廣東省縣級國土空間總體規(guī)劃成果質檢軟件設計與實現(xiàn)

周藝霖，韓 賡，廖 琪，曹鳳麗，向 強

（1.廣東省土地調查規(guī)劃院，廣東 廣州 510075；2.自然資源部陸表系統(tǒng)與人地關系重點實驗室，廣東 廣州 510075；3.吉奧時空信息技術股份有限公司，湖北 武漢 430223）

建設國土空間規(guī)劃“一張圖”實施監(jiān)督信息系統(tǒng)，形成層層疊加打開的國土空間規(guī)劃“一張圖”的核心是完成數(shù)據(jù)庫質檢、匯交和數(shù)據(jù)更新[1]，進而為國土空間規(guī)劃全鏈條管理提供信息化支撐[2]。縣級總體規(guī)劃數(shù)據(jù)庫成果應由省級自然資源主管部門質檢合格后向自然資源部匯交，納入全國國土空間規(guī)劃“一張圖”系統(tǒng)[3]。因此，縣級國土空間總體規(guī)劃數(shù)據(jù)庫質檢成為當前的重點任務，國內學者對空間數(shù)據(jù)庫的研究主要集中在數(shù)據(jù)庫建庫[4-6]、質檢規(guī)則制定[7-10]與空間數(shù)據(jù)質檢軟件設計[11-15]等方面；但對短時間內完成大批量的數(shù)據(jù)庫質檢、質檢全過程留痕管理、分布式質檢技術研究等方面鮮有提及。本文以廣東省為例，為保障縣級國土空間總體規(guī)劃數(shù)據(jù)庫的完整性和準確性，開發(fā)了一種空間數(shù)據(jù)分布式質檢方法與系統(tǒng)[16]，以統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫標準和質檢規(guī)則為基礎，研發(fā)統(tǒng)一的規(guī)劃數(shù)據(jù)庫成果質檢軟件，實現(xiàn)對縣級國土空間總體規(guī)劃數(shù)據(jù)庫成果的批量質檢和全流程管理，高效支撐國土空間規(guī)劃“一張圖”建設和運行。

1 軟件分析與設計

1.1 傳統(tǒng)質檢軟件問題分析

1）質檢過程耗時長。執(zhí)行質檢任務時，未考慮質檢任務的編排，對硬件資源利用率較低，多線程之間的調度開銷較大；對于互斥性的質檢任務，無法并行處理，導致質檢任務耗時較長。

2）業(yè)務流程自動化程度低?，F(xiàn)有成果質檢需要人工接收數(shù)據(jù)、創(chuàng)建任務、填寫質檢成果包所屬區(qū)縣、關聯(lián)外部數(shù)據(jù)路徑；再根據(jù)質檢結果人工判斷是否合格；最后導出質檢報告，自動化程度較低。

3）容錯率低。由于所有質檢任務都在單進程內執(zhí)行，若某個線程異常將導致應用程序異常，進而使整個工作進程崩潰，需重新啟動軟件進行再次質檢。

4）部署實施工作量巨大。以廣東省縣級規(guī)劃數(shù)據(jù)質檢為例，需要檢查124 個區(qū)縣的數(shù)據(jù)，且每個區(qū)縣數(shù)據(jù)存在多個版本，數(shù)據(jù)量巨大，需利用眾多的服務器資源，給軟件部署更新帶來了巨大的工作量。

1.2 用戶需求分析

用戶需求主要包括：①實現(xiàn)成果版本管理，縣級國土空間總體規(guī)劃成果存在一項成果多次提交的情況，因此需對各個版本的成果數(shù)據(jù)進行規(guī)范化管理，避免版本過多造成混亂；②實現(xiàn)批量質檢，縣級國土空間總體規(guī)劃成果存在集中在截止日期前提交和質檢的情況，質檢軟件應能在短時間內進行大批量質檢；③減少人工干預，實現(xiàn)質檢留痕，確保數(shù)據(jù)的準確性，并實現(xiàn)質檢全過程留痕，便于追溯管理；④實現(xiàn)與國檢軟件的對接，在質檢軟件中能覆蓋或直接集成調用國家檢查軟件，保障質檢成果符合國家要求；⑤與廣東省國土空間規(guī)劃“一張圖”實施監(jiān)督信息系統(tǒng)對接，以系統(tǒng)接口的方式進行集成，通過質檢軟件即可完成區(qū)縣國土空間規(guī)劃成果數(shù)據(jù)的在線匯交、審查、入庫；⑥實現(xiàn)用戶權限管理、質檢規(guī)則和方案管理、質檢任務管理、質檢結果管理、核查依據(jù)管理、成果數(shù)據(jù)管理、成果匯交入庫、數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析等功能。

