基于地理处理服务的自然资源资产审计系统设计与实现

地理信息系统（geographic information system，GIS）是对空间数据进行采集、储存、管理、运算、分析、显示和描述的技术系统。将GIS技术引入自然资源资产审计，利用GIS技术的定位、空间分析、影像对比、计算机综合分析方法等，对自然资源的数量、质量、变化等方面进行审核，有助于解决“疑点难找、量难核、图难测”等问题。目前，虽然GIS技术在自然资源资产审计中得到普遍使用，但在审计数据与服务共享方面研究较少。GIS中可以构建业务处理模型并发布成服务，在Web端进行调用，实现应用共享。本文将自然资源资产审计业务与地理处理模型相结合，构建审计分析模型，开发自然资源资产审计系统，实现在Web端即可调用审计分析模型，达到简化操作、模型共享的目的。

一、地理处理服务

地理处理服务是借助万维网来展示GIS分析功能的方式，使用服务器计算机的资源在服务器计算机上执行分析，提高分析计算执行效率。在ArcGIS中提供了大量用于执行各项GIS任务的分析工具，如简单的缓冲区、叠加、裁剪以及复杂的回归分析、影像分类、重分类等GIS任务。通过地理处理服务可以将不同的分析工具按照一定顺序结合在一起，完成对复杂的空间关系建模、分析，具有构建一次可多次使用的特点。在ArcGIS中可以通过图形化建模工具模型生成器（model builder）来创建业务处理模型，以流程图方式显示，用户可以拖入ArcGIS内置的分析工具，利用Python编写的脚本工具分析数据，然后设置输入、输出要素，就可以在外部调用该工具，此时只需要设置输入和输出数据就可以运行模型得到分析结果。

地理处理服务包含地理处理任务，任务采用在Web应用程序中捕获的简单数据，对其进行分析处理，然后以要素、地图、报表、文件等形式返回输出。

二、系统分析与设计

（一）建设目标

自然资源资产审计系统的目标是解决自然资源资产审计中疑点难发现的问题。根据自然资源管理法律法规、业务处理逻辑、审计经验，利用GIS空间分析能力，基于地理处理服务构建自然资源审计分析模型，系统通过Web端调用模型服务自动生成审计疑点，快速得到审计疑点时空分布状况，提高自然资源资产审计的效率。

（二）系统结构

系统结构包括浏览器端应用、两个网络、三类服务器（如图1所示）。在浏览器端应用中自然资源资产审计系统提供自然资源审计相关业务。专用网络提供客户访问自然资源资产审计系统的接口；内部网络用于连接各个服务器，提供数据调用和访问支持。三类服务器中代理服务器作为系统对外访问的代理，是实现专用网络客户端与内部服务器数据交互的桥梁，所有外部请求都由代理服务器过滤转发至内部服务器，再由其中转请求结果返回给客户端，通过防火墙的隔离，避免了内部服务器暴露在因特网上的风险，提高了系统的安全性；Web服务器用于存储页面表单数据，承载自然资源资产审计系统，提供模型服务、Web服务、WebGIS服务；数据服务器用于存储系统相关的空间数据和业务数据，提供数据库服务、文件服务等。

图1 系统结构

（三）数据库设计

自然资源资产审计涉及的数据主要包括土地资源、矿产资源、森林资源、草原资源、水资源、环境保护、基础地理信息以及相关法律法规等方面的数据。由于数据来自多个部门，存在格式、坐标等多样性，在数据入库前需要对数据进行格式转换、坐标转换、数据合并等数据预处理工作，然后按照资源类型进行分类规整，最后存入数据库中。系统采用Oracle数据库与文件存储结合方式，将矢量数据与属性数据存储在水资源库、环境资源库、矿产资源库、森林资源库、草原资源库、土地资源库、法规库、基础地理信息库、系统管理库等9个数据库，将栅格与其他文件（如文本文档、照片等）存储在服务器上。

（四）审计分析模型构建及发布

1.审计分析模型构建

自然资源审计分析模型建立的基础是自然资源管理法律法规、审计思路、审计经验，通过对法律法规的解析，分析对自然资源的定性、定量的管理衡量指标，结合审计经验、审计思路，对审计过程进行开发固化。根据法律法规、审计经验、自然资源数据，形成审计思路，再根据审计思路选择相应的分析工具进行分析；由于相交、擦除等分析会造成分析结果存在多个不相邻的图形组成同一条记录（多部件）和零碎图斑，因此需要对分析结果进行拆分工作，然后计算面积，删除零碎图斑（如图2所示）。

图2 模型流程图

以永久基本农田保护分析为例，根据基本农田、国家级公益林、基本草原划定的方法以及保护法律法规可以发现基本农田与国家级公益林、基本草原之间不应存在重叠现象，从《基本农田保护条例》中可发现建设用地不能占用永久基本农田。因此我们可以利用GIS中的叠加分析查找重叠的部分，构建模型的主要思路如下：（1）利用永久基本农田与林业国家级公益林进行叠加分析，得到永久基本农田与国家级公益林重叠数据，并计算重叠面积；（2）利用步骤（1）中的分析结果对永久基本农田进行擦除，得到未与国家级公益林重叠的永久基本农田，再用该数据结果与基本草原进行叠加，得到永久基本农田与基本草原重叠的数据，计算重叠面积；（3）利用步骤（2）中的永久基本农田与基本草原重叠数据对未与国家级公益林重叠的永久基本农田进行擦除，得到未与国家级公益林和基本草原重叠的永久基本农田；（4）筛选国情监测地表覆盖中的建设用地（房屋建筑），在与步骤（3）中的结果进行叠加分析，得到永久基本农田与建设用地重叠的数据，并计算重叠面积；（5）将国家级公益林、基本草原、建设用地与永久基本农田重叠的数据进行合并输出。在ArcGIS中通过ModelBuilder来设置输入、输出数据，同时按照审计思路将相交、擦除、筛选、分析后处理等工具按照一定的顺序连接在一起，完成永久基本农田保护分析。

