基于三調的江西省舉證核查云平臺的開發(fā)與應用

陳 瓊，謝秋昌

（1.江西省國土空間調查規(guī)劃研究院，江西 南昌 330025）

土地調查是我國法定的一項重要制度，是全面查實查清土地資源的重要手段[1]。2017年10月國務院下發(fā)的國發(fā)[2017]48號《關于開展第三次全國土地調查的通知》指出，開展第三次全國國土調查（以下簡稱三調）的目的是全面查清當前全國土地利用狀況，掌握真實準確的土地基礎數(shù)據(jù)，健全土地調查、監(jiān)測和統(tǒng)計制度，強化土地資源信息社會化服務，滿足經濟社會發(fā)展和國土資源管理工作的需要[2]。三調關系到生態(tài)文明建設全局，關系到第一個百年目標實現(xiàn)后、邁向實現(xiàn)現(xiàn)代化第二個百年目標的一系列最基礎的自然資源條件、國情以及國力的基礎判斷；也是整個自然資源系統(tǒng)最復雜、最重要的一項基礎性工作[3]。如何加強質量管理，確保三調數(shù)據(jù)成果的真實可靠，是亟待解決的難題。

隨著技術發(fā)展和需求引導，外業(yè)調查技術水平得到大幅提升，第一次全國土地調查使用平板儀等測量儀器開展調查，第二次全國土地調查使用GPS-RTK等設備開展數(shù)字化調查，傳統(tǒng)的外業(yè)調查模式費時、費力，作業(yè)效率不高，不能滿足當代自然資源管理的業(yè)務需求[4]。隨著3S技術的快速發(fā)展和“互聯(lián)網+”的廣泛應用，國土資源調查手段和技術方法不斷優(yōu)化與革新，在線舉證核查概念由此應運而生。它因可靠性強、效率高、成本低等優(yōu)勢，已得到廣泛應用[5-7]，保證了國土資源調查成果的全面、準確、客觀、現(xiàn)勢。然而，在線舉證核查技術才剛剛起步，仍不夠成熟，在海量數(shù)據(jù)處理、系統(tǒng)穩(wěn)定性以及更加智能化提升自然資源管理水平等方面，有待進一步優(yōu)化[8]。

為了更好地開展江西省三調工作，掌握真實準確的國土基礎數(shù)據(jù)，充分依托北斗衛(wèi)星定位、大數(shù)據(jù)、云計算和網絡安全策略等新技術，以全新的組織方式、調查技術、檢查方法提供完善的國土調查空間信息服務。鑒于此，本文利用“互聯(lián)網+”、3S和人臉識別等技術，充分考慮安全、效率等因素，探索建立了滿足三調需求的多級聯(lián)動、全程監(jiān)管、內外結合的省級舉證核查云平臺。該平臺不僅服務于調查工作取證，還引入人臉識別技術，實現(xiàn)了對舉證人員的有效管理和調度，從而為未來自然資源調查監(jiān)測監(jiān)管以及深化和拓展數(shù)據(jù)共享服務提供實踐基礎。

1 舉證核查平臺設計與開發(fā)

1.1 平臺總體框架設計

本文充分利用北斗衛(wèi)星定位、大數(shù)據(jù)、云計算、移動互聯(lián)網以及3S一體化等高新技術，建設省級“互聯(lián)網+”舉證核查云平臺，以滿足全省三調海量用戶、海量數(shù)據(jù)和高并發(fā)舉證的工作需要，滿足實時在線核查工作的需要，滿足與省內三調數(shù)據(jù)庫軟件系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)格式互通、與國家“互聯(lián)網+”在線核查平臺和智能調查云平臺無縫對接、確保任務下載和成果提交審核保持順暢的需要。

江西省舉證核查云平臺采用SOA架構以及數(shù)據(jù)與應用相分離的設計理念，通過服務接口進行數(shù)據(jù)應用和服務。省級舉證核查云平臺是一個內外業(yè)綜合工作系統(tǒng)，集數(shù)據(jù)采集、信息管理、數(shù)據(jù)分析于一體，自下而上分為云服務層、數(shù)據(jù)層、應用層、用戶層4層，如圖1所示。

圖1 江西省舉證核查云平臺總體架構設計

1）云服務層為平臺的正常運行提供基本保障，包括架設云存儲設施、數(shù)據(jù)庫服務器集群、Web應用服務器集群、GIS應用服務器集群、網絡與安全設施，以保證數(shù)據(jù)安全為原則，通過無線VPDN加密專網或互聯(lián)網為國土調查業(yè)務提供數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)傳輸、實時視頻等服務。

