自然资源确权登记信息平台建设实践

孙 炎

(北京新兴华安智慧科技有限公司，北京 100070)

0 引 言

中央全面深化改革领导小组审议通过的《自然资源统一确权登记办法(试行)》[1-3]指出，坚持资源公有、物权法定和统一确权的原则，对水流、森林、山岭、草原、荒地、滩涂以及探明储量的矿产资源等自然资源的所有权统一进行确权登记，形成归属清晰、权责明确、监管有效的自然资源资产产权制度，服务于自然资源的保护和监管。

自然资源确权登记是在不动产统一登记的大背景下开展的，两者都是以土地为共同的登记基础，以“归属清晰、权责明确”为共同目的，相比于不动产统一登记，自然资源确权登记的对象主要是国有未利用地及其禀赋的水、林、草、矿等自然资源，登记的客体属性包括位置、类型、数量、质量。

本文从自然资源多源、多尺度的数据采集整合出发、紧扣自然资源调查、确权、登记的业务流程，通过引入IT、地理信息领域先进的技术应用到自然资源确权登记的具体工作中来，以确权成果的应用服务为出口，设计了相互联系、互有区别的子系统来服务支撑自然资源统一确权登记工作。

1 平台建设总体思路

根据统一规划、标准先行、分布实施的总体思路，建立自然资源信息基础平台的整体框架，明确模块系统之间的关系。根据自然资源确权数据库试行标准开发数据整合工具[4]，规范自然资源数据生产流程，针对自然资源确权成果的存储与管理开发数据库管理系统，完善信息管理，围绕自然资源确权登记的法定程序构建基于工作流的业务管理系统，覆盖自然资源首次登记、变更登记、更正登记、注销登记的各个阶段，为达到自然资源的立体可视化展示效果开发二维、三维一体化系统，动态加载三维立体模型，直观立体展示自然资源确权成果数据。引入先进的技术创新行业应用，比如人工智能、航测遥感、倾斜摄影等技术手段辅助解决确权登记中的难题。利用计算机深度学习算法模型(卷积神经网络)，以多源异构遥感数据(包括大比例尺地形图、高分辨率正射影像、多光谱卫星遥感数据、LiDAR点云)为主，结合人工野外调绘数据，利用自然资源遥感分类系统实现自然资源分类、数量和质量的智能化提取，全面提升自然资源调查的效率和精度；利用倾斜摄影测量技术进行自然资源的三维快速建模，生动展示登记对象的坐落、空间范围、自然资源分布等真实情况。自然资源确权登记信息平台技术架构如图1所示。

图1 自然资源确权登记信息平台技术架构

2 平台总体技术路线

整个自然资源确权登记信息平台采用先进成熟的技术架构，来保证平台的可持续性和稳定性。采用基于NET框架的ArcEngine组件，结合空间ETL技术，开发与空间数据库相关的整合工具和空间库管理系统；采用J2EE架构工作流技术，开发业务管理信息系统、登记档案系统、监管服务系统以及共享接口的后台服务系统。本平台采用Spring Cloud作为微服务框架，利用HTML5和JavaScript开发前端框架，采用OpenLayer3作为地图前端开发引擎，提高了平台的灵活性和可扩展性，保障了后续多类型自然资源数据的良好接入。

2.1 倾斜摄影技术

航空倾斜影像不仅能够真实地反应地物情况，而且还通过采用先进的定位技术，嵌入精确的地理信息、更丰富的影像信息、更高级的用户体验，极大地扩展了遥感影像的应用领域，并使遥感影像的行业应用更加深入。倾斜摄影测量技术作为一个新兴的技术方法在三维建模和工程测量中有着广泛的前景[5]。由于倾斜影像为用户提供了更丰富的地理信息，更友好的用户体验，该技术在欧美等发达国家已经广泛应用于应急指挥、国土安全、城市管理、房产税收等行业。本平台的精细化三维模型主要由倾斜摄影技术获取。

2.2 卷积神经网络

卷积神经网络[6]是近年发展起来，并引起广泛重视的一种高效识别方法。目前已经成为众多科学领域的研究热点之一，特别是在模式分类、图像识别领域，由于该网络避免了对图像的复杂前期预处理，可以直接输入原始图像，因而得到了更为广泛的应用。在自然资源领域，以多源异构遥感数据为基础，利用自然资源遥感分类系统实现自然资源分类、数量和质量的智能化提取。

