淺談地信和國土綜合治理項目監管一體化

　　摘 要: 結合測繪新技術，通過“天( 無人機) 、地( 地面終端) 、人( 移動采集終端) ”相結合的空間立體化國土綜合治理監管模式，提高國土綜合治理項目管理水平，達到轉變管理職能、創新監管方式、提升管理效能的目標。

　　關鍵詞: 地理信息采集; 無人機影像; 國土綜合治理

　　魏岳 測繪與空間地理信息 2022-01-25

　　0 引 言

　　做好國土綜合治理項目的監管工作，對統籌城鄉區域發展、促進新農村建設、保持經濟社會平穩較快發展具有重要的意義。國土綜合治理項目所涉及的面廣，包含的信息豐富，尤其是地理信息，包括空間位置、圖形，也包括屬性、文本信息，傳統的監管手段越來越難以勝任信息化時代人們對這些地理信息的需求。

　　1 設計原則

　　系統平臺的建設主要服務于全區國土綜合整治和生態修復工作。國土綜合整治項目、礦山環境恢復治理項目、流域水環境綜合治理項目、生態修復等項目。系統設計與開發遵循實用性、專業性、先進性、開放性、安全性、維護性的原則。系統進行項目前期信息采集、項目實施過程中實時監管、項目結束后的輔助驗收工作。實現項目管理的實時化和可視化，高效、客觀地掌握項目的實地情況，保證項目資料的現勢性和準確性，為國土綜合整治和生態修復工作提供全方位的技術保障。

　　2 系統架構與功能設計

　　國土綜合治理項目數據采集及實時監管系統采用現代信息化手段，充分利用“互聯網+”和 3S ( GNSS、GIS、RS) 技術，并結合自然資源廳大數據平臺的相關數據，創新國土綜合治理管理模式，集成智能移動終端，突破辦公環境的限制，將煩瑣、枯燥的國土綜合治理管理工作變得簡單、高效，實現項目管理的實時化和可視化，高效、客觀地掌握項目的實地情況，保證項目資料的現勢性和準確性，大大提高國土綜合治理項目監管工作的效率。

　　2.1 系統構架

　　通過“天( 無人機) 、地( 地面終端) 、人( 移動采集終端) ”相結合的空間立體化國土綜合治理監管模式，為實現對各級各類國土綜合治理項目“天上采、地上看、人來查”一體化的全面全程、集中統一監管提供重要技術支撐。系統的運用可以使國土綜合治理項目監管水平跨上一個新臺階，主要表現在:

　　1) 現場檢查。可以將項目工作底圖置于移動采集終端中，通過設備內置 GNSS，在現場快速定位項目范圍和細部工程，并節省圖紙打印和材料費用。

　　2) 移動采集。利用無人機技術、移動采集技術和影像處理技術，實現對項目現場多媒體信息的一體化采集和現場視頻的實時傳輸與播放，保證采集的信息真實可靠。

　　3) 輔助管理。管理人員可以通過移動采集終端實地了解項目情況和工程質量，也可通過地面終端及時對現場項目進行全局性的指揮調度。

　　4) 創新模式。系統提供國土綜合治理項目監督管理的新模式。系統總體框架如圖 1 所示。

　　2.2 功能設計

　　國土綜合治理項目數據采集及實時監管系統支持手機客戶端、PAD 客戶端及計算機終端，可使 3 個終端之間建立高效的數據傳輸、數據交換和數據共享機制，達到 3 個終端共容、互通、共享的目的。

　　功能模塊分為項目實時監管系統和移動數據采集系統，并可在此基礎上可選部署數據接收服務模塊，以滿足成果數據傳輸與管理的需求。功能模塊設計見表 1。

　　3 系統關鍵技術

　　3.1 技術流程圖

　　自然資源天空地一體化信息監管流程如圖 2 所示。

　　3.2 GNSS 數據采集處理、定位

　　移動采集終端內置 GNSS 模塊，利用串口通信協議讀取 GNSS 數據，采樣周期為 1 s，按照 GNSS 數據格式進行解析，獲取日期、時間、經度、緯度、精度、高程等地理信息。由于 GNSS 信號可能被干擾，個別數據出現野點，引起最終定位數據的較大偏差。系統按照格拉布斯準則剔除明顯偏離的數據，經坐標轉換后顯示在終端屏幕的地圖上。在復雜環境下，GNSS 信號會多次折、反射，造成漂移，降低定位精度，無法滿足取證初步測量要求，終端可利用差分技術消除大部分信號漂移，在必要情況下還可升級定位模塊，接入 CORS 網絡，從而基本保持信號的穩定性與準確性。

　　針對國土綜合治理項目野外采集與監管的實際要求，在應用 GNSS 衛星定位技術中，不僅可接入傳統的 GPS 信 號，還 可 接 入 北 斗 衛 星 信 號 ( BDS) 及 俄 羅 斯 Glonass 衛星信號，并可在 GPS 信號與 BDS 信號之間實現人工或自動切換。GNSS 受環境影響較大，在高樓密集區、山區或天氣不好時可能接收不到信號。MPS( 移動定位系統) 定位覆蓋好，在室內、高樓密集、枝繁葉茂處均可定位，且響應快，2—3 s 就可返回結果，是 GNSS 定位的很好補充。開發一個系統服務，啟動后定期檢測 GNSS 信號，并通過移動運營商的接口檢測 MPS 信號。優先采用GNSS 定位，如果檢測不到 GNSS 信號，系統自動切換到 MPS 定位模式，直到 GNSS 信號恢復。

