内外业一体化的土地资源动态监测系统的研究与设计

郑　波

(上海市不动产登记事务中心,上海　200003)

1　概述

准确掌握土地利用现状是政府有关土地科学决策和合理规划的重要依据之一。近年来各地经济快速发展，人多地少的矛盾日益突出，同时城乡土地利用状况处在显著的动态变化过程中，以往土地利用现状数据的时效性较差，调查、更新的工作量大、成本高，同时受限于技术水平，难以及时准确的提供政府决策所需的关键数据。可见，为了全面、快速、准确的掌握土地利用现状及其变化情况，亟需建立一套土地资源动态监测系统。

近年来，随着科学技术的快速进步，数据采集方式日新月异，数据精度和效率不断提高，同时海量数据的存储、处理、分析和应用技术也不断更新，为建设土地资源动态监测系统提供了有利条件。如：1)GIS技术的快速发展和数据库技术的广泛应用也为数据的存储、分析、展示提供了更加丰富的平台和手段。各种基于“大数据”和“云”技术的软件系统、解决方案不断地出现，使得数据的组织、管理更加高效，数据的更新和交互更加便捷，成果应用和服务手段更加的多样[1-3]；2)航空、航天遥感技术迅猛发展，以其高分辨率、高光谱等特性迅速拓展在民用领域的应用，特别是无人机低空遥感技术更是目前研究的一个热点[4]，其使用方式灵活，数据采集精度高，便于部署等特性，使之成为了土地利用现状调查和土地资源动态监测的重要手段；3)CORS技术广泛应用极大的提升了野外测量的工作效率，能够实时动态地采集目标点的高精度三维坐标；4)激光扫描仪(LiDAR)能快速、高密度的获取测量对象的点云数据，包括：三维坐标、色彩/灰度信息等[5-7]；5)网络通讯技术快速发展改变了以往缺乏可靠、高速传输数据的无线数据通讯手段的状况，借助3G，4G移动通信技术，土地调查人员可以在调查现场快速的传回成果，真正意义上的实现动态监测土地利用情况的目标。

在此背景下，上海市规划和土地管理部门建立了“发现—甄别—调查—处置”的土地利用现状动态监测机制，在整合3S技术、计算机和网络通讯等技术的基础上，研究和设计了一套符合上海市情况的内外业一体化的土地资源动态监测系统。

2　系统设计

2.1　系统设计目标

上海市土地管理信息化监测开展较早，在2006年就已建成覆盖全市的土地利用现状数据库，并逐步实现了土地利用现状数据的更新，但是由于技术水平的限制，数据更新的手段单一，时效性较差，尚不能满足土地资源动态监测的要求，因此上一轮仅仅实现了信息化建设的初级阶段，其立足点为将在原业务模式的基础上引入信息化手段，未能根本上创新业务模式和工作机制。

随着管理思维的改变、科学技术的进步，上海市土地管理部门提出了建设与上海市社会经济发展相适应的土地资源动态监测系统。以实现业务系统的流程可扩展性和数据包容性为前提，提出了“硬件多样，平台统一”系统设计目标。“硬件多样”，是以通用的信息系统和统一的数据标准为基础，为多种数据采集设备提供统一平台；“平台统一”，强调数据处理和管理的后移，更进一步演变为在云端进行物理存储和物理计算。

2.2　系统设计模型

根据“硬件多样，平台统一”的总体目标，在集成应用云技术，3S技术的基础上，提出了一种分布式的业务系统(如图1所示)。该系统在服务器端实现数据的物理存储和物理计算，并为终端用户提供应用层的云端服务。在终端实现层,实现外部信息、数据的采集，通过云端的业务规则驱动的应用服务，实现数据的同步、存储和处理。

3　硬件系统构成

如前文所述，本文研究的土地资源动态监测系统以服务器为核心，业务系统提供各项服务、数据的存储、处理。如图2所示，业务操作终端、外业数据采集终端通过高速移动通信网络与服务器连接。业务执行人员，按照项目控制流要求，通过终端完成各单元的工作，在每单元工作完成后，终端自动与服务器进行同步。