2）數(shù)據(jù)層主要包括電子地圖、切片影像數(shù)據(jù)、待舉證圖斑、舉證成果數(shù)據(jù)（含照片、視頻、掃描件）和業(yè)務數(shù)據(jù)。

3）應用層由“互聯(lián)網+”舉證與在線核查系統(tǒng)（省級、市級客戶端）、縣級在線舉證管理系統(tǒng)（Web端）和“互聯(lián)網+”在線調查舉證App（移動端）組成。“互聯(lián)網+”舉證與在線核查系統(tǒng)（省級客戶端）作為“指揮中樞”，主要負責數(shù)據(jù)管理、進度查看、成果在線審核、監(jiān)管調度和遠程指揮；“互聯(lián)網+”舉證與在線核查系統(tǒng)（市級客戶端）面向地市級審核單位，主要負責縣級提交成果的查收、在線高效審核、核查成果提交、設備管理等業(yè)務，實現(xiàn)成果查收、成果導出、消息通知、成果提交、設備管理、配置管理等功能；縣級在線舉證管理系統(tǒng)（Web端）是承上啟下的系統(tǒng)，主要負責舉證任務的上傳、待舉證任務的下發(fā)、舉證成果核查等工作；“互聯(lián)網+”在線調查舉證App（移動端）從用戶使用便捷性出發(fā)，為外業(yè)舉證人員提供移動端的舉證信息采集工作。

4）用戶層。系統(tǒng)用戶主要包括省級用戶、市級用戶、縣級用戶和舉證人員。省級用戶主要負責舉證數(shù)據(jù)導入、舉證成果接收、審核任務分發(fā)、舉證成果審核、舉證進度查看、遠程指揮調度、系統(tǒng)運行維護等工作；市級用戶主要負責舉證成果接收、舉證成果審核、遠程指揮調度、審核任務分發(fā)等工作；縣級用戶主要負責舉證任務導入、舉證任務分配、實時進度填報、舉證成果查收、舉證成果審核、舉證成果統(tǒng)計、舉證人員管理等工作；舉證人員主要負責舉證任務接收、任務在線舉證、新增舉證任務、舉證成果提交、舉證成果備份、實時視頻舉證等工作。

1.2 平臺功能設計

1.2.1 項目管理子系統(tǒng)

1）虛擬定位檢測和監(jiān)測模塊。該模塊主要是為了滿足據(jù)實調查和實地舉證相結合的調查要求：①系統(tǒng)自動檢測用戶手機上是否安裝有第三方虛擬定位軟件，若有，外業(yè)調查App將發(fā)出卸載警告并強制退出，無法登陸系統(tǒng)進行作業(yè)；②登錄外業(yè)調查App時，系統(tǒng)會同時通過4G網絡基站定位和GPS定位的方式自動請求位置記錄，并根據(jù)返回結果實時記錄位置差，當位置差超過設定的閾值時，系統(tǒng)將自動警告用戶并退出登錄。通過建立第三方虛擬定位軟件黑名單和引入4G網絡基站定位和GPS定位雙精度定位的方法，建立了一套邏輯嚴密、技術可行的反虛擬定位方法，以保障調查成果的真實可靠。

2）基于人臉識別和智能定位打卡的現(xiàn)場人員管理模塊。該模塊引入人臉識別簽到打卡功能，實現(xiàn)了對中標技術單位承諾投入人員的監(jiān)督。系統(tǒng)通過在外業(yè)調查App中內嵌百度人臉識別活體檢測模塊，同時結合電子圍欄技術，實現(xiàn)了對所有區(qū)縣投標承諾投入人員據(jù)實參與調查工作的監(jiān)管。系統(tǒng)要求監(jiān)管對象每天按時按指定區(qū)域打卡，監(jiān)管調查和管理人員投入到國土調查工作中。

1.2.2 外業(yè)舉證子系統(tǒng)

1）外業(yè)移動App，主要供調查舉證人員使用，包括舉證用戶注冊、舉證任務數(shù)據(jù)下載、外業(yè)舉證、成果上傳、數(shù)據(jù)備份與還原等功能。

