自然資源資產清查管理與分析系統設計與實踐

黎慧斌，黃 昭，董道寬，饒 蕾

（1.廣東省國土資源技術中心，廣東 廣州 510075；2.武漢大學 自然資源部地理國情監測重點實驗室，湖北 武漢 430079；3.武漢蟻圖時空科技有限公司，湖北 武漢 430074）

自然資源資產是生態文明建設的物質基礎[1]，國家對自然資源資產管理與改革做出了一系列重大決策部署[2]，要求摸清全民所有自然資源資產家底，加強對自然資源資產的管理[3]。2019年自然資源部印發了《全民所有自然資源資產清查試點工作方案》和《全民所有自然資源資產清查技術指南》。全民所有自然資源資產清查工作（以下簡稱資產清查）作為摸清家底最重要的途徑[4]，開始在部分省市（試點）進行探索[5]，在實踐層面積累了相關工作經驗，推動了自然資源資產產權制度改革[6]；但對資產清查成果數據如何管理，怎樣分析、應用能更好地支撐自然資源資產管理，現階段還缺少探索和實踐。在地理信息技術背景下，大數據應用的快速發展[7-8]為自然資源資產數據管理提供了新模式[9]，建立信息化支撐平臺[10-11]為自然資源資產系統化管理與應用起到了關鍵作用[12]。

2020年3 月廣東省自然資源廳辦公室印發《廣東省全民所有自然資源資產清查試點工作實施方案》，要求積極探索廣東省全民所有自然資源資產清查信息化建設工作，推動全省全民所有自然資源資產清查數據庫高質量、高水平建設和應用。基于自然資源資產清查數據建設和應用的迫切性，本文研究了自然資源資產清查大數據管理與共享關鍵技術，設計了以數據（信息）服務和空間可視化場景為支撐的數據服務與信息應用支撐體系，構建了全民所有自然資源資產清查數據管理與分析應用系統并進行實踐，推動了各類基礎數據與專題數據的互通共享以及獲取，可及時反映全省各級全民所有自然資源資產狀況和變化情況，支撐評估核算國有自然資源（資產）管理情況的專項報告[13]（以下簡稱國有資產報告）、編制全民所有自然資源資產平衡表[14]（以下簡稱平衡表）、管理全民所有自然資源委托代理[15]清單等工作，取得了較好的應用效果。

1 自然資源資產清查大數據管理與共享關鍵技術

1.1 異源多級大數據管理技術

自然資源權益管理業務是建立在自然資源業務基礎上的，權益管理需要在土地、礦產、森林、草地、濕地、海洋資源業務數據基礎上形成權益管理業務數據。現階段，全國都在著力開展全民所有自然資源資產清查工作，它是權益管理的基礎，權益管理數據庫目前主要包含自然資源資產清查數據。權益管理數據庫不能采用基礎業務管理系統的設計思路，它不是一個OLTP聯機事務處理數據庫，而是一個涵蓋土地、礦產、森林、草地、濕地、海洋6類自然資源，集空間圖形數據、業務管理數據、統計分析數據、成果檔案（如清查）數據、相關業務系統數據等多庫于一體的綜合性數據倉庫。數據架構設計如圖1所示。構建綜合性數據倉庫的優勢在于：①具有橫向可擴展性；②并行處理的高性能[16]；③形成以數據倉庫為中心的體系化環境，側重于決策支持，有效顯化數據價值[17]。

圖1 數據架構設計圖

權益管理數據包括權益數據資產倉庫和系統配置數據庫。

1）權益數據資產倉庫的設計采用“數據湖”的概念，運用關系型數據庫、數據倉庫、空間數據引擎、地理文件數據庫、文件目錄設計模式進行設計，將其劃分為標準數據區、專題分析區、成果區和空間大數據分析區，具體內容如表1所示。

表1 權益數據資產倉庫內容清單

2）系統配置數據庫的設計除了包含用戶權限、日志等數據庫設計外，還包含對元數據模型的設計。元數據模型對數據區中存儲數據源、數據表與數據項、數據資源目錄進行描述；在元數據模型的驅動下，自動化進行數據更新、數據處理。

