基于铁路“一张图”的铁路用地管理系统设计与实现

宋 喆

（中国国家铁路集团有限公司 经营开发部，北京 100038）

在国家推行不动产统一登记、铁路土地资产资本化，以及铁路土地授权经营和经营开发的背景下，铁路用地管理的内涵和侧重点逐渐发生转变，由传统的保障安全生产转变为扩展资产化经营开发。随着铁路建设及铁路投产里程的不断增加，铁路用地管理的范围也逐步扩大，管理资源和管理效能面临着越来越严峻的挑战。据统计，铁路用地人均管理面积由2015 年2.73 km2/人上升到2020 年8.59 km2/人，增加了约3.15 倍[1]。而铁路土地具有条带状的空间特性，这使铁路用地的管理难度大为增加。

铁路“一张图”是指以国家基础地理信息中心和铁路地理信息平台的数据为基础底图，叠加铁路宗地边界、权属信息等数据，所形成的全国铁路用地资产数字化地图服务。本文在此基础上，融合了铁路用地档案、用地现状、权属纠纷、用地管理人员等信息，结合地理信息系统（GIS，Geographic Information System）数据融合、图像分析、大数据分析等技术，设计并实现了基于铁路“一张图”的铁路用地管理系统，以增强系统的数据跨域综合分析能力与可视化数据动态统计和展示能力。基于铁路“一张图”的铁路用地管理系统能更好地满足铁路权属、监察、处置、规划、开发利用等业务生产和管理需求[1]。

1 系统设计

1.1 设计目标

（1）减少系统重复开发，降低信息化建设成本。目前，各铁路局集团公司分别研发自有土地管理信息系统，这造成了资源的大量投入、数据的重复采集、系统的无序建设。铁路用地管理系统的研发可为各铁路局集团公司提供“一张图”式的铁路用地数据共享服务，满足个性化需求[2]。

（2）深挖土地信息价值，提升土地管理综合效益。铁路用地管理系统的构建以铁路现势性管理为基础，以信息化为手段，通过对各铁路局集团公司既有土地的地上地下空间利用、土地资产经营模式和经营效益、未开发的土地综合开发利用等分析，以数字化形式挖掘铁路用地资产经营开发价值，并形成可复制、可推广的经验及方法，为中国国家铁路集团有限公司（简称：国铁集团）、各铁路局集团公司“降本增效”提供信息化支撑。

（3）分析土地行业数据，提出土地资源价格趋势。铁路用地管理系统的研究可以对各铁路局集团公司可开发利用土地总体情况、区域分布、使用情况等进行分析研判，形成可开发利用土地资源数据库；可以结合当地经济发展趋势，根据数据模型分析，预判铁路土地综合开发业态，开拓新型经营模式。

1.2 系统架构

铁路用地管理系统基于中国铁路主数据中心云平台，充分借助国铁集团的铁路数据服务平台和铁路地理信息平台，在标准规范体系和安全保障体系的支撑下，通过感知层、网络层、设施层（云平台）、数据层、服务层，支撑应用层的铁路用地管理应用，以及访问层的多终端访问。同时，该系统采用统一的授权管理进行安全控制，确保系统安全稳定运行[3]。系统的总体架构如图1 所示。

