自然资源外业调查通用平台技术研究

朱晓武，周正玉*，刘 剑，王彦泽

（1.广东省国土资源测绘院,广东 广州 510500）

近年来,自然资源部以及各级自然资源部门开展了国土调查[1-2]、地理国情普查[3]、耕地资源摸查、农村地籍调查、湿地调查和永久基本农田核查等各类自然资源调查,并开发了相应的外业调查系统[4]。这些系统的调查任务各异、调查内容不同,涉及的任务发布部门、调查部门、核查部门也不同,系统间数据难以共享,进而导致系统研发时间长、项目进度慢、数据资源浪费等。随着互联网技术、3S技术、移动通信技术、无人机技术的快速发展和日臻完善,移动外业信息采集成为自然资源信息调查的一个主要手段[5-6]。本文以普适性为核心设计理念,面向自然资源调查业务需求,利用领域驱动设计（DDD）技术[7],设计了通用性高扩展性强集自然资源外业调查举证、上报审核、数据共享于一体的外业调查平台,为日后各类自然资源调查提供了泛化的零码组装技术框架。

1 总体思路

1.1 现状分析

自然资源调查主要是对土地、森林、草原、矿产、湿地等进行调查,并建设了相应的外业调查系统,如国土资源在线巡查系统、高标准农田建后监管系统、耕地保护情况外业调查系统、永久基本农田疑似问题图斑调查系统、地理国情外业核查系统、国土调查外业举证与内业核查一体化系统、第三次全国国土调查省级外业调查及举证系统等。通过分析发现,现有系统存在的问题为:①数据标准不一、不易共享,由于不同的管理部门均根据自身的管理需要制定调查任务,势必导致调查目的相似、但数据标准不一,数据难以共享；②系统重复建设、资源浪费,调查内容和流程存在很多相似性,重复建设,导致人力物力的浪费；③系统通用性差、难以扩展,系统针对性比较强,缺乏灵活性,不能适用于调查内容或流程发生改变的调查任务。

1.2 业务流程

为了解决现有系统存在的问题,结合自然资源调查特点,本文设计了面向普适性需求的自然资源外业调查平台,业务流程需要贯穿调查内外业的各个工序。首先基于调查任务相关的专题数据和基础数据,通过数据叠加与提取、影像融合与裁切等步骤整理出调查源数据；再对调查任务进行项目配置,配置内容主要包括调查源数据、调查模板、审核模式、调查与审核工作底图等；然后分配项目外业调查员和内业审核员,外业调查员负责实地调查并上传调查数据,内业审核员负责审核调查数据；最后根据权限设置对审核通过的数据进行共享。自然资源调查业务流程如图1所示。

图1 业务流程图

1.3 技术路线

首先调研自然资源领域调查业务需求和特点,收集现有系统并综合分析各系统的共性以及利弊；然后以实现多种外业调查应用的零码组装为目标,结合DDD理念进行领域模型设计,对多源数据访问、可配置化、数据防篡改、数据交互与共享等关键技术进行可行性研究；最后确定系统总体框架和功能模块,选用开发语言与框架、数据库和数据交互模式,研发自然资源外业调查通用平台（图2）。

图2 技术路线图

1.4 系统架构

自然资源外业调查通用平台的系统架构如图3所示,分为硬件支持层、数据层、业务逻辑层和表现层4个部分。硬件支持层包括业务服务器、数据服务器、PC机、平板电脑、网线、防火墙和路由器等,主要是平台运行的硬件设备和网络支撑环境；数据层包括业务数据库、移动端数据库、调查源数据和工作底图数据；业务逻辑层主要包括系统间的数据交互服务、跨平台的地理数据访问底层库、各系统开发框架和技术；表现层为平台的具体功能,包括配置与管理子系统、调查子系统、审核子系统和共享子系统等。

图3 系统架构图

2 关键技术

2.1 多源数据跨平台访问

随着各地地理空间框架建设项目的完成,积累了大量的地理空间数据,建成了各级地理空间服务平台。在进行自然资源调查时,可调用这些平台的服务数据,作为调查的工作底图和辅助分析图层。由于服务平台建设方不同,选择的技术、数据访问接口以及返回的数据格式都不尽相同。在平台建设过程中,必须将这些服务平台数据整合为标准统一的访问接口和数据格式[8-9]。本文通过扩展改写开源的ArcGIS API for Javascript和ArcGIS API for Android库,使其可以统一的接口访问各类地理信息公共平台的数据服务,并将常用的地理功能集成到库中,作为Web端和移动端地理数据访问和操作的底层库（以下简称底层库）。

