省級國土空間基礎信息平臺應用成效分析

［關鍵詞］資源匯聚；大數據；共享交換；協同聯動；專題應用

2017年，國土資源部、國家測繪地理信息局印發《關于推進國土空間基礎信息平臺建設的通知》，提出建立國土空間基礎信息平臺，給出實施方案，明確建設目標、建設內容、建設方案、建設要求等[1]；2019年自然資源部發布《關于建立國土空間規劃體系并監督實施的若干意見》[2]《關于開展國土空間規劃“一張圖”建設和現狀評估工作的通知》[3]和《自然資源部信息化建設總體方案》[4]等系列意見通知，逐步明確國土空間基礎信息平臺建設的必要性、重要性以及核心價值，河北省自然資源廳充分理解各級文件要求及自身情況，利用已有信息化基礎，構建河北省國土空間基礎信息平臺，強調不但要面向自然資源各類業務提供有力的數據資源、服務資源和應用資源支撐，還要面向政府及相關部門提供內容全面、更新及時、權威準確的資源與服務，全面開展國土空間標準治理、數據治理、業務治理，強化“五統一”“五轉變”“五提升”的監管能力，賦能資源向資產轉變，有效推進河北省自然資源現代化與數字化水平，為生態文明建設與數字中國建設提供平臺保障。

1. 設計思路

1.1 設計原則

河北省自然資源廳明確要求平臺建設基于省廳“一張圖”和綜合監管系統[5]，基于建設要求高、周期長、實施難度大、建設范圍廣等特點，河北省國土空間基礎信息平臺設計應遵循以下原則：

1.1.1物理分散、邏輯統一原則

河北省國土空間基礎信息平臺主節點由河北省自然資源廳主中心、地質分中心、林草分中心構成，平臺邏輯上可劃分為四個部分：云管理中心、云應用中心、云存儲中心、云計算中心。省級主中心與各個分中心的整體運行架構可以完全一致，也支持通過技術手段兼容、集成、接入分中心IT資源，形成物理分散，邏輯一體，統一管理的運行環境1.1.2標準化、可擴展原則平臺各節點采用統一的標準規范，另外考慮到河北省的經濟、技術、人員狀況和業務實際情況，平臺系統應采用開放的結構，以便根據管理及業務需求進行適當的變動和擴充。

1.1.3合理性、可靠性原則

平臺所有軟硬件的選型和配置堅持性價比最優、與已有資源互聯互通能力最強、兼容性、先進性、安全性、可靠性原則，計算平臺資源投入合理性，從而構建最為合理可靠的平臺。

1.1.4現有資源的整合利用

考慮對現有資源的整合利用，通過對目前自然資源部及共建部門的基礎設施、軟件資源、應用系統、數據資源情況等做深度調研，充分分析，有效集成、整合利用，盡量避免重復建設。

1.2 框架設計

河北省國土空間基礎信息平臺建設的總體思路是在充分梳理、整合體系內現有數據資源的基礎上，集成接入分中心及分節點的各類自然資源信息資源，構建國土空間基礎信息大數據資源體系，與橫向部門資源共享交換，實現數據資源的匯聚、共建共享、協同聯動、動態更新、監測監管；通過建設用戶中心、數據中心、服務中心、應用中心、運維中心、協同中心及接口設計，為政務審批、決策支持、調查監測、綜合監管、專項核查等提供多維度服務支撐。

平臺總體架構如圖1所示：

1.3 關鍵技術

1.3.1基于微服務架構的分布式平臺設計

國土空間基礎信息平臺作為基礎平臺，采用微服務架構，支持分布式部署，滿足不斷增長的功能和性能要求。平臺構建了服務代理、資源管理、大數據分析等十多個作用不同、互相鏈接的微服務，這些微服務為門戶和前端各類應用提供服務支撐，支持分布式部署和動態擴展。

1.3.2空間信息服務總線

國土空間基礎信息平臺引入空間信息服務總線，解決真正服務地址隱藏、服務授權管理、統一日志記錄和過程監控。

所謂空間信息服務總線，是指把平臺所管控的各類地圖、業務分析等服務，注冊到統一的“總線”上，形成統一服務資源目錄，后期各類應用的訪問都通過此總線，總線統一提供服務轉發、記錄、監控等各類管理職責。

設計圖如下圖所示：

1.3.3分布式信息收集管理技術

由于平臺采用分布式部署，分布在不同機器或容器之中的應用和服務，都各自在本地記錄應用或服務的反饋信息，平臺通過設計一套分布式信息收集管理技術，把分散在不同節點的信息統一匯聚到一起，并支持匯聚信息的快速查詢，以方便對這些信息的分析、統計和監控預警。

