業(yè)務(wù)屬性和空間位置需求,與GIS技術(shù)相結(jié)合非常必要。從空間位置需求分析,國土資源執(zhí)法監(jiān)察與外業(yè)核查、調(diào)查取證、違法測量、現(xiàn)場處理等工作分不開；從業(yè)務(wù)屬性分析,首先,執(zhí)法監(jiān)察需要部門聯(lián)動、多級管理、共同負(fù)責(zé)的執(zhí)法機(jī)制,其次,土地違法需要集中整合多種業(yè)務(wù)信息進(jìn)行科學(xué)的綜合判斷。鑒于執(zhí)法監(jiān)察工作的獨(dú)特屬性,基于“數(shù)字國土”的建設(shè)理念[11],近幾年來,致力完成了國土資源執(zhí)法監(jiān)察數(shù)字化管理建設(shè),形成了數(shù)字執(zhí)法監(jiān)察體系,如圖1所示。

圖1 國土資源數(shù)字執(zhí)法監(jiān)察體系

數(shù)字執(zhí)法改變了傳統(tǒng)執(zhí)法的紙質(zhì)辦公工作模式,很大程度上提高了國土資源執(zhí)法監(jiān)察的工作效率和信息化水平,但是仍然存在需要盡快解決的實(shí)際問題,一是隨著新型城鎮(zhèn)建設(shè)的不斷演化和農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的升級發(fā)展,土地價值逐漸顯現(xiàn),土地違法、土地糾紛等案件逐漸向量大面廣多發(fā)的趨勢發(fā)展,導(dǎo)致土地執(zhí)法監(jiān)察工作呈現(xiàn)任務(wù)重、問題多、壓力大等新特點(diǎn),嚴(yán)重影響土地執(zhí)法監(jiān)察工作的連續(xù)性和經(jīng)常性,迫切需要運(yùn)用新的執(zhí)法監(jiān)察體系來創(chuàng)新開展工作,提高土地執(zhí)法管理效率和工作水平；二是由于利益驅(qū)動、依法用地意識不強(qiáng)、地方政府干預(yù)等原因,土地違法行為日趨多樣化、復(fù)雜化,要對各類土地違法行為達(dá)到全面準(zhǔn)確監(jiān)測,對各種土地違法案件做到快速處理分析,必須綜合運(yùn)用各種更加先進(jìn)、智能的云GIS技術(shù)手段[12],將現(xiàn)有的基于GIS的國土資源執(zhí)法監(jiān)察工作模式向云GIS環(huán)境下轉(zhuǎn)變。

2 總體設(shè)計

2.1 架構(gòu)設(shè)計

國土資源執(zhí)法監(jiān)察體系云GIS平臺遵循云計算基礎(chǔ)架構(gòu)的設(shè)計原則。云計算的基本架構(gòu)體系[13]分為基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)(infrastructure as a service,IaaS)、平臺即服務(wù)(platform as a service,PaaS)和軟件即服務(wù)(software as a service,SaaS),架構(gòu)體系如圖2所示。國土資源執(zhí)法監(jiān)察體系云GIS平臺總體的軟件架構(gòu)設(shè)計劃分為五個層次,即基礎(chǔ)設(shè)施層、軟件運(yùn)行環(huán)境層、信息資源層、應(yīng)用服務(wù)層和服務(wù)發(fā)布層,架構(gòu)層次如圖3所示?；A(chǔ)設(shè)施層又劃分為硬件基礎(chǔ)設(shè)施層和軟件基礎(chǔ)設(shè)施層,硬件基礎(chǔ)設(shè)施包括了數(shù)據(jù)存儲設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備和通用計算設(shè)備等；軟件基礎(chǔ)設(shè)施包含了服務(wù)的發(fā)布、共享、管理和編輯。軟件運(yùn)行環(huán)境層包括操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫、文件傳輸服務(wù)器、Web服務(wù)器以及軟件應(yīng)用服務(wù)器、GIS軟件等,共同組成云端運(yùn)行環(huán)境。信息資源層的建設(shè)基于國土資源管理部門歷史積累并且不斷更新的遙感衛(wèi)片、航空影像以及規(guī)劃、現(xiàn)狀等多源空間和專題數(shù)據(jù),通過空間參考變換、數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)等融合技術(shù)手段對多源異構(gòu)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一的組織和管理。應(yīng)用層包括基礎(chǔ)地圖服務(wù)、專題業(yè)務(wù)服務(wù)、多媒體服務(wù)和決策分析服務(wù)等。用戶層包括了用戶使用的各類智能移動設(shè)備。

圖2 云計算架構(gòu)

圖3 國土資源執(zhí)法監(jiān)察體系云GIS架構(gòu)

