牡丹區(qū)智慧國土監(jiān)管系統(tǒng)需求分析

宋瑞鳳 馬麗

近年來，國家土地資源違法濫用現(xiàn)象突出，各種土地合理利用問題日益顯現(xiàn)，土地利用不當(dāng)，導(dǎo)致各類地質(zhì)災(zāi)害不斷加劇，良田受損，森林資源遭到亂砍濫伐，未申請或申請未獲得批準(zhǔn)，并未取得建設(shè)用地規(guī)劃許可證和建設(shè)工程規(guī)劃許可證而建成的違法建筑物越來越多。如何加強(qiáng)土地資源管理，實現(xiàn)各類違法建筑、違法用地、違法開采等事件的及時發(fā)現(xiàn)處理，提高辦事效率，已經(jīng)迫在眉睫。

《國土資源執(zhí)法監(jiān)督規(guī)定》（中華人民共和國國土資源部令第79號，2017年12月27日國土資源部第4次部務(wù)會議通過）第四條規(guī)定：縣級及以上國土資源主管部門應(yīng)當(dāng)強(qiáng)化遙感監(jiān)測、視頻監(jiān)控等科技和信息化手段的應(yīng)用，發(fā)揮現(xiàn)代科技對執(zhí)法監(jiān)督工作的支撐作用，提升執(zhí)法監(jiān)督效能。

一、目前現(xiàn)狀分析

目前，土地監(jiān)管的主要方式仍停留在紙質(zhì)文件管理和人員現(xiàn)場核查階段，對于批地、供地及項目管理缺少現(xiàn)代化的手段。由于信息獲取不及時，致使違規(guī)情況判定困難，查處力度不夠。 目前牡丹區(qū)國土監(jiān)控以“衛(wèi)星遙感監(jiān)測”為主，人工巡查為輔，缺乏智能化監(jiān)測手段，尤其面臨以下幾個方面問題：數(shù)據(jù)更新周期長，執(zhí)法滯后；監(jiān)測覆蓋范圍受限；無法實現(xiàn)常態(tài)化全天候作業(yè)；人工巡查耗時長，成本高；隨著違建治理的強(qiáng)力推進(jìn)，執(zhí)法部門與違建業(yè)主的矛盾激化，社會輿情事件隨之產(chǎn)生；跨部門協(xié)作困難；執(zhí)法隊伍手段單一、事倍功半；社會規(guī)范與法律制度存在偏差。

二、采用技術(shù)

牡丹區(qū)智慧國土監(jiān)管系統(tǒng)基于地理信息公共平臺（GIS），實現(xiàn)全業(yè)務(wù)、全流程、全區(qū)域、全方位一體化協(xié)同辦公與聯(lián)網(wǎng)審批；基于電子政務(wù)和移動智能技術(shù)，為審批管理各環(huán)節(jié)提供決策支持服務(wù)；基于二維三維地理信息技術(shù)、移動互聯(lián)技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的綜合運用，實現(xiàn)簡便、快捷的圖文一體化管理。

牡丹區(qū)智慧國土監(jiān)管系統(tǒng)采用C/S架構(gòu)、服務(wù)器集群技術(shù)（平臺服務(wù)器、流媒體服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、存儲服務(wù)器、分析服務(wù)器等），使用最新視頻壓縮處理技術(shù)、分布式存儲、核心網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，組建了系統(tǒng)化的視頻監(jiān)控平臺，核心網(wǎng)絡(luò)采用了防火墻，入侵檢測等安全防護(hù)措施，以保證專屬網(wǎng)絡(luò)不被攻擊入侵，配套使用省統(tǒng)一的僵木蠕漏洞掃描系統(tǒng)定期掃描，確保網(wǎng)絡(luò)絕對安全（見圖1、圖2）。

本系統(tǒng)采用C #進(jìn)行搭建，C #（讀作“S e e Sharp”）是一種新式編程語言，不僅面向?qū)ο螅翌愋桶踩ｉ_發(fā)人員利用C#生成在.NET生態(tài)系統(tǒng)中運行的多種安全可靠的應(yīng)用程序。

牡丹區(qū)智慧國土監(jiān)管系統(tǒng)的指揮調(diào)度是基于Flutter框架開發(fā)的，F(xiàn)lutter 是 Google推出并開源的移動應(yīng)用開發(fā)框架，主打跨平臺、高保真、高性能。開發(fā)者可以通過Dart語言開發(fā) App，一套代碼同時運行在 iOS （本套系統(tǒng)未開發(fā)）和 Android平臺。 Flutter提供了豐富的組件、接口，開發(fā)者可以很快地為 Flutter添加 native擴(kuò)展。同時Flutter還使用 Native引擎渲染視圖，為用戶提供良好的體驗。

違建算法使用yolo算法作為基礎(chǔ)，YOLO（You Only Look Once）是一種基于深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的對象識別和定位算法，其最大的特點是運行速度很快，可以用于實時系統(tǒng)。

牡丹區(qū)智慧國土監(jiān)管系統(tǒng)有效改進(jìn)了策略：

首先，使用邏輯回歸來預(yù)測每個bounding boxes的對象分?jǐn)?shù)，每個bounding box與ground truth的匹配策略為1 vs 1。

其次，每個bounding boxes使用多標(biāo)簽分類法預(yù)測包含的類，采用二元交叉熵（sigmoid）取代softmax進(jìn)行類別預(yù)測。

