數(shù)字縣域地理空間框架設(shè)計

摘要：本文以廣西柳州三江侗族自治縣為例，深入探討了數(shù)字縣域地理空間框架的構(gòu)建策略與實施方案。在智慧柳州時空信息云平臺的大框架下，采用云架構(gòu)方式，打造數(shù)字三江地理空間框架，構(gòu)建市縣一體化的地理空間應(yīng)用體系，推動地理信息的應(yīng)用廣度與深度，為三江侗族自治縣各委辦局提供權(quán)威的地理空間數(shù)據(jù)，提高政府對公眾的服務(wù)能力。

關(guān)鍵詞：空間框架；數(shù)字縣域；數(shù)字城市

引言

隨著信息技術(shù)的日新月異以及我國城市化進程的不斷加快，構(gòu)建縣級數(shù)字城市地理空間框架顯得尤為迫切且重要。這一框架旨在整合、優(yōu)化和共享全縣域內(nèi)的地理空間信息資源，服務(wù)于縣級政府決策科學(xué)化、社會治理精準(zhǔn)化以及公共服務(wù)高效化[1]。2018年8月底，廣西壯族自治區(qū)黨委、政府聯(lián)合印發(fā)的《關(guān)于深入實施大數(shù)據(jù)戰(zhàn)略加快數(shù)字廣西建設(shè)的意見》中指出，要充分發(fā)揮數(shù)字城市地理空間框架的作用[2]。根據(jù)文件精神，需要建設(shè)縣級統(tǒng)一、權(quán)威的地理信息公共服務(wù)平臺，實現(xiàn)縣級基礎(chǔ)數(shù)據(jù)及各業(yè)務(wù)部門專題數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理，實現(xiàn)數(shù)據(jù)在各個政府部門間的共建共享[3]。

1. 總體設(shè)計

三江侗族自治縣（以下簡稱三江縣）各個部門地理空間數(shù)據(jù)的應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)、數(shù)據(jù)格式各不相同，基礎(chǔ)測繪產(chǎn)品開發(fā)應(yīng)用單一、不成體系，數(shù)據(jù)更新不及時，數(shù)據(jù)管理困難，難以保障數(shù)據(jù)完整性、準(zhǔn)確性、時效性、統(tǒng)一性，造成各部門地理信息數(shù)據(jù)不兼容，無法共享。因此，利用市級已有的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，縣級根據(jù)自身特點進行新建部分標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范或在市級已有的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的基礎(chǔ)上進行個性化拓展，節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范建設(shè)時間及成本[4]。數(shù)字三江地理空間框架總體架構(gòu)分為基礎(chǔ)設(shè)施層、數(shù)據(jù)層、平臺服務(wù)層、應(yīng)用層、用戶認(rèn)證層、平臺接入層、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系和信息安全體系八部分，如圖1所示。

1.1 基礎(chǔ)設(shè)施層

系統(tǒng)因政務(wù)需求以及網(wǎng)絡(luò)情況需要，分別部署于三江縣自然資源和規(guī)劃局與柳州市自然資源和規(guī)劃局內(nèi)網(wǎng)環(huán)境、柳州電子政務(wù)外網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)，通過自然資源專網(wǎng)對接廣西自然資源廳核心業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，通過柳州市電子政務(wù)云環(huán)境與其他部門對接，通過互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)公眾信息發(fā)布和信息收集，服務(wù)器均以虛擬機的方式提供，包括網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、安全設(shè)備、操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫、GIS平臺、Web中間件等內(nèi)容[5]。

1.2 數(shù)據(jù)層

數(shù)據(jù)服務(wù)層主要構(gòu)建國土空間數(shù)據(jù)，總體上包含基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)庫、自然資源專題數(shù)據(jù)庫、公共專題數(shù)據(jù)庫三部分[6]?；A(chǔ)地理數(shù)據(jù)庫主要涵蓋基礎(chǔ)地理、三維實景數(shù)據(jù)、高精度影像數(shù)據(jù)等；自然資源專題數(shù)據(jù)庫包含國情監(jiān)測、土地調(diào)查等現(xiàn)狀類數(shù)據(jù)，以及國土空間總體規(guī)劃、專項規(guī)劃、詳細(xì)規(guī)劃等規(guī)劃類數(shù)據(jù)，地政、礦政、規(guī)劃審批等管理類數(shù)據(jù)；公共專題數(shù)據(jù)包括茶產(chǎn)業(yè)、農(nóng)產(chǎn)品等社會經(jīng)濟數(shù)據(jù)。

