自然资源空间大数据对自然资源管理的支撑作用——以福建省为例

林芳

(福建省国土资源信息中心, 福州 350001)

从整个国家的总体布局来说，人类生态文明的建设已经不仅局限于环境保护范畴，而是一个综合性、系统性的工程，不仅需要用可持续发展的理念来保障经济从高速增长到高质量、可持续发展的转变，还需要建设相应的组织机构，并且落实相关的管理制度和职能安排[1]。随着移动互联网、物联网、云计算等技术的兴起，大数据已经成为重要的基础性信息资源，在自然资源管理工作中的作用日渐突出，不仅是开展建设用地审批、空间规划编制、土地执法监管和辅助决策等各项管理业务的数据基础[2]，而且通过对人类的出行、交流方式和活动范围的影响，改变了国土空间。通过整合多源、海量的自然资源空间大数据，提升其对自然资源管理的支撑作用，推动自然资源管理从权力治理向数据治理转变，从经验决策向数据决策转变，从公共事务服务向公共数据服务转变。

1 自然资源空间大数据

自然资源管理是要履行全民所有土地、草原、矿产、湿地、森林、海洋、水等自然资源资产所有者职责和所有国土空间用途管制职责，通过完善空间治理体系来实现山、水、林、田、湖、草这一“生命共同体”的综合性治理、系统性修复、整体性管理，从而实现各类自然资源的可持续利用[3]。自然资源的管理具有极强的时空特性，且随着自然资源要素的不断变化，产生海量的时空数据。

目前尚未形成对大数据的统一定义，但是大数据具有规模性(Volume)、多样性(Variety)、高速性(Velocity)、价值性(Value)的特点[4]已基本得到业内人士的共识。王家耀院士曾说从某种意义上来讲：“大数据本身就是在一定的时间和空间内发生的，其从本质上来讲就是时空大数据”[5]。经过多年自然资源信息化建设的积累，已产生数百TB的自然资源数据，不仅包含结构化的数据，还包含各类非结构化的数据，比如文本、图片、各类报表、图像和音频/视频信息等[6]，且更新频率及数据量快速递增。传统的数据处理模式应对不断提升的管理要求日渐捉襟见肘，迫切需要应用大数据的思维和策略来更好的支撑自然资源管理工作。

2 福建省自然资源空间大数据建设

2.1 空间大数据管理应用体系架构

随着福建省自然资源厅的组建，高精度、高频度、大范围的自然资源数据呈爆炸式增长，如何有效的组织和管理这些海量异构的自然资源空间大数据，以更好地支撑各项自然资源的管理应用，是自然资源空间大数据建设的核心要义。通过多年的信息化积累及近几年针对性的建设，福建省自然资源空间大数据管理应用体系已基本形成(图1)。

图 1 应用体系架构Figure 1 The application system of spatial big data

2.2 建立自然资源“一张图”

自然资源管理的前提是对空间大数据的处理，考虑到数据生产方法、数据覆盖范围等不同原因，采用数据清洗、变换和提取等过程，将不同类别专业数据从原始的信息系统或数据库中分离出来，聚集形成相对松散的自然资源空间数据单元，建立自然资源“一张图”。这样的数据单元相对自由地存储于“一张图”中，而不再单独存在于原始数据库或各个系统中。通过构建的自然资源空间大数据“一张图”，可以按需自由组合所需数据，建设统一的国土空间基础信息资源管理体系，为国土空间规划编制、辅助决策、公众服务、业务审批等提供数据支撑和技术保障。

2.3 建立数据资源目录索引

自然资源空间大数据具有复杂的结构和异构特征。为实现数据多维度、多层次、多粒度的综合管理，建立统一完整的数据资源目录索引是关键。基于分布式的自然资源“一张图”数据存储、管理新模式，建立数据资源目录索引，索引配置项可以是数据内容、格式、时相、范围、属性项、数据服务类型、调用方法、服务发布端口等元数据信息。数据资源目录索引建立遵循“简单明了”的原则，以便数据的使用及共享情况能够被用户和开发人员很系统全面的了解，即像进入超市一样，用户和开发人员可以按需挑选出数据或服务，快速搭建自己业务系统的应用数据库，这样业务系统的建设时间将大大缩短。

2.4 数据入图与更新维护

为实现其对自然资源管理更好的支撑作用，有必要对自然资源空间大数据资源按照数据类别、层次和关系进行统一规划，建立自然资源空间数据资源目录，形成数据共建、共享、共用的索引。省以下自然资源主管部门按照统一目录体系，在相应分类层次下建立数据资源清单，按照“谁生产、谁负责”的原则，横向上建立跨业务、跨行业协同的数据资源目录和数据更新维护机制，纵向上建立国家、省、市、县、乡五级联动的数据资源目录和数据更新维护机制。从技术上讲，根据管理要求和相关规则，通过离线汇交、在线调用、服务接入多种方式共用，使部分数据图层或要素可以直接通过云端上传，保障数据同步与更新。

