淺析自然資源空間數(shù)據(jù)管理及服務(wù)應(yīng)用

劉峰

【摘要】本文以省本級(jí)自然資源空間數(shù)據(jù)成果為基礎(chǔ)，研究分析了自然資源空間數(shù)據(jù)管理方式，闡述了基于ArcGIS平臺(tái)基礎(chǔ)上構(gòu)建的空間數(shù)據(jù)服務(wù)的模式，介紹了應(yīng)用現(xiàn)狀，展望了空間技術(shù)在自然資源管理過(guò)程中的發(fā)展方向。

【關(guān)鍵詞】自然資源;信息化;空間數(shù)據(jù);GIS

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021.24.

1、自然資源空間數(shù)據(jù)成果的類別及內(nèi)容

自然資源空間數(shù)據(jù)有很多分類模式，按照數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)類型來(lái)說(shuō)，包含土地資源、礦產(chǎn)資源、地質(zhì)環(huán)境、不動(dòng)產(chǎn)、海洋等空間數(shù)據(jù)成果;按照數(shù)據(jù)類型來(lái)說(shuō)，包含文本坐標(biāo)空間數(shù)據(jù)、柵格圖形數(shù)據(jù)、矢量圖形數(shù)據(jù)、圖紙掃描件檔案;按照更新頻度分類來(lái)說(shuō)，包含年度更新空間數(shù)據(jù)、定期更新空間數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)更新空間數(shù)據(jù)。自然資源空間數(shù)據(jù)成果基本覆蓋到資源調(diào)查、確權(quán)登記、規(guī)劃保護(hù)、地災(zāi)防治、監(jiān)督監(jiān)管各個(gè)業(yè)務(wù)及管理環(huán)節(jié)。

2、空間數(shù)據(jù)管理和應(yīng)用的主要方式

總體來(lái)說(shuō)，國(guó)土資源空間數(shù)據(jù)管理和應(yīng)用包含以下幾種方式。

2.1傳統(tǒng)文件管理

空間數(shù)據(jù)的文件型管理方式是所有空間數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的基本形式。對(duì)于空間數(shù)據(jù)來(lái)說(shuō)，其加工采集直接形成的成果就是文件型的數(shù)據(jù)成果。適用的空間數(shù)據(jù)主要包括：遙感影像、掃描圖紙、照片、圖形文件（coverages、shapefile、坐標(biāo)對(duì)）等。

2.2數(shù)據(jù)庫(kù)管理

空間數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫(kù)管理方式是將數(shù)據(jù)成果經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換，統(tǒng)一存放到通用的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)當(dāng)中，以達(dá)到多用戶可控訪問(wèn)、支撐系統(tǒng)開(kāi)發(fā)建設(shè)為主要目的。

2.3基于空間數(shù)據(jù)引擎中間件管理

空間數(shù)據(jù)引擎是介于第三方GIS平臺(tái)廠商與數(shù)據(jù)庫(kù)廠商間，提供空間數(shù)據(jù)存放至關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)中的邏輯約束及組件的集合，目的是為了解決空間數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)庫(kù)管理、版本控制、各類應(yīng)用的一體化操作要求。適用的空間數(shù)據(jù)主要包括：各類自然資源行政審批圖形成果、基礎(chǔ)調(diào)查空間成果、規(guī)劃空間成果、生態(tài)保護(hù)紅線空間成果、基本農(nóng)田空間成果、綜合執(zhí)法空間成果等。

尤其是作為空間數(shù)據(jù)引擎中間件的代表ArcSDE，在GIS行業(yè)應(yīng)用中得到了廣泛的應(yīng)用。在空間數(shù)據(jù)管理過(guò)程中，ArcSDE數(shù)據(jù)庫(kù)通常是最關(guān)鍵的要素，尤其是當(dāng)企業(yè)應(yīng)用從集中式的基于coverages和shapefiles文件到分布式的數(shù)據(jù)庫(kù)轉(zhuǎn)型的時(shí)候。

3、空間數(shù)據(jù)服務(wù)和應(yīng)用

空間數(shù)據(jù)體系形成后，支撐相關(guān)信息系統(tǒng)的建設(shè)成為重要的目標(biāo)。按照當(dāng)前主流的信息開(kāi)發(fā)技術(shù)，系統(tǒng)建設(shè)時(shí)一般采用層次化的模式，在硬件、網(wǎng)絡(luò)及信息安全的保障下，通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)的管理、服務(wù)接口的定制，充分將數(shù)據(jù)作用發(fā)揮出來(lái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)業(yè)務(wù)及應(yīng)用的支持，具體包含以下分層結(jié)構(gòu)。

3.1支撐層

支撐層主要完成對(duì)相關(guān)的系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)所需的服務(wù)器、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)及安全設(shè)備進(jìn)行管理。針對(duì)空間數(shù)據(jù)，采用GIS服務(wù)器集群及分布式的方式完成對(duì)各節(jié)點(diǎn)的統(tǒng)一調(diào)度和監(jiān)控，并進(jìn)行容災(zāi)和數(shù)據(jù)備份，保障業(yè)務(wù)的連續(xù)性及數(shù)據(jù)的安全性。

3.2數(shù)據(jù)層

數(shù)據(jù)層主要基于支撐層提供的資源，完成對(duì)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一組織和管理。在ArcGIS體系中，主要通過(guò)桌面版及移動(dòng)版相關(guān)產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的原始采集和加工，通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)及空間引擎中間件完成數(shù)據(jù)庫(kù)的管理，同時(shí)開(kāi)展數(shù)據(jù)目錄編制、模型建設(shè)、符號(hào)化設(shè)置，圍繞數(shù)據(jù)應(yīng)用定制有關(guān)空間信息的產(chǎn)品。