1.3 平臺服務(wù)層

平臺服務(wù)層是智慧柳州時空信息云平臺在三江縣部署的縣級節(jié)點，即數(shù)字三江地理信息公共服務(wù)平臺。數(shù)字三江地理空間框架通過地理信息公共服務(wù)平臺調(diào)取智慧柳州時空信息云平臺的大數(shù)據(jù)服務(wù)引擎、指標(biāo)模型管理引擎、業(yè)務(wù)規(guī)則引擎等完成封裝API服務(wù)，提供平臺門戶搭建、子系統(tǒng)定制、API接口服務(wù)、數(shù)據(jù)工作室四種服務(wù)模式，支撐上層的示范應(yīng)用。

1.4 應(yīng)用層

應(yīng)用層是數(shù)字三江地理空間框架的交互中心，建設(shè)包括面向?qū)ν庑麄髡麄€縣域的三江縣縣域名片系統(tǒng)，面向三江縣自然資源和規(guī)劃局內(nèi)部業(yè)務(wù)的三江自然資源信息綜合展示與決策系統(tǒng)，面向鄉(xiāng)村振興引導(dǎo)易地扶貧的三江縣鄉(xiāng)村振興服務(wù)系統(tǒng)。同時，搭建了自然資源業(yè)務(wù)協(xié)同系統(tǒng)，實現(xiàn)市縣OA互通協(xié)同辦公，區(qū)市縣三級聯(lián)審系統(tǒng)、土地動態(tài)監(jiān)管系統(tǒng)、增減掛鉤系統(tǒng)、不動產(chǎn)登記系統(tǒng)等業(yè)務(wù)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)實時同步至地理空間框架數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)一站式數(shù)據(jù)管理。提供市級相關(guān)系統(tǒng)入口，如柳州市國土空間規(guī)劃一張圖實施監(jiān)督信息系統(tǒng)、柳州市地質(zhì)災(zāi)害防范決策系統(tǒng)等；縣級相關(guān)系統(tǒng)入口，如三江縣智慧旅游大數(shù)據(jù)平臺等。

1.5 用戶認(rèn)證層

用戶認(rèn)證層負(fù)責(zé)處理地理空間框架用戶的身份驗證和授權(quán)過程，確保用戶身份的真實性和對系統(tǒng)資源的合法訪問。

1.6 平臺接入層

平臺接入層包括決策者用戶、市級和縣級自然資源和規(guī)劃局用戶、三江縣各級政府部門和社會公眾。

1.7 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系

系統(tǒng)的建立離不開標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系的建設(shè)，數(shù)字三江地理空間框架需要遵循柳州市自然資源和規(guī)劃局已有的《基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)建庫規(guī)范》《電子地圖數(shù)據(jù)規(guī)范》《地名地址數(shù)據(jù)規(guī)范》等標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，另外自行建設(shè)符合自身實際情況的《基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)更新管理機制》《三江縣地理信息公共平臺運行管理辦法》。

1.8 信息安全體系

數(shù)字三江地理空間框架涉及三套網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。自然資源專網(wǎng)與其他網(wǎng)絡(luò)物理隔離，并且有獨立的機房環(huán)境，擁有高性能服務(wù)器、磁盤陣列、交換機、防火墻等網(wǎng)絡(luò)硬件設(shè)備；政務(wù)網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)，由柳州市人民政府統(tǒng)一規(guī)劃建設(shè)，按照國家信息安全等級保護制度第三級要求進行管理。同時建立安全管理制度，規(guī)范人員管理，成立系統(tǒng)安全保障管理機構(gòu)等。

2. 數(shù)據(jù)庫設(shè)計

數(shù)字三江地理空間框架時空大數(shù)據(jù)庫總體設(shè)計從平臺構(gòu)成的角度[7]，劃分了底層平臺運行支撐庫、核心時空基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫和時空專題數(shù)據(jù)庫。從時空數(shù)據(jù)組織和數(shù)據(jù)流的角度，將時空基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和時空專題數(shù)據(jù)做時空劃分，增加時空三域標(biāo)識，構(gòu)成現(xiàn)狀庫和歷史庫。數(shù)據(jù)內(nèi)容涵蓋時空基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、行業(yè)專題數(shù)據(jù)、公共專題數(shù)據(jù)、互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)、元數(shù)據(jù)等多項內(nèi)容，構(gòu)建全面、翔實和權(quán)威的縣級數(shù)據(jù)中心，統(tǒng)一支撐縣級自然資源管理和服務(wù)社會經(jīng)濟發(fā)展，促進市縣數(shù)據(jù)互通共享，實現(xiàn)省市縣數(shù)據(jù)一體化統(tǒng)籌管理[8]，市縣應(yīng)用業(yè)務(wù)協(xié)同辦理，如圖2所示。

