基于GIS可視化的自然資源監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)與應(yīng)用

佘佐明，馬亶佑，鹿 荻

(貴陽市測繪院，貴州 貴陽 550081)

1 引言

地物變化，通過利用某一個地區(qū)不同時期的衛(wèi)星遙感影像，將前后2期影像進行疊加對比[1]，形成該地土地、礦產(chǎn)等自然資源利用的變化情況，并對發(fā)生變化的地塊進行逐一核查，發(fā)現(xiàn)和查處違法用地的情況[2]。自然資源監(jiān)測工作是衡量地方自然資源管理利用秩序的有效手段，但是也一直存在數(shù)量大、核查難、效率低等問題[3]，對此，自然資源部于2017年下發(fā)了《關(guān)于進一步加強和改進執(zhí)法監(jiān)察工作的意見》，要求創(chuàng)新應(yīng)用自然資源監(jiān)測科技手段，推進自然資源監(jiān)測信息化建設(shè)，構(gòu)建信息化條件下協(xié)同監(jiān)管的工作格局[4]。

為了提升自然資源監(jiān)督檢查的工作效率與管理水平，提高自然資源監(jiān)測內(nèi)業(yè)判斷準(zhǔn)確性[5]，減輕內(nèi)業(yè)人員判讀和大量人工填報的時間成本，信息管理平臺的開發(fā)就變得極其重要。其建設(shè)不僅實現(xiàn)自然資源(土地礦產(chǎn))的智能化判讀，也可對監(jiān)測過程進行數(shù)字化、規(guī)范化、空間可視化和內(nèi)外業(yè)一體化管理[6]。另外，基于此系統(tǒng)，還可以實現(xiàn)對歷年監(jiān)測情況進行追溯管理、對違法情況數(shù)量及分布特征進行統(tǒng)計分析，及時掌握各級行政區(qū)違法占用耕地和各種地類情況，支持違法案件追溯、查處、落實的全流程，提高管理效率[7，8]。

2 系統(tǒng)構(gòu)建思路

GIS工作流跨平臺系統(tǒng)(GIS Workflow Cross System，簡稱為GWCS)是以GIS為基礎(chǔ)的跨平臺應(yīng)用搭建框架，應(yīng)用集成框架集成了同一源碼在不同平臺可用的計算機技術(shù)，同時結(jié)合了GIS、Workflow(工作流)等相關(guān)技術(shù)。EpsOffice和EpsGIS(地理信息開發(fā)平臺)就是以此為技術(shù)原理的一種框架實現(xiàn)。這里的技術(shù)思路為：以EpsOffice工作流引擎搭建業(yè)務(wù)框架，實現(xiàn)智能化生產(chǎn)管理、業(yè)務(wù)擴展、權(quán)限管理；結(jié)合EpsGIS構(gòu)建基于JavaScript語言，調(diào)用ArcGIS服務(wù)開發(fā)可視化的自然資源監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)包含智能生產(chǎn)管理、監(jiān)測跟蹤、監(jiān)管決策以及移動輔助系統(tǒng)等功能的信息管理平臺[9]。

信息管理平臺為B/S架構(gòu)模式[10]，考慮到自然資源監(jiān)測工作涉及到大量的涉密數(shù)據(jù)和大量外業(yè)實地巡查工作，需要構(gòu)建兩套B/S系統(tǒng)，第一套用于業(yè)主單位內(nèi)部自然資源監(jiān)測的數(shù)據(jù)管理及數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，做到案件了然于胸；第二套用于管理自然資源監(jiān)測任務(wù)分派、行為監(jiān)管(作為移動端服務(wù)器)及日常巡檢，做到早發(fā)現(xiàn)早治理。

如圖1所示，內(nèi)網(wǎng)平臺主要承載了自然資源監(jiān)測需要的各類數(shù)據(jù)，通過內(nèi)網(wǎng)平臺，用戶可以查詢到圖斑的歷史衛(wèi)片數(shù)據(jù)、基礎(chǔ)測繪數(shù)據(jù)、地類變化記錄、違法處理記錄、相關(guān)合法手續(xù)等。功能方面包括：任務(wù)包制作、查詢統(tǒng)計、核查記錄軌跡追蹤、歷史數(shù)據(jù)查詢等。

