自然資源調(diào)查監(jiān)測管理平臺設計及實現(xiàn)

舒文強，肖 鄧，段松江，張少佳，吳鳳敏，錢 進

（1. 重慶市地理信息和遙感應用中心，重慶401147；2. 重慶市規(guī)劃和自然資源局，重慶401147）

隨著自然資源部的成立，土地、水、森林、草原、濕地及礦產(chǎn)等各類自然資源調(diào)查監(jiān)測劃分到了自然資源部。2020年1月，自然資源部出臺了《自然資源調(diào)查監(jiān)測體系構建總體方案》，明確了自然資源調(diào)查監(jiān)測的主要任務、工作內(nèi)容、業(yè)務體系和組織實施分工等[1-2]。重慶市也正在逐步構建自然資源調(diào)查監(jiān)測體系，明確了建設自然資源監(jiān)測管理平臺，為自然資源調(diào)查監(jiān)測評價應用提供全過程管理支撐，實現(xiàn)自然資源時空數(shù)據(jù)的集成和統(tǒng)一管理，支撐調(diào)查監(jiān)測業(yè)務管理，提供智能統(tǒng)計分析評價服務，推動自然資源監(jiān)管和成果共享應用。

1 功能設計與實現(xiàn)

1.1 功能設計

重慶市自然資源調(diào)查監(jiān)測管理平臺由1 個數(shù)據(jù)庫、1個綜合服務子系統(tǒng)、4個應用子系統(tǒng)構成。1個數(shù)據(jù)庫包含自然資源時空數(shù)據(jù)和調(diào)查監(jiān)測成果管理數(shù)據(jù)，1 個綜合服務子系統(tǒng)就是調(diào)查監(jiān)測綜合服務子系統(tǒng)，4 個應用子系統(tǒng)包含自然資源時空數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)、調(diào)查監(jiān)測管理子系統(tǒng)、分析評價預警子系統(tǒng)、成果共享應用子系統(tǒng)。

系統(tǒng)將統(tǒng)籌調(diào)查監(jiān)測數(shù)據(jù)、自然資源和空間地理數(shù)據(jù)庫、時空大數(shù)據(jù)庫等各類數(shù)據(jù)資源，構建自然資源監(jiān)測管理應用的時空數(shù)據(jù)庫，并提供統(tǒng)一數(shù)據(jù)匯聚、管理、處理與服務能力。數(shù)據(jù)管理按照統(tǒng)一的信息分類編碼體系、統(tǒng)一的信息資源目錄體系、統(tǒng)一的面向對象數(shù)據(jù)組織。

系統(tǒng)將構建統(tǒng)一應用的綜合服務系統(tǒng)，統(tǒng)籌自然資源監(jiān)測過程中數(shù)據(jù)展示、成果管理、分析預警、應用共享等四大業(yè)務體系，集成、整合、繼承自然資源調(diào)查監(jiān)測類信息系統(tǒng)的相關功能和數(shù)據(jù)，打通自然資源調(diào)查、監(jiān)測、管理、分析、評價、預警、應用全業(yè)務鏈，形成整體的工作閉環(huán)。

1.2 平臺功能實現(xiàn)

1.2.1 綜合服務子系統(tǒng)

綜合服務子系統(tǒng)聯(lián)通數(shù)據(jù)和上層應用系統(tǒng)，實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的匯聚和治理，以及負責整個自然資源調(diào)查監(jiān)測管理平臺正常運轉，主要包含系統(tǒng)登錄接口對接、系統(tǒng)初始界面、應用系統(tǒng)入口、用戶管理、數(shù)據(jù)匯聚、權限管理等。通過綜合服務子系統(tǒng)實現(xiàn)了便捷的用戶管理，并基于用戶權限對系統(tǒng)的相關功能和數(shù)據(jù)內(nèi)容進行分權限管理，同時實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的動態(tài)匯聚更新，支持資源排行、數(shù)據(jù)庫新聞、匯聚動態(tài)、熱點數(shù)據(jù)、資源使用和專題資源排行等內(nèi)容的展示與瀏覽。