矩形框内的为本文提出的集成化外业数据采集终端，以工业级平板电脑与GPS天线/全站仪组成集成系统，通过无线方式(蓝牙)连接；同时采用3G或GPRS网络模块提供无线接入环境，接入集控服务平台。工业级平板电脑可操作GPS/全站仪进行定位测量，同时利用自带摄像头拍摄取证照片(视频)，利用网络接入集控服务器，操作业务系统。

4　信息系统设计

4.1　基于规则驱动模型的信息系统设计

在参考现有各类业务系统设计方式的基础上，采用规则驱动(rule-driven)模型进行系统设计。相比现行信息化系统而言，当一项业务主动或被动(如新技术的引入导致流程变化)发生变化时，仅需对规则库进行维护，以其为基础生成子单元，进而根据需求重构业务单元，即可实现业务更新。

通过实体对象、事件对象、过程对象的识别和提炼，重构应用系统的业务模型，主要包括以下几项内容：

1)规则提取。对业务流程进行逐级细分，直至形成原子流程。在原子流程上抽取其业务规则，形成原子规则，而整个业务体系下的原子规则全集称之为规则库，是业务系统的核心。

2)规则精化。通过对原子规则的进一步分析，将会发现一部分相似的规则通过参数控制可进一步合并为可重用的原子规则，这一步是在“从粗到细”细分之后进行的精化，也是对业务理解的一个提升。

3)原子单元构建。以原子规则为基础构建原子单元，每个原子单元由其规则定义的条件为入口，需求为出口(如图3所示)，并带有自检机制，在这种结构下，出口输出的需求可能是最终成果，亦可能是其他单元的条件。

4)业务单元构成。业务单元是由原子单元构成的有明确业务功能的功能单元，类似于现行系统的功能节点。原子单元构成的业务单元已经能够实现单一的业务功能及其涉及的质量控制和角色控制。而业务单元功能的变化、调整只需通过原子单元的重新组合即可实现，相比当前常见的系统更加简便、高效。

4.2　规则驱动下业务系统的控制流

控制流是业务执行过程中所有可能的事件顺序的一个抽象表达，本文提到的原子单元构成业务单元，最终构成业务流程的规则即是对规则驱动模型下对业务系统控制流的一个实现。

为满足土地资源动态监测业务的动态性、应急性、时效性要求，本文提出了以项目为单位的，支持动态编辑扩展的控制流。此控制流具备以下的特性：

1)控制流建立在项目层面，而非传统的业务层面；根据具体项目的情况，可以随时变更控制流，使之更加符合实际情况。

2)控制流由指定权限(角色)的系统操作人员按需制定、编辑，而非在系统开发时固化在系统内部。这样的设计使得系统更易于维护，赋予了系统更大的自由度和生命力，可以随着需求调整不断进化。

4.3　规则驱动下业务系统的人员角色

基于规则驱动的业务系统在设计思路上，业务实质的抽象画为目标的，以此为指导建立的业务系统具有良好的扩展性和动态组合特性。这类系统中人员角色主要分为三大类：

1)业务主管，该角色的任务是总体设计。首先，对整项业务进行细分，得到原子规则。之后“从粗到细”进行原子规则的精化，建立原子单元。构建业务系统的控制流，即将原子单元重组为业务单元，进一步形成完整的业务；

2)系统开发维护人员，该角色的任务是开发实现。在系统的建立、运行中，不断的实现业务主管对一项业务的设计，系统动态的满足业务需求；

3)业务执行人员，该角色的任务即是业务执行。在业务系统上，按照业务控制流的规定和操作权限制定业务单元的规则。

5　控制流实例

根据规则驱动模型的设计思想，设计了适合上海市土地资源动态监测实际情况，控制流如图4所示。

6　结语

本文设计的土地资源动态监测系统综合运用了3S技术、计算技术和移动通讯等技术，通过软、硬件的有效集成，实现了业务流程的可扩展性和具有包容性的数据管理方式。

同时，充分考虑了上海市土地利用现状的特点，以及对土地精细化管理的需要，立足于探索一种精度高、应急快、现势性强的土地资源动态监测系统，进一步整合、优化土地调查技术与流程。将对于提高土地现状调查工作的工作效率和加强土地现状数据的组织管理具有现实意义。