云GIS环境下国土资源执法监察技术体系研究与应用

张广波 张习全 于 晖

(1. 北京华星勘查新技术有限公司, 北京 101102；2. 德州市土地储备整治中心, 山东 德州 253073)

0 引言

经济发展新常态下,国土资源管理工作正在发生重大的趋势性变化。从国土资源供给来看,土地利用从增量扩张为主转向盘活存量与做优增量并举；从资源环境约束来看,国土资源环境承载能力正在逼近“天花板”,大规模、高强度的国土资源开发活动,资源环境将难以承载；从国土资源管理方式来看,正在从侧重于行政干预手段向综合运用多重管理手段转变[1]。这些新的趋势和变化对国土资源执法监察工作水平提出了更高的要求。国土资源执法监察是国土资源管理的一项重要工作,离不开地理信息系统(geographic information system,GIS)的技术支撑[2],伴随着GIS向云GIS的升级发展,执法监察工作也将迎来新的发展阶段。

云GIS是指以互联网为中心,以云计算技术和理论为基础的地理信息系统[3]。云GIS能够提供高可靠性的GIS数据云存储、高效的云GIS数据处理和查询、统一的云GIS数据共享等多种服务,它是一种全新的GIS平台构建方式。在各行业应用需求牵引和GIS理论发展与新一代信息技术的推动下,云GIS技术体系目前已经发展成熟[4]。在产品研究方面,ESRI公司发布的ArcGIS Desktop 10.1地理信息系统产品,实现了云架构GIS[5]；北京超图公司为搭建GIS私有云和公有云,研发了SuperMap GIS 6R地理信息系统平台软件[6]；中地数码公司采用云架构,研制了可跨平台、多终端使用的MapGIS K9 SP3地理信息系统平台软件[7]。在国土资源管理应用方面,彭海波等[8]采用分布式存储、并行计算等技术,搭建了湖南省国土资源管理云GIS平台,满足当地国土资源海量多源异构空间数据的管理和共享需求；江文源[9]针对广西国土资源管理,基于广西国土资源云基础支撑环境,搭建了土地利用综合监管云GIS平台；王志敏[10]在现有GIS可视化技术基础上,将传统GIS服务云化,研发了一套云南国土空间大数据可视化系统。

本文基于现有的国土资源数字执法的工作成果,结合云架构和GIS技术,使用便携式电脑、智能手机等移动设备替代“卫星定位+数码相机+台式电脑”的外业巡检、调查取证和数据处理的作业模式,同时搭建国土资源云GIS平台,实现多源数据存储、分发和计算服务,建设与国土资源执法监察新形势相适应的执法监察新体系,为国土资源管理提供高效的地理信息协同服务,加快数字执法向智能执法的升级进程,大大提高了国土资源执法监察部门的工作效率和执法水平。

1 需求分析

国土资源执法监察工作是国土资源管理工作的重要组成部分,也是“双保”工作当中“保红线”的必要保障,具有特殊的业务属性和空间位置需求,与GIS技术相结合非常必要。从空间位置需求分析,国土资源执法监察与外业核查、调查取证、违法测量、现场处理等工作分不开；从业务属性分析,首先,执法监察需要部门联动、多级管理、共同负责的执法机制,其次,土地违法需要集中整合多种业务信息进行科学的综合判断。鉴于执法监察工作的独特属性,基于“数字国土”的建设理念[11],近几年来,致力完成了国土资源执法监察数字化管理建设,形成了数字执法监察体系,如图1所示。

图1 国土资源数字执法监察体系

数字执法改变了传统执法的纸质办公工作模式,很大程度上提高了国土资源执法监察的工作效率和信息化水平,但是仍然存在需要尽快解决的实际问题,一是随着新型城镇建设的不断演化和农村经济的升级发展,土地价值逐渐显现,土地违法、土地纠纷等案件逐渐向量大面广多发的趋势发展,导致土地执法监察工作呈现任务重、问题多、压力大等新特点,严重影响土地执法监察工作的连续性和经常性,迫切需要运用新的执法监察体系来创新开展工作,提高土地执法管理效率和工作水平；二是由于利益驱动、依法用地意识不强、地方政府干预等原因,土地违法行为日趋多样化、复杂化,要对各类土地违法行为达到全面准确监测,对各种土地违法案件做到快速处理分析,必须综合运用各种更加先进、智能的云GIS技术手段[12],将现有的基于GIS的国土资源执法监察工作模式向云GIS环境下转变。

