國土一張圖架構體系與關鍵技術研究

黃 興

（1. 麗水市國土勘察測繪規劃院，浙江 麗水323000）

為了更好地實現國土信息動態監測、及時發現違規用地、搞清資源狀況、摸清資源家底，國土部提出了國土一張圖的概念，即遙感圖像、土地利用現狀、基本農田、遙感動態監測、土地變更調查以及基礎地理信息等多源信息集成，與國土資源的計劃、審批、供應、補充、開發、執法等行政監管系統疊加，共同構建統一的國土資源信息綜合監管平臺，實現資源開發利用的“天上看、網上管、地上查”，從而實現資源動態監管的目標。麗水市已有獨立的地籍信息系統、檔案系統、土地監察管理系統、土地利用系統、辦公自動化（OA）等，同時本市作為全國低丘緩坡試點地區，正在開發建設低丘緩坡荒灘等未利用地在線監管系統。如何更好地將已有系統和新開發系統融入“一張圖”的大家庭中，是系統建設共享服務的更高要求。

1 設計架構

基于國土一張圖理念，充分利用已有成果設計了國土“一張圖”解決方案，總體框架設計如圖1，由“四層兩系”組成，其中四層包括運行環境層、核心數據庫層、綜合信息管理與共享應用層、國土各類主題應用層，“兩系”分別由配套的政策法規與標準體系、組織運行體系等運行機制構成。

運行環境層：包括市縣國土數據中心的基礎硬件環境（服務器、存儲設施等）、網絡環境（政務網、涉密網、公眾網）、支撐“一張圖”解決方案和國土業務流程的基礎軟件（操作系統、中間件、數據庫系統、GIS平臺）。

核心數據庫層：“一張圖”核心數據庫和核心數據文件。充分利用已有的數據，通過整合統一標準，形成核心數據庫。核心數據庫包括基礎地理信息數據、土地資源數據、礦產資源數據、地質環境數據、低丘緩坡數據、其他專題數據、目錄元數據和系統運維數據；核心數據文件包括歷年影像數據。其中，地理信息空間數據主要包括基礎地理框架數據等，土地資源數據主要包括土地調查數據、土地利用規劃和基本農田數據等，礦產資源數據主要包括礦產資源儲量調查數據、礦產資源潛力評價、礦產地質、礦產資源規劃、探礦權登記和采礦權登記等，地質環境數據主要包括地質災害調查、礦山環境管理、地質勘查規劃、地質災害防治規劃和礦山環境保護與治理規劃等，低丘緩坡數據包括工作方案審批情況、規劃情況、實施方案及實施進展情況等數據，其他專題數據主要是指檔案文卷等。“一張圖”核心數據庫與國土資源管理相關的業務數據庫掛接，為“一張圖”提供基礎信息來源。

綜合信息管理和共享應用層主要負責核心數據庫管理，包括相關核心數據資源的交換即數據的檢查、入庫、更新和輸出，將應用業務系統與核心數據庫建立掛接實現數據的提取、轉換和加載，將原先C/S模式或獨立模塊發布成服務接口，通過成果共享服務系統發布“一張圖”資源，管理國土“一張圖”的目錄與元數據以及各類資源服務的監控和權限管理。

主題應用層：將原先獨立的系統融入“一張圖”的大家庭，利用“一張圖”發布的資源，結合所涉及的各類國土業務，搭建業務操作系統。例如，利用“一張圖”資源，建立“一張圖”監管分析決策系統，進行國土資源的監管，同時對數據進行研究分析，為國土資源相關決策提供數據和信息支持。通過“一張圖”綜合信息管理和共享應用服務系統，對外提供基于“一張圖”的國土資源信息共享，使各業務系統都可以基于相同的資源進行業務處理。

運行機制：國土“一張圖”的建設離不開相關政策、管理制度支持，需建立日常數據采集、更新、發布、應用制度和機制，將“以圖管地、以圖管礦、以圖管災”的理念，深入貫徹到日常工作中。

圖1 國土“一張圖”解決方案總體框架

整個國土業務可以采用SOA面向服務的體系結構架構，形成一個高內聚松耦合的系統，各個功能點可以靈活組裝。底層的GIS Web服務器可以選擇符合OGC規 范 的ArcGIS Server、GeoServer、ERDAS Apollo等GISWeb服務器。各主流GISWeb服務器優缺點如表1，可根據項目需求靈活選擇。

表1 GIS Web服務器優缺點比較

元數據目錄服務可以選擇符合OGC規范的開源軟件。GeoNetwork是一個標準化的分布式空間信息管理平臺，設計用于訪問具有空間特征的數據庫、地圖產品以及各種來源的元數據，從而促進基于因特網的空間信息交換與共享，可實現元數據的增、刪、改和自動收割。三維部分可以采用商用軟件Skyline或開源軟件World Wind。國土一張圖系統界面如圖2。

