國土資源“一張圖”信息交換應用體系研究

陳春暉，侯恩兵，馬衛春，朱長先

（1.安徽省基礎測繪信息中心，安徽 合肥 230031；2.安徽省智慧城市與地理國情監測重點實驗室，安徽 合肥 230031）

國土資源“一張圖”信息交換應用體系研究

陳春暉1,2，侯恩兵1,2，馬衛春1,2，朱長先1,2

（1.安徽省基礎測繪信息中心，安徽 合肥 230031；2.安徽省智慧城市與地理國情監測重點實驗室，安徽 合肥 230031）

隨著國土信息化建設的深入，國土資源“一張圖”數據的管理和利用成為熱點研究問題。提出一種基于空間信息交換的“一張圖”應用體系，以JL-DEM數據交換模型為核心，將各類國土業務系統整合在統一的平臺下，實現業務系統與“一張圖”的數據聯動，為“一張圖”數據更新和利用提供了良好的解決方案。

信息交換；一張圖；業務系統；數據更新

國土資源“一張圖”是國土部門各業務應用系統的數據基礎，其主要數據管理模式是基于圖層的空間數據庫。在實際應用中，大部分“一張圖”數據都是穩定的歷史數據，只提供瀏覽和查詢服務，只有少量處于業務流程中的地塊圖斑數據變化活躍，需要進行實時數據維護。然而，“一張圖”數據庫實時維護難度較大，任何數據改動都會觸發圖層級的數據版本變化，需要較多的硬件資源和時間來支撐，這一應用模式不適用于圖形數據管理能力較弱的Web應用系統。

本文提出的國土資源“一張圖”信息交換應用體系，包括以國土“一張圖”數據庫為核心的數據管理平臺和以業務數據庫為核心的數據應用平臺。B/S架構的數據應用平臺引入輕量級的JL-DEM數據交換模型實現空間數據與業務數據的統一管理，為應用系統提供業務數據管理服務；“一張圖”數據庫在所有應用中只提供只讀數據訪問，數據更新通過C/S架構的數據管理平臺從業務數據庫中提取增量包進行。這一體系下的Web應用系統具有非常高效的圖形管理能力，實現了輕量級的地塊數據和格式化的空間數據間的無縫轉換，提供了一種審批業務和數據維護有機結合的“一張圖”應用解決方案。

1 基于數據交換的應用模式

1.1 數據交換模型

“一張圖”采用的數據交換方式多采用數據ETL（extract、transformation、loading，數據抽取、轉換和裝載）構建[1]。基本思路是將“一張圖”數據庫作為數據倉庫，對分散在各業務系統中的現有數據進行提取、轉換、清洗和加載，將異構數據統一存儲后再分配至不同的應用環境中使用。在實際應用中，由于“一張圖”數據量極為龐大，相對輕量的業務數據與“一張圖”間的數據聯動成為一大難題。

本文基于GeoJSoN格式對JL-DEM數據模型進行了優化，對業務系統中的空間數據進行重構，實現業務系統與“一張圖”數據交互。GeoJSoN是基于JSoN的一種對地理信息進行編碼的輕量級數據格式，可以描述空間要素集合，但不具備圖層概念，應用并不成熟[2-3]。JL-DEM數據模型利用了GeoJSoN的編碼思想，采用了按圖層編碼的形式，實現從“一張圖”數據圖層到業務數據表的映射，加強了在應用環節的空間語義轉換能力。JL-DEM模型主要包含如下內容：①在非空間數據庫中實現對空間數據的存儲；②非空間數據庫與空間數據庫的數據轉換；③基于Web服務的數據傳輸協議[4]。本文重點強化了JL-DEM的語義轉換能力，為數據增加元數據描述，元數據主要描述了數據的字段信息。在數據交換過程中，可利用程序預讀元數據，生成目標數據圖層或表，無需外部數據字典支持。典型地塊數據描述如下：

1.2 應用模式

一個完整的應用體系圍繞數據管理平臺和數據應用平臺構建，通過數據交換中間件將“一張圖”數據庫、業務數據庫和應用系統有機結合起來，實現基于業務驅動的“一張圖”數據利用與更新[5]。整個應用體系包含數據管理和數據應用2個相對獨立的流程，如圖1。

在數據管理流程中，以C/S架構的數據管理平臺為中心，實現業務數據庫、數據文件和“一張圖”數據庫三者之間的數據交換。數據管理平臺通過導入業務數據庫或其他格式數據文件，進行格式轉換后，形成“一張圖”數據庫的增量包，進而執行“一張圖”數據的增量更新；在業務系統維護時，提取“一張圖”數據庫中的要素，轉換為JL-DEM數據格式寫入業務數據庫。

在數據應用流程中，以B/S架構的數據應用平臺為中心，為各類應用系統提供數據服務。“一張圖”數據庫中的數據通過GIS服務器發布為GIS服務，提供只讀的決策數據支持，業務審批功能通過數據應用平臺提供的應用接口，實現對業務數據庫的互操作。