權益數據資產倉庫設計中采用的“數據湖”由James Dixon于2010年首次提出，是將從各類數據源引接匯聚來的原生態數據[18]形成可容納各種形式數據的集中式數據存儲集[19]。通過調用數據資源服務或直接訪問數據庫的方式，系統可讀取存儲在“數據湖”中的數據，支撐業務應用對數據的訪問需求。權益管理數據庫一方面支持現有的省、市、縣三級全民所有自然資源資產數據以及相關參考數據，另一方面充分考慮數據歷史版本以及未來權益業務有關數據的存儲，按照數據量預估年度數據量和年增長數據量，采用Geo-Scene DataStore存儲空間大數據，有效提升空間數據的運算與存儲性能，為后續新增數據的構建布好局。

1.2 數據融合治理技術

梳理全民所有自然資源資產數據，利用ETL技術將多源異構數據按照資源類型、數據類型等進行分類分層抽取（表2），抽取結果臨時存放在中間層進行清洗、轉換、集成；并按照“一數一源”建設原則，整合自然資源資產管理所需的空間關聯現狀數據和信息。在此基礎上，按照“統一集中存儲、分層分級管理”的原則，采用文件系統、NoSQL數據庫與關系型數據庫3種存儲技術來分區分庫存儲，以提升海量結構化、非結構化和半結構化自然資源數據的治理效率，支撐資產清查管理與分析的不同業務應用場景。文件系統采用FastDFS技術實現文件分布式存儲，提高了文件的檢索和訪問性能；NoSQL數據庫通過ES、Redis、MongoDB等技術，有效支持日志檢索、網關存儲、緩存管理；關系型數據庫利用Postgre SQL存儲資產清查臺賬空間數據，利用MySQL存儲系統元數據信息，利用Geo-Scene Datastore提升海量空間數據的運算與存儲性能。

表2 全民所有自然資源資產數據整理清單

1.3 微服務架構設計

全民所有自然資源資產數據管理與業務應用，涉及的數據量大、類型多、應用分析場景多。采用微服務體系結構設計數據管理與分析應用系統，可實現權益資產管理業務解耦，各個微服務可獨立部署運行，相較于傳統單體架構，更加健壯可靠，且降低了開發與運維成本。

基于面向服務的架構思想，本文采用大數據、Spring、GeoScene、Vue等技術進行系統設計。技術架構包括應用層、服務層、應用中間件、數據訪問層、計算存儲層、基礎設施層如圖2所示。整個系統的服務層架構基于微服務框架進行搭建，服務之間通過Ribbon/Feign組件調用，引入Nacos組件作為服務注冊與配置中心；引入Gateway實現網絡協議轉換；引入Zuul實現微服務的負載均衡；引入Spring Cloud Gateway組件作為網關，通過網關統一對外界的各種系統請求進行數據校驗、初步過濾、路由匹配等，并達到負載均衡；引入外部負載均衡器Nginx實現中臺應用服務器、可視化應用服務器、GIS服務器之間的負載均衡，以保證微服務應用的高可用。

圖2 系統技術架構圖

自然資源資產清查大數據管理與共享的重要任務是實現資產清查數據的統計分析展示，即實現數據可視化。空間大數據背景下的可視化技術將數據變為圖表展示給大眾[20]，可有力支撐空間大數據的展示。數據可視化主要包括圖表可視化和地圖可視化，系統功能界面在圖表可視化和地圖可視化的基礎上經過布局設計、交互設計等優化組合而成。系統擬采用Vue框架開發，融合GeoScene JS API、OpenLayer、Cesuim等強大的GIS前端應用組件，以實現不同資源專題地圖的可視化展示，借助Angular框架和ECharts等可視化圖表組件，為用戶提供清晰、直觀的資產清查數據呈現；擬采用成熟的商業智能平臺技術，實現統計數據的圖表可視化展示，如以專題地圖、統計圖、數據表的形式展示不同年份、不同行政區劃的全民所有國有農用地資源實物量、所在區域清查價格水平、價值量、平均耕地等別、劃入生態紅線面積、劃入自然保護地核心區面積以及年度變化趨勢、經濟價值的年度變化率等。