3 关键技术

3.1 多源自然资源数据分布式存储

实现空间数据分布式管理的核心基础是建立网络空间数据库。为了实现空间数据访问的设备独立性和位置独立性，GIS将数据管理功能从软件结构上分离为一个功能层，所有数据访问均通过该功能层。在功能层定义了“工作区”的概念，并基于工作区定义了如添加、删除、检索、更新和判断等与空间实体有关的各种数据的操作。通过组件及API函数接口或C++类，这些概念和操作公开给上层程序。GIS数据管理层对上提供“工作区”的概念及其相关接口，对下则通过数据转换程序用于与其他GIS系统交换数据，而本地空间数据文件则通过本地数据管理程序实现，网络数据通过空间数据库引擎获得。

运用GIS的空间数据库引擎(SDE)，可以在商业关系数据库中管理多源自然资源空间数据，这可以大大扩展空间数据的容量，还可以利用关系数据库的优势，如海量数据管理、并发控制、事务处理，集成空间数据与非空间数据于一体。

3.2 采用GA大数据分析技术

GA(ArcGIS GeoAnalytics Server)拥有ArcGIS Enterprise的大数据处理和分析功能。它所提供的分布式计算框架可为进行大量数据分析的一系列分析工具提供支持。通过聚合、回归、检测、聚类等方式，可以对大数据进行可视化、理解和处理。同样可通过GeoAnalytics Server洞察可能隐藏在数据中的模式、趋势和异常。

在自然资源空间大数据的数据处理模块采用多级时空网格的处理方式，将多要素的数据基于多级网格进行汇聚，利用基于内存的分布式计算引擎Spark进行复杂的数值计算，结合GA的大数据聚合分析、缓冲区分析、叠加分析等空间分析能力，实现多要素在多尺度网格上的汇聚叠加分析，支撑资源环境承载能力及空间开发适宜性分析评价等应用的研究。

4 空间大数据在自然资源管理中的应用成效

福建省自然资源厅历来重视信息化建设，在经历电子政务系统建设、国土资源“一张图”建设、辅助决策系统建设及近年开展的国土空间基础信息平台(一期)建设后，空间大数据的应用已经贯穿到自然资源调查、评价、规划、利用、保护、监测的自然管理全过程，取得了一定的应用成效。

4.1 调查评价

依托自然资源空间大数据，提供各类资源空间分布状况、变化趋势等全面信息，有效支撑全省开展第三次全国国土调查工作。通过国土资源调查，将有效地化解草地、林地、湿地、旱地、水资源等各类自然资源的调查标准和数据不一致问题，为建立全时、全域、全要素的立体、统一调查评价体系提供强有力的支撑。

4.2 空间规划

汇聚主体功能区规划、城乡规划和土地利用规划等各类空间性规划数据库，整合生态保护红线、永久基本农田、城镇开发边界三条红线，协调各类空间管制规则, 为化解过渡期各类空间规划存在的矛盾、协调陆海冲突提供详实的数据支撑，辅助生态保护红线划定，为阳光规划的实施提供数据保障。

4.3 政务审批

利用大数据计算和智能分析技术，基于自然资源空间大数据中的规划、现状、控制线等空间“底板”，按照“法定规划+”的管理理念，构建面向全省的自然资源“政务管理服务”系统，形成一套集办事、服务、监管于一体的运行服务机制，辅助实现行政审批中各种审查要点细化、量化、规则化，变形式审查为实质性审查，变人工审查为电脑自动审查，促进行政审批的提质增效，规范自然资源资源管理权利运行和监督，堵塞管理漏洞，营造良好的法治监管环境。

4.4 监测监管

根据“全面、真实、动态、衔接”的原则，以自然资源空间大数据为基础，建立集综合信息管理、视频会商、预报预警等功能于一体的远程监管平台，打造“天上查、网上管、地上探”的监测监管体系，依托无人机、遥感、GNSS、野外视频等先进技术，整合现有各相关部门监测设备，实现对各类自然资源的统一监测、分析、预测和预警，实现足不出户即可对全省生态修复工作进行全程可视化监测监管。

4.5 快速执法

以自然资源空间大数据为基础，构建了集土地和矿产等执法于一体的自然资源移动执法监察系统，实地实时判断违法用地性质、地类权属和规划情况，立足“早发现、早预警、早制止”，通过手机APP快速调度处置，即拍即传、即收即办，对违法行为实行精准打击，将各类违法违规行为“发现在初始、解决在萌芽”。