2 总体设计

2.1 架构设计

国土资源执法监察体系云GIS平台遵循云计算基础架构的设计原则。云计算的基本架构体系[13]分为基础设施即服务(infrastructure as a service,IaaS)、平台即服务(platform as a service,PaaS)和软件即服务(software as a service,SaaS),架构体系如图2所示。国土资源执法监察体系云GIS平台总体的软件架构设计划分为五个层次,即基础设施层、软件运行环境层、信息资源层、应用服务层和服务发布层,架构层次如图3所示。基础设施层又划分为硬件基础设施层和软件基础设施层,硬件基础设施包括了数据存储设备、网络通信设备和通用计算设备等；软件基础设施包含了服务的发布、共享、管理和编辑。软件运行环境层包括操作系统、数据库、文件传输服务器、Web服务器以及软件应用服务器、GIS软件等,共同组成云端运行环境。信息资源层的建设基于国土资源管理部门历史积累并且不断更新的遥感卫片、航空影像以及规划、现状等多源空间和专题数据,通过空间参考变换、数据格式转换、数据关联等融合技术手段对多源异构数据进行统一的组织和管理。应用层包括基础地图服务、专题业务服务、多媒体服务和决策分析服务等。用户层包括了用户使用的各类智能移动设备。

图2 云计算架构

图3 国土资源执法监察体系云GIS架构

2.2 业务功能设计

结合北京市规土委朝阳分局国土资源管理的业务需求,国土资源执法监察体系应用层设计为土地动态巡查客户端系统和土地执法监察信息管理系统。其中土地动态巡查客户端系统运行于外网,并使用虚拟加密通道,主要包含巡查任务接收与消息提醒、巡查数据采集与信息回传、信息调用与数据更新、内外业即时通信、部门协同办公、导航定位等；土地执法监察信息管理系统同时运行于内网和外网,通过网闸进行物理隔离,外网使用虚拟加密通道,主要功能包含数据录入与维护、信息查询与统计分析、外业巡查数据接收与预处理、时节节点提醒、数据加密处理、项目管理、数字化档案管理、地图管理、卫片变化自动监测分析、任务下发与资源调度等模块。功能体系如图4所示。

图4 总体业务功能结构

3 系统应用

3.1 土地动态巡查移动客户端

土地动态巡查移动客户端软件采用超文本标记语言5.0(hyper text makeup lauguage 5.0,HTML5)+层叠样式表3.0(cascading style sheets 3.0,CSS3)+JS脚本语言(Javascript,JS)跨平台开发框架[14],适用于安卓(Android)、苹果(IOS)、微软(Windows)等终端操作系统。客户端运行主界面如图5所示。客户端实时接收土地执法监察信息管理系统下发的定向巡检任务,并进行消息提醒,消息内容涵盖巡检次数、巡检时间、违法情况、违法主体、土地坐落等土地违法信息。

系统支持以开放地理空间信息联盟(open geospatial consortium,OGC)开放式协议的电子地图服务和私有云发布的地图服务[15],参考底图地图资源包含道路网格图、历年遥感影像等,通过移动通信网络实时获取外业巡检人员、车辆的位置信息,并实时回传到土地执法监察信息管理系统,形成轨迹记录。巡检人员可根据土地违法位置信息进行导航定位,可利用云GIS的空间量测服务,进行点位、距离、面积量算,查询权属、四邻等相关信息,辅助巡检人员更加合理处置土地违法案件。如图6所示。

3.2 土地执法监察信息管理系统

土地执法监察管理系统采用Java跨平台计算机语言开发,适用于Windows、IOS等电脑端操作系统。系统能够自动接收国土资源管理内网发布的土地违法项目,并将项目信息和巡检任务按照属地下发给指定巡检人员。系统同时能够对项目信息、档案信息和地图信息集中统一管理,形成“图形-项目-档案”联动查询,并能够调用国土资源私有云发布的地图数据,基于地图可实现查询、规划、测量和空间分析等。

4 结束语

本系统成功应用于北京市规土委朝阳分局土地执法监察日常管理中,并取得了良好的效果和评价。虽然搭建了国土资源云GIS平台,得到了初步的应用,引入了视频监控、遥感监测、移动巡查等新技术手段,但基于云GIS的土地执法技术支撑体系发挥整体支撑作用还需要进一步努力,例如,基于共享的理念,建设全国性的国土资源执法监察共享云GIS平台将成为下一步努力方向,基于共享云GIS平台,可以实现国土资源管理数据从乡镇街道、县区、市级、省、自然资源部逐级上报、全面覆盖的管理模式。另外,通过不断引进新技术、新设备,将为国土资源的科学管理提供有力的技术支撑与创新理念。