本次項目數(shù)據(jù)庫建設(shè)主要包含以下內(nèi)容：

（1）時空基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫：包含基礎(chǔ)影像、精細(xì)三維模型、三維地形、地名地址、DLG、三維實景、全景數(shù)據(jù)等，滿足各部門、各行業(yè)對基礎(chǔ)地圖服務(wù)的個性化需求。

（2）行業(yè)專題數(shù)據(jù)：包含自然資源和規(guī)劃專題數(shù)據(jù)、旅游專題數(shù)據(jù)、產(chǎn)業(yè)專題數(shù)據(jù)、交通專題數(shù)據(jù)、教育專題數(shù)據(jù)，以及其他部門專題數(shù)據(jù)等內(nèi)容，根據(jù)數(shù)據(jù)屬性，將同類地理信息數(shù)據(jù)組成專題數(shù)據(jù)，構(gòu)建時空專題數(shù)據(jù)庫[9]。

（3）公共專題數(shù)據(jù)庫：包含人口、法人、地理國情監(jiān)測、宏觀經(jīng)濟等數(shù)據(jù)內(nèi)容。

（4）互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)：按項目需求抓取部分互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)。

（5）元數(shù)據(jù)庫：包含服務(wù)元數(shù)據(jù)表、區(qū)劃目錄表、專題目錄表、部門專題目錄表等與系統(tǒng)管理服務(wù)相關(guān)的元數(shù)據(jù)表。通過該數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)表，能夠完整地記錄服務(wù)的詳細(xì)元數(shù)據(jù)信息，并能夠基于區(qū)劃目錄、專題目錄等數(shù)據(jù)目錄結(jié)構(gòu)，自定義展示服務(wù)目錄，幫助用戶更加便捷地使用平臺服務(wù)。

3. 系統(tǒng)功能設(shè)計

數(shù)字三江地理空間框架建設(shè)復(fù)用市級成果，在現(xiàn)有地理信息公共服務(wù)平臺的基礎(chǔ)上，定制數(shù)據(jù)資源目錄，在資源展示系統(tǒng)中擴充地圖打印、數(shù)據(jù)上傳、在線標(biāo)注和資源掛接等功能，新建專題應(yīng)用模塊，包括項目合規(guī)性分析、控制線檢測、礦產(chǎn)資源壓蓋分析和地類占用分析等功能。具體功能模塊描述如下：

3.1 新聞門戶

單點登錄保障用戶只需要登錄一次就可以訪問所有系統(tǒng)，而無需在每個系統(tǒng)中重復(fù)進行身份驗證。門戶導(dǎo)航保障用戶能快速定位到自己感興趣的內(nèi)容或功能區(qū)域。新聞門戶展示近期重要事項的動態(tài)和引導(dǎo)用戶關(guān)注熱點事件。

3.2 資源展示

地圖瀏覽支持用戶選擇二維矢量、二維影像、三維、實景等不同的地圖形式進行瀏覽，將二維、三維數(shù)據(jù)在同一個場景中疊加，提供包括放大、縮小、漫游、全屏等功能，通過鼠標(biāo)控制或者通過地圖控件進行操作，支持各類資源掛接和疊加、在線查詢、統(tǒng)計分析、在線分析、在線標(biāo)注、專題圖制作、地圖打印等功能，以及本地數(shù)據(jù)上傳，支持矢量、柵格、三維、文檔資料數(shù)據(jù)以及視頻監(jiān)控數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點及監(jiān)控數(shù)據(jù)等新型數(shù)據(jù)的展示。

3.3 服務(wù)管理

服務(wù)管理主要針對服務(wù)進行統(tǒng)一管理，提供服務(wù)檢索、服務(wù)目錄、服務(wù)信息、服務(wù)管理資源申請等功能，實現(xiàn)服務(wù)共享和分發(fā)。