2 系統設計

本文基于自然資源資產清查大數據管理與共享關鍵技術構建廣東省全民所有自然資源資產清查數據管理與分析應用系統，圍繞構建做實“一套數”、繪好“一張圖”、發好“一本證”、管好“一本賬”、強化“一起管”、落實“一體修”的“六個一”自然資源管理體系，通過整合各類基礎數據形成全民所有自然資源一張圖、自然資源資產一張圖、地價一張圖，并在橫向上通過與廣東省自然資源一體化數據庫、廣東省自然資源政務管理與服務平臺等平臺對接，實現平臺互通、數據信息互聯互享，使各類數據充分活躍起來，充分體現自然資源資產信息的價值，將數據管理轉變為政府服務。

2.1 系統總體設計

廣東省全民所有自然資源資產清查數據管理與分析應用系統以廣東省“數字政府”政務云為依托，以信息化標準規范體系和安全保障體系為體系結構，以廣東省全民所有自然資源資產清查數據為基礎，綜合運用數據融合治理技術、異源多級大數據管理技術、空間大數據并行計算技術、“圖、表、文”共享服務技術、多維信息關聯技術等先進技術手段，建立集資產數據庫管理、成果分析、成果應用、成果管理和輸出、系統配置管理于一體的自然資源資產清查數據管理與分析應用解決方案，以實現各類自然資源資產全方位、智能化的統計分析、專題應用以及全民所有自然資源委托代理清單管理、平衡表輔助編制、國有資產報告輔助編制等，提升自然資源資產管理效能。

按照系統設計原則，本文采用分層設計的方法，形成“七橫兩縱”的邏輯架構（圖3），“七橫”即用戶層、應用層、應用服務層、基礎服務層、平臺層、數據存儲層和基礎設施層，“兩縱”即業務標準體系和安全保障體系。用戶層按照用戶角色定位，劃分為系統瀏覽、數據管理和系統管理3類用戶；平臺層作為系統最底層的應用支撐，包括GIS、數據庫、空間大數據三大平臺能力；基礎設施層采用廣東省政務云提供的PASS、IASS資源搭建。系統建設包括系統配置管理子系統、數據管理子系統、清查成果應用子系統3個子系統。

圖3 系統架構設計圖

2.2 系統配置管理子系統

系統配置管理子系統面向系統管理員，提供角色權限配置、碼表維護、系統運行監控等功能（圖4），以保證系統平穩運行。

圖4 系統配置管理子系統功能設計

2.3 數據管理子系統

數據管理子系統面向數據管理員，提供指標管理、版本管理、數據入庫、數據導出等功能（圖5），匯集全省各級清查成果、參考數據、價格體系數據、二維底圖數據、平衡表、國有資產報告、委托代理數據等數據，通過各類統計方法對數據資源進行分析、抽取和重組，形成全民所有自然資源資產權益管理數據庫，實現全民所有自然資源資產數據的集中管理、高效融合，以支撐系統運行，保證數據的現勢性。

圖5 數據管理子系統功能設計

2.4 清查成果應用子系統

基于全民所有自然資源資產清查成果，系統設計了成果分析、成果應用、成果管理和通用功能4個模塊（圖6），以輔助全民所有資源資產權益管理業務，為全面掌握全民所有自然資源資產家底，合理配置全民所有自然資源資產，統一行使全民所有自然資源所有者職責提供支撐。

圖6 清查成果應用子系統功能設計

1）成果分析功能。成果分析板塊設計的出發點是以直觀簡潔的方式對清查數據、參考數據等進行統計和展示，設計著重考慮地圖屬性動態交互，分析多級聯動，結果直觀顯示。系統以圖表的形式展現分析成果，可實現基于資源、空間、時間3個維度多組合多條件查詢、對比；并設置專項統計分析功能，將廣東省的重要戰略區域、重要資源等以專題場景的形式呈現，如區域專題包含統一確權登記、“一核一帶一區”[21]區域發展格局等，自然保護地[22]專題包含自然保護區、自然公園等，還有耕地資源生態價值專題等。通過專題地圖加載、基本情況介紹、圖表統計分析直觀全面地展示重要區域以及各類資源情況，功能界面設計如圖7所示。

