移动端土地督察系统的设计与实现

熊长喜，李 旭

（1. 河南省基础地理信息中心，河南 郑州 450003；2. 河南理工大学 矿山空间信息技术国家测绘地理信息局重点实验室，河南 焦作 454003）

0 引 言

为完善土地执法督察业务工作，国家土地督察武汉、上海、北京等分局，建设了基于GIS的土地督察信息平台，构建了“一库两网三系统”，通过叠加与对比分析，及时发现线索、快速锁定督察目标，实现了信息分析评价、实地巡查核查、业务办公等功能[1-4]。虽然土地督察信息平台在数据集成管理、变化图斑自动提取、用地类型辅助研判[5]等方面不断完善，但目前实地核查工作中仍需要通过土地督察移动车辆集成笔记本电脑、手持GPS/PDA、无线路由器、车载摄像机、对讲机、3G网络等设备和技术，通过记录、导入坐标、人工判读等方式进行巡查[6]，存在携带设备多、数据获取离散、网络传输慢、操作复杂、成本高昂等问题，且简单的手持设备难以与后台系统联动，在巡查数据的实时同步、野外精准执法处置、敏感（涉密）数据安全传输等方面也存在不足，影响了土地督察业务工作的质量与效率。因此，本文提出基于移动智能终端及第4代移动通信（4G）、地理信息等技术，设计研发适用于移动端的土地督察ss系统，通过实例验证表明本系统具有效率高、成本低、方便携带等优点。

1 系统设计

1.1 总体架构

本文基于移动GIS、系统集成等技术，基于SOA（Service-oriented Architecture即面向服务架构）和REST（Representational State Transfer即表述性状态传递）架构，利用空间数据库存储和管理业务数据，通过不同终端与服务器之间交互，实现地图调用、数据采集、空间分析等土地督察功能[7-8]。系统分为数据层、逻辑层和应用层，总体架构如图1所示。

图1 系统总体架构Fig.1 System overall architecture

1）数据层：存储基础地理信息数据（矢量、影像）、业务数据（坐标、文档、表格、图片等）、其他土地督察数据，分别利用服务端和移动端数据库进行管理和维护。

2）逻辑层：包括专业服务器和应用服务器，提供网络地图（WMS）、网络切片（WMTS）、网络要素（WFS）和标准功能接口等符合OGC规范的服务[9-11]；实现部署移动端的执法巡查、数据采集和PC端的数据分析管理、对比核查统计等业务功能，为应用层提供支撑服务。

3）应用层：包括督察实地核查子系统和督察业务支持子系统。其中，督察实地核查子系统选用Android设备为终端，面向土地督察、巡查人员；督察业务支持子系统以PC浏览器为载体，采用BS模式开发，面向专业的管理人员。

1.2 功能设计

为满足土地督察业务需求，系统由督察实地核查子系统和督察业务支持子系统两部分组成，如图2所示。督察实地核查子系统是在移动设备上开发的土地巡查执法专用终端，用于数据获取、分析、上报，实现违法用地取证、巡查数据采集、用地违法交互分析和地图导航等功能；督察业务支持子系统，基于B/S构架开发，包括督察数据管理、用地对比监测、数据展示分析、督察成果统计模块，可根据数据与图件的对比、叠加、分析和评价，发现疑似违法用地线索，确定外业核查方位和范围，实现服务发布、对比核查、数据分析、查询统计、终端支持等功能。

图2 系统功能设计Fig.2 System functional design

2 关键技术

为适应土地督察工作需求，解决应用中敏感数据传输、终端定位精度不高、数据访问效率低等问题，本文研究了实时差分定位、数据库切片缓存、虚拟专网加密等方面的关键技术。

2.1 移动终端CORS伪距差分定位

定位精度直接决定了地块是否符合规划，为准确记录督察过程中图斑位置，提高执法精度，系统利用Ntrip协议（用于互联网传输实时载波相位差分数据），通过4G网络连接CORS（Continuously Operating Reference Stations，即连续运行卫星定位导航服务系统）中心服务器，获得CORS网的改正信息（RTCM差分协议数据），采用单点定位方法采集定位和状态数据（NMEA-0183协议的GGA和GST数据）[12]，根据终端概略定位信息和差分改正信息，通过加权算数平均算法利用多参考站伪距差分数据进行计算改正，实现亚米级实时快速定位。

