基于移動GIS的土地增減掛鉤系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

曹吉萍 唐芝青 陽德志

摘? 要：目前在土地增減掛鉤項目實施工作中存在著現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集效率低，不同事項數(shù)據(jù)比對麻煩等問題。針對在實施工作中碰到的疑難點，通過對增減掛鉤項目實施過程中的業(yè)務(wù)需求分析、功能設(shè)計以及移動GIS技術(shù)的有機(jī)結(jié)合，構(gòu)造基于移動GIS的土地增減掛鉤系統(tǒng)，該系統(tǒng)將有效解決土地增減掛鉤項目實施過程中存在的一些問題，改進(jìn)作業(yè)流程，提高項目實施工作效率。

關(guān)鍵詞：移動GIS；土地增減掛鉤；系統(tǒng)設(shè)計

中圖分類號：TP311.5? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? 文章編號：2096-4706（2023）10-0084-04

Abstract： At present， there are some problems in the implementation work of land increase or decrease link project， such as low efficiency of field data collection， trouble in comparison of data at different matters and so on. In view of the difficult points met in implementation work， through the organism combination of project requirement analysis， functional design， and mobile GIS technology in the process of increase or decrease link project implementation work， this paper constructs the land increase and decrease link system based on mobile GIS. The system will effectively solve some existing problems in project implementation process of land increase and decrease link project， improve the operation process， and enhance the working efficiency of the project implementation.

Keywords： mobile GIS; land increase and decrease link; system design

0? 引? 言

土地增減掛鉤是指依據(jù)土地利用總體規(guī)劃，將若干擬整理復(fù)墾為耕地的農(nóng)村建設(shè)用地地塊（即拆舊地塊）和擬用于城鎮(zhèn)建設(shè)的地塊（即建新地塊）等面積共同組成建新拆舊項目區(qū)（簡稱項目區(qū)），通過建新拆舊和土地整理復(fù)墾等措施，在保證項目區(qū)內(nèi)各類土地面積平衡的基礎(chǔ)上，最終實現(xiàn)建設(shè)用地總量不增加、耕地面積不減少、質(zhì)量不降低、城鄉(xiāng)用地布局更合理的目標(biāo)。

目前，土地增減掛鉤工作已推行多年，各地方的相關(guān)試點也在有條不紊的推進(jìn)。在增減掛鉤項目的實施過程中，存在著現(xiàn)場數(shù)據(jù)收集難，不同時相數(shù)據(jù)采集比對難等亟需解決的問題。因此開發(fā)一套能夠幫助工作人員解決如上問題的移動GIS應(yīng)用就顯得尤為重要。

本系統(tǒng)基于移動GIS與相關(guān)的數(shù)據(jù)加密算法進(jìn)行開發(fā)，著重解決用戶的現(xiàn)場勘測核查、不同時相數(shù)據(jù)采集，并具備數(shù)據(jù)加密能力，在一定程度上提升整體系統(tǒng)的安全性能。系統(tǒng)的部署使用將有效的支持土地增減項目工程實施推進(jìn)工作。

1? 系統(tǒng)設(shè)計

1.1? 業(yè)務(wù)需求分析

在土地增減掛鉤項目實施過程中，經(jīng)常需要工作人員前往現(xiàn)場實施地點進(jìn)行勘測定位、量算、核查進(jìn)度等相關(guān)工作，確認(rèn)現(xiàn)場施工范圍和項目劃分范圍、面積一致，現(xiàn)場拍照采集影音資料，在不同的施工階段還需要對同一位置進(jìn)行重復(fù)的數(shù)據(jù)采集比對，并在后期將數(shù)據(jù)傳入PC端進(jìn)行轉(zhuǎn)換分析使用，具體業(yè)務(wù)流程如圖1所示。在本文中實現(xiàn)的增減掛鉤系統(tǒng)需要具有地圖定位、數(shù)據(jù)查詢、軌跡采集、草繪量算、不同時相數(shù)據(jù)核查采集、數(shù)據(jù)加解密等功能。在系統(tǒng)完成后將優(yōu)化現(xiàn)有的工作作業(yè)流程，為增減掛鉤項目的順利實施推進(jìn)提供有力支撐。

