一種混合應用模式的土地執法核查APP的設計與實現
——以武漢市國土規劃執法監察移動系統為例

余 健，童秋英，朱 波，汪文豪

(1. 武漢市國土資源和規劃信息中心，湖北 武漢 430014； 2. 武漢光庭信息技術股份有限公司，湖北 武漢 430073)

隨著新型城鎮化的快速發展，土地供給與需求的矛盾日益突出，國土資源執法監查成為國土資源管理工作的重點[1-2]，而國土資源執法工作的重點為外業核查。當前，外業核查手段主要為以下3種：一是利用紙質影像圖、土地利用規劃圖和現狀圖，加之手持GPS和數碼相機等作業工具開展外業現場記錄核查內容，通過內業上圖、入庫實現統計、匯總、分析，以獲取圖斑合法性和審批狀況等信息，其作業方式傳統，信息化程度低，數據協同采集能力較差[3-5]；二是依托GIS、無線通信技術及智能移動終端設備，采用嵌入式、組件式開發或基于ArcGIS SDK進行原生應用開發，其開發周期長，技術難度大，針對不同平臺及屏幕尺寸的智能移動終端需分別開發移動應用，不具備跨平臺能力，且后期維護成本高、效率低；三是采用Web開發模式實現移動GIS系統開發，雖可以解決跨平臺移植問題，但其調用本地設備API能力較弱，不支持離線和本地文件訪問，適應國土資源執法場景的應變能力較差。隨著國土資源執法工作要求的提高，其對地理空間信息服務的需求日益顯現，移動GIS技術在土地執法上的應用層出不窮[6-12]，迫切需要研究可跨平臺的、高移植性的、支持離線和本地文件訪問的移動GIS應用開發模式，以適應多場景下國土資源執法監查外業核查工作的需要。為此，本文研究基于Ionic和Cordova框架，結合SOA架構(service oriented architecture,SOA)和WebGIS技術的混合開發模式，并設計開發土地執法核查APP，應用結果表明，該系統可較好滿足國土資源執法多場景、多業務、多設備的應用需要。

1 混合應用開發模式

1.1 混合應用特點

混合應用(hybrid APP)是使用移動平臺原生程序語言(Native)和網頁開發語言(Web)進行混合開發的應用程序，其實質是在設備原生系統中嵌套內置瀏覽器控件，再使用Web開發技術對瀏覽器內部加載的網頁進行UI界面設計及功能實現[13]，兼具了Native APP的良好用戶體驗和Web APP跨平臺、高效開發和低成本的優勢。開發混合應用的方式一般稱為混合應用開發模式。

1.2 土地執法APP開發模式

鑒于混合應用(hybrid APP)的特點和優勢，以及國土資源規劃執法外業核查工作對GIS功能的需求，武漢市土地執法APP以Cordova和Ionic為基礎，結合移動WebGIS技術和SOA架構進行混合開發，以快速實現跨平臺、低成本、可擴展、易維護等移動執法應用。

Ionic基于HTML5移動端應用開發框架，提供豐富的UI組件和CSS樣式庫，其響應式布局Web設計原則可實現屏幕大小或像素密度來產生更優化的體驗[14]。系統前端展示頁面基于Ionic的UI框架和組件，可應對多設備、屏幕多尺寸、多分辨率的適配；Cordova框架提供Javascript訪問移動平臺的API[15],支持主流移動開發平臺(iOS、Android、Windows Phone等)，移動端底層采用Cordova的插件和API接口，可適應移動設備的多樣性特點[16]；WebGIS技術結合SOA架構，使GIS Web服務具有封裝良好、可重用、易拓展維護的特點，為系統實現跨平臺特性奠定基礎。

2 土地執法APP總體構架

2.1 土地執法APP基礎支撐

土地執法APP依托武漢市國土規劃云平臺基礎設施及其提供的硬件和網絡可彈性伸縮的虛擬化運行環境，以保障系統穩定運行和內、外網數據交互；基于武漢市國土規劃資源中心及其提供的基礎地理、調查評價、規劃編制、土地管理、規劃管理、執法監查等多類型資源，以保障系統數據安全和高效、靈活、可擴展的資源服務，為系統實現跨平臺特性奠定基礎。