2.3 ETL技术

ETL(extract transform load，ETL)是将数据从源系统抽取、清洗转换并加载到数据仓库的实现过程[7]。ETL工具采用Web Service技术和标准数据格式将各个功能处理模块封装成ETL标准服务组件。服务是一种实体，能够完成标准的业务功能，如FTP、数据抽取、数据清洗等，通过清晰的定义和松散的耦合可以提高服务的灵活性。

通过统一ETL调度引擎，实现ETL处理过程中各处理流程的统一调度。本平台采用FME作为ETL工具，目的是将政府各部门中的多源异构数据整合到一起，为自然资源的确权登记提供数据基础。

2.4 应用工作流技术实现流程再造

工作流技术(workflow)是工作流程的计算模型，在计算机中将工作流程中的工作如何前后组织在一起的逻辑和规则以恰当的模型表示，并对其实施计算[8]。工作流技术解决的主要问题是：为实现某个业务目标，在多个参与者之间，利用计算机按某种预定规则自动传递文档、信息或任务。工作流管理系统(workflow management system，WFMS)的主要功能是通过计算机技术的支持去定义、执行和管理工作流，协调工作流执行过程之间、群体成员之间的信息交互[8]。

自然资源确权登记需要进行职责机构整合和工作流程再造，以提升管理能力和治理水平。流程再造工作具有时间跨度长、流程多变的特点，采用工作流技术，自然资源确权登记系统可以具备适应这种“变化”的快速响应能力。本系统平台采用的是以BPMN2.0流程引擎为核心的Activiti工作流和业务流程管理平台。

2.5 基于微服务架构的体系结构

微服务是将一个大型的单个应用程序和服务拆分成数个甚至数十个的支持微服务，区别于扩展整个应用程序的堆栈，它以扩展单个组件满足服务等级协议[9]。

基于微服务架构，围绕业务领域组件创建的应用可独立地进行开发、管理和迭代。在分散的组件中使用云架构和平台式进行部署管理和服务，产品交付变得更加简单。微服务的本质是用一些功能比较明确、业务比较精练的服务来解决更大更实际的问题，因此，以微服务架构作为本平台的后台组织架构，进行确权、调查、登记和共享业务的组织开发更具优势。本系统平台采用目前主流的微服务框架Spring Cloud。

2.6 基于地理处理API的空间分析开发技术

地理处理API提供编写分布式空间计算应用必要的空间几何对象模型、拓扑分析函数库、空间坐标系转换函数库、空间数据转换和解析函数库等。目前，基于Java的地理处理API有JTS、GeoAPI、GeoTools、ESRI Geoprocessing API(简称ESRI GP)、GDAL OGR等。考虑到ESRI ArcGIS系列产品在土地信息化领域普及性较高的情况，采用ESRI GP作为地理处理API。但ESRI GP对投影转换支持不佳，本平台同时引入Proj4投影转换函数库进行辅助开发。

2.7 二维、三维地图可视化引擎开发技术

当前常见的B/S端二维地图可视化引擎有ArcGIS API、Leaflet、OpenLayer、PolyMap等，不同引擎各有所长。而OpenLayer具有完善的地图功能、支持三维地球、支持Json格式的瓦片地图等特性[10]，本平台采用OpenLayer3作为二维、三维地图可视化引擎。

3 平台系统介绍

自然资源确权登记信息平台是实施自然资源确权登记业务，管理登记成果的重要平台，主要包括成果数据管理、登记业务办理、自然资源共享服务三大块。

1) 自然资源调查数据库管理系统。自然资源数据管理系统实现日常自然资源确权数据的智能化提取、更新。自然资源登记单元编号、自然资源信息查询、统计分析、变更管理、成果检查、登记专题制图成果输出、系统维护管理、三维空间数据管理、全景技术真实展现等功能。

2) 自然资源确权登记业务管理系统。开展以嘱托、审核、公告、登簿为主要环节的国有自然资源登记工作，并实现登记簿与已登记不动产权利的关联。依据自然资源确权登记的办法、程序、规范等要求，满足日常自然资源确权登记业务“一站式”业务受理，实现定制化自然资源业务流程、全类自然资源类型确权办理、自然资源确权登记审核、定制化自然资源登记簿输出、自然资源登记簿管理、业务办理量实时统计、查询统计分析、系统配置和运维管理等。

3) 自然资源二维、三维一体化展示系统。采用B/S网页浏览器方式进行访问，自然资源二维、三维一体化信息系统提供空间量测分析、矢量数据采集、确权登记信息关联等功能，实现自然资源单元、土地利用现状等专题图层的二维、三维一体化查询、展示、分析。自然资源空间数据和非空间数据的一体化查询统计，可定制统计模型。在三维场景基础上采用图表形式展示自然资源统计信息，辅助自然资源调查工作的开展，同时辅助指挥者分析决策。