圖1 GWCS體系下的自然資源監(jiān)測系統(tǒng)架構(gòu)

外網(wǎng)平臺包含待核實的任務(wù)圖斑、范圍及已經(jīng)切片后的衛(wèi)片數(shù)據(jù)。功能方面包括：任務(wù)分派、任務(wù)審核、外業(yè)數(shù)據(jù)收集、核查軌跡跟蹤和記錄、日常圖斑巡查等。為保證內(nèi)外網(wǎng)的數(shù)據(jù)及時同步，考慮在內(nèi)網(wǎng)與外網(wǎng)之間架設(shè)單向網(wǎng)閘。

自然資源監(jiān)測信息管理平臺部署主要包括PC端和移動端兩部分，PC端主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)管理、任務(wù)分派、任務(wù)記錄、違法圖斑統(tǒng)計分析、違法現(xiàn)狀分析、多源數(shù)據(jù)疊加查看、成果匯總等；移動端主要負(fù)責(zé)違法圖斑現(xiàn)場核查、處理、核查軌跡記錄、現(xiàn)場照片采集等。

3 基于GIS的自然資源監(jiān)測信息化設(shè)計實現(xiàn)

3.1 構(gòu)建基于GIS可視化的生產(chǎn)任務(wù)管理

衛(wèi)片圖斑核查任務(wù)，是日常自然資源監(jiān)測基本的工作單位，以圖斑的任務(wù)調(diào)配、信息采集、狀態(tài)跟蹤、監(jiān)測過程監(jiān)管為主線業(yè)務(wù)[11]。從設(shè)計與實現(xiàn)上采用GIS與工作流的無縫集成，基于組件與工作流的一體化集成技術(shù)，整個系統(tǒng)采用組件式設(shè)計，因組件式的系統(tǒng)具備靈活、可擴展、易嵌入、輕應(yīng)用、富功能等特點[12～14]，在與工作流的集成中變得容易實現(xiàn)。本系統(tǒng)利用以上技術(shù)，實現(xiàn)將GIS無縫的融入到了工作流當(dāng)中，形成靈活、簡易的一體化集成方式[15]，在全過程業(yè)務(wù)管理中始終以GIS可視化為導(dǎo)向，形象化的對圖斑進行全域或分區(qū)進行展示、調(diào)配，同時又不缺乏數(shù)據(jù)的精細(xì)化管理與可視化決策分析。

3.1.1 基于GIS的圖斑生產(chǎn)任務(wù)調(diào)度

基于圖形的任務(wù)管理方式[16]，以不同的專題圖展示，方便任務(wù)管理員對圖斑的核查位置、違法情況有直觀的了解，對核查的任務(wù)進度以及現(xiàn)場情況了如于心。比傳統(tǒng)的表格式、數(shù)字式的展示及調(diào)配形式相比，從展示、人性化、便捷、直觀層面都有很大的提高。如圖2所示，基于圖斑數(shù)據(jù)，在任務(wù)的不同階段以不同的專題展示，形象的表達了各任務(wù)的進度情況，同時基于圖形就可以形象的進行核查任務(wù)的調(diào)配，包括精準(zhǔn)分析、任務(wù)回收、人員調(diào)配、批量任務(wù)下達等。

圖2 基于GIS的任務(wù)調(diào)度

3.1.2 基于移動GIS的外業(yè)任務(wù)信息采集

圖斑外業(yè)舉證信息采集是落實自然資源監(jiān)測信息化工作的重點和難點[17]，通過移動GIS技術(shù)，在手機端或平板端加載在線底圖或離線底圖，通過動態(tài)同步機制，同時加載任務(wù)圖斑圖形與業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)。外業(yè)核查人員通過以上數(shù)據(jù)，能快速的識別任務(wù)的現(xiàn)場位置與周邊地形概況，疊加移動導(dǎo)航技術(shù)，能夠方便地通過導(dǎo)航找到目標(biāo)圖斑位置，解決地形、地域的不可知因素，提高外業(yè)的核查效率與作業(yè)精準(zhǔn)度(圖3)。