2.2 土地執法APP總體架構

土地執法APP總體架構主要包括移動端與服務器端兩大部分。移動端負責交互界面展示及基本功能實現；服務端主要提供基礎設施、數據和標準服務支持，并負責處理移動端的各種服務請求。

土地執法APP移動端由應用層、橋接層、組件層、設備層4層組成，如圖1所示。

圖1 土地執法APP系統架構

(1) 應用層：負責交互界面展示、業務功能實現、與服務端通信。采用Ionic框架渲染應用程序的外觀和樣式，并用Ajax技術與服務器端通信，結合WebGIS實現業務數據更新和地圖應用交互；與底層設備的通信通過調用Cordova的API實現。

(2) 橋接層：實現跨平臺操作的關鍵，負責原生代碼與Javascript代碼的雙向通信。Cordova根據不同平臺中WebView的特性，將橋接方法進行封裝，為前端應用層提供通用API接口。

(3) 組件層：Cordova將各個平臺的原生接口進行封裝，以插件形式提供橋接層可調用方法。

(4) 設備層：涵蓋IOS、Android、Windows Phone、Blackberry等主流操作系統，并提供原生API接口供組件層調用。

3 土地執法APP功能實現

3.1 移動執法業務流程設計

根據土地執法業務需求，為適應多場景下國土資源執法監查外業核查工作需要，優化土地執法外業核查業務流程，并以跨平臺、可移植為目的，設計土地執法APP功能。土地執法外業核查業務流程如圖2所示。

(1) 內業制定核查任務，在APP中規劃核查路線。

(2) 進行圖斑定位，到達現場，記錄核查軌跡。

(3) 在APP中疊加影像或相關審批信息圖層，對執法圖斑進行綜合判斷，使用在線空間疊加分析等功能，實時獲取圖斑審批情況及現狀信息(批、征、供、登、補、查)。

圖2 土地執法外業核查業務流程

(4) 進行拍照、錄音或錄像，在線填報核查信息，并實時上傳。

(5) 云服務器端的圖斑信息實時共享，內業人員同步開展核查信息審查、統計報表制作、信息發布等操作。

3.2 移動執法系統功能設計

移動執法系統主要包括前端展示、業務邏輯、本地數據緩存和服務管理4大功能模塊。前端展示模塊負責向用戶展示信息，業務邏輯模塊實現客戶端業務邏輯功能，本地數據緩存模塊實現業務數據及用戶信息的本地緩存，服務管理模塊完成移動端與服務端的服務接口統一管理。系統核心功能如圖3所示。

圖3 土地執法APP功能設計

(1) 軌跡記錄：記錄核查人員實時坐標，根據坐標自動生成路徑，高亮顯示在地圖上，同時將核查軌跡信息同步至服務器，方便核查人員后期查詢及整理。

(2) 路線規劃：根據圖斑空間分布狀況，規劃外業核查路線，并在移動APP地圖界面手工勾繪路線，輔助管理人員合理安排核查任務，杜絕核查盲區。

(3) 信息采集：以圖斑為單位，移動APP提供多種外業信息采集手段，如拍照、錄像、錄音、文字輸入和空間坐標信息采集等。

(4) 在線填報：通過在系統展示頁面編寫數據填寫邏輯規則，控制圖斑核查信息規范性及完整性，保證核查人員填報信息高效準確。

(5) 數據同步：核查人員通過APP記錄的信息，包括核查軌跡、文字、照片、視頻、錄音等實時同步至服務端，方便內業管理人員統籌管理，實時審核填報信息，并自動生成統計分析圖表、核查進度表等統計信息。

(6) 空間分析：針對單個圖斑，提供圖斑在線分析功能，通過調用空間分析服務，實時反饋圖斑范圍內的批、征、供、用等審批信息，為外業核查人員提供科學判斷依據。

3.3 移動執法系統功能實現

3.3.1 前端界面跨平臺展示實現

前端展示功能是本系統的重要組成部分，需適應不同分辨率的移動終端屏幕，且要求樣式豐富、布局合理、響應高效、操作方便。本系統前端展示功能基于Ionic框架及其各類UI組件開發實現(見表1)。