1.3 質檢流程設計

根據(jù)用戶對國土空間規(guī)劃成果數(shù)據(jù)質檢的需求，基于統(tǒng)一質檢規(guī)則和數(shù)據(jù)庫標準，本文設計的數(shù)據(jù)質檢流程見圖1。

圖1 數(shù)據(jù)質檢流程設計

1.4 質檢規(guī)則構建

軟件共設計了80余項檢查規(guī)則，涵蓋了數(shù)據(jù)完整性檢查、空間數(shù)據(jù)基本檢查、空間屬性數(shù)據(jù)標準性檢查、空間圖形數(shù)據(jù)拓撲檢查、表格數(shù)據(jù)檢查、圖數(shù)一致性檢查等一般數(shù)據(jù)質量檢查內容，還針對縣級國土空間總體規(guī)劃的業(yè)務要求設計了規(guī)劃內容方面的特色質檢規(guī)則集，主要包括：①底線落實規(guī)則集用于確保永久基本農田、生態(tài)保護紅線、耕地保護目標、城鎮(zhèn)開邊界等底線不被突破，確保國土空間安全、有序發(fā)展，具體規(guī)則為永久基本農田是否規(guī)劃為耕地、永久基本農田是否劃入農田保護區(qū)、生態(tài)保護紅線是否劃入生態(tài)保護區(qū)等；②承諾落實規(guī)則集，為保障過渡期各項工作的順利開展，廣東省制定了承諾落實的相關政策要求，因此需要轉換為質檢規(guī)則，如過渡期已備案的規(guī)劃修改方案等是否規(guī)劃為相應的建設用地、已批復的成片開發(fā)方案是否位于城鎮(zhèn)開發(fā)邊界內集中建設區(qū)或規(guī)劃為城鎮(zhèn)建設用地，已劃入城鎮(zhèn)開發(fā)邊界的開發(fā)區(qū)是否規(guī)劃為建設用地等；③已批項目規(guī)則集，為確保已批項目落實相應用地規(guī)模，制定了國家和省已批用地項目（含增減掛鉤建新區(qū)）是否規(guī)劃為相應的建設用地、已批用海項目是否規(guī)劃為相應的規(guī)劃用地用海分類等規(guī)則；④規(guī)劃銜接規(guī)則集，縣級國土空間總體規(guī)劃應符合上位規(guī)劃的相關要求以及與其他專項規(guī)劃的銜接，如縣鄉(xiāng)級主體功能區(qū)定位是否符合《國家級和省級主體功能區(qū)名錄表》要求、國家級自然保護地是否做好銜接等。通過上述質檢規(guī)則的設計，確保了廣東省縣級國土空間規(guī)劃數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)完整、空間一致、圖數(shù)一致、指標落實、業(yè)務符合，為形成國土空間規(guī)劃“一張圖”奠定了堅實基礎。