1.2? 系統(tǒng)總體架構(gòu)

增減掛鉤整體系統(tǒng)采用C/S（Client-Server）架構(gòu)，移動端App使用Java和Object-C基于ArcGIS Mobile SDK進(jìn)行開發(fā)，運行在Android、Harmony、IOS操作系統(tǒng)上，數(shù)據(jù)庫使用輕量級的SQLite數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)影像地圖加載、矢量數(shù)據(jù)加載、現(xiàn)場定位、草繪量算、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)加解密等功能；PC端使用C#基于.NetFramework、ArcGIS Engine、GDAL（Geospatial Data Abstraction Library）進(jìn)行開發(fā)，運行在Windows 7及以上操作系統(tǒng)上，PC端數(shù)據(jù)庫主要使用SQLite數(shù)據(jù)庫，矢量數(shù)據(jù)的存儲使用Shapefile以及GDB （ArcGIS文件地理數(shù)據(jù)庫），主要實現(xiàn)采集數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、影像矢量數(shù)據(jù)切片、統(tǒng)計分析、數(shù)據(jù)加解密等功能?；跀?shù)據(jù)保密等原因，移動端與PC端不進(jìn)行直接網(wǎng)絡(luò)通信，兩者間的數(shù)據(jù)在進(jìn)行加密后通過物理拷貝的方式進(jìn)行交互，總體系統(tǒng)架構(gòu)如圖2所示。

1.3? 數(shù)據(jù)庫設(shè)計

整體數(shù)據(jù)構(gòu)成中包含基礎(chǔ)影像數(shù)據(jù)庫、空間矢量數(shù)據(jù)庫、業(yè)務(wù)采集數(shù)據(jù)庫?；A(chǔ)影像數(shù)據(jù)庫包含不同時相的影像地圖數(shù)據(jù)；空間矢量數(shù)據(jù)庫包含行政范圍、項目實施范圍、土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)等相關(guān)聯(lián)的矢量數(shù)據(jù)；業(yè)務(wù)采集數(shù)據(jù)庫主要包含核查采集數(shù)據(jù)、草繪量算數(shù)據(jù)、軌跡數(shù)據(jù)等。相關(guān)數(shù)據(jù)使用SQLite數(shù)據(jù)庫來進(jìn)行存儲與管理。

2? 相關(guān)技術(shù)分析

2.1? 基于時間維度的核查數(shù)據(jù)采集

在現(xiàn)場核查以及數(shù)據(jù)采集時，工作人員不但要核查現(xiàn)場實際施工狀態(tài)和采集數(shù)據(jù)，還需要與當(dāng)前位置不同時間維度的已采集數(shù)據(jù)進(jìn)行比對分析，本系統(tǒng)在數(shù)據(jù)采集時引入了時間維度的概念，對同一空間位置的采集數(shù)據(jù)，可以根據(jù)項目的實施進(jìn)度分為不同的時相來進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，并將不同時相所采集到的影像資料放在一起比對，能夠在現(xiàn)場直接發(fā)現(xiàn)問題解決問題，這對于確保項目施工達(dá)到預(yù)期目標(biāo)具有重大意義。

2.2? 矢量數(shù)據(jù)加密

加密算法分為對稱加密算法和非對稱加密算法，加密算法作為計算機(jī)通信安全的基石，在保證數(shù)據(jù)安全方面起著重要的作用，非對稱加密的加密和解密分別使用不同的規(guī)則（秘鑰），只要這兩種規(guī)則（秘鑰）之間存在某種對應(yīng)關(guān)系，主要加密算法有以三位作者姓名首字母命名的加密算法（Ron Rivest、Adi Shamir、Len Adleman， RSA）、數(shù)字簽名算法（Digital Signature Algorithm， DSA）、橢圓曲線密碼編碼學(xué)（Elliptic Curves Cryptography， ECC）、秘鑰協(xié)商算法（Diffie-Hellman， DH）等，但在加解密的速度上遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于對稱加密，不適合用于大數(shù)據(jù)量的加解密操作；對稱加密的加密和解密都用同一規(guī)則（秘鑰）算法，主要加密算法有高級加密標(biāo)準(zhǔn)算法（Advanced Encryption Standard， AES）、三重數(shù)據(jù)加密算法（Triple Data Encryption Algorithm， 3DES）、數(shù)據(jù)加密標(biāo)準(zhǔn)算法（Data Encryption Standard， DES）、國際數(shù)據(jù)加密算法（International Data Encryption Algorithm， IDEA）等，對稱加密的安全性低于非對稱加密，但是加解密速度快。