表1 前端展示界面應用的Ionic組件庫

基于Ionic框架的HTML5+CSS3規范，利用CSS3的媒體查詢(media query)技術，檢測設備的寬度、高度、屏幕分辨率等媒體特性，然后執行與之對應的CSS3樣式，使本系統頁面可自動適配不同尺寸及分辨率的設備屏幕。同時，利用Ionic框架提供的UI組件,包括Slide Box、Modal、Action Sheet、Popup、Loading、Platform、Gesture、Backdrop、Utility、Keyboard等以及豐富的CSS庫，實現原生設備的廣泛適配。

3.3.2 系統業務邏輯功能實現

本系統業務邏輯功能通過Ionic結合ArcGIS提供的Javascript API WebGIS框架以及服務器端提供的RESTful服務支持，實現位置獲取、圖斑定位、軌跡記錄、路線規劃、信息采集、信息展示、在線填報、數據同步、圖層顯示和空間分析等功能；涉及調用移動設備原生接口的，則采用Cordova提供的插件和接口。Cordova在本系統開發中提供加速計、攝像頭、羅盤、通訊錄、文檔、GPS定位、媒體庫、網絡、通知(警告、聲音和振動)及存儲等接口。

3.3.3 系統本地緩存功能實現

本地緩存數據包括結構化數據和非結構化數據。結構化數據主要涉及用戶登錄信息、行政區數據字典等數據，采用HTML5內置本地數據庫SQLite實現存儲管理；非結構化數據主要涉及照片、文本、視頻和音頻等數據，采用HTML5本地文件系統實現緩存。

3.3.4 系統服務接口功能實現

系統服務端基于SOA體系架構，將服務端資源進行整合，并封裝成Web Service以回應請求，為跨平臺終端提供動態調用的API接口。

(1) 身份認證服務。從系統安全性和可擴展性考慮，本系統服務器端大部分資源都需授權訪問，因此需對客戶端用戶提交的登錄信息進行認證。用戶認證信息采用令牌方式存放于客戶端Cookie中，用戶每次請求都將令牌提交給服務器端，服務器端通過向認證服務請求驗證令牌內容，獲取用戶信息，以完成用戶身份認證。

(2) ArcGIS瓦片、要素和空間分析服務。外業執法核查人員需實時調用政務地圖、基礎地理及國土規劃業務等圖層，作為圖斑判讀依據。系統服務端通過集成ArcGIS Server組件實現地圖瓦片服務和要素服務的發布，通過Web共享地圖相關資源服務，滿足地圖和空間分析功能廣泛適應各種環境和設備，以提供地理空間Web服務供客戶端調用。

(3) 照片、視頻云存儲服務。因執法外業核查涵蓋多項執法業務，照片和視頻數據量增長迅速，且執法人員瀏覽、查詢、創建和刪除操作高頻和高并發。因此，采用云存儲方案管理圖片和視頻數據，方便存儲空間靈活擴展和高效維護；同時，在服務端云存儲服務中，加密數據訪問層，并通過公有API接口上傳至云存儲管理服務器，且提供數據分塊存儲、數據索引、數據搜索等功能，以提高外業數據訪問和存儲效率。

(4) 數據庫服務。數據庫服務采用RESTful風格，以URI方式統一數據庫資源訪問接口，向移動端提供數據服務。REST服務基于HTTP協議，終端應用使用不同的HTTP方法(POST、GET、PUT和DELETE)提交請求，即可對URI代表的數據庫資源進行創建、讀取、更新和刪除操作，實現服務端數據規范管理和交互處理。

(5) 空間輔助分析服務。土地執法外業核查工作中，需適時獲取核查圖斑所在范圍內的管理審批和利用現狀等信息，幫助其進行在線輔助判斷和分析。因此，系統移動端將圖斑坐標串置于JSON格式數據向服務端提交請求，服務端接受請求后根據請求的方法類型，調用后臺基礎空間數據庫，進行空間分析，然后將分析結果以JSON格式返回給移動端展示。

4 應用關鍵技術

4.1 基于Cordova框架實現系統跨平臺應用

Cordova框架是本系統跨平臺特性的關鍵所在，關鍵技術點為：Cordova針對不同的移動操作系統，通過CordovaWebView繼承和擴展原生操作系統的內置瀏覽器——WebView組件，使開發人員在Cordova框架下可通過JavaScript訪問設備本地API。具體實現方法為：首先調用CordovaWebView的initWebSettings，對WebView進行初始設置；然后為每一個應用創建PluginManager實例，用于管理應用插件；再通過建立CordovaBridge橋接類實現JavaScript到本地設備的雙向通信；最后通過exposeJsInterface()方法，建立ExposedJsAPI對象，向Web端暴露本地設備的通信接口。以照相機為例，JavaScript調用Cordova封裝的硬件功能過程如下：