2 軟件技術架構

廣東省縣級國土空間總體規(guī)劃數(shù)據(jù)庫質檢軟件采用分層模式進行設計與規(guī)劃，包括基礎層、數(shù)據(jù)層、服務層、應用層和用戶層。基礎層基于超融合HC 架構，以虛擬化技術為核心，利用aSV、aSAN、aNET、aSEC等組件將計算、存儲、網(wǎng)絡等虛擬資源融合到一臺標準服務器中，形成基準架構單元，多套單元設備可通過網(wǎng)絡聚合起來，實現(xiàn)模塊化的無縫橫向擴展（Scale-Out），形成統(tǒng)一的資源池。平臺層為應用層提供基礎的能力支撐，其中云計算管理平臺提供對深信服超融合、第三方資源池的管理和資源調配能力、自動化運維能力、快速響應能力、鏡像復制能力等，可快速復制擴展幾十臺質檢服務器，應對短時大批量質檢任務；Devops平臺提供持續(xù)集成與部署能力、自動化部署流程能力、批量腳本執(zhí)行能力等，極大地減少了運維工作量，縮短了功能上線的時間。服務層提供軟件基礎功能和業(yè)務功能的支撐，包括數(shù)據(jù)管理服務能力，即對編制成果包、指標數(shù)據(jù)、配置等進行管理；質檢任務調度服務能力，即根據(jù)國家質檢規(guī)則和省級自定義新增規(guī)則對成果包進行自動質檢、批量檢查、人工復查等；成果管理服務能力，即對質檢結果進行版本化管理。應用層為用戶對象，主要包括質檢員、復檢員、系統(tǒng)管理員等。

3 軟件主要功能模塊

軟件主要用于對各區(qū)縣提交的國土空間規(guī)劃總體規(guī)劃數(shù)據(jù)庫進行質檢、成果管理和統(tǒng)計分析。其主要功能模塊包括：①質檢方案管理模塊，負責質檢規(guī)則的配置組合和質檢結果的評分管理，根據(jù)不同類型成果數(shù)據(jù)質檢需求，通過規(guī)則選取快速形成不同的數(shù)據(jù)質檢和評分方案，還負責建立方案版本管理機制，根據(jù)質檢規(guī)則的變化，建立不同版本的方案，支持對已有方案及其質檢規(guī)則的瀏覽；②質檢任務管理模塊，對區(qū)縣提交的待檢數(shù)據(jù)創(chuàng)建質檢任務，輸入關聯(lián)的行政區(qū)代碼、任務名稱等關鍵信息，確保任務與成果包一一對應，便于對任務進行管理；③質檢結果管理模塊，所有質檢規(guī)則執(zhí)行結束后，軟件會自動生成列表形式的自動檢查數(shù)據(jù)的檢查錯誤信息和待復核數(shù)據(jù)的檢查信息，圖形檢查能實現(xiàn)錯誤點信息的圖形定位，便于質檢員查找錯誤原因；④數(shù)據(jù)管理模塊，負責廣東省124 個區(qū)縣相關規(guī)劃指標、文本和圖件的集成瀏覽與查詢應用；⑤用戶權限管理模塊，主要管理數(shù)據(jù)質檢和審核相關用戶的角色和權限，為不同的用戶角色，提供不同的功能權限，具有用戶信息增、刪、改、查，用戶角色管理，角色權限配置等常見功能；⑥人機交互檢查模塊，軟件按照設定的質檢規(guī)則進行檢查并提供圖文一體的操作界面，質檢員對空間不一致、圖件成果空間不一致的錯誤信息進行手動逐項核查，尤其是需要結合紙質文件審查的指標符合性檢查；⑦指標管理模塊，對國家下發(fā)的指標進行分解和管理，包括指標導入、編輯保存等功能，在復核階段復查人員根據(jù)各行政區(qū)的指標標準，對比相關指標文件信息，人工判讀成果包中的指標，人工標記不符合指標標準的數(shù)據(jù)，并說明錯誤原因；⑧成果匯交入庫模塊，區(qū)縣匯交到省級的質檢成果包由質檢系統(tǒng)統(tǒng)一接收和管理，質檢合格后則將成果納入到國土空間規(guī)劃“一張圖”中，實現(xiàn)國土空間規(guī)劃“一張圖”管理；⑨數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析模塊，提供全省匯交成果的統(tǒng)計與分析功能，包括各區(qū)縣編制成果匯交的總體情況、指標情況、質檢過程、質檢結果問題匯總情況、質檢評分情況等。