2.2 業(yè)務(wù)功能設(shè)計

結(jié)合北京市規(guī)土委朝陽分局國土資源管理的業(yè)務(wù)需求,國土資源執(zhí)法監(jiān)察體系應(yīng)用層設(shè)計為土地動態(tài)巡查客戶端系統(tǒng)和土地執(zhí)法監(jiān)察信息管理系統(tǒng)。其中土地動態(tài)巡查客戶端系統(tǒng)運(yùn)行于外網(wǎng),并使用虛擬加密通道,主要包含巡查任務(wù)接收與消息提醒、巡查數(shù)據(jù)采集與信息回傳、信息調(diào)用與數(shù)據(jù)更新、內(nèi)外業(yè)即時通信、部門協(xié)同辦公、導(dǎo)航定位等；土地執(zhí)法監(jiān)察信息管理系統(tǒng)同時運(yùn)行于內(nèi)網(wǎng)和外網(wǎng),通過網(wǎng)閘進(jìn)行物理隔離,外網(wǎng)使用虛擬加密通道,主要功能包含數(shù)據(jù)錄入與維護(hù)、信息查詢與統(tǒng)計分析、外業(yè)巡查數(shù)據(jù)接收與預(yù)處理、時節(jié)節(jié)點(diǎn)提醒、數(shù)據(jù)加密處理、項(xiàng)目管理、數(shù)字化檔案管理、地圖管理、衛(wèi)片變化自動監(jiān)測分析、任務(wù)下發(fā)與資源調(diào)度等模塊。功能體系如圖4所示。

圖4 總體業(yè)務(wù)功能結(jié)構(gòu)

3 系統(tǒng)應(yīng)用

3.1 土地動態(tài)巡查移動客戶端

土地動態(tài)巡查移動客戶端軟件采用超文本標(biāo)記語言5.0(hyper text makeup lauguage 5.0,HTML5)+層疊樣式表3.0(cascading style sheets 3.0,CSS3)+JS腳本語言(Javascript,JS)跨平臺開發(fā)框架[14],適用于安卓(Android)、蘋果(IOS)、微軟(Windows)等終端操作系統(tǒng)?？蛻舳诉\(yùn)行主界面如圖5所示。客戶端實(shí)時接收土地執(zhí)法監(jiān)察信息管理系統(tǒng)下發(fā)的定向巡檢任務(wù),并進(jìn)行消息提醒,消息內(nèi)容涵蓋巡檢次數(shù)、巡檢時間、違法情況、違法主體、土地坐落等土地違法信息。

系統(tǒng)支持以開放地理空間信息聯(lián)盟(open geospatial consortium,OGC)開放式協(xié)議的電子地圖服務(wù)和私有云發(fā)布的地圖服務(wù)[15],參考底圖地圖資源包含道路網(wǎng)格圖、歷年遙感影像等,通過移動通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)時獲取外業(yè)巡檢人員、車輛的位置信息,并實(shí)時回傳到土地執(zhí)法監(jiān)察信息管理系統(tǒng),形成軌跡記錄。巡檢人員可根據(jù)土地違法位置信息進(jìn)行導(dǎo)航定位,可利用云GIS的空間量測服務(wù),進(jìn)行點(diǎn)位、距離、面積量算,查詢權(quán)屬、四鄰等相關(guān)信息,輔助巡檢人員更加合理處置土地違法案件。如圖6所示。

3.2 土地執(zhí)法監(jiān)察信息管理系統(tǒng)

土地執(zhí)法監(jiān)察管理系統(tǒng)采用Java跨平臺計算機(jī)語言開發(fā),適用于Windows、IOS等電腦端操作系統(tǒng)。系統(tǒng)能夠自動接收國土資源管理內(nèi)網(wǎng)發(fā)布的土地違法項(xiàng)目,并將項(xiàng)目信息和巡檢任務(wù)按照屬地下發(fā)給指定巡檢人員。系統(tǒng)同時能夠?qū)?xiàng)目信息、檔案信息和地圖信息集中統(tǒng)一管理,形成“圖形-項(xiàng)目-檔案”聯(lián)動查詢,并能夠調(diào)用國土資源私有云發(fā)布的地圖數(shù)據(jù),基于地圖可實(shí)現(xiàn)查詢、規(guī)劃、測量和空間分析等。

4 結(jié)束語

本系統(tǒng)成功應(yīng)用于北京市規(guī)土委朝陽分局土地執(zhí)法監(jiān)察日常管理中,并取得了良好的效果和評價。雖然搭建了國土資源云GIS平臺,得到了初步的應(yīng)用,引入了視頻監(jiān)控、遙感監(jiān)測、移動巡查等新技術(shù)手段,但基于云GIS的土地執(zhí)法技術(shù)支撐體系發(fā)揮整體支撐作用還需要進(jìn)一步努力,例如,基于共享的理念,建設(shè)全國性的國土資源執(zhí)法監(jiān)察共享云GIS平臺將成為下一步努力方向,基于共享云GIS平臺,可以實(shí)現(xiàn)國土資源管理數(shù)據(jù)從鄉(xiāng)鎮(zhèn)街道、縣區(qū)、市級、省、自然資源部逐級上報、全面覆蓋的管理模式。另外,通過不斷引進(jìn)新技術(shù)、新設(shè)備,將為國土資源的科學(xué)管理提供有力的技術(shù)支撐與創(chuàng)新理念。