(1) 設置調用硬件的相關參數：

function setOptions(srcType) {

var options={

∥設置照片的質量，默認為20，50，100

quality：50,

destinationType：Camera.DestinationType.FILE_URI,

∥根據用戶習慣設置照片數據源，可以設置為本地圖片庫，也可以拍照獲取

sourceType：srcType,

encodingType：Camera.EncodingType.JPEG,

mediaType：Camera.MediaType.PICTURE,

allowEdit：true,

correctOrientation：true

}

return options;

}

(2) 傳入相關參數，調用照相機功能進行拍照，拍照后Cordova調用回調函數給出響應：

function openCamera(selection) {

var srcType=Camera.PictureSourceType.CAMERA;

var options=setOptions(srcType);

var func=createNewFileEntry;

∥調用拍照功能

navigator.camera.getPicture(function cameraSuccess(imageUri) {

displayImage(imageUri);

∥根據實際業務需要，將獲取到的照片存儲在本地，或上傳服務端

func(imageUri);

}，function cameraError(error) {

console.debug(″無法獲取照片資源：″+error，″應用系統″);

}，options);

}

4.2 基于HTML5離線緩存技術提高系統響應速度

離線緩存是HTML5的重要特性，為本系統在無網絡環境下提供數據訪問提供解決方案。通過使用離線緩存，外業核查采集的數據首先存儲在設備本地，然后異步存儲至服務端文件夾或數據庫，涉及文件的“增刪查改”操作，則先操作本地緩存數據，然后異步操作服務端數據，從而減少系統負載，提高響應速度。針對外業核查業務中的不同數據類型，采用兩種緩存機制進行本地緩存：

(1) 對執法業務中產生的圖片、文本、視頻和音頻等非結構化數據，采用本地文件系統緩存機制，HTML5的File System API提供了一組操作文件和文件夾的接口，方便對文件進行讀取、寫入和創建等操作。終端設備獲取新的照片或視頻等文件時，首先存儲到本地文件系統，同時調用云存儲API，將靜態文件壓縮后上傳至云端文件存儲服務器，若無網絡信號，則先存儲在本地，待網絡信號恢復時自動上傳至服務端。

(2) 對圖斑屬性、用戶信息及數據字典等結構化數據，采用基于Web SQL Database的數據庫緩存機制，Web SQL Database提供創建、存儲和查詢數據庫的API，供Web APP調用。通過緩存數據庫的使用，Web APP可離線調用已填報圖斑屬性數據，若服務端數據出現更新，則向服務端發送請求，增量更新本地數據，減少對服務器的請求次數。

4.3 基于SOA體系架構提高系統可擴展性

系統服務架構基于SOA體系，并遵循REST風格約束，實際是一種RSOA(REST service-oriented architecture)，即面向REST的服務架構[17]，將實際的需求轉化為服務資源，實現跨平臺、跨語言、跨硬件的互操作，提高其可擴展性。

5 結 語

基于上述混合開發模式設計研發的武漢市國土規劃執法監察移動系統，已廣泛應用于全市土地執法日常巡查、衛片執法檢查、新開工項目核查、土地利用動態巡查、土地變更調查、規劃衛片執法檢查及違法案件查處取證等土地執法監察工作中，實現了路線規劃、軌跡記錄、圖斑核查信息采集、在線填報、輔助分析和數據同步等一系列執法應用，相比之前的外業核查作業方式，在節約時間和人員投入的基礎上，顯著提高了執法的快速性、精準性和覆蓋面。實踐表明，本系統可穩定運行于Android、IOS、Windows Phone等多種主流移動端操作系統，并適配各種屏幕尺寸終端設備，具有高效、快速、跨平臺、可擴展等特點，其功能高效實用，維護方便快捷，創新了基層國土規劃執法核查工作模式，顯著提高了工作效率和工作質量，具有廣泛的推廣使用價值。

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