4 数据库设计

自然资源数据库逻辑上划分为：调查数据库、登记数据库、监管数据库、共享数据库、业务数据库和备份数据库六个数据库。各数据库之间的逻辑关系如图2所示。

图2 数据库逻辑设计

1) 调查数据库：包括空间数据、权籍调查数据，为自然资源登记系统展开业务办理工作提供数据支撑。

2) 登记数据库：自然资源登记数据库是自然资源登记信息管理基础平台的核心数据库;自然资源登记数据从逻辑角度划分为“审批数据”和“登记簿数据”两类;“审批数据”登簿之后，形成“登记簿数据”。

3) 监管数据库：监管数据库是自然资源确权登记信息查询分析系统的核心数据库，为自然资源登记数据的统计分析和查询提供数据支撑。

4) 共享数据库：共享数据库是信息共享与查询服务的核心数据库；通过自然资源确权登记信息实时共享功能，与自然资源登记库进行双向数据交换。

5) 业务数据库：业务数据库包括档案管理等相关数据。

6) 备份数据库：备份自然资源相关数据库，确保自然资源登记数据安全。

5 与不动产登记平台的关系

5.1 基于不动产登记平台研发

自然资源统一确权登记系统是基于不动产登记平台研发建立的统一确权登记系统，实现不动产登记簿与自然资源登记簿的关联，推进自然资源确权登记的法制化进程，推动建立归属清晰、权责明确、监管有效的自然资源资产产权制度。自然资源确权登记的对象主要是国有未利用地及其禀赋的水、林、草、矿等自然资源，登记的客体属性包括位置、类型、数量、质量。

5.2 一致的建库和数据管理方式

自然资源统一确权登记子系统与不动产平台按照相同的方式进行建库，按照特定策略组织存储。建立自然资源统一确权登记子系统和不动产平台之间的关联关系，实现对所需的空间信息、属性信息、登记审批信息、用户信息等各类数据的管理，对栅格、矢量、三维、属性表、文档、多媒体等数据进行统一的管理；满足数据的检查入库、组织管理、查询检索、导入导出、数据分发、专题制作、更新维护等要求。

6 结 语

自然资源统一确权登记是一项全新的制度设计，其理论体系尚未完善，制度规范、业务体系、技术标准仍处于摸索阶段。本文以自然资源确权登记试点工作中的信息化平台建设为实践，通过引入人工智能(卷积神经网络)、倾斜摄影、空间ETL等技术化简调查确权的工作难度，提高工作效率。通过运用IT上主流的微服务架构、新一代工作流技术、地理API技术以及开源的WebGIS开发框架，同确权登记工作紧密联系在一起，紧扣自然资源统一确权登记工作的特点，建设完成自然资源确权登记信息平台，为未来自然资源的资产管理和生态监管保护建设提供了一种探索和实践。

[1] 国土资源部解读关于《自然资源统一确权登记办法试行》[J].国土资源,2017(1):32.

[2] 自然生态空间用途管制办法(试行)[J].国土资源,2017(1):33.

[3] 国土资源部.关于健全国家自然资源资产管理体制试点方案[EB/OL].(2016-12-06).http:∥www.mlr.gov.cn/xwdt/jrxw/201612/t20161206_1423440.htm.

[4] 国土资源部.不动产登记数据库标准(试行)[EB/OL].(2015-03-02).https:∥wenku.baidu.com/view/5fe0990489eb172-dec63b78b.html.

[5] 杨国东,王民水.倾斜摄影测量技术应用及展望[J].测绘与空间地理信息,2016,39(1):13-15,18.

[6] 维基百科.Convolutional neural network[EB/OL].(2017-11-09).https:∥en.wikipedia.org/wiki/Convolutional_neural_network.

[7] 孙伟,张忠能.ETL架构研究[J].微型电脑应用,2005,21(3):13-15,1.

[8] 王霓虹,于海浩.工作流技术及其发展趋势的研究[J].信息技术,2007(6):67-69,72.

[9] 李忠民,齐占新.业务架构的微应用化与技术架构的微服务化——兼谈微服务架构的实施实践[J].科技创新与应用,2016(35):95-96.

[10] 赵慧芬.基于MapServer和Openlayer的WebGIS开发[J].测绘与空间地理信息,2013,36(9):100-101.