1.2.2 時空數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)

利用大數(shù)據(jù)、云計算等技術，以及三維立體時空數(shù)據(jù)庫構建技術，面向調(diào)查監(jiān)測的三維全景技術等，實現(xiàn)對土地、礦產(chǎn)、森林、草原、濕地、水等自然資源數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理，實現(xiàn)快捷、有效地全流程信息查詢、時空關聯(lián)查詢，綜合查詢統(tǒng)計分析以及自然資源變化動態(tài)更新[3]。

系統(tǒng)以目錄樹形式，建立形成覆蓋全市、標準統(tǒng)一的自然資源監(jiān)測目錄，整合地下資源、地表基質、地表覆蓋、管控管理數(shù)據(jù)按照數(shù)據(jù)類別、層次和關系，建立自然資源監(jiān)測數(shù)據(jù)目錄，形成數(shù)據(jù)共建、共享、共用的索引。利用自然資源時空數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)的二三維數(shù)據(jù)瀏覽引擎，采用二三維交互可視化表達方式，展示地上、地表和地下多維度空間的自然資源數(shù)據(jù)，二維方式展示地表或地上某一平面維度的自然資源狀況，三維方式展示具有地形地貌屬性特征或地上、地下空間的自然資源狀況。此外，基于自然資源時空數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)強大的數(shù)據(jù)關聯(lián)能力和時空管理能力，建立自然資源在不同時期，不同階段，不同狀態(tài)下的全流程的關聯(lián)關系，形成以時間為維度的全流程展示[4]。

1.2.3 調(diào)查監(jiān)測管理子系統(tǒng)

調(diào)查監(jiān)測管理子系統(tǒng)采用“互聯(lián)網(wǎng)+”管理模式，實現(xiàn)國家自然資源部、重慶市規(guī)劃和自然資源局、其他行業(yè)部門、規(guī)劃和自然資源各業(yè)務處室以及區(qū)縣規(guī)劃和自然資源局等機構單位縱向與橫向聯(lián)動的數(shù)據(jù)管理和共享，包括調(diào)查監(jiān)測類項目管理、業(yè)務流程監(jiān)管和成果管理模塊[4]。

針對不同的自然資源調(diào)查、監(jiān)測項目，建立涵蓋項目立項、項目資金、承擔單位、實施進度、成果質量等全流程的管理體系，保障項目建設的規(guī)范化、成果規(guī)范化、監(jiān)控的自動化，便于實時查看項目進度及質量狀況，實現(xiàn)對項目進度和質量的監(jiān)督、管理、控制等，具體包括項目創(chuàng)建、項目指派、進度填報等功能，最終實現(xiàn)全局調(diào)查監(jiān)測項目的統(tǒng)管[5]。

針對土地利用年度更新、自然資源常規(guī)監(jiān)測、地理國情監(jiān)測等項目建立固化的流程管理，實現(xiàn)項目任務和數(shù)據(jù)資料的下發(fā)、成果上報、核實舉證、成果匯交等全流程任務和時間信息化管理支撐。

根據(jù)自然資源業(yè)務管理需要，對所有涉及自然資源調(diào)查、監(jiān)測相關成果進行統(tǒng)一管理，包括由自然資源行業(yè)主管部門組織開展、聯(lián)合發(fā)文開展的以及其他行業(yè)部門開展的自然資源調(diào)查監(jiān)測項目成果，實現(xiàn)全市所有自然資源的統(tǒng)一匯聚、管理及應用。通過用戶角色及權限管理，系統(tǒng)將自動為用戶提供不同的操作界面，支持用戶進行成果登記，成果查詢及匯交等功能。

1.2.4 分析評價預警子系統(tǒng)