圖2 國土一張圖系統界面（審圖號：浙S（2012）002號）

2 關鍵技術

國土一張圖是基于統一的地理坐標系、空間連續的全市國土信息集合，可以疊合顯示、分析和檢索，時間上具備動態更新機制，能夠及時發布審批信息以及基礎地理信息，全面反映最新的國土信息。其關鍵技術主要包括多源異構數據整合技術、資源檢索技術、資源目錄服務技術、電子地圖緩存技術、地理空間數據和遙感影像數據的歷史管理技術。

2.1 多源異構數據整合技術

一張圖工程的核心數據庫中數據來源各異，需要按照統一的規則集成、提取、轉換、加載，提升數據的價值，完成業務系統向核心數據庫的轉化，是核心數據庫建設的重要步驟。可以采用Web Service方式或數據調用接口的方式為“一張圖”核心數據庫提供數據，對多源異構數據進行有效整合，使管理層的數據可“沉淀”在專業層進行瀏覽和分析。

2.2 資源檢索技術

對于不同結構的空間數據，全文檢索效率是一個大問題。可采用開源的Apache Lucene技術解決這一問題。Apache Lucene是一個可以容納各種結構的文本檢索數據庫，因此可將所有空間數據對應地建立同樣數據結構的文本索引。Apache Lucene并沒有提供空間索引，須將ApacheLucene與Oracle Spatial進行結合。Oracle Spatial在一個表中可以容納點、線、面3種幾何對象，將所有的空間數據的幾何字段全部存入一張表中。只需在這一個表中即可檢索到所有的空間數據，大大提高了檢索效率。

2.3 資源目錄服務技術

資源目錄服務技術是將空間數據及服務的描述信息（空間數據的元數據）進行統一管理、維護、發布和檢索。資源目錄服務技術需定制空間數據元數據規范，開發元數據查詢、插入、刪除、更新、收割接口，實現空間數據描述信息的搜集、分發、變化通知和發現。資源目錄服務是所有信息的匯總，并與各種信息源建立實時或準實時的消息聯動，用戶在任何能夠連接資源目錄服務的位置都可以獲取所需要的信息。對于資源目錄的實現需要遵循OGC CSW 相關標準（參考《GB21063.1目錄總體框架》、《GB21063.2目錄技術要求》、《GB21063.3目錄核心元數據》、《GB21063.4政務資源分類》、《GB21063.6技術管理要求》）。

2.4 電子地圖緩存技術

為提高平臺的并發查詢能力和響應速度，平臺應盡可能提供靜態化的緩存數據供客戶端訪問。電子地圖數據可切割成瓦片進行緩存（可參考《行業標準地理信息公共服務平臺電子地圖規范（送審稿）20110705》）。具體操作上可利用ArcGIS Server 10或自行開發的相關應用來實現。

2.5 數據的歷史管理

對于需要進行歷史管理的數據，數據存儲分為現狀表和歷史表。新增現狀表中的記錄時，記錄初始錄入時間；變更或刪除現狀表中的記錄時，將相關信息記錄到歷史表中，并記錄變更時間。通過數據id、初始錄入時間和變更時間，不僅可以獲取單一數據的歷史記錄，而且可以獲取任一時間的數據狀態。對于矢量數據，利用兩個時間字段，在ArcGIS Server（ArcSDE）中可以支持矢量服務的歷史回溯。

將海量影像數據進行整理，采用統一的編碼和格式進行影像數據庫建設，形成標準化、規范化的影像數據庫，橫向上數據要形成邏輯上無縫整體，縱向上各種數據通過空間坐標定位能夠相互疊加和套合。利用ERDAS Apollo或者ArcGIS Server對規范化后的影像數據入庫，并對外提供符合國際標準的服務。由于利用文件本身數據作為數據來源的方式進行管理，可以大大縮短影像數據的入庫時間。利用影像文件的元數據信息，如時間、行政區劃和圖幅號等，用戶可以快速發現和使用相關影像數據。

3 結 語

通過麗水市國土資源“一張圖”建設，形成全市國土資源核心數據庫，全面、準確地掌握全市土地、礦產、地質、環境、水文、交通網絡、低丘緩坡等各類資源的數量、質量、結構和空間布局，準確記錄資源開發利用過程的各種信息，監測地質災害發生情況，做到資源狀況“一覽無余”，改進國土資源監管方式，實現多源、異構數據的統一管理和集中展示，促進國土資源管理業務網上運行，完善國土資源全程監管手段，提高監管質量和效率，逐步實現“以圖管地”、“以圖管礦”和“以圖防災”，提升國土資源信息服務能力。

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