　　3.3 互聯網地圖配準技術

　　在項目現場需要為外業管理人員配備帶有基礎地理信息的公共工作底圖，如谷歌地圖、天地圖等互聯網地圖。目前，國土業務數據除 CGSC2000 外，還有不少西安 80、北京 54、WGS84 的歷史數據，WalkGIS 平臺提供了動態投影、坐標轉換和轉換模型等多種坐標系轉換方式，支持基于多點糾正的基準偏移網格技術。

　　3.4 影像高倍壓縮技術

　　一般情況下，在 0.5 m 分辨率的情況下，遙感影像存儲需求大，多達數百 GB，浙江數維科技有限公司基于自主研發的 WalkGIS 平臺，創立了影像快速切片和高倍壓縮技術，在保證清晰度沒有明顯損失的情況下，切片壓縮比最高可達到 1 /30。

　　3.5 信息安全加密技術

　　移動終端信息安全保密技術是一項關鍵技術，在此系統中，所有移動終端的硬件設備狀況都是在服務器上登記和管理，每個訪問系統的用戶都需經過移動設備的 “白名單”驗證，只有通過了才可繼續進行訪問。不同級別和不同角色的用戶，設定不同的訪問和控制權限，實現對數據訪問、數據存取和軟件操作的限制，并建立日志文件。移動手持設備利用無線網絡和無線通信技術獲取地圖數據時，需進行地圖安全性驗證，采用的技術包括 HTTPS 和 VPN 技術。移動手持設備中對本地建立的地圖數據緩存采用 RAS 雙向加密的方式進行加密，即根據系統用戶及硬件號生成獨特的秘鑰對緩存數據進行加密，使用時仍需進行解密，確保地圖數據只能被授權用戶和設備使用。

　　3.6 基于 OGC 標準的 GIS 服務實現

　　OGC 開放空間信息協會制定了一系列的數據共享模型和標準，包括 WFS、WMS、WCS、GML 和 SLD 等，用來完成不同 GIS 平臺的互操作。外業調查移動端支持基于 OGC 標準的接口，只要 WebGIS 和移動 GIS 平臺支持這些接口，即可應用各種 Web 和移動 GIS 地圖和數據服務。 SLD 是風格化圖層描述器，描述了如何在 WMS 規范的基礎上進行擴展使之支持用戶對要素數據進行自定義的符合化顯示。WFS 是 Web 要素服務返回的要素級的 GML 編碼，并提供對要素的增加、修改、刪除等事務編輯接口，是對 Web 地圖服務的補充和深入。WCS 作為一種柵格數據服務，允許 Web 和移動客戶端訪問發布的柵格數據，從而獲取相應的數據的子集，目前僅限于瀏覽。

　　4 重點難點問題分析

　　4.1 與自然資源大數據平臺無縫銜接

　　隨著地理信息行業的產業化與信息化發展，采用多源數據一體化解決與寧夏自然資源大數據平臺對接的難點，通過直接加載 Shp、Mif、Tab 和 Vct 等數據格式，能與主流地理信息平臺實現無縫數據交換、避免了煩瑣的數據格式轉換操作。矢量數據與影像數據疊加匹配等操作流程，并實現自動投影轉換。

　　4.2 海量數據高效疊加

　　國土綜合治理項目數據采集及實時監管系統是信息化在外業環境下工作的延伸，移動采集終端需要承載的數據包括無人機/遙感影像、土地利用現狀、土地利用規劃、基本農田、耕地質量等級、基礎地理等全域大規模的專題地理信息數據，這些數據具有容量大、多類型、多尺度、多時態等特點。為了讓海量數據在移動端能夠高效運行，響應速度快，確保舒適的操作體驗，采用以下方式解決:

　　1) 數據切片

　　為了取得良好的操作體驗，提高顯示和瀏覽的速度， “數據切片”技術非常適用，進行數據切片的地圖，無論是在線瀏覽，還是離線瀏覽，響應速度可低于 1 s。通過高倍影像壓縮技術確定適合于移動終端存儲能力的壓縮方法，借助平臺工具快速構建金字塔模型切片地圖庫。

　　2) 建立空間索引

　　建立空間索引，使數據只在需要的時候進行加載和顯示，從而達到減少內存占用、節約系統資源的目的，增加用戶體驗。

　　3) 設置地圖顯示比例尺

　　根據不同專題設置圖層顯示比例尺，達到清晰快速展示圖形的效果。

　　4.3 海量數據離線分析

　　寧夏地區的國土治理項目范圍常常很大，與之對應，野外采集涉及的數據量會比較大，簡單的關系數據庫系統已不能完全滿足這一要求。盡管海量數據在線分析技術( OLAP) 較為成熟，并且速度較快，但是在這種方法過分依賴于網絡情況，因而，采用即時離線疊加分析技術解決，通過即時離線疊加分析技術，在移動采集終端上實時離線加載和疊加數據圖層，可以對采集地物在土地利用現狀、土地利用規劃、耕地質量等級、基本農田等數據場景下進行快速分析。

　　5 系統特點

　　5.1 軟件性能設計特點

　　1) 可以將無人機采集的高分辨率影像在桌面端和移動終端離線加載，影像壓縮比可達到 30 倍以上。采用 “數據切片”技術的地圖，無論是在線瀏覽，還是離線瀏覽，響應速度可低于2 s。通過高倍影像壓縮技術確定適合于移動終端存儲能力的壓縮方法，借助平臺工具快速構建金字塔模型切片地圖庫。根據 GIS 數據構建具備空間位置的、與其他信息建立關聯規則的關系型數據庫，在移動終端展現瓦片地圖。

　　2) 