在應用系統層面，基于數據交換平臺，各個業務科室的應用系統都統一支持JL-DEM數據模型，這一方式打通了各個業務科室間的數據聯系，保障了數據在各個業務環節的無縫流轉。

圖1 基于空間信息交換的“一張圖”應用模式

2 數據應用平臺

2.1 業務數據庫

業務數據庫基于關系型數據庫構建，管理處于業務辦理狀態的批、供、用、補、查等地塊數據。這些數據不但包含地塊的空間信息，還包括與地塊相關的各類業務屬性。本文將JL-DEM數據模型管理的空間數據進行結構化處理，形成適用于關系數據庫存儲的表結構，在一條記錄中同時管理空間信息和屬性信息，以支持各業務系統的圖文一體化操作。業務數據庫空間數據存儲形式及表結構如表1、表2。

表1 空間數據的存儲形式

表2 業務數據表結構示例（以Oracle為例）

業務數據庫是實時動態更新的數據庫，擁有權限的用戶可以在業務系統中對業務數據實施增、刪、改、查等操作，并實時地更新數據庫中的記錄。這樣的空間數據組織方式相比空間數據庫，其數據結構大大簡化，在涉及圖形的業務決策中，擁有非常高效的數據存取能力。

2.2 基于MVC的平臺架構

國土部門的應用系統多以Web應用程序或移動APP形式存在，這些應用需要通過Web服務端與業務數據庫進行數據通信，在這一應用環境下，數據應用平臺采用表現為基于Spring MVC架構的Web應用程序，如圖2[6]。

圖2 基于MVC設計模式的平臺架構

數據應用平臺面向的主要是應用系統，這一模型的最大特點在于將請求、數據獲取、數據處理、響應分置于各個組件執行，內置的WebAPI組件以JSoN格式返回數據，適應跨平臺應用的需要。

客戶端獲取空間數據時，向指定接口的控制器發出請求，控制器根據請求通知對應的數據模型獲取數據，數據模型從數據庫或GIS服務器讀取需要的數據轉向對應的視圖，在視圖中對空間數據序列化為JL-DEM格式，通過Web API將JSoN數據流反饋給客戶端。

客戶端上傳數據時，先將數據以PoST方式送至指定接口的控制器，控制器將數據序列化后封裝為對應的模型，經由模型寫入數據庫，寫入完成后將事件信息通過WebAPI反饋給客戶端。

采用MVC設計模式開發的數據應用平臺可支持多種數據源，數據庫升級或更換時僅需少量代碼維護。可支持Web、Android、ioS等各種平臺，前端應用開發無需后端代碼維護。需要擴展新功能時，只需增加控制器和數據模型，開發工作量大大減少。

2.3 跨網安全處理

國土資源管理往往涉及涉密內網和非涉密政務網2種應用環境，多數管理模式下2個網絡是物理隔離的，涉密內網的數據需要經過一定的安全處理才能進入政務網[7]。為應對跨網應用的情況，本文設計了一種不同網絡環境下的數據同步機制。以涉密網內的業務數據庫和數據應用平臺作為基本的業務支撐平臺，在非涉密網環境中部署結構相同的業務庫以及簡化的平臺系統。涉密版的數據應用平臺內置了針對涉密數據的安全處理服務，可將涉密內網中的數據轉換為JL-DEM格式的文件導出，同時進行坐標保密處理，使位置精度符合非涉密網的要求。在非涉密網中應用平臺可以加載經過保密處理的數據文件，分配至各應用系統使用，實現與涉密網的數據同步。

3 數據管理平臺

3.1 業務驅動的“一張圖”數據維護

業務系統是“一張圖”的重要數據來源，具有數據量大、變化快、變動頻繁的特點，建立業務數據庫與“一張圖”數據庫之間的動態聯動更新機制，是保障“一張圖”現勢性的重要手段。

數據管理平臺是C/S架構的桌面數據管理軟件，為數據管理人員提供基于業務驅動的“一張圖”數據維護工具。基于業務驅動的數據維護包括2個方面：一是根據業務需求從“一張圖”數據庫中提取業務數據，為業務系統提供決策支持；二是從業務數據庫中抽取已辦結的業務數據，實現“一張圖”數據庫的增量更新。

1）業務數據庫維護。空間數據向JL-DEM數據轉換的核心是解析空間數據結構。首先要載入空間數據，讀取數據結構，生成元數據信息，這些元數據包括數據源格式、坐標系統、幾何類型、屬性表等；生成元數據后要依據元數據對空間數據進行序列化，依次讀取數據的圖形信息和屬性信息，形成JSoN數據流；最后根據應用模式的要求輸出結果，存儲為文件、寫入數據庫或經由WebAPI發送給應用系統。

