基于GIS可视化的自然资源监测系统建设与应用

佘佐明，马亶佑，鹿 荻

(贵阳市测绘院，贵州 贵阳 550081)

1 引言

地物变化，通过利用某一个地区不同时期的卫星遥感影像，将前后2期影像进行叠加对比[1]，形成该地土地、矿产等自然资源利用的变化情况，并对发生变化的地块进行逐一核查，发现和查处违法用地的情况[2]。自然资源监测工作是衡量地方自然资源管理利用秩序的有效手段，但是也一直存在数量大、核查难、效率低等问题[3]，对此，自然资源部于2017年下发了《关于进一步加强和改进执法监察工作的意见》，要求创新应用自然资源监测科技手段，推进自然资源监测信息化建设，构建信息化条件下协同监管的工作格局[4]。

为了提升自然资源监督检查的工作效率与管理水平，提高自然资源监测内业判断准确性[5]，减轻内业人员判读和大量人工填报的时间成本，信息管理平台的开发就变得极其重要。其建设不仅实现自然资源(土地矿产)的智能化判读，也可对监测过程进行数字化、规范化、空间可视化和内外业一体化管理[6]。另外，基于此系统，还可以实现对历年监测情况进行追溯管理、对违法情况数量及分布特征进行统计分析，及时掌握各级行政区违法占用耕地和各种地类情况，支持违法案件追溯、查处、落实的全流程，提高管理效率[7，8]。

2 系统构建思路

GIS工作流跨平台系统(GIS Workflow Cross System，简称为GWCS)是以GIS为基础的跨平台应用搭建框架，应用集成框架集成了同一源码在不同平台可用的计算机技术，同时结合了GIS、Workflow(工作流)等相关技术。EpsOffice和EpsGIS(地理信息开发平台)就是以此为技术原理的一种框架实现。这里的技术思路为：以EpsOffice工作流引擎搭建业务框架，实现智能化生产管理、业务扩展、权限管理；结合EpsGIS构建基于JavaScript语言，调用ArcGIS服务开发可视化的自然资源监测系统，实现包含智能生产管理、监测跟踪、监管决策以及移动辅助系统等功能的信息管理平台[9]。

信息管理平台为B/S架构模式[10]，考虑到自然资源监测工作涉及到大量的涉密数据和大量外业实地巡查工作，需要构建两套B/S系统，第一套用于业主单位内部自然资源监测的数据管理及数据统计分析，做到案件了然于胸；第二套用于管理自然资源监测任务分派、行为监管(作为移动端服务器)及日常巡检，做到早发现早治理。

如图1所示，内网平台主要承载了自然资源监测需要的各类数据，通过内网平台，用户可以查询到图斑的历史卫片数据、基础测绘数据、地类变化记录、违法处理记录、相关合法手续等。功能方面包括：任务包制作、查询统计、核查记录轨迹追踪、历史数据查询等。

图1 GWCS体系下的自然资源监测系统架构

外网平台包含待核实的任务图斑、范围及已经切片后的卫片数据。功能方面包括：任务分派、任务审核、外业数据收集、核查轨迹跟踪和记录、日常图斑巡查等。为保证内外网的数据及时同步，考虑在内网与外网之间架设单向网闸。

自然资源监测信息管理平台部署主要包括PC端和移动端两部分，PC端主要负责数据管理、任务分派、任务记录、违法图斑统计分析、违法现状分析、多源数据叠加查看、成果汇总等；移动端主要负责违法图斑现场核查、处理、核查轨迹记录、现场照片采集等。

3 基于GIS的自然资源监测信息化设计实现

3.1 构建基于GIS可视化的生产任务管理

卫片图斑核查任务，是日常自然资源监测基本的工作单位，以图斑的任务调配、信息采集、状态跟踪、监测过程监管为主线业务[11]。从设计与实现上采用GIS与工作流的无缝集成，基于组件与工作流的一体化集成技术，整个系统采用组件式设计，因组件式的系统具备灵活、可扩展、易嵌入、轻应用、富功能等特点[12～14]，在与工作流的集成中变得容易实现。本系统利用以上技术，实现将GIS无缝的融入到了工作流当中，形成灵活、简易的一体化集成方式[15]，在全过程业务管理中始终以GIS可视化为导向，形象化的对图斑进行全域或分区进行展示、调配，同时又不缺乏数据的精细化管理与可视化决策分析。

3.1.1 基于GIS的图斑生产任务调度

基于图形的任务管理方式[16]，以不同的专题图展示，方便任务管理员对图斑的核查位置、违法情况有直观的了解，对核查的任务进度以及现场情况了如于心。比传统的表格式、数字式的展示及调配形式相比，从展示、人性化、便捷、直观层面都有很大的提高。如图2所示，基于图斑数据，在任务的不同阶段以不同的专题展示，形象的表达了各任务的进度情况，同时基于图形就可以形象的进行核查任务的调配，包括精准分析、任务回收、人员调配、批量任务下达等。

图2 基于GIS的任务调度

3.1.2 基于移动GIS的外业任务信息采集

图斑外业举证信息采集是落实自然资源监测信息化工作的重点和难点[17]，通过移动GIS技术，在手机端或平板端加载在线底图或离线底图，通过动态同步机制，同时加载任务图斑图形与业务数据。外业核查人员通过以上数据，能快速的识别任务的现场位置与周边地形概况，叠加移动导航技术，能够方便地通过导航找到目标图斑位置，解决地形、地域的不可知因素，提高外业的核查效率与作业精准度(图3)。