用于分布式信息收集管理技術的功能包括服務訪問日志收集、數據處理和大數據處理結果收集、服務器信息監控收集等。

1.3.4基于統一標識的授權與管理方案

國土空間基礎信息平臺提供了數據、服務等多種資源，支持內部用戶和外部用戶申請使用，考慮到后期眾多應用系統需要與其進行對接和集成，因此，需要基于通用標準規范，構建開發的用戶管理和授權方案。平臺采用OIDC作為身份驗證協議，使用OAuth2解決開放授權問題。

1.3.5三維GIS

三維GIS實現對各類三維數據資源服務（DEM、DSM、傾斜攝影模型、BIM等）的展示與瀏覽體驗，客戶端以WebGL技術為基礎，無需安裝任何插件。利用多通道技術，通過對國土空間各類要素的三維實景數據和三維地質模型庫匯聚于擴展，創建逼真的多通道三維場景立體同步模擬演示，進行瀏覽、分析多終端應用，為自然資源空間管控提供基礎，同時支持大屏展示，實現通視分析、光照分析、淹沒分析、坡度坡向分析、挖方分析等典型三維數據分析功能。

1.3.6大數據分析與傳統分析服務調度

平臺提供大數據分析和傳統分析兩類分析，按照平臺模型調度策略，自動響應。

大數據分析與傳統分析調度對外提供一個調度服務，外部應用請求該調度服務，傳入分析服務所需要的參數和分析名稱，調度服務內部在傳統分析和大數據分析服務之間進行調度和轉發。如果根據調度策略調用傳統分析服務，則調度服務等待傳統分析服務分析完成，并返回傳統分析服務的結果，以及一個表明是傳統分析的屬性值；如果是調用大數據分析，則調度服務觸發大數據控制器創建和排隊運行大數據分析任務，并立即返回一個消息，其中一個屬性表明是大數據分析，此后，客戶端可以輪詢大數據分析的結果服務獲取分析結果。分析服務調度的架構如下所示（圖3）：

1.4 功能設計

1.4.1 服務中心服務中心是平臺資源服務的存儲中心和監控中心，通過將平臺外的數據資源、應用資源、功能資源以注冊的形式登記存儲為GIS服務，并對已登記注冊的各類資源服務進行查詢瀏覽、空間分析統計、大數據分析、專題應用、接口對接、監控管理、共享分發、實時監督、狀態監管、異常預警等。

平臺外部系統應用通過調用平臺內的各類資源服務來解決因自身資源缺失而無法開展的各類業務事項，完成事項辦理后，外部系統應用將新產生的資源回饋給國土空間基礎信息平臺，不但減少了外部應用構建所需的資源、資產的投入，同時還實現資源的循環更新，可持續利用。

1.4.2 應用中心

應用中心是平臺應用的集散中心，應用中心以應用資源目錄的形式展示平臺內開發的各類應用和集成進來的第三方應用，為保證平臺安全，平臺創建了兩種服務地址，一種為真實的應用服務地址，一種為對外發布的加密了的隱匿服務地址。平臺應用主要包括通用應用、專題應用和大數據應用三大類，通用應用是指數據瀏覽、數據查詢、空間分析等基礎性應用，專題應用是指規劃分析類、監管決策類、行政審批類、資源評價、三維專題展示等為某類專項服務的應用，大數據應用是指采用大數據分析、并行計算等技術，服務于大體量、復雜性、難度高的專業性應用。

1.4.3 協同中心

協同中心是平臺協同服務的聚集中心，以聚集池的形式聚合了平臺內各類業務協同引擎和業務協同服務，協同中心基于微服務架構設計，支持以用戶需求為導向搭積木式的自由構建，通過拖拉聚集池內的協同服務指標模型，編寫指標模型參數，構建業務應用，構建完成的業務應用可注冊到平臺服務中心，從而再次擴展平臺應用，實現自然資源業務協同和循環利用。

1.4.4 運維中心

運維中心是面向平臺管理人員的一站式運維管理中心，以可視化界面的形式展示平臺資源情況及運行情況，實現對平臺健康情況、支撐軟硬件健康情況、資源服務健康情況、資源安全情況等全面監管，從而輔助平臺管理人員保證平臺穩定運行。運維中心包括資源概況、基礎資源管理、GIS資源管理、監控管理四大模塊。

1.4.5 用戶中心

用戶中心是平臺的安全認證中心，通過對河北省自然資源廳已有平臺系統用戶管理、權限管理、CA電子簽章等功能的改造繼承，基于平臺的統一服務為各類資源提供統一管理，實現統一身份認證和單點登錄等。