4 關鍵技術

4.1 空間數(shù)據(jù)分布式質檢技術

空間數(shù)據(jù)分布式質檢技術的核心是分布式質檢架構設計（圖2），由分布式質檢集群與分布式文件存儲集群組成。分布式質檢集群調度節(jié)點包括調度引擎和監(jiān)控引擎，調度引擎會依據(jù)質檢任務調度算法和監(jiān)控引擎收集的各質檢節(jié)點任務執(zhí)行信息實現(xiàn)自動化任務調度與分配。質檢節(jié)點接收到質檢任務后，從分布式質檢存儲集群獲取質檢成果包，緩存到質檢節(jié)點本地；然后執(zhí)行質檢任務。質檢節(jié)點任務監(jiān)控輔助進程實時收集該節(jié)點任務執(zhí)行信息、CPU內存等資源使用信息，并定時反饋給質檢調度節(jié)點。若質檢執(zhí)行組件需要升級，可單獨替換質檢節(jié)點的質檢程序，不影響整體質檢裝置，有效解決了傳統(tǒng)單進程多線程模式易崩潰的問題，實現(xiàn)多任務并行質檢。

圖2 分布式質檢架構圖

4.2 質檢規(guī)則耗時等級評估技術

采用質檢規(guī)則耗時評估工具加載樣例數(shù)據(jù)，對于質檢方案中的每條質檢規(guī)則進行質檢規(guī)則耗時等級評估。接收質檢成果包，根據(jù)質檢方案、質檢規(guī)則耗時評估信息、質檢成果包數(shù)據(jù)統(tǒng)計信息生成質檢任務池，按照質檢任務耗時倒序排序，質檢調度引擎根據(jù)調度算法將質檢任務調度到合適的質檢節(jié)點上進行并行檢查，避免數(shù)據(jù)傾斜帶來的影響（圖3），保證質檢任務耗時最少，解決了難以在極短時間內對廣東省124個區(qū)縣的規(guī)劃成果數(shù)據(jù)進行質檢的問題。

圖3 分布式模式任務調度示意圖

4.3 質檢規(guī)則檢查容錯重試機制

質檢過程中會利用多項質檢規(guī)則同時對多個質檢包進行質檢，為避免單節(jié)點硬件資源使用率高、網(wǎng)絡通信波動等因素影響導致的單項成果質檢失敗，加入失敗重試機制，在單項質檢失敗后將自動在資源利用率低的服務器節(jié)點重啟一個質檢進程進行重新質檢，以提高整個質檢軟件的可用性。

4.4 海量異構數(shù)據(jù)版本化管理技術

質檢軟件接收全省124 個區(qū)縣的成果數(shù)據(jù)，每項成果數(shù)據(jù)又包含GDB、SHP等空間數(shù)據(jù)以及PDF、EX?CEL等非空間數(shù)據(jù)，且各地存在一項成果多次提交的情況。本文采用版本化管理技術和NAS共享存儲介質自動錄入規(guī)劃成果數(shù)據(jù)的元數(shù)據(jù)信息，對所有質檢數(shù)據(jù)建立版本，實現(xiàn)對海量異構成果數(shù)據(jù)的有序高效管理。

4.5 業(yè)務流程自動化技術

批量接收數(shù)據(jù)后，根據(jù)成果包自動識別所屬區(qū)縣，自動關聯(lián)外部數(shù)據(jù)，在通過前置檢查后自動創(chuàng)建任務，調度中心自動將任務調度到空閑的服務器上進行質檢，質檢完成后根據(jù)報告模板自動分區(qū)縣生成報告并輸出，實現(xiàn)全業(yè)務流程自動化，用戶只需提交數(shù)據(jù)即可查看報告，極大地提升了規(guī)劃成果數(shù)據(jù)的質檢效率。

4.6 部署實施自動化技術

面對數(shù)據(jù)版本多、數(shù)據(jù)量巨大、服務器資源眾多而帶來的巨大軟件部署更新工作量，本文采用持續(xù)集成與部署的思想，基于Jenkins DevOps 平臺，將代碼編譯、打包、發(fā)布、部署等流程串連起來，從代碼提交到部署運行實現(xiàn)全流程自動化，做到端到端的自動化交付，減少人工干預，解決了因數(shù)據(jù)量大、服務器資源眾多導致的部署困難問題。