分析評價預警子系統(tǒng)基于物聯(lián)網(wǎng)、遙感、大數(shù)據(jù)等技術的多源數(shù)據(jù)調(diào)用技術，通過與綜合服務子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)聯(lián)動，結合調(diào)查監(jiān)測管理系統(tǒng)的業(yè)務管理需求，通過一系列設計的系統(tǒng)內(nèi)嵌式分析模型，按照分析要求自動獲取或手動輸入相關參數(shù)，生成定量化的分析結果，為規(guī)劃與自然資源管理提供決策支撐。同時基于系統(tǒng)設置的相關預警閾值指標，實現(xiàn)單項自然資源預警和綜合預警以及事中、事后督察聯(lián)動管理等，具體功能包括模型庫管理、基礎統(tǒng)計、自定義專題統(tǒng)計、分析評價、預警聯(lián)動等。

系統(tǒng)以資源保護、修復治理和開發(fā)利用3 個板塊為代表，體現(xiàn)了對自然資源的保護優(yōu)先、開發(fā)利用和修復治理同步的原則，從宏觀指標的保護到空間范圍的保護，按照自然資源調(diào)查監(jiān)測統(tǒng)計指標（包括基礎指標和復合指標），開展自然資源基礎統(tǒng)計，分類、分項統(tǒng)計自然資源調(diào)查監(jiān)測數(shù)據(jù)，形成基本的自然資源現(xiàn)狀和變化成果。對統(tǒng)計匯總結果按全市、各區(qū)縣、管理單元、資源類型、年份等分別以列表、統(tǒng)計圖、統(tǒng)計表、專題圖等形式進行展示。

同時，面向行政監(jiān)管和督查監(jiān)察執(zhí)法需求，實時鏈接調(diào)查監(jiān)測數(shù)據(jù)、規(guī)劃管控、管理審批和經(jīng)濟社會數(shù)據(jù)動態(tài)，實現(xiàn)專有預警分析模型和規(guī)則運算，對約束性、強制性要素和指標進行分析和預警判別，發(fā)現(xiàn)規(guī)劃和自然資源問題，形成問題清單，自動輸出報表、統(tǒng)計圖、分布圖、標準模板報告、空間數(shù)據(jù)及信息包，包括三線管控預警、閑置土地預警和違法用地預警等，并通過信息回饋實現(xiàn)跟蹤預警，實現(xiàn)事中監(jiān)管和事后監(jiān)督的業(yè)務閉環(huán)[6]。此外，對三調(diào)成果、林業(yè)二類調(diào)查、濕地調(diào)查、水資源調(diào)查以及國土空間雙評價等成果進行比對分析，厘清不同調(diào)查監(jiān)測工作之間的邏輯關系和數(shù)據(jù)差異及其原由，建立統(tǒng)一的基礎分析評價模型[7]。

1.2.5 成果共享應用子系統(tǒng)

成果應用共享子系統(tǒng)主要實現(xiàn)對各類自然資源調(diào)查監(jiān)測數(shù)據(jù)、統(tǒng)計分析數(shù)據(jù)的成果發(fā)布和成果應用共享，主要包括展示當前系統(tǒng)數(shù)據(jù)服務共享及使用情況、系統(tǒng)資源目錄、熱點數(shù)據(jù)排行等，提供數(shù)據(jù)資源申請服務、接口調(diào)用服務、應用案例和常用下載等服務以及覆蓋主流技術的二次開發(fā)API，為政府部門、社會公眾提供方便快捷的應用開發(fā)支持，推動應用創(chuàng)新，擴展價值空間[8]。

2 關鍵技術難點及創(chuàng)新

自然資源調(diào)查監(jiān)測管理平臺是一個龐大復雜的多服務系統(tǒng)，為支撐自然資源調(diào)查監(jiān)測業(yè)務管理工作，既涉及海量的多源異構數(shù)據(jù)處理分析，又涉及自然資源調(diào)查監(jiān)測各業(yè)務板塊子系統(tǒng)的銜接，同時還需要與自然資源領域國土空間信息平臺、自然資源和空間地理數(shù)據(jù)庫等其他業(yè)務系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫的共享融合。此外，自然資源調(diào)查監(jiān)測管理工作涉及面廣，用戶層級多、權限管理要求高，為保障系統(tǒng)安全，需要對用戶信息進行統(tǒng)一認證與維護。