再次，采取金字塔網(wǎng)絡(luò)來進(jìn)行多尺度的boxes（多層feature map[13 26 52]）預(yù)測，同時提取網(wǎng)絡(luò)較早的feature map（特征圖），與之前經(jīng)過兩倍上采樣的feature map進(jìn)行element-wise addition合并，進(jìn)行更精確細(xì)粒度預(yù)測（類似SSD思想）。

最后，數(shù)字化的遠(yuǎn)程視頻傳輸應(yīng)用得到廣泛普及。通過現(xiàn)代科技手段，創(chuàng)新管理方式，實現(xiàn)對基本農(nóng)田保護(hù)區(qū)、國家重點礦區(qū)、國土資源領(lǐng)域違法行為易發(fā)區(qū)24小時不間斷監(jiān)管。

三、系統(tǒng)功能

結(jié)合牡丹區(qū)國土資源監(jiān)管工作的現(xiàn)狀，牡丹區(qū)智慧國土監(jiān)管系統(tǒng)采用高空視頻覆蓋，后臺智能分析、及時發(fā)現(xiàn)告警的模式打造獨一無二的國土資源“一張圖”和“牡丹區(qū)智慧國土監(jiān)管系統(tǒng)”。系統(tǒng)設(shè)計采用48個高空球型攝像機(jī)安裝到35-45米的基站鐵塔上，對牡丹區(qū)域的重點區(qū)域進(jìn)行視頻數(shù)據(jù)的采集，單個球機(jī)可以實現(xiàn)水平360度，垂直-20度—90度的自由旋轉(zhuǎn)，覆蓋方圓2-3公里土地面積。后臺通過智能分析國土資源變化情況，實時把告警信息傳遞給相關(guān)區(qū)域責(zé)任人。工作人員可以通過監(jiān)控大屏、電腦、pad、手機(jī)APP等多種方式實時獲取到告警信息，及時定位、及時處理。同時，后臺存儲系統(tǒng)可以將全部視頻資源存儲30天的時間，便于事后的追溯和回查。

四、實現(xiàn)功能

牡丹區(qū)智慧國土監(jiān)管系統(tǒng)充分依靠信息技術(shù)進(jìn)步和國家信息基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)成果，創(chuàng)新自然資源管理，以國土資源遙感監(jiān)測"一張圖"和綜合監(jiān)管平臺為基準(zhǔn)點，實現(xiàn)牡丹區(qū)國土資源開發(fā)利用的“天上看、網(wǎng)上管、地上查”， 從而提高自然資源保障能力和保護(hù)水平，實現(xiàn)資源動態(tài)監(jiān)管，為構(gòu)建和完善國土資源管理改革創(chuàng)新提供更加有力的技術(shù)支撐。

牡丹區(qū)智慧國土監(jiān)管系統(tǒng)監(jiān)控人員可以全天候、全角度地觀測安裝點周圍2-3公里左右范圍內(nèi)的違章搭建，違法占地、用地、挖地等違法行為。

牡丹區(qū)智慧國土監(jiān)管系統(tǒng)利用國際先進(jìn)的人工智能及機(jī)器自主學(xué)習(xí)的檢測算法技術(shù)，能自動分析檢測違法事件，并第一時間通知相關(guān)區(qū)域負(fù)責(zé)人，及時處理并反饋處理結(jié)果。

牡丹區(qū)智慧國土監(jiān)管系統(tǒng)平臺自動記錄相關(guān)內(nèi)容，并能生成報表及考核區(qū)域責(zé)任人，為政府或相關(guān)部門進(jìn)行查處提供了有力證據(jù)，極大提升工作效率。

以國土侵占相關(guān)違法行為監(jiān)測為主線，從監(jiān)測感知報警、數(shù)據(jù)傳輸、視控決策到應(yīng)急指揮調(diào)度，各部分緊密結(jié)合，真正實現(xiàn)違建行為檢測一張圖，實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息資源的全面整合和可視化管理。

五、實現(xiàn)效果

圖3為一處告警。系統(tǒng)檢測到有建筑起重車，產(chǎn)生了起重車輛告警。

圖4為一已經(jīng)處理的告警：經(jīng)核查此處為合法建筑用地，已取得建設(shè)許可。

圖5為系統(tǒng)根據(jù)告警點位位置，經(jīng)算法得出的大致違法地點經(jīng)緯度，可調(diào)用導(dǎo)航軟件進(jìn)行地點導(dǎo)航。

六、經(jīng)濟(jì)效益和社會效益

“牡丹區(qū)智慧國土監(jiān)管系統(tǒng)”包含前端48個高空視頻信息采集點位、后臺視頻監(jiān)控管理存儲系統(tǒng)、國土資源智能檢測分析系統(tǒng)、實時大屏顯示系統(tǒng)和移動告警終端、手機(jī)APP等處理設(shè)備，每年可協(xié)助處理違法行為，節(jié)省人力、物力，而且省時高效，能及時處理違法，減少上級處罰。

在及時處理違法的同時，保護(hù)了基本農(nóng)田，對經(jīng)濟(jì)社會長遠(yuǎn)發(fā)展產(chǎn)生了良好的效益，進(jìn)一步完善了“全面覆蓋、全程監(jiān)管、科技支撐、宣傳執(zhí)法、社會監(jiān)督”的綜合監(jiān)管體系，構(gòu)建了對土地違法行為“防范在先、發(fā)現(xiàn)及時、制止有效、查處到位”的執(zhí)法監(jiān)管長效機(jī)制。

作者單位：宋瑞鳳 山東省菏澤市牡丹區(qū)大數(shù)據(jù)中心

馬麗 山東省菏澤市牡丹區(qū)自然資源局