3.4 應(yīng)用開發(fā)模塊

應(yīng)用開發(fā)模塊主要面向開發(fā)人員，提供資源申請入口，實現(xiàn)資源申請；將系統(tǒng)的基礎(chǔ)功能封裝成API服務(wù)，提供Web開發(fā)的開發(fā)接口及接口說明，指導(dǎo)網(wǎng)頁地圖開發(fā)；提供移動應(yīng)用開發(fā)接口，支持移動終端地圖開發(fā)，同時提供平臺相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、應(yīng)用案例、示例demo和常用下載，全方位指導(dǎo)二次開發(fā)。

3.5 運維管理

運維管理是全面掌握、管理、監(jiān)控各部門用戶對數(shù)字三江地理空間框架整套平臺的使用情況。面向管理人員，提供服務(wù)資源管理、數(shù)據(jù)資源管理、用戶管理、日志管理等模塊，實現(xiàn)對系統(tǒng)的業(yè)務(wù)進行管理維護、對系統(tǒng)安全運行的各環(huán)節(jié)進行實時監(jiān)視、對系統(tǒng)運行的關(guān)鍵信息進行記錄等。

3.6 數(shù)據(jù)交換

數(shù)據(jù)交換主要用于實現(xiàn)各業(yè)務(wù)部門應(yīng)用系統(tǒng)與地理空間框架之間數(shù)據(jù)資源的共享與交換，同時與市級平臺對接，實現(xiàn)市級與三江縣數(shù)據(jù)資源的共享交換，主要包括服務(wù)注冊、空間數(shù)據(jù)發(fā)布、非空間數(shù)據(jù)發(fā)布、數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)發(fā)布等。

3.7 專題應(yīng)用

專題應(yīng)用是數(shù)字三江地理空間框架重點建設(shè)內(nèi)容，專題應(yīng)用主要圍繞規(guī)劃應(yīng)用和審批應(yīng)用領(lǐng)域，提供通用的在線應(yīng)用工具，輔助縣級自然資源相關(guān)部門人員日常工作[10]。其中規(guī)劃應(yīng)用調(diào)用市級功能接口完成，本期建設(shè)審批應(yīng)用包括項目合規(guī)性分析、控制線檢測、地類占用分析、礦產(chǎn)資源壓覆分析。

4. 總體技術(shù)路線

數(shù)字三江地理空間框架采用以SOA體系架構(gòu)為主體的總體架構(gòu)，遵從松耦合體系結(jié)構(gòu)，通過使用Web Services定義接口，可以掩蓋各種不同實現(xiàn)之間的差別以及各相互聯(lián)結(jié)的系統(tǒng)之間的異構(gòu)性。

后端使用java作為開發(fā)語言，結(jié)合主流java后端SSM框架，可快速構(gòu)建業(yè)務(wù)邏輯層和數(shù)據(jù)訪問層。前端使用HTML/CSS/JavaScript等基礎(chǔ)Web開發(fā)技術(shù)，結(jié)合主流前端框架Vue.js提供的組件化、模塊化的開發(fā)方式，快速實現(xiàn)用戶界面的布局、樣式和交互邏輯。前后端通過AJAX/HTTP API異步數(shù)據(jù)交換技術(shù)進行實時通信，獲取動態(tài)數(shù)據(jù)。

GIS服務(wù)器使用SuperMap iServer等主流GIS服務(wù)軟件，發(fā)布地圖服務(wù)和空間分析服務(wù)。地圖渲染引擎采用OpenLayers、leaflet等JavaScript地圖庫，實現(xiàn)地圖在Web瀏覽器上的動態(tài)渲染和交互功能。

結(jié)語

數(shù)字縣域地理空間框架建設(shè)是一項長期且持續(xù)的工作，盡管在三江縣取得了一定成果，但仍需關(guān)注并應(yīng)對諸如數(shù)據(jù)動態(tài)更新機制的完善、信息安全保障能力的提升、地理信息公共服務(wù)效能深化等問題。未來，期望進一步優(yōu)化升級三江縣的地理空間框架，加強新技術(shù)如大數(shù)據(jù)、云計算、人工智能等在地理信息領(lǐng)域的融合應(yīng)用，使其更好地服務(wù)于鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略實施、生態(tài)環(huán)境保護以及社會治理現(xiàn)代化等重大任務(wù)，推動三江縣乃至更多縣域地區(qū)的可持續(xù)發(fā)展。

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作者簡介：陸振杰，本科，測繪工程師，42611924@qq.com，研究方向：自然資源信息化和智能化；梁知，本科，測繪工程師，研究方向：空間數(shù)據(jù)分析。