5 軟件實現(xiàn)與部署

5.1 質檢規(guī)則軟件的實現(xiàn)流程

質檢軟件的核心流程包括質檢包上傳、前置檢查、質檢任務創(chuàng)建、質檢任務執(zhí)行、質檢日志與質檢錯誤信息存儲、質檢報告生成6 個環(huán)節(jié)，用戶僅需在質檢包上傳環(huán)節(jié)選擇相應質檢包并關聯(lián)質檢方案，后續(xù)流程由后臺自動完成，整個過程是自動化、數(shù)據(jù)驅動過程、弱用戶交互的。該流程由數(shù)據(jù)管理組件、任務組件、成果管理組件、調度組件、質檢規(guī)則執(zhí)行組件協(xié)同配合完成，即當數(shù)據(jù)管理組件新增或更新數(shù)據(jù)包后，將數(shù)據(jù)包ID傳給任務組件；任務組件創(chuàng)建任務生成任務ID，并發(fā)送消息給調度組件；調度組件先解析質檢方案和數(shù)據(jù)包中的數(shù)據(jù)項，將質檢規(guī)則的輸入?yún)?shù)關聯(lián)到具體數(shù)據(jù)，自動添加質檢規(guī)則池，并根據(jù)質檢集群中資源狀況和調度規(guī)則，將質檢規(guī)則分發(fā)到合適的質檢節(jié)點執(zhí)行；質檢節(jié)點產生的質檢結果發(fā)送給成果管理組件統(tǒng)一存儲，任務執(zhí)行完成后，質檢成果組件匯總結果自動生成質檢報告。

5.2 軟件部署

質檢軟件采用C/S 架構進行建設，客戶端應用程序采用Winform 技術，結合空間計算引擎的組件技術，保證對圖形數(shù)據(jù)、屬性數(shù)據(jù)、文檔數(shù)據(jù)等多樣化數(shù)據(jù)的流暢瀏覽與交互操作。3層架構模式（圖4）有效隔離了用戶對于數(shù)據(jù)存儲的感知，數(shù)據(jù)存儲統(tǒng)一由服務端進行操作，保證了其安全性。通過充分調研，根據(jù)硬件資源情況，充分發(fā)揮了服務器高效的計算性能，提高了軟件執(zhí)行效率。軟件部署在政務內網(wǎng)環(huán)境中，各區(qū)縣的質檢數(shù)據(jù)包存儲在服務器，利用關系型數(shù)據(jù)庫MongoDB 進行管理，在保障數(shù)據(jù)安全的前提下，多客戶端能同時進行質檢操作。

圖4 部署架構圖

6 結 語

廣東省縣級國土空間總體規(guī)劃數(shù)據(jù)庫質檢軟件的開發(fā)設計，滿足了成果批量質檢、版本化管理和全過程管理的業(yè)務需求，實現(xiàn)了與國家檢查軟件、“一張圖”系統(tǒng)的對接。分布式的文件存儲設計，能充分利用服務器資源，極大地提高數(shù)據(jù)質檢效率。規(guī)劃編制成果數(shù)據(jù)的完整性、規(guī)范性檢查以及規(guī)劃業(yè)務檢查功能一體化集成，統(tǒng)籌了數(shù)據(jù)質檢和人工核查兩個重要步驟，是當前廣東省國土空間規(guī)劃“一張圖”建設工作的重要工具之一，極大地提高了規(guī)劃審查工作效率。目前，該軟件已正式投入使用，通過分布式質檢方法和智能規(guī)則庫引擎，靈活配置數(shù)據(jù)質量控制要求、規(guī)劃審查業(yè)務規(guī)則等，實現(xiàn)質檢和審查的條目化、自動化和規(guī)范化，數(shù)據(jù)質檢耗時減少為原來的1/10；同時，核查全流程管理有效提高了人工核查環(huán)節(jié)的工作效率，至少節(jié)省了50%的工作人員，有效降低了核查人工成本，有力支撐了廣東省124 個區(qū)縣多輪縣級數(shù)據(jù)庫成果核查工作，為廣東省國土空間規(guī)劃成果審查和匯交工作提供了強有力的保障。