(a)移动图斑 (b)外业核查图3 移动图斑与外业核查展示

3.2 通过GIS大数据可视化提高监管决策

系统设计以GIS基础数据、图斑数据、生产任务数据、区位数据等叠加分析，通过GIS大数据的优点，动态监管重点区域的图斑情况、动态预警、人员动态管理情况[18]，并进行大数据分析统计，提高监测管理水平，便于安全生产把控。

3.2.1 GIS大数据图斑监管决策预警

以图斑数据为基础，融合图斑核查现状，设计按不同区域、不同层级的大数据展示中心，实现“图属表”智能联动、及时预警(图4)。

图4 大数据展示中心示意

3.2.2 监测人员安全管理机制

监测安全作为生产管理的一大重点[19]，系统通过采集现场人员的作业实时位置与作业轨迹路径，通过GIS可视化界面动态的展示监测人员的位置与作业轨迹，跟踪其作业位置，与作业情况，保证其在监测过程中的安全。

3.2.3 监测过程可视化监管

通过设计GIS可视化、结合含方位角的现场核查照片及作业轨迹数据显示，达到形象化的GIS可视化效果，还原图斑核查现场监测情况，提高了监测过程的监管与核查能力(图5)。

图5 GIS还原含方位角的现场照片与监测过程轨迹

3.2.4 GIS云查询实现移动大数据辅助监测

在保密范围内，系统通过移动端绘制任意范围线，通过在线调度，以网闸的形式将范围线加载到内网，内网通过智能叠加运算分析，空间分析、历史对比分析等[20,21]，返回分析结果与分析截图。通过此云查询，为现场辅助判断图斑合法性提供强有力的依据(图6)。

(a)基础查询 (b)时序查询图6 GIS云查询

4 基于工作流的智能化生产设计

4.1 监测全过程、精细化管理

系统设计业务全过程为流程化流转，标准式作业，精细化管理，实现过程信息详细记录，为分析和决策提供数据支持。系统中的流程以工作流的形式展示，记录每个岗位，每个节点的流程状态、时间精确，能有效地控制业务进度。实现待办、经办、督办等业务提醒机制。从任务的接收到上报全程精准管控，随时进行任务调配，保留痕迹。同时设计全过程数据存档化，历史档案随时可调取，可回溯(图7)。

图7 流程化流转实现过程信息详细记录

4.2 强大实用、精细的权限体系

设计以岗位角色权限配置为核心的权限控制体系，实现了流程权限、岗位权限、资源权限、附件权限、表单权限的全方位支持，对于表单的权限控制可以限制到每一个数据对象的只读、不可见、读写、必填、增量填写、抢先填写等实用权限。

4.3 利用工作流辅助监测的信息化管理

从业务上，主线是卫片监测，但通过工作流可以定制各类辅助生产流程作为后方保障，将生产管理、任务管理、人员管理、设备管理、文档管理、行政管理等相关辅助监测业务通过工作流平台搭建与自然资源监测系统紧密结合，提高监测任务的效率。根据市级工作需求，也可将单位的全办公业务在此系统上按需搭建。

5 离线移动GIS现场辅助监测实现

5.1 内外业一体化

自然资源监测任务的调度与管理是在内业PC端上完成，而监测核查则是在野外现场通过外业APP完成。系统通过单向网闸，以推送与抽取的方式，打通内外网的信息孤岛，让业务数据在移动端完成核查任务。另外，设计上支持移动端的离线数据存储与离线业务的填报，从而解决偏远山区无法核查的问题，在有线的情况下再将数据汇交到服务器，进行数据的综合汇总(图8)。

图8 内外业一体化设计与实现

5.2 提高自然资源监测人员安全保障

监测工作也面临诸多挑战,如何有效的保障监测工作的顺利进行和人员安全，在整个信息化监管中也是衡量自然资源监测工作的重要指标之一。移动监测在线跟踪，是保障现场监测人员安全的有限机制，通过系统提供的路线导航，作业轨迹记录，还原现场实况等手段，实时同步安全信息至系统后台，增强管理人员的预判与机动性，辅助人员规范化管理，保障自然资源监测人员野外作业安全。

5.3 监测采集权威性

在外业监测过程中，通过利用GIS数据的位置、方向等特性，可以在系统中通过WebGIS技术还原现场实况，不仅增强了监测过程的管控手段，也保证了信息真实，是自然资源监测核查的权威性所在。

6 结语

利用多种新技术构建了自然资源监测系统，通过构建两套B/S系统，分别用于业主单位内部自然资源监测的数据管理及数据统计分析，与自然资源监测任务分派、行为监管及日常巡检。从而做到早发现早治理。系统地开发结合了自然资源监测的实际需要，构建了基于GIS可视化的生产任务管理模块，支持PC端及移动端，作业更加灵活；通过GIS大数据可视化构建了图斑监管决策预警机制、监测人员安全管理机制，实现了监测过程可视化监管，并通过GIS云查询实现了移动大数据辅助监测功能。系统基于工作流智能化生产设计，权限管理清晰，监测全过程管理精细。此外，通过离线移动GIS现场辅助监测解决了实地无网络或网络信号不佳的情况，不仅提高了作业效率，还提高了自然资源监测人员的安全保障。