(a)移動圖斑 (b)外業(yè)核查圖3 移動圖斑與外業(yè)核查展示

3.2 通過GIS大數(shù)據(jù)可視化提高監(jiān)管決策

系統(tǒng)設(shè)計以GIS基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、圖斑數(shù)據(jù)、生產(chǎn)任務(wù)數(shù)據(jù)、區(qū)位數(shù)據(jù)等疊加分析，通過GIS大數(shù)據(jù)的優(yōu)點，動態(tài)監(jiān)管重點區(qū)域的圖斑情況、動態(tài)預(yù)警、人員動態(tài)管理情況[18]，并進行大數(shù)據(jù)分析統(tǒng)計，提高監(jiān)測管理水平，便于安全生產(chǎn)把控。

3.2.1 GIS大數(shù)據(jù)圖斑監(jiān)管決策預(yù)警

以圖斑數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，融合圖斑核查現(xiàn)狀，設(shè)計按不同區(qū)域、不同層級的大數(shù)據(jù)展示中心，實現(xiàn)“圖屬表”智能聯(lián)動、及時預(yù)警(圖4)。

圖4 大數(shù)據(jù)展示中心示意

3.2.2 監(jiān)測人員安全管理機制

監(jiān)測安全作為生產(chǎn)管理的一大重點[19]，系統(tǒng)通過采集現(xiàn)場人員的作業(yè)實時位置與作業(yè)軌跡路徑，通過GIS可視化界面動態(tài)的展示監(jiān)測人員的位置與作業(yè)軌跡，跟蹤其作業(yè)位置，與作業(yè)情況，保證其在監(jiān)測過程中的安全。

3.2.3 監(jiān)測過程可視化監(jiān)管

通過設(shè)計GIS可視化、結(jié)合含方位角的現(xiàn)場核查照片及作業(yè)軌跡數(shù)據(jù)顯示，達到形象化的GIS可視化效果，還原圖斑核查現(xiàn)場監(jiān)測情況，提高了監(jiān)測過程的監(jiān)管與核查能力(圖5)。

圖5 GIS還原含方位角的現(xiàn)場照片與監(jiān)測過程軌跡

3.2.4 GIS云查詢實現(xiàn)移動大數(shù)據(jù)輔助監(jiān)測

在保密范圍內(nèi)，系統(tǒng)通過移動端繪制任意范圍線，通過在線調(diào)度，以網(wǎng)閘的形式將范圍線加載到內(nèi)網(wǎng)，內(nèi)網(wǎng)通過智能疊加運算分析，空間分析、歷史對比分析等[20,21]，返回分析結(jié)果與分析截圖。通過此云查詢，為現(xiàn)場輔助判斷圖斑合法性提供強有力的依據(jù)(圖6)。

(a)基礎(chǔ)查詢 (b)時序查詢圖6 GIS云查詢

4 基于工作流的智能化生產(chǎn)設(shè)計

4.1 監(jiān)測全過程、精細(xì)化管理

系統(tǒng)設(shè)計業(yè)務(wù)全過程為流程化流轉(zhuǎn)，標(biāo)準(zhǔn)式作業(yè)，精細(xì)化管理，實現(xiàn)過程信息詳細(xì)記錄，為分析和決策提供數(shù)據(jù)支持。系統(tǒng)中的流程以工作流的形式展示，記錄每個崗位，每個節(jié)點的流程狀態(tài)、時間精確，能有效地控制業(yè)務(wù)進度。實現(xiàn)待辦、經(jīng)辦、督辦等業(yè)務(wù)提醒機制。從任務(wù)的接收到上報全程精準(zhǔn)管控，隨時進行任務(wù)調(diào)配，保留痕跡。同時設(shè)計全過程數(shù)據(jù)存檔化，歷史檔案隨時可調(diào)取，可回溯(圖7)。

圖7 流程化流轉(zhuǎn)實現(xiàn)過程信息詳細(xì)記錄

4.2 強大實用、精細(xì)的權(quán)限體系

設(shè)計以崗位角色權(quán)限配置為核心的權(quán)限控制體系，實現(xiàn)了流程權(quán)限、崗位權(quán)限、資源權(quán)限、附件權(quán)限、表單權(quán)限的全方位支持，對于表單的權(quán)限控制可以限制到每一個數(shù)據(jù)對象的只讀、不可見、讀寫、必填、增量填寫、搶先填寫等實用權(quán)限。