按照上述“自然资源法律法规→需核实问题→构建模型→分析审计疑点”的方法，可以根据法律法规、审计经验构建审计分析模型，然后通过Web进行调用，可实现审计方法和模型的共享。

2.模型发布与调用

已经制作好的自然资源审计分析模型只能在本地运行，要实现通过Web调用来完成审计分析，需要将模型发布成网络服务。发布网络服务可以在ArcPro或ArcMap中进行，需要先运行模型，运行成功后就可通过共享的方式发布和管理服务，在发布服务时执行方式可以选择同步或异步，在本文中选择异步且使用地图服务查看结果方式。在发布服务前需要先将数据注册到ArcGIS Server中。

ArcGIS API for JavaScript提供了访问地理处理服务的接口（geoprocessor），该接口提供了同步（execute）和异步（submitjob）调用地理处理服务的方法。由于本文中地理处理模型发布为异步，因此采用异步调用方法，设置地理处理服务路径、输入参数、输出参数等。当客户端触发审计分析模型时，服务器端调用模型进行分析处理然后返回结果，在审计一张图中可以将分析结果叠加到影像上进行查看。

（五）功能设计

系统功能包括资源审计、审计一张图、运维管理三大模块（如图3所示）。

图3 系统功能结构

1.资源审计

资源审计是整个系统的核心，主要包括项目管理、审计模型。项目管理包括审计项目的创建、删除、修改等操作。审计模型提供系统内置的自然资源审计分析模型，主要包括基本农田审计、生态保护红线审计、森林资源审计、自定义分析等模型。基本农田审计主要分析永久基本农田与国家级公益林、基本草原、建筑物重叠情况。生态保护红线分析项目建设、采矿权等占用生态红线的情况。森林资源主要分析各年度退耕还林重叠情况、虚假退耕还林情况。自定义分析可供用户自己在数据库中筛选不同的数据，判断是否存在重叠情况。

2.审计一张图

审计一张图主要是呈现审计期间对审计区域内存在自然资源的管理和浏览，将不同时期、不同分辨率、不同精度的资源整合到一起，通过不同专题地图进行表达，直观地反映审计区域内自然资源在不同时间、空间上数量与质量的变化。

审计一张图模块包括地图浏览（放大、缩小、漫游、全图、平移）、资源查询、坐标定位、空间分析、长度、面积量算、疑点勾绘等功能。地图浏览实现对不同专题图的调用和浏览。资源查询可以根据名称查询数据库中是否有该资源，查询的结果可添加到审计一张图中进行浏览。坐标定位可以输入经纬度坐标进行定位。空间分析可供用户在地图中勾绘图形，查找图形所在区域内的所有资源。疑点勾绘可供用户勾绘在审计一张图中对不同专题地图进行叠加对比发现的审计疑点，同时可添加疑点描述信息。

3.运维管理

运维管理模块主要包括地图资源管理、用户管理、权限管理。地图资源管理是对审计期间收集的数据的展示，包括收集部门、收集时间、数据名称、有效时间等。用户管理是对用户的信息、登录密码进行管理。权限管理主要包括用户浏览数据的权限（用户只能查看审计年限期间审计区域的数据）、功能使用权限（只有管理员才可进行删除权限）等。

三、系统实现

在Visual studio 2019平台上，利用ArcGIS API for JavaScript开发包，结合ArcSDE和Oracle建立自然资源数据库，使用C#语言开发实现了自然资源资产审计系统。系统界面主要由三部分组成（见图4）：左侧是模型栏，采用树形菜单，为系统提供模型服务功能；顶部是系统工具栏，分为资源审计、审计一张图、运维管理；中间是审计项目信息管理界面。在审计一张图（见图5）中可查看审计区域的影像图，同时可叠加其他专业地图，也提供了资源查询、疑点下发、坐标定位等功能。

图4 系统界面

图5 审计一张图

四、应用案例

系统在M市进行应用，利用系统中基本农田分析模型，得到M市存在国家公益林与永久基本农田重叠面积为1553.69公顷，基本草原与永久基本农田重叠面积为2517.82公顷，建筑物与永久基本农田重叠面积为44.29公顷；将结果在审计一张图的叠加高分辨率遥感影像中进行人工判读（见图6），挑选抽查样本实地核查确认，经实地核查发现了永久基本农田划定确实存在与国家级公益林、基本草原重叠问题，部分建筑物划入永久基本农田，部分建筑物占用永久基本农田。

图6 结果示意图

五、结论

自然资源资产审计系统实现了将GIS与审计相结合，以服务形式调用审计分析模型，实现了审计模型的共享，并且以M市为例验证了系统的实用性。系统利用GIS地理处理服务，将审计思路和经验固化成分析模型，通过Web进行调用，利用服务器加强了数据分析处理速度，实现了审计模型的共享应用，为自然资源资产审计提供了便利工具。由于自然资源资产审计涉及数据多且复杂，在分析数据量大时模型运行时间比较长，未来可以考虑利用云平台、分布式等方式来对模型进行改善，提高模型运算效率。