圖7 成果分析功能界面設計

2）成果應用功能。成果應用板塊設計充分考慮了目前自然資源資產管理工作開展的各項業務，有力結合資產清查數據，為全民所有自然資源資產權益管理提供支撐。系統可實現國資報告和平衡表的輔助編制以及委托代理清單的管理。功能設計前充分調研，深入了解用戶需求，其中國資報告可實現輔助材料上傳、預填表格模板下載與統計、在線編輯、查詢、歸檔等全流程業務；平衡表輔助編制可實現省、市、縣三級預填表格下載與統計、預覽、上傳、確認、歸檔，形成可直接上交國家的成果數據。

3）成果管理與輸出。成果管理與輸出一方面實現了建筑物和地價一張圖的三維疊加顯示，便于用戶直觀查看區域資產地價情況；另一方面用戶可在線制作專題圖件，通過選擇對應的行政區、數據年份、制圖方案，按照制圖目標，輸出成果圖件，滿足用戶進行資源資產分析制圖的需求。

3 應用情況

基于自然資源資產清查大數據管理與共享關鍵技術，以及多源自然資源資產數據空間關聯統籌融合應用，廣東省自然資源廳打造了廣東省全民所有自然資源資產清查數據管理與分析應用系統。系統通過對廣東省全民所有自然資源資產清查數據進行統一管理分析與應用，為履行全民所有土地、礦產、森林、草原、濕地、水、海洋等自然資源資產所有者職責提供技術支撐。

在自然資源“一張圖”的基礎上，結合履行自然資源所有者職責的業務需求，搭建省、市、縣三級統一的自然資源資產“一張圖”業務可視化呈現場景，探索自然資源資產多維度的統計分析，輔助自然資源資產規劃管護、配置決策應用的實現。

系統通過與廣東省自然資源一體化數據庫、廣東省自然資源政務管理與服務平臺等平臺的對接，實現平臺互通、數據信息互聯互享，統一全省全民所有自然資源資產清查數據管理，輔助國有自然資源資產管理情況報告和全民所有自然資源資產平衡表的編制工作，并為全民所有自然資源資產所有權委托代理機制實施提供應用。

推動全民所有自然資源資產監管體系構建，加快全民所有自然資源資產所有者監督考核評價機制實施，為履行廣東省自然資源“兩統一”職責和建設“自然資源高水平保護和高效率利用”示范省提供最直接的服務保障。

4 結語

系統設計實現了廣東省全民所有自然資源資產清查成果數據的規范管理，結合廣東省自然資源資產管理業務工作需求，實現了清查成果數據的管理，資源資產基本情況分析、對比分析、專題分析，國有資產報告、平衡表的輔助編制，委托代理清單管理，專題圖制作等，有力支持廣東省權益管理工作，提升了廣東省自然資源資產數據管理水平，助力構建由清查統計、評估核算、委托代理、資產規劃使用、資產配置、收益管理、考核監督、資產報告8項制度組成的權益管理制度體系，更為后期全民所有自然資源資產動態管理和監管預警打好了基礎。

然而，目前自然資源資產管理業務正處于探索階段，且資產清查工作屬于試點階段，數據標準和相關業務將存在擴展與調整；現階段系統還沒有打通與各基礎業務系統的數據共享通道，無法通過基礎業務數據的實時變化動態監測國有自然資源資產的變化情況。隨著權益業務的不斷成熟、年度變更清查機制的完善、各類價格體系更新機制的健全，權益管理數據庫中的內容將不斷擴展，數據處理任務將不斷增多，系統可支撐業務也將不斷豐富，后續將繼續深化自然資源資產清查大數據管理與共享技術應用，全面系統推進實施全要素、全周期、全方位資源資產資本“三位一體”管理，助力廣東省“自然資源高水平保護高效率利用”。