1.4.6 接口對接

平臺提供上對自然資源部國土空間基礎信息平臺對接，下對市縣級各分節點對接，橫向對各分中心、河北省政府等部門對接，實現上下級資源聯動，橫向部門間協同辦公。

2. 成效分析

河北省國土空間基礎信息平臺的建設，提高了自然資源管理工作效率、減少重復開發，充分利用各部門海量業務數據、空間數據的規律及關聯性，完成對其他業務應用系統的數據支撐、服務支撐及應用支撐，構建了河北省國土空間統一“一張底圖”“一套底板”“一條底線”，實現自然資源“五統一、五轉變、五提升”，有效提升河北省國土空間治理能力和現代化水平，建設智慧河北、靚麗河北。本篇將基于現河北省國土空間基礎信息平臺的兩百多個應用服務中抽取的三個應用來說明平臺建設帶來的管理、社會、經濟效益。

3."“空間平臺+無人機”在執法業務上的應用實踐

該實踐主要是結合無人機、互聯網、大數據分析、實景三維等新技術手段，通過利用空間平臺匯聚的各專題數據、政務審批信息等，進行違法事實的輔助研判決策，通過該實踐可以提高辦理時效和準確性。我們以農村亂占耕地建房為例，詳細說明利用空間基礎信息平臺如何實現輔助執法工作。該實踐過程包括平臺內業分析、外業作業、內業建模、成果接入與實景三維展示四步，具體實踐步驟如下：

第一，空間平臺內業分析（圖4），即借助空間平臺影像大數據差異分析，利用省自然資源廳執法局提供的季度違法圖斑開展初步甄別研判，甄選研判疑似違法圖斑，并確定疑似違占耕地坐標范圍，針對疑似違法線索的發現制定外業飛行任務。

第二，外業作業（圖5），根據內業分析結果，制定無人機外業飛行任務，開展現場勘查、現場拍攝取證，收集飛行成果。

第三，內業建模（圖6），將外業作業取得的現場成果導入專業軟件進行建模，生成DOM+DSM+傾斜攝影模型，并發布成二、三維地圖服務。

第四，成果接入與實景三維展示（圖7），并與違法圖斑進行空間位置疊加，可直觀看出建筑物違法占用耕地的實際情況。

通過該項實踐實現了“天上看、網上查、地上管”模式落地的切實探索，同時，類似在應急處置、動態監測監管及分析決策等方面，還有較大應用空間，也為新時期，自然資源治理能力和治理水平的現代化，提供了一個“放手不放眼”的新途徑。

3.1“傳統分析+大數據分析”在審批決策上的應用實踐

河北省國土空間基礎信息平臺采用傳統GIS空間分析技術和大數據分析技術的結合（圖8、9），平臺支持智能化按需選擇分析方式，采用傳統分析策略，主要用于解決數據量小、數據關系簡單的空間分析；采用大數據分析策略，主要用于重型計算，數據關系復雜的空間分析，大數據分析過程中平臺將自動構建大數據資源池，使用并行計算的方法，從而解決單一傳統分析方式或人工耗時耗力才能做完的工作，提高應用服務效率。兩種分析方法相結合，提高服務效能。還為自然資源決策提供技術支持和數據支撐。

該實踐利用兩期全省測試地類圖斑重疊分析為例，河北省面積為18.88×104 km2，兩期地類圖斑數均大于400×104個，平臺根據調度策略判定分析策略，因該分析面積大、數據量大，平臺判定為重型計算，所以自動調用大數據分析，自動觸發大數據控制器創建和排隊運行大數據分析任務，該實踐整個分析過程共耗時9分鐘，與傳統分析相比快約20倍。

3.2“大數據分析+手機信令數據”在人類活動監測上的應用實踐

手機已成為我們隨身攜帶的必需品，一般情況下，利用手機信令數據可以分析出手機所有者的活動范圍。自然保護區中有很多場所不允許人類活動的，那么如何監控該類場所人類活動，手機信令數據將起到很大的作用。我們以承德市自然保護區為例，來說明如何利用大數據分析技術與手機信令數據網格化技術（圖10），實現對自然保護區人類活動的監測，具體方法如下：

第一，數據采集，采集承德市某一個時間段全市的手機信令數據；

第二，數據網格化，將采集到的手機信令數據網格化為50 m×50 m，并與河北省行政區劃數據進行套合處理；

第三，將手機信令網格化數據接入到河北省國土空間基礎信息平臺，與平臺內自然保護區的核心保護地進行疊加分析，可以分析出在自然保護區的核心保護地是否有出現人員活動（圖11）。

根據國家相關政策要求，除了工作人員，核心保護地是不允許出現大量人員活動的，通過分析得出，利用該技術手段，可以為自然保護區的保護提供實時的數據分析和數據支撐。