2）舉證管理模塊，主要為舉證業(yè)務管理人員提供各項任務的分配與管理功能，包括人員審核、任務下發(fā)、成果管理和查詢統(tǒng)計等功能。

3）數(shù)據(jù)處理模塊，主要是為數(shù)據(jù)使用人員提供各項數(shù)據(jù)處理功能，包括數(shù)據(jù)加密、矢量影像切片等功能。

4）在線視頻互聯(lián)模塊，主要供省級管理人員與外業(yè)舉證人員在線視頻互聯(lián)使用，包括預約申請、在線視頻和視頻錄制等功能。

2 關鍵技術

2.1 基于云計算的SOA架構設計

根據(jù)云計算按需服務、高可擴展、高可用性等特點[9]以及SOA架構松耦合的特點，平臺采用基于云計算的SOA架構進行設計。平臺將各類資源和服務以私有云（IaaS和PaaS）的形式部署在基礎設施層、資源層、平臺服務層，以提高系統(tǒng)資源的利用率；在應用層調用基于Web服務封裝的分布在云端的各功能，通過應用模板和APIs服務化將國土調查項目管理子系統(tǒng)、國土調查外業(yè)舉證子系統(tǒng)打包成應用容器，并自動化部署，以SaaS的形式向各機構提供相關業(yè)務應用服務，基于統(tǒng)一平臺實現(xiàn)三調數(shù)據(jù)服務管理應用與新技術的完美結合，以提升平臺的擴展性和可用性以及用戶的云服務體驗。

2.2 基于統(tǒng)一授權和數(shù)據(jù)加密的安全保障技術

平臺提供對多用戶和分布式部署應用的支持，并采用統(tǒng)一授權審核和數(shù)據(jù)加密技術保證平臺用戶和數(shù)據(jù)的安全。采用zip壓縮或解壓算法處理業(yè)務辦理過程中上傳的附件材料和掃描件，對敏感數(shù)據(jù)采用DES加密技術進行加密。對于大容量信息，通過MD5加密技術“壓縮”成保密格式[10]，然后使用數(shù)字簽名軟件簽署私人密匙。通過數(shù)據(jù)加密技術，平臺獲取到發(fā)布服務器的機器特征碼，從而得到平臺發(fā)布的授權；同時平臺還支持設備授權認證，從而充分保障用戶數(shù)據(jù)的安全。

2.3 基于Web Service的多元信息服務技術

平臺需要對外提供多種數(shù)據(jù)服務。為保障對外服務的高質量和通用性，平臺在Web通用服務關鍵技術上選用Web Service作為主要服務模式。Web Service是一個可互操作的分布式應用程序技術，定義了應用程序如何在Web上實現(xiàn)互操作。只要通過Web Service標準，任何語言、任何平臺即可對這些服務進行登記信息查詢和訪問，形成一個開放的共享體系，具有良好的可擴展性。

2.4 大數(shù)據(jù)并發(fā)技術

江西省舉證核查云平臺是省級、市級、縣級多用戶使用的系統(tǒng)。針對大量數(shù)據(jù)訪問與使用易導致平臺和服務器崩潰的瓶頸，本文利用大數(shù)據(jù)并發(fā)技術來解決該問題，主要舉措為：

1）大量用戶訪問與使用使得單一數(shù)據(jù)庫的瓶頸很快顯現(xiàn)出來，充分利用數(shù)據(jù)庫集群或庫表散列優(yōu)勢，有效實現(xiàn)了各項業(yè)務的運行。

2）采用鏡像技術解決不同網絡接入商和地域帶來的用戶訪問速度差異，這是大型網站通常采用的提高性能和數(shù)據(jù)安全性的方式，數(shù)據(jù)定時更新或實時更新。

3）采用負載均衡技術解決高負荷訪問和大量并發(fā)請求。負載均衡技術已發(fā)展多年，服務提供的專業(yè)性和成熟度已經過考驗，是解決該類問題的終極辦法。

4）由于服務器工作需要大量內存，因此內存的分配和釋放顯得尤為重要。通過不斷改善數(shù)據(jù)結構和算法復制度來適當減少中間臨時變量的內存分配和數(shù)據(jù)復制時間，服務器本身也使用各自策略來提高效率。

5）服務器處理大量并發(fā)請求時，多個請求處理任務會搶占競爭一些資源，一般采用“鎖”機制來控制資源的占用，當一個任務占用資源時，鎖住資源，而其他任務則等待鎖的釋放，這種現(xiàn)象叫做鎖競爭。因此，盡可能減少并發(fā)請求對共享資源的競爭，如在允許的情況下關閉服務器訪問日志，可大大減少鎖等待的延遲時間。

