自然資源外業調查通用平臺技術研究

朱曉武，周正玉*，劉 劍，王彥澤

（1.廣東省國土資源測繪院,廣東 廣州 510500）

近年來,自然資源部以及各級自然資源部門開展了國土調查[1-2]、地理國情普查[3]、耕地資源摸查、農村地籍調查、濕地調查和永久基本農田核查等各類自然資源調查,并開發了相應的外業調查系統[4]。這些系統的調查任務各異、調查內容不同,涉及的任務發布部門、調查部門、核查部門也不同,系統間數據難以共享,進而導致系統研發時間長、項目進度慢、數據資源浪費等。隨著互聯網技術、3S技術、移動通信技術、無人機技術的快速發展和日臻完善,移動外業信息采集成為自然資源信息調查的一個主要手段[5-6]。本文以普適性為核心設計理念,面向自然資源調查業務需求,利用領域驅動設計（DDD）技術[7],設計了通用性高擴展性強集自然資源外業調查舉證、上報審核、數據共享于一體的外業調查平臺,為日后各類自然資源調查提供了泛化的零碼組裝技術框架。

1 總體思路

1.1 現狀分析

自然資源調查主要是對土地、森林、草原、礦產、濕地等進行調查,并建設了相應的外業調查系統,如國土資源在線巡查系統、高標準農田建后監管系統、耕地保護情況外業調查系統、永久基本農田疑似問題圖斑調查系統、地理國情外業核查系統、國土調查外業舉證與內業核查一體化系統、第三次全國國土調查省級外業調查及舉證系統等。通過分析發現,現有系統存在的問題為:①數據標準不一、不易共享,由于不同的管理部門均根據自身的管理需要制定調查任務,勢必導致調查目的相似、但數據標準不一,數據難以共享；②系統重復建設、資源浪費,調查內容和流程存在很多相似性,重復建設,導致人力物力的浪費；③系統通用性差、難以擴展,系統針對性比較強,缺乏靈活性,不能適用于調查內容或流程發生改變的調查任務。

1.2 業務流程

為了解決現有系統存在的問題,結合自然資源調查特點,本文設計了面向普適性需求的自然資源外業調查平臺,業務流程需要貫穿調查內外業的各個工序。首先基于調查任務相關的專題數據和基礎數據,通過數據疊加與提取、影像融合與裁切等步驟整理出調查源數據；再對調查任務進行項目配置,配置內容主要包括調查源數據、調查模板、審核模式、調查與審核工作底圖等；然后分配項目外業調查員和內業審核員,外業調查員負責實地調查并上傳調查數據,內業審核員負責審核調查數據；最后根據權限設置對審核通過的數據進行共享。自然資源調查業務流程如圖1所示。

圖1 業務流程圖

1.3 技術路線

首先調研自然資源領域調查業務需求和特點,收集現有系統并綜合分析各系統的共性以及利弊；然后以實現多種外業調查應用的零碼組裝為目標,結合DDD理念進行領域模型設計,對多源數據訪問、可配置化、數據防篡改、數據交互與共享等關鍵技術進行可行性研究；最后確定系統總體框架和功能模塊,選用開發語言與框架、數據庫和數據交互模式,研發自然資源外業調查通用平臺（圖2）。

圖2 技術路線圖

1.4 系統架構

自然資源外業調查通用平臺的系統架構如圖3所示,分為硬件支持層、數據層、業務邏輯層和表現層4個部分。硬件支持層包括業務服務器、數據服務器、PC機、平板電腦、網線、防火墻和路由器等,主要是平臺運行的硬件設備和網絡支撐環境；數據層包括業務數據庫、移動端數據庫、調查源數據和工作底圖數據；業務邏輯層主要包括系統間的數據交互服務、跨平臺的地理數據訪問底層庫、各系統開發框架和技術；表現層為平臺的具體功能,包括配置與管理子系統、調查子系統、審核子系統和共享子系統等。

圖3 系統架構圖

2 關鍵技術

2.1 多源數據跨平臺訪問

隨著各地地理空間框架建設項目的完成,積累了大量的地理空間數據,建成了各級地理空間服務平臺。在進行自然資源調查時,可調用這些平臺的服務數據,作為調查的工作底圖和輔助分析圖層。由于服務平臺建設方不同,選擇的技術、數據訪問接口以及返回的數據格式都不盡相同。在平臺建設過程中,必須將這些服務平臺數據整合為標準統一的訪問接口和數據格式[8-9]。本文通過擴展改寫開源的ArcGIS API for Javascript和ArcGIS API for Android庫,使其可以統一的接口訪問各類地理信息公共平臺的數據服務,并將常用的地理功能集成到庫中,作為Web端和移動端地理數據訪問和操作的底層庫（以下簡稱底層庫）。