图1 铁路用地管理系统总体架构

（1）感知层：基于物联网、北斗卫星导航系统等感知技术，借助终端设备，实时地识别、感知、定位、跟踪、采集铁路用地管理数据，为系统提供数据来源。

（2）网络层：为数据的上传和指令的下达提供实时的通道，实现各级管理者通过固定终端、移动终端等随时随地获取数据、声音、视频和报警消息。

（3）设施层：提供计算资源、网络资源、存储资源和安全资源，保证铁路用地管理系统高性能、高可靠稳定运行，并且可以灵活扩展。

（4）数据层：借助数据汇集、清洗、转换、存储、分析等技术，将基础数据、业务数据，以及图形数据、非结构化数据、分析数据进行集成和共享。

（5）服务层：运用服务总线、消息队列、认证授权、搜索引擎、报表引擎、流程引擎等基础服务，为系统运行提供支撑。

（6）应用层：基于感知层、网络层、设施层、数据层、服务层，构建铁路用地管理业务应用。

（7）访问层：通过SSL VPN、Web、移动互联等技术，实现浏览器、智能终端、中心大屏等不同方式的访问。

2 系统功能

铁路用地管理系统的功能结构如图2 所示。

图2 铁路用地管理系统功能结构

2.1 铁路用地统计报表

依据铁路用地分类标准和铁路用地台帐管理标准，构建台帐数据关联关系和逐级锁定/解锁机制，增强系统易用性和数据安全性，同时引入多维分类体系，解决不同分类体系下组织结构的快速组合问题，在此基础上提供铁路用地统计报表扩展功能。铁路用地管理系统通用统计报表主要包括运输生产用地、辅助生产用地、商服用地等多种用地类别，并可根据国铁集团、各铁路局集团公司不同的管理需求，提供定制化台帐总表、综合报表的汇总和导出功能，满足个性化铁路用地管理需求。

2.2 铁路用地综合指标分析

围绕土地权属、土地收益、土地动态等专题，铁路用地综合指标分析以数据聚合和专题指标分析的方式为国铁集团、铁路局集团公司提供多维度数据统计和信息的可视化展示服务，提升铁路用地管理数据分析和获取能力，为铁路用地管理提供可预见性的数据指导[4-5]。

（1）土地属性综合分析：通过对土地权属、类型、宗数、面积等基本属性的分析，使用户及时掌握铁路用地近年来的面积变化趋势、土地的使用方式分布、各铁路局集团公司用地情况、土地领证情况及土地的资产价值等信息。

（2）土地收益综合分析：依据土地资产处置、临时租借、合资占用国铁集团土地情况等业务台帐分析土地收益，并对各铁路局集团公司月度土地收益、年度土地收益等重点指标进行回归分析。

（3）土地动态综合分析：依据现场反馈的被侵占数据进行图形分析，并自动计算当前侵占面积，对发生侵占的重点地块进行数据提取。同时，土地动态综合分析还利用被占用土地或纠纷土地的分析结果，为解决侵占问题、保护土地资源提供数据支撑。

（4）土地专项综合分析：对土地授权经营批复情况、土地使用换证完成情况等进行分析；对货场（物流基地）占用土地按照线路、行政区划、等级等维度进行分析，以及对“三供一业”移交面积、移交宗数及移交完成情况进行分析。

（5）土地利用情况分析：依据现场反馈、土地档案等数据，使用户及时掌握土地利用现状，对可开发利用土地、潜在可开发利用土地、停用铁路线路等土地资源进行统计分析。

（6）人员情况综合分析：对包括管理人员结构、年龄分布、人均管地等情况进行多维度分析，为决策人员进行土地管理人员的安排提供数据支撑。

2.3 铁路用地“一张图”管理

铁路用地“一张图”管理通过统一的铁路用地图绘制标准和共享机制，实现铁路用地图属一体化展示和图属联动，基于铁路“一张图”进行用地可视化和空间专题分析。

（1）可视化展示：实现全国铁路用地界限数据的可视化集成展示，对铁路用地数据按级别、权限分别管理，支持按照宗地名称、宗地编号、行政区域等快速查询定位宗地位置及其用地台帐，为用户提供可视化展示、分层管理、宗地在线查询、台帐查询功能。同时，可视化展示还预留与用地巡查人员定位信息和现场视频图像实时接入接口，使用户具备图上巡查监督能力。

（2）用地图服务：基于铁路线路、车站、站场，土地专业用地红线、地籍地块、附属设施等，形成全国铁路范围土地“一张图”，为各铁路局集团公司的铁路用地数据提供统一、标准的服务接口；依据各铁路局集团公司用地图的权属关系，为其提供分权限、分图层的铁路用地图服务。

（3）GIS 专题分析：分为权属分析图层、收益分析图层、土地动态图层和土地专项分析图层4 个专题图层。权属分析图层包括面积变化情况、土地领证情况、土地使用方式等。收益分析图层包括资产处置情况、租借情况、合资铁路等收入来源分析。土地动态图层包括可开发利用、被占用土地、停用线路、纠纷土地等。土地专项分析图层包括授权经营批复情况、授权经营换证情况和货场（物流基地）占用土地分析等专题分析。