2.5 云服務技術

云服務是基于互聯(lián)網的相關服務的增加、使用和交互模式，通常是通過互聯(lián)網來提供動態(tài)易擴展且經常是虛擬化的資源[11]。云計算系統(tǒng)由大量服務器組成，同時為大量用戶服務，因此平臺采用分布式存儲數(shù)據(jù)的云計算系統(tǒng)，以冗余存儲的方式（集群計算、數(shù)據(jù)冗余和分布式存儲）保證數(shù)據(jù)的可靠性。通過任務分解和集群，以低配機器替代超級計算機的性能來保證低成本，保證分布式數(shù)據(jù)的高可用、高可靠和經濟性。

3 “互聯(lián)網+”舉證核查云平臺的應用

“互聯(lián)網+”舉證核查云平臺具有安全、高效、便捷、低成本等特點，在江西省三調在線打卡考勤管理、外業(yè)調查舉證等工作中得到了全面應用，采集了全省100個縣（市、區(qū)），超過3 700萬張外業(yè)調查舉證照片，為國土調查成果提供了質量保障。

3.1 在三調考勤管理中的應用

為督促江西省三調縣級調查項目中標技術單位將技術人員全過程投入到三調項目中，保證足夠技術力量的投入，創(chuàng)新性地將人臉識別模塊引入舉證平臺，通過云平臺的模式，將現(xiàn)場打卡信息集成到現(xiàn)有舉證平臺上，實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和統(tǒng)計功能。省級部門每周、每月對各縣（市、區(qū)）進行考勤審核和排名，督促地方嚴格按要求落實考核人員現(xiàn)場作業(yè)，方便省級部門進行現(xiàn)場調度和考核。同時，基于系統(tǒng)豐富的統(tǒng)計手段，結合App可靠的人臉識別打卡技術，可精確實現(xiàn)縣級考核人員的屬地化管理，為三調調查成果提供質量保障。江西省舉證核查云平臺考勤管理界面如圖2所示。

3.2 在三調外業(yè)調查中的應用

外業(yè)舉證核查是三調的一項主要工作，依據(jù)已有圖斑編號、地類代碼、圖斑面積、中心點坐標、圖斑位置等信息，開展實地舉證核查。江西省三調中有10 000多名技術人員參與調查，江西省舉證核查云平臺共獲得了3 700余萬張三調舉證照片。同時，針對內業(yè)核查發(fā)現(xiàn)的問題，需要再次開展外業(yè)核查，平臺提供遠程視頻功能，可實現(xiàn)省級用戶與舉證人員之間的直接在線視頻互聯(lián)，省級用戶通過電腦實時查看現(xiàn)場情況，實現(xiàn)了核查的便捷性。

3.3 在變更調查中的應用

江西省2020年度國土變更調查利用江西省舉證核查云平臺輔助開展核查與監(jiān)測工作，根據(jù)軟件定位情況，開展實地調查舉證，督查核實圖斑調查的真實性。例如，技術人員利用江西省舉證核查云平臺輔助開展了274個災毀耕地圖斑的外業(yè)督查，經現(xiàn)場核實，最終認定災毀耕地上報國家。

4 結語

為了江西省三調工作的順利開展以及為三調成果質量提供重要支撐和服務，本文集成“互聯(lián)網+”國土調查技術等設計并開發(fā)了江西省舉證核查云平臺，已廣泛應用于三調、變更調查等工作中。特別是首創(chuàng)引入人臉識別技術，創(chuàng)新實現(xiàn)了國土調查信息獲取與人員監(jiān)管的一體化銜接，完善了利用互聯(lián)網進行國土外業(yè)調查舉證和在線監(jiān)管的新工作模式。

隨著生態(tài)文明建設的不斷推進，為適應“山水林田湖草”整體管理，面向未來自然資源調查與監(jiān)測監(jiān)管工作，在“互聯(lián)網+”舉證核查云平臺的基礎上，依托云計算服務，增強數(shù)據(jù)自動獲取、處理和服務能力，實現(xiàn)舉證核查云平臺的業(yè)務應用彈性擴展，進一步提高國土管理的精準水平，最終服務和支撐省級自然資源全民所有制的統(tǒng)一監(jiān)測監(jiān)管，促進經濟社會的可持續(xù)發(fā)展。