2.2 自然資源調查任務的可配置化技術

自然資源調查任務的可配置化技術是整個平臺研究的核心內容之一。在分析現有調查軟件和需求調研的基礎上,結合自然資源調查的業務特點,平臺實現了調查對象、調查內容、調查審核流程、任務分發等可配置化。調查對象是調查圖斑的來源圖層,主要形式為地圖服務。首先對調查對象進行源數據管理,再通過底層庫訪問數據源圖層的源數據信息,實現對該調查圖斑的調用,完成調查對象的來源圖層設置。調查內容主要包括屬性信息、空間信息、實地照片和視頻等,屬性信息可設置字段名稱、別名、類型、是否為空、是否可編輯、默認值和值限制等信息以及屬性字段間的限制和邏輯關系,還可設置主表內容、子表內容以及主子表之間的依存關系等；空間信息主要設置圖形類型、是否可編輯以及在進行圖形分割和融合時屬性字段自動賦值規則等；實地照片和視頻主要設置上報圖片視頻的數量和大小。調查審核流程相對簡單,大部分為省、市、縣、鎮四級直線上報和多級審核模式,不會出現復雜的分支跳轉關系[10],審核方式包括不可修改審核內容的審核方式和可修改審核內容的核改方式。任務分發是以行政區劃、部門、用戶的關聯關系為基礎,明確地將不同區域范圍內的調查圖斑分配給調查用戶和審核用戶。通過上述配置,每個任務單獨存儲一套業務數據,數據庫表在用戶配置任務完成后動態創建[11]。所有配置采用JSON格式與平臺各子系統進行交互。

2.3 防篡改加密技術

為了保證實地照片的真實性,外業調查系統必須對照片內容和位置信息進行轉換,生成驗證碼,在數據上傳入庫時對照片內容和位置信息進行驗證,以確保內容與拍攝位置對應,防止人為篡改照片內容。平臺采用MD5對照片內容和位置進行加密[12],生成照片驗證碼的流程為:①將照片內容轉換為字符串,再加上位置坐標字符串；②利用MD5算法加鹽（salt）方法對字符串進行一次轉換生成轉換碼；③利用MD5算法加鹽（salt）方法對轉換碼進行二次轉換,生成最終的驗證碼。

2.4 調查數據的共享交換

通過開發數據服務接口,實現調查成果數據的共享；通過設置查詢條件,數據請求者可獲得滿足特定規則、范圍等條件限制的成果數據；通過數據校驗,對數據交換過程的字段約束、數據內容的完整性、一致性等進行校驗,以保證數據安全。數據服務接口通過權限認證技術,調用調查成果數據,數據以JSON格式提供給數據請求者,數據請求者獲取數據后通過解析JSON字符串即可實現數據共享[13]。

3 平臺實現

平臺包括4個子系統（圖4）,其中配置與管理子系統負責系統運維管理、數據源管理和調查任務配置與管理；調查子系統負責實地調查舉證；審核子系統負責調查數據審核；共享子系統負責與外系統的數據共享共建。

圖4 平臺功能結構圖

配置與管理子系統包括區劃管理、部門管理、權限管理、角色管理、用戶管理、數據源管理、任務配置、任務分發管理等功能模塊。用戶登錄后,根據不同權限賦予不同的操作權限。系統管理員對區劃、部門、權限、角色、用戶和公共數據源進行管理；任務配置員對調查任務、工作底圖、調查模板（圖5）、審核流程等進行配置,并分配任務分發員；任務分發員根據調查來源圖層的行政區劃代碼字段（分包字段）指定調查圖斑的調查員,并根據調查記錄的調查員分配審核員。

圖5 調查模板配置界面

調查子系統主要包括項目切換、調查舉證（圖6）、數據分析、進度統計、離線地圖管理和地圖常用工具等功能模塊。調查舉證是系統的核心功能之一,調查系統根據配置與管理子系統的調查任務配置獲取調查任務的調查模式、調查來源圖層、調查屬性內容、屬性內容限制、圖片拍攝限制、圖形修改限制等信息,從而規定和規范數據采集內容。

圖6 調查舉證界面

審核子系統主要包括項目切換、任務審核、任務核改、分析統計和地圖常用工具等功能模塊。用戶可對擁有審核權限的多個項目中的調查記錄進行審核,也可在多個項目之間進行無縫切換。調查項目之間的數據都是相互獨立存在的,各有各的數據倉和流程,互不干擾。調查記錄審核界面如圖7所示。

圖7 調查記錄審核

共享子系統主要包括任務管理、令牌管理、信息查詢和數據交互（圖8）等功能模塊。系統對調查完的調查數據資源進行令牌管理,持有令牌的用戶點擊數據資源列表記錄進入源數據信息頁,可設定查詢條件,獲取以JSON格式返回的調查數據。

圖8 共享數據交互格式

4 結 語

在分析調查現狀與存在的問題的基礎上,本文以普適性需求為導向,以零碼組裝應用為目標,采用可配置化的軟件構建方法,根據DDD技術研發了集調查項目配置、任務分發、外業調查、上報審核、數據共享于一體的外業調查通用平臺；并將其應用于廣東省農房違建疑似圖斑調查項目中,取得了較好的實踐效果。

在下一步工作中,為了提高調查效率、豐富調查手段,可從3個方面開展研究和應用:①利用卷積神經網絡[14]、深度神經網絡[15]等深度學習神經網絡算法對各類影像、矢量、實地照片等數據進行自動識別與分析,輔助疑似調查圖斑提取和舉證信息審核；②集成無人機技術、視頻監控技術,豐富調查與監測科技手段；③加強調查數據結果的綜合統計分析能力,利用BI[16]技術,通過對調查數據進行深度和廣度上的延伸應用,構筑分析統計模型,挖掘數據中的有效信息,為自然資源決策提供信息支持。