2）“一張圖”數據庫維護。JL-DEM數據向空間數據轉換的重點在于JSoN數據的反序列化。首先要讀入元數據信息，按照需要轉換的空間數據格式要求生成數據文件或表；將JSoN數據流進行反序列化，讀取幾何對象和各字段信息，形成對應的空間數據對象；最后根據空間數據存儲方式輸出成果，導出為文件或寫入空間數據庫。

3.2 服務管理

“一張圖”數據庫大部分數據是已經固化的歷史數據，一般作為業務系統的基礎數據，此類數據需要通過GIS服務器發布服務供業務系統調用。數據管理平臺提供了專門的服務管理模塊，將“一張圖”數據的維護與發布整合在一個平臺中進行。

服務管理模塊以ArcGIS Server為基礎，通過API接口實現對GIS服務器的托管，可對數據進行數據組織和處理，發布為地圖服務、空間分析服務、要素服務等多種形式的服務，供B/S架構的業務監管系統調用。同時，服務管理模塊還必須實現對符合oGC標準的外部服務的集成，在統一的平臺下進行服務管理。

4 應用實例

滁州市國土資源和房產管理局采用本文提出的應用體系建設了一系列國土應用系統，在數據管理方面，采用滁州市“一張圖”數據中心進行“一張圖”數據庫管理。數據應用平臺以前期開發的“國有土地資產管理委員會決策支持系統”為基礎升級而成，日常業務中的批、供、用、補、查等業務數據均在此平臺上形成。在數據應用平臺基礎上，開發了一系列支持JLDEM數據交換格式的應用系統，包括運行于涉密網的“一張圖”數據瀏覽平臺、會上決策系統，運行于政務網的陽關地產監管系統，基于移動互聯網的移動巡查系統等。

數據中心是滁州市國土資源“一張圖”應用體系的數據管理平臺，數據中心的主要功能是維護“一張圖”數據庫和管理“一張圖”服務。“一張圖”數據庫維護與土委會系統形成聯動，以提取業務數據進行增量更新；管理“一張圖”服務通過托管的ArcGIS Server服務器進行，可將在庫數據組織成電子地圖進行發布，并可實時管理GIS服務狀態。數據中心界面如圖3。

圖3 滁州市“一張圖”數據中心

土委會系統是滁州市國土資源與房產管理局以土委會會上決策為出發點構建的一個業務系統，用于土地管理的批、供、用、補、查等各個環節業務的數據管理和上會審議。該系統經過多次升級后，現已成為滁州市國土部門的數據應用平臺，可對各類業務數據進行組織和管理，并封裝為JL-DEM格式供其他應用系統使用。圖4為土委會系統圖形管理界面。

圖4 滁州市國有土地資產管理委員會決策支持系統

在土委會系統基礎上，滁州市國土部門建設了多個應用系統，這些系統橫跨涉密網和非涉密網，都以JL-DEM格式管理業務數據，通過與土委會系統的數據交換實現業務數據庫的同步更新。“滁州市陽光地產網上監管系統”是其中一個運行于互聯網的公眾服務系統，用于向社會公眾公示土地出讓信息。系統數據來源于土委會系統導出的、經過保密處理的地塊信息。圖5為陽光地產系統地塊信息查詢界面。

圖5 數字滁州陽光地產網上監管系統

5 結 語

基于空間信息交換的國土資源“一張圖”應用體系以輕量級的數據交換為核心技術，實現了業務系統數據與“一張圖”數據的同步聯動。這一應用模式有效整合了國土部門各類數據資源，將業務流程與“一張圖”數據管理深度結合，為國土“一張圖”的數據共享和利用探索出了新的途徑。在滁州市開展的一系列國土應用建設實踐表明，這一體系能很好適應當前國土部門的實際需求，國土“一張圖”數據在得到充分利用的同時，現勢性也有了有效保證，具有良好的應用前景。

[1] 秦宇, 陳煜欣, 孫宇,等. 國土資源數據倉庫ETL方法研究[J].測繪與空間地理信息, 2013, 36(3)：20-23

[2] 陳德權. 基于GeoJSoN的WFS實現方式[J].測繪科學技術學報, 2011, 28(1)：66-69

[3] 韓敏,馮浩.基于JSoN的地理信息數據交換方法研究[J].測繪科學,2010,35(1)：159-161

[4] 侯恩兵.國有土地資產管理委員會決策支持系統的研究與實現[J].測繪地理信息, 2016(1)：87-90

[5] 方從剛,陳先偉,徐柱,等. 基于業務驅動的“一張圖”數據動態更新機制研究[J].計算機與現代化, 2014(11)：98-101

[6] 劉亮.基于MVC的通用型模式的設計與實現[J].中國科學技術大學學報,2010,40(6)：635-639

[7] 顧炳中.國土資源內網數據安全交換方式探討[J].國土資源信息化,2010(2)：3-5

P208

B

1672-4623（2016）08-0052-04

10.3969/j.issn.1672-4623.2016.08.018

陳春暉，碩士，主要從事地理信息應用研究。

2016-04-08。