2.2 自然资源调查任务的可配置化技术

自然资源调查任务的可配置化技术是整个平台研究的核心内容之一。在分析现有调查软件和需求调研的基础上,结合自然资源调查的业务特点,平台实现了调查对象、调查内容、调查审核流程、任务分发等可配置化。调查对象是调查图斑的来源图层,主要形式为地图服务。首先对调查对象进行源数据管理,再通过底层库访问数据源图层的源数据信息,实现对该调查图斑的调用,完成调查对象的来源图层设置。调查内容主要包括属性信息、空间信息、实地照片和视频等,属性信息可设置字段名称、别名、类型、是否为空、是否可编辑、默认值和值限制等信息以及属性字段间的限制和逻辑关系,还可设置主表内容、子表内容以及主子表之间的依存关系等；空间信息主要设置图形类型、是否可编辑以及在进行图形分割和融合时属性字段自动赋值规则等；实地照片和视频主要设置上报图片视频的数量和大小。调查审核流程相对简单,大部分为省、市、县、镇四级直线上报和多级审核模式,不会出现复杂的分支跳转关系[10],审核方式包括不可修改审核内容的审核方式和可修改审核内容的核改方式。任务分发是以行政区划、部门、用户的关联关系为基础,明确地将不同区域范围内的调查图斑分配给调查用户和审核用户。通过上述配置,每个任务单独存储一套业务数据,数据库表在用户配置任务完成后动态创建[11]。所有配置采用JSON格式与平台各子系统进行交互。

2.3 防篡改加密技术

为了保证实地照片的真实性,外业调查系统必须对照片内容和位置信息进行转换,生成验证码,在数据上传入库时对照片内容和位置信息进行验证,以确保内容与拍摄位置对应,防止人为篡改照片内容。平台采用MD5对照片内容和位置进行加密[12],生成照片验证码的流程为:①将照片内容转换为字符串,再加上位置坐标字符串；②利用MD5算法加盐（salt）方法对字符串进行一次转换生成转换码；③利用MD5算法加盐（salt）方法对转换码进行二次转换,生成最终的验证码。

2.4 调查数据的共享交换

通过开发数据服务接口,实现调查成果数据的共享；通过设置查询条件,数据请求者可获得满足特定规则、范围等条件限制的成果数据；通过数据校验,对数据交换过程的字段约束、数据内容的完整性、一致性等进行校验,以保证数据安全。数据服务接口通过权限认证技术,调用调查成果数据,数据以JSON格式提供给数据请求者,数据请求者获取数据后通过解析JSON字符串即可实现数据共享[13]。

3 平台实现

平台包括4个子系统（图4）,其中配置与管理子系统负责系统运维管理、数据源管理和调查任务配置与管理；调查子系统负责实地调查举证；审核子系统负责调查数据审核；共享子系统负责与外系统的数据共享共建。

图4 平台功能结构图

配置与管理子系统包括区划管理、部门管理、权限管理、角色管理、用户管理、数据源管理、任务配置、任务分发管理等功能模块。用户登录后,根据不同权限赋予不同的操作权限。系统管理员对区划、部门、权限、角色、用户和公共数据源进行管理；任务配置员对调查任务、工作底图、调查模板（图5）、审核流程等进行配置,并分配任务分发员；任务分发员根据调查来源图层的行政区划代码字段（分包字段）指定调查图斑的调查员,并根据调查记录的调查员分配审核员。

图5 调查模板配置界面

调查子系统主要包括项目切换、调查举证（图6）、数据分析、进度统计、离线地图管理和地图常用工具等功能模块。调查举证是系统的核心功能之一,调查系统根据配置与管理子系统的调查任务配置获取调查任务的调查模式、调查来源图层、调查属性内容、属性内容限制、图片拍摄限制、图形修改限制等信息,从而规定和规范数据采集内容。

图6 调查举证界面

审核子系统主要包括项目切换、任务审核、任务核改、分析统计和地图常用工具等功能模块。用户可对拥有审核权限的多个项目中的调查记录进行审核,也可在多个项目之间进行无缝切换。调查项目之间的数据都是相互独立存在的,各有各的数据仓和流程,互不干扰。调查记录审核界面如图7所示。

图7 调查记录审核

共享子系统主要包括任务管理、令牌管理、信息查询和数据交互（图8）等功能模块。系统对调查完的调查数据资源进行令牌管理,持有令牌的用户点击数据资源列表记录进入源数据信息页,可设定查询条件,获取以JSON格式返回的调查数据。

图8 共享数据交互格式

4 结 语

在分析调查现状与存在的问题的基础上,本文以普适性需求为导向,以零码组装应用为目标,采用可配置化的软件构建方法,根据DDD技术研发了集调查项目配置、任务分发、外业调查、上报审核、数据共享于一体的外业调查通用平台；并将其应用于广东省农房违建疑似图斑调查项目中,取得了较好的实践效果。

在下一步工作中,为了提高调查效率、丰富调查手段,可从3个方面开展研究和应用:①利用卷积神经网络[14]、深度神经网络[15]等深度学习神经网络算法对各类影像、矢量、实地照片等数据进行自动识别与分析,辅助疑似调查图斑提取和举证信息审核；②集成无人机技术、视频监控技术,丰富调查与监测科技手段；③加强调查数据结果的综合统计分析能力,利用BI[16]技术,通过对调查数据进行深度和广度上的延伸应用,构筑分析统计模型,挖掘数据中的有效信息,为自然资源决策提供信息支持。