4.6 辅助决策

依托自然资源空间大数据，通过建立专业模型和相关知识条目，批量、智能化的完成信息汇聚、数学运算、态势分析，实现各类资源开发利用和保护业务、宏观经济、互联网舆情等数据快速获取，并对其进行历史关系分析、现状评估，自动生成按年度、季度的形势分析报告，辅助开展自然资源管理政策执行情况的评估、调整和优化，全面提升自然资源战略形势分析的准确性和科学性。

5 空间大数据对自然资源管理应用支撑中存在的问题

5.1 业务覆盖不够全面

改革后自然资源统一管理新职能、新业务，急需自然资源信息化的业务覆盖面进一步拓展，继续建立统一的自然资源数据库，提升自然资源管理效能。

5.2 数据标准不够统一

虽然经过各部门的努力，已经建立了土地、地质、矿产、测绘、海洋等方面的基础数据库与业务数据库，但是各部门之间的数据因标准不一致，数据之间存在矛盾、冲突。

5.3 技术架构不够统一

空间数据成果在建设机制、技术标准和应用模式等方面存在较大差异，信息化基础设施、数据资源、支撑平台、公共应用等方面建设和应用不够统一规范。

5.4 共享协同有待加强

现有数据库互联互通和共享程度不高。内部业务应用系统之间数据关联度有待提高，同纵向和横向相关部门的信息共享协同还不够。

6 自然资源空间大数据在自然资源管理中的应用前景

6.1 统一数据管理

对基础地理、土地、矿产、地质、海洋、森林、湿地与社会经济等数据，按照基础数据、空间规划、空间监测、管理数据、社会经济进行分别归类，建立统一的自然资源“一张图”数据目录，形成统一的数据视图，建立统一的数据模型，对各数据实体进行组织与索引，将数据按主题、层次、区域等进行信息融合和整合,形成内容丰富的主题数据。完善数据管理机制，根据区域分析、综合空间分析的性能要求，建立新型高效存储机制；对各类地图服务、数据服务的状态和质量进行监控,并对异常信息及时预警。

6.2 统一应用服务

推进各类专业数据产品的发布，提升空间大数据对自然资源系统内部、其他行业部门、社会公众统一的服务能力。基于数据资源服务、通用应用服务和专题应用服务为国土空间规划编制、辅助决策、行政审批、监测监管等业务提供空间数据支持和信息技术保障。数据资源服务包括数据查询、数据浏览、信息共享等，专题应用服务包括规划编制、行政审批、资源监管、决策支持、资源评价、公众查询等，通用应用服务包括空间分析、合规性审查、数据统计等，通过统一部署进行发布，为用户提供统一访问入口，保证高并发访问的安全、高效、稳定。

6.3 统一共享服务

建立对接服务子系统，承担与数字福建、自然资源部、市县自然资源部门数据对接工作，统一标准规范、统一集中监控、统一对外服务，减轻各应用系统频繁交换处理负担，保持自然资源系统与数据的纯净性，减少业务处室对外联系广度和频度。系统纵向打通部、省、市、县四级自然资源部门内部应用系统，按照统一的标准规范开放对接服务接口，统一内部应用系统之间业务共享；横向对接省数据汇聚共享平台、省电子证照共享服务系统、网上办事大厅、闽政通APP、工程建设领域等其他省级政府部门及公共服务平台，统一对外服务管理，实现厅内外信息资源共享服务和业务协同，提升政府协同监管与公共服务水平，形成跨区域、跨部门的“服务一体化”应用框架体系。同时，建立数据服务接口全流程、全网段实时监控，通过图形化监控页面对服务进行及时有效的集中监控以及异常处理，确保接口服务质量。

6.4 统一政务服务

在空间大数据的基础上，建立高效、便捷的一体化“互联网+”政务服务应用机制，提升自然资源服务能力。落实“放管服”深化改革要求，坚持以人民为中心的发展思想，依托互联网建立自然资源一体化政务服务，更好地履行土地审批、矿业权审批、海域使用权审批和相关测绘、地质行业管理，实现省、市、县各级自然资源部门审批的一网申报、智能核验、分级审批，推动自然资源信息向社会开放服务。

7 结语

当前是大数据时代，通过大数据改革政府规划管理体制，建立具有战略性、科学性、可协调性、可操作性的国土空间规划体系，改变现有国土空间的开发利用方式，从而加快当前经济发展方式转变，科学布局生产、生活和生态空间[2]。自然资源空间大数据是自然资源管理的现实需求。有效利用自然资源空间大数据能够加快形成绿色的生产方式和生活方式，显著提高各部门各行业间数据的共享度、关联度、互通度。空间大数据是自然资源管理的重要基础支撑，能够支撑各项职能有序、系统、科学地运行，能够有效提升国土空间治理能力。