4.3 利用工作流輔助監(jiān)測的信息化管理

從業(yè)務(wù)上，主線是衛(wèi)片監(jiān)測，但通過工作流可以定制各類輔助生產(chǎn)流程作為后方保障，將生產(chǎn)管理、任務(wù)管理、人員管理、設(shè)備管理、文檔管理、行政管理等相關(guān)輔助監(jiān)測業(yè)務(wù)通過工作流平臺搭建與自然資源監(jiān)測系統(tǒng)緊密結(jié)合，提高監(jiān)測任務(wù)的效率。根據(jù)市級工作需求，也可將單位的全辦公業(yè)務(wù)在此系統(tǒng)上按需搭建。

5 離線移動GIS現(xiàn)場輔助監(jiān)測實現(xiàn)

5.1 內(nèi)外業(yè)一體化

自然資源監(jiān)測任務(wù)的調(diào)度與管理是在內(nèi)業(yè)PC端上完成，而監(jiān)測核查則是在野外現(xiàn)場通過外業(yè)APP完成。系統(tǒng)通過單向網(wǎng)閘，以推送與抽取的方式，打通內(nèi)外網(wǎng)的信息孤島，讓業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)在移動端完成核查任務(wù)。另外，設(shè)計上支持移動端的離線數(shù)據(jù)存儲與離線業(yè)務(wù)的填報，從而解決偏遠山區(qū)無法核查的問題，在有線的情況下再將數(shù)據(jù)匯交到服務(wù)器，進行數(shù)據(jù)的綜合匯總(圖8)。

圖8 內(nèi)外業(yè)一體化設(shè)計與實現(xiàn)

5.2 提高自然資源監(jiān)測人員安全保障

監(jiān)測工作也面臨諸多挑戰(zhàn),如何有效的保障監(jiān)測工作的順利進行和人員安全，在整個信息化監(jiān)管中也是衡量自然資源監(jiān)測工作的重要指標(biāo)之一。移動監(jiān)測在線跟蹤，是保障現(xiàn)場監(jiān)測人員安全的有限機制，通過系統(tǒng)提供的路線導(dǎo)航，作業(yè)軌跡記錄，還原現(xiàn)場實況等手段，實時同步安全信息至系統(tǒng)后臺，增強管理人員的預(yù)判與機動性，輔助人員規(guī)范化管理，保障自然資源監(jiān)測人員野外作業(yè)安全。

5.3 監(jiān)測采集權(quán)威性

在外業(yè)監(jiān)測過程中，通過利用GIS數(shù)據(jù)的位置、方向等特性，可以在系統(tǒng)中通過WebGIS技術(shù)還原現(xiàn)場實況，不僅增強了監(jiān)測過程的管控手段，也保證了信息真實，是自然資源監(jiān)測核查的權(quán)威性所在。

6 結(jié)語

利用多種新技術(shù)構(gòu)建了自然資源監(jiān)測系統(tǒng)，通過構(gòu)建兩套B/S系統(tǒng)，分別用于業(yè)主單位內(nèi)部自然資源監(jiān)測的數(shù)據(jù)管理及數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，與自然資源監(jiān)測任務(wù)分派、行為監(jiān)管及日常巡檢。從而做到早發(fā)現(xiàn)早治理。系統(tǒng)地開發(fā)結(jié)合了自然資源監(jiān)測的實際需要，構(gòu)建了基于GIS可視化的生產(chǎn)任務(wù)管理模塊，支持PC端及移動端，作業(yè)更加靈活；通過GIS大數(shù)據(jù)可視化構(gòu)建了圖斑監(jiān)管決策預(yù)警機制、監(jiān)測人員安全管理機制，實現(xiàn)了監(jiān)測過程可視化監(jiān)管，并通過GIS云查詢實現(xiàn)了移動大數(shù)據(jù)輔助監(jiān)測功能。系統(tǒng)基于工作流智能化生產(chǎn)設(shè)計，權(quán)限管理清晰，監(jiān)測全過程管理精細(xì)。此外，通過離線移動GIS現(xiàn)場輔助監(jiān)測解決了實地?zé)o網(wǎng)絡(luò)或網(wǎng)絡(luò)信號不佳的情況，不僅提高了作業(yè)效率，還提高了自然資源監(jiān)測人員的安全保障。