（4）宗地界线管理：提供对宗地界址点数据的上传、坐标转换、地图配图、服务发布等功能，推进铁路“一张图”数据交付管理，由铁路用地管理单位依据交付要求上传宗地界限数据。同时，宗地界线管理还提供按铁路局集团公司、站段管辖范围进行区域选择功能，实现宗地界线集中管理、分级维护及同步更新。

2.4 重点区域土地探查分析

（1）建筑物信息提取检测：在铁路“一张图”的基础上结合遥感影像数据，通过遥感影像提取方法进行车站周边建筑物等信息的提取，实现铁路沿线建筑物的检测，以及宗地图红线范围内建筑物的类别判断和面积判断。

（2）多时相影像分析对照：针对铁路沿线周边的建筑物，提取多个年份的遥感影像铁路用地信息，实现对铁路沿线建筑物的多时态分析，并将分析结果制图发布，实现典型地块遥感影像的在线查阅和对照，显示智能分析的结果。

（3）建筑物变化分析：在多时相、高分辨率的遥感影像基础上，实现铁路沿线新增或废弃建筑物信息的可视化展示和分析，为土地巡查监督提供参考。

（4）土地开发利用分析：利用GIS 相关技术实现铁路沿线周边人口、经济分布状况专题地图的可视化展示，并结合现场反馈及相关台帐等数据，对可开发利用土地和潜在可开发利用土地进行分析，为土地的经营开发提供有效的辅助决策。

3 关键技术

3.1 多时相遥感影像提取、动态检测技术

基于铁路“一张图”铁路用地管理信息系统，汇集同一铁路用地区域的多个时相的单波段或多波段遥感影像，对数据源进行预处理，并采用一种或多种影像提取算法，对车站或沿线重点建筑物等检测对象进行特征提取，检测该区域的地物是否发生变化，实现铁路周边建筑物的多时态分析，并将分析结果生成图表进行展示[6]。多时相遥感影像提取、动态检测过程如图3 所示。

图3 多时相遥感影像提取及动态检测过程

铁路用地遥感影像提取和检测需要多时相数据源，在选择数据源时应充分考虑物候和影像成像条件带来的噪声，以及检测范围、检测精度等带来的影响。对于铁路用地多时相遥感影像而言，不同时间、不同传感器、不同视角使得同一地物在同一地理坐标系下对应的坐标位置不一致，因此需要对遥感影像进行图像配准。同时，光照、地形、大气等条件变化，以及遥感器本身的光电系统影响会导致影像变化检测的分析结果与实际有偏差，因而需要通过辐射校正消除这些因素带来的影响。

在铁路“一张图”的基础上，结合多光谱、多分辨率、多时相的遥感影像数据，通过遥感影像提取方法（如遥感影像典型地物提取算法等），分析多时相铁路用地遥感影像中地物的光谱、形状、空间、纹理等特征存在的差异，提取遥感影像变化强度或变化类型等信息，实现铁路沿线建筑物的检测，以及对铁路沿线建筑物的多时态分析，并基于该检测结果进行动态检测评价[7-9]。

3.2 铁路可开发用地数据多元化分析技术

基于国家基础地理信息数据、铁路基础地理信息数据、铁路宗地图数据，以及铁路沿线周边人口数据、经济数据等，利用叠加分析、缓冲区分析等GIS 相关技术，判断一定范围内的人口密度大小和经济状况。同时，通过不同时间单位（年、月、日）数据的对比，进行铁路可开发用地数据多元化分析，实现铁路沿线土地属性、土地收益、土地动态、人口分布、经济分布状况等专题地图可视化展示，为土地的经营开发提供有效的辅助决策，使土地利用更合理化、经济化和实用化。铁路可开发用地数据多元化分析过程如图4 所示。

图4 铁路可开发用地数据多元化分析过程

通过对铁路可开发用地数据进行多元化分析，铁路用地数据专题可分为土地属性、土地收益、土地动态、土地专项、土地利用和人员情况。铁路用地数据专题结构如图5 所示。

图5 铁路用地数据专题结构

4 结束语

基于“一张图”的铁路用地管理系统的设计及实现有利于提升铁路土地管理及综合开发水平，促进国铁集团和铁路局集团公司两级铁路用地管理信息系统融合发展，充分体现铁路发展的本质要求，具有重要的现实意义和应用价值。