3.3服務(wù)層

服務(wù)層是數(shù)據(jù)和應(yīng)用間的橋梁，既保證數(shù)據(jù)安全、高效實(shí)用，又保障應(yīng)用開(kāi)發(fā)的開(kāi)放、便捷及通用。空間數(shù)據(jù)服務(wù)層中，既有原生的AGS地圖圖形服務(wù)，又包含符合Web服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)的通用應(yīng)用服務(wù)，同時(shí)還可以結(jié)合應(yīng)用開(kāi)發(fā)的特征，提供類似于大組件或富客戶端粒度級(jí)別的組件或子應(yīng)用。

在ArcGIS體系中，主要通過(guò)ArcGIS Server將空間數(shù)據(jù)組織到功能性 GIS 資源中，以使得空間數(shù)據(jù)在 Web 服務(wù)器上運(yùn)行成為可能。通過(guò)平臺(tái)建立的空間服務(wù)允許多個(gè)用戶同時(shí)訪問(wèn)和瀏覽。Web 服務(wù)在 ArcGIS Server 站點(diǎn)上運(yùn)行，ArcGIS Server 中的服務(wù)從客戶端接收查詢，并基于其數(shù)據(jù)和配置返回響應(yīng)。

3.4應(yīng)用層

應(yīng)用層上承載的是各類應(yīng)用系統(tǒng)，依據(jù)數(shù)據(jù)及服務(wù)權(quán)限，使用和展示圖形數(shù)據(jù)資源。同時(shí)，應(yīng)用層開(kāi)發(fā)的具有通用性的功能，可以整合歸并成為新的服務(wù)層內(nèi)容，為其他應(yīng)用繼續(xù)提供服務(wù)，能夠有效的降低系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的成本，減少功能的重復(fù)開(kāi)發(fā)和資源浪費(fèi)。

4、省本級(jí)空間數(shù)據(jù)服務(wù)的相關(guān)信息化建設(shè)情況

4.1國(guó)土資源“一張圖”數(shù)據(jù)管理體系的構(gòu)建

根據(jù)自然資源部在2019年發(fā)布的《自然資源信息化頂層設(shè)計(jì)》，各省按照統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，以國(guó)土資源“一張圖”為基礎(chǔ)，共享交換其他相關(guān)部門數(shù)據(jù)，形成可持續(xù)更新的自然資源“一張圖”數(shù)據(jù)體系。 通過(guò)制定相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)，集成各類數(shù)據(jù)形成自然資源數(shù)據(jù)資源體系，建立地上地下、陸海相連、三維立體的自然資源數(shù)據(jù)資源體系。

4.2國(guó)土空間基礎(chǔ)信息平臺(tái)的建設(shè)

國(guó)土空間基礎(chǔ)信息平臺(tái)建設(shè)完成了基礎(chǔ)測(cè)繪、遙感、土地、不動(dòng)產(chǎn)等信息資源的整合及接入，通過(guò)共享及交換，為發(fā)改等部門提供了國(guó)土空間相關(guān)信息，形成了貫穿省、市、縣三級(jí)部門聯(lián)動(dòng)、開(kāi)放共享、安全可靠的分布式平臺(tái)。

5、空間數(shù)據(jù)應(yīng)用的展望

5.1自然資源空間大數(shù)據(jù)

時(shí)空特性是資源數(shù)據(jù)的關(guān)鍵特征，且數(shù)據(jù)也隨著這兩個(gè)要素不斷衍變，形成信息量及數(shù)據(jù)量龐大的數(shù)據(jù)成果，這些數(shù)據(jù)成果具有明顯的大數(shù)據(jù)特征。王家耀院士曾說(shuō)從某種意思上來(lái)講：“大數(shù)據(jù)本身就是在一定的時(shí)間和空間內(nèi)發(fā)生的，從本質(zhì)上來(lái)講就是時(shí)空大數(shù)據(jù)”。

5.2 BIM、三維及虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)

BIM（Building Information Modeling）技術(shù)其核心是通過(guò)建立虛擬的建筑工程三維模型，利用數(shù)字化技術(shù)，為這個(gè)模型提供完整的、與實(shí)際情況一致的建筑工程信息庫(kù)。GIS以及三維信息系統(tǒng)是對(duì)地表及地表要素的圖形化展示，與BIM進(jìn)行結(jié)合，開(kāi)展虛擬現(xiàn)實(shí)與三維地理信息進(jìn)行場(chǎng)景的深度應(yīng)用，未來(lái)的自然資源管理將更加透明和可視化。

結(jié)語(yǔ)：

隨著政府行政管理及業(yè)務(wù)審批信息化程度的不斷提高，空間信息在決策支持和信息展示層面上的需求越發(fā)迫切。空間信息可視化這種獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)需要在政府及社會(huì)各行各業(yè)發(fā)揮了重要作用，但信息量大、多源異構(gòu)等特性也對(duì)其管理提出了更高的要求，隨著三維或多維信息的不斷豐富，對(duì)數(shù)據(jù)的管理提出了更高的要求，利用先進(jìn)的GIS平臺(tái)，建設(shè)一系列自成體系的平臺(tái)成為今后一段時(shí)期的自然資源空間數(shù)據(jù)管理和使用的重要工作方向。

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