綜合項目實際考慮，當(dāng)前系統(tǒng)選擇使用非對稱加密和對稱加密混合的方式對矢量數(shù)據(jù)進(jìn)行加密，先將矢量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為SQLite數(shù)據(jù)庫再以對稱加密的形式加密數(shù)據(jù)庫中的所有數(shù)據(jù)，以非對稱加密的形式加密對稱加密所使用的秘鑰，以達(dá)到能夠同時兼容安全和速度的要求。

2.3? GDAL庫

地理空間數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換庫（Geospatial Data Abstraction Library， GDAL）是一個在X/MIT許可協(xié)議下的開源柵格空間數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換庫。它利用抽象數(shù)據(jù)模型來表達(dá)所支持的各種文件格式。OGR是GDAL庫的一個分支，提供對矢量數(shù)據(jù)的支持。有很多著名的GIS類產(chǎn)品都使用了GDAL/OGR庫，包括ESRI的ARCGIS，Google Earth和跨平臺的GRASS GIS系統(tǒng)。利用GDAL/OGR庫，可以使基于Linux、Windows的地理空間數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)提供對矢量和柵格文件數(shù)據(jù)的支持。

當(dāng)前本文系統(tǒng)主要使用GDAL庫來進(jìn)行矢量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、空間數(shù)據(jù)查詢、柵格數(shù)據(jù)處理等系統(tǒng)功能的實現(xiàn)，使用GDAL能夠大幅提高相應(yīng)地理信息數(shù)據(jù)處理的速度，且整體處理過程更透明可控。

3? 系統(tǒng)功能設(shè)計與實現(xiàn)

3.1? 增減掛鉤移動端功能設(shè)計與實現(xiàn)

增減掛鉤系統(tǒng)移動端主要用于現(xiàn)場定位、核查采集，系統(tǒng)設(shè)計的功能有GPS定位、圖層基本操作、屬性數(shù)據(jù)查詢、空間數(shù)據(jù)查詢、草繪量算、核查采集、軌跡、數(shù)據(jù)管理。移動端主界面如圖3所示。

1）定位功能：通過代碼調(diào)用移動端本身自帶的GPS模塊實現(xiàn)，可在加載的影像或矢量圖層上以圖標(biāo)的形式顯示當(dāng)前位置以及以文本形式顯示經(jīng)緯度坐標(biāo)，在必需的情況下，還可以通過藍(lán)牙連接外置北斗定位模塊來提高定位精度。

2）圖層基本操作：包括常用的GIS功能，比如地圖的放大、縮小、隱藏、加載顯示、平移以及圖層管理，等等。

3）屬性數(shù)據(jù)查詢：對系統(tǒng)加載的矢量圖層數(shù)據(jù)可以進(jìn)行屬性模糊查詢，查詢結(jié)果將以列表形式顯示，可以自定義查詢結(jié)果顯示格式、查詢字段，點擊查詢結(jié)果列表中的任一記錄，將定位至該記錄對應(yīng)的空間位置，并顯示其具體屬性值。

4）空間數(shù)據(jù)查詢：系統(tǒng)已加載顯示的所有矢量數(shù)據(jù)都可以通過在地圖上進(jìn)行點擊的方式進(jìn)行空間查詢，選中要素將高亮顯示，并在點擊的位置彈出面板，顯示對應(yīng)的要素的具體屬性值。

5）草繪量算：通過在移動端的顯示地圖上直接繪制幾何線和幾何面，顯示繪制的幾何圖形的長度或面積，并保存至數(shù)據(jù)庫，這樣可以讓用戶在現(xiàn)場即可確認(rèn)施工的大致范圍面積是否匹配。