2.1 微服務架構技術

自然資源調(diào)查監(jiān)測管理平臺由多個子系統(tǒng)構成，各子系統(tǒng)之間存在相互獨立的業(yè)務流程和彼此關聯(lián)的數(shù)據(jù)交互，是一個大型的、復雜的多服務組成結構。同時，自然資源領域國土空間信息平臺、自然資源和空間地理數(shù)據(jù)庫等自然資源領域其他業(yè)務系統(tǒng)多接口對接和共享融合，涉及海量多源異構數(shù)據(jù)的處理分析[9]。

為保障平臺穩(wěn)定運行，解決海量異構數(shù)據(jù)的處理分析難點，同時維持各個子系統(tǒng)之間的低耦合性，平臺采用微服務架構對各個子系統(tǒng)進行服務層面上的拆分，讓各子系統(tǒng)在共用同一個數(shù)據(jù)池的基礎上維持獨立服務，既實現(xiàn)各子系統(tǒng)的獨立運行，也實現(xiàn)各個子系統(tǒng)獨立更新與維護。

2.2 單點登錄技術

傳統(tǒng)的信息化系統(tǒng)中，用戶在進入各個子系統(tǒng)時，都需要登錄，以便系統(tǒng)能獲取到用戶信息，在切換用戶信息過程中需要多次登錄，十分影響用戶體驗，也容易造成用戶數(shù)據(jù)泄露，不利于系統(tǒng)安全。自然資源調(diào)查監(jiān)測管理平臺引入單點登錄技術進行用戶信息的認證與維護，用戶只需要登錄一次就可以訪問所有相互信任的應用系統(tǒng)，即用戶登錄采用token 的方式，走統(tǒng)一認證中心進行驗證，驗證通過后即可訪問各授權子系統(tǒng)，以達到一次登錄多處使用的目的。token由平臺的認證中心統(tǒng)一加密生成，瀏覽器訪問子系統(tǒng)資源時，將token信息綁定到http請求，子系統(tǒng)在本地緩存token，避免頻繁訪問認證中心造成資源浪費，從而提高服務器響應速度。當token 失效時，認證中心將通知所有已注冊子系統(tǒng)清除緩存中失效的to?ken信息。

3 結 語

本文以自然資源監(jiān)測成果和遙感影像數(shù)據(jù)為基礎，充分利用GIS、RS和物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等技術研發(fā)出重慶市自然資源監(jiān)測管理平臺。平臺建立了以自然資源統(tǒng)一調(diào)查監(jiān)測為基礎的山水林田湖草專項調(diào)查、空間管控、物聯(lián)感知、資源開發(fā)利用、生態(tài)修復等信息融合，形成自然資源管理“一張底板”、“一套數(shù)據(jù)”，實現(xiàn)對自然資源調(diào)查監(jiān)測管理業(yè)務全生命周期管理，保障自然資源管理工作數(shù)據(jù)的完整性、及時性。同時，平臺深度運用物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)技術，打通了自然資源調(diào)查、監(jiān)測、分析、預警及管理應用全業(yè)務鏈，形成整體的工作閉環(huán)，支撐自然資源管理從周期性調(diào)查向動態(tài)性監(jiān)測的轉型升級。目前該平臺已成功實現(xiàn)重慶市常規(guī)監(jiān)測、地理國情監(jiān)測、土地變更調(diào)查等多個自然資源監(jiān)測的管理應用和展示，為各級自然資源部門工作提供信息化支撐。今后將進一步完善平臺功能，提高平臺功能可配置性以及功能模塊平衡性，切實為自然資源“兩統(tǒng)一”履職提供技術支撐保障。