多参考站伪距差分是多个参考站联合改正的区域伪距差分服务，数据中心发送CORS网中参考站的改正信息，移动终端据此经平差计算，实时求出其改正数[13]。加权算术平均法顾及了移动终端到参考站距离与位置对差分改正的影响，将各参考改正数的加权平均值作为终端改正数。其计算公式如下：

式中，n为CORS基准站数量，Vu为终端改正数，Vj为各基准站的改正数，Sj为空间相关系数（权），S为移动终端到各个参考站间的距离和，即

设改正数的权为移动终端到参考站距离的倒数，即

式中，（xj,yj）为参考站的坐标，（xu,yu）为移动终端的概略坐标。

2.2 空间数据库驱动的多分辨率分布式缓存

为了提高切片数据的访问和部署效率，保证系统运行的流畅性，本文以关系数据库代替文件方式进行存储，将数据存储在服务端的Oracle数据库[14]，瓦片数据表的字段包括zool_level（级别）、tile_x（行）、tile_y（列）、tile_data（切片）。为提高数据的读取效率，对数据库中的瓦片建立索引[15]，设定某瓦片行列号为（Tx,Ty），层级为Tz，索引公式为：

式中，Two2Ten(String)将二进制转为十进制，Ten2Two(String)将十进制转为二进制，确保索引的唯一性。

实际运行测试显示见表1，在瓦片规模相同时，采用数据库存储所占磁盘空间明显减少，瓦片数据库仅占用文件式存储空间的46%，数据迁移速度提高248倍，访问速度是文件方式的1.4倍。

表1 瓦片不同存储方式性能对比Tab.1 Performance comparison of different tiles storage modes

2.3 虚拟专网加密传输

土地督察工作使用的空间业务数据多为敏感数据，本文采用SSL VPN（虚拟专用网）技术保证数据传输的安全性。VPN是基于隧道机制在公用网络上建立专有网络进行加密通讯，具有成本低、可扩展性强、简单易用等特点。SSL（Secure Sockets Layer）协议指定了在应用程序协议和TCP/IP之间进行数据交换的安全机制，为TCP/IP连接提供数据加密、服务器认证以及可选择的客户机认证。

3 系统实现及应用

3.1 开发环境

系统以上述关键技术为理论基础，以Android Studio为移动开发工具，使用Java和JavaScript语言，利用ArcGIS Server平台，Oracle、SQLite空间数据库等技术研发了移动土地督察系统，具体开发技术见表2。

表2 开发环境列表Tab.2 Development environments

3.2 系统应用

1）督察实地核查子系统

依托Android移动终端及其SQLite数据库，以Web请求的方式调用服务端的数据和功能服务，实现了地图浏览、执法记录、坐标采集等功能。该子系统不仅能够记录疑似违法用地的描述信息，还能以差分定位方式精确记录地块空间坐标，利用虚拟专网安全将数据提交保存至服务端，通过叠加后台土地管理、规划等图层，准确判断土地占用情况[17]，如图3所示。

图3 实地核查系统（移动端）Fig.3 Field verif i cation system (mobile terminal)

2）督察业务支持子系统

主要基于ArcGIS Server平台和Oracle空间数据库，开发了图层管理、信息管理、综合统计等功能模块，通过入库管理移动端采集的违法用地数据，精确分析比对占地类型及面积，并将分析结果返回移动终端，实现了对实地核查子系统的动态支持，达到了快速、精确督察的目的，如图4所示。

系统在驻马店平舆县国土资源局安装部署系统7台，共发现疑似违法建设用地40余处。实际应用表明，基于移动终端的土地督察系统具备以下优势：①能够记录文本、照片、视频等资料，数据获取更加丰富；②坐标直接叠加图层进行分析，没有导入、导出过程，对用地、占地的分析更加准确；③将外业督察数据直接提交至后台数据库管理，使外业督察和内业管理工作无缝结合。

图4 业务支持系统（PC端）Fig.4 Business support system (PC side)

4 结束语

本文对基于移动端的土地督察系统的设计与实现进行了详细的探讨，研究了基于CORS的差分定位、数据库驱动的切片缓存和虚拟专网加密传输等关键技术。相对车载督察系统而言，移动终端集成度高、功能丰富、成本低、方便部署使用，可随时随地进行土地督察，有效补充了车载系统的不足，增加了土地督察的技术手段，有效遏制了土地“双违”现象的发生。