6）核查采集：在移動端顯示的地圖上繪制幾何點，并在幾何點上掛接文字屬性、照片、音頻等信息，并保存至數(shù)據(jù)庫，用戶可以在現(xiàn)場打開已繪制的核查采集點，增加不同時相的照片、音頻，進(jìn)行橫向比對，確認(rèn)不同時相的施工變化情況。

7）軌跡：通過定位功能，以后臺運行的方式實時獲取當(dāng)前的位置數(shù)據(jù)，并以日期作為單位，形成當(dāng)前日期的實時軌跡線，在后期可以拷貝至PC端進(jìn)行轉(zhuǎn)換，以供判斷移動端使用者是否到實地進(jìn)行了現(xiàn)場核查。

8）數(shù)據(jù)加密：所有的采集數(shù)據(jù)（草繪量算、核查采集、軌跡等）在保存至數(shù)據(jù)庫時都需要對內(nèi)容進(jìn)行加密，作為保證數(shù)據(jù)安全的防范方法。

9）數(shù)據(jù)管理：用戶可以通過移動端的數(shù)據(jù)管理界面，管理核查采集、草繪量算、軌跡等自定義數(shù)據(jù)的顯示和隱藏，避免因加載過多數(shù)據(jù)導(dǎo)致的地圖顯示雜亂問題。

3.2? 增減掛鉤PC端功能設(shè)計與實現(xiàn)

增減掛鉤PC端主要是用于將基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行切片轉(zhuǎn)換加密處理和后期移動端采集數(shù)據(jù)解密轉(zhuǎn)換處理，系統(tǒng)設(shè)計的功能有影像切片、矢量轉(zhuǎn)換、核查采集數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、核查數(shù)據(jù)加載查詢、地圖基礎(chǔ)功能、系統(tǒng)基礎(chǔ)功能。PC端主界面如圖4所示。

1）影像切片：將原始的tif（Tagged Image File Format）等柵格數(shù)據(jù)切片生成tpk（ArcGIS Map Tile Package）文件，并對tpk文件進(jìn)行加密。

2）矢量轉(zhuǎn)換：將Shapefile、GDB（ArcGIS文件地理數(shù)據(jù)庫）等矢量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為SQLite數(shù)據(jù)庫，并對數(shù)據(jù)庫內(nèi)容進(jìn)行加密。

3）移動端數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換：以工程的形式將移動端所有采集數(shù)據(jù)（草繪量算、核查采集、軌跡等）進(jìn)行解密并轉(zhuǎn)換成矢量數(shù)據(jù)，矢量數(shù)據(jù)的格式可以選擇為Shapefile或GDB（ArcGIS文件地理數(shù)據(jù)庫）。

4）核查數(shù)據(jù)加載查詢：以工程的形式將已轉(zhuǎn)換的移動端采集數(shù)據(jù)在PC端中進(jìn)行選擇性加載，并且使用自定義界面來查看核查采集數(shù)據(jù)，可同時查看同一核查采集點的不同時相的照片和音頻數(shù)據(jù)來進(jìn)行橫向比對。

5）地圖基礎(chǔ)功能：包括地圖的放大、縮小、平移、全圖、顯示、隱藏、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換、標(biāo)注、符號化，等等。

6）系統(tǒng)基礎(chǔ)功能：配置文件設(shè)置、用戶管理、工程管理、數(shù)據(jù)導(dǎo)入導(dǎo)出、查詢統(tǒng)計，等等。

4? 結(jié)? 論

隨著移動GIS越發(fā)普及深入與技術(shù)設(shè)備的更新突破，移動GIS相關(guān)應(yīng)用越來越多的出現(xiàn)在我們的身邊，在有關(guān)項目上的應(yīng)用也越來越廣泛，在本文中通過開發(fā)基于移動GIS的增減掛鉤系統(tǒng)，既解決了現(xiàn)有增減掛鉤項目實施過程中存在的一些問題，改進(jìn)了相關(guān)聯(lián)的作業(yè)流程，提高了工作效率，也在一定程度上為增減掛鉤項目的實施推進(jìn)提供了有力支持。

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作者簡介：曹吉萍（1988—），男，漢族，湖南耒陽人，工程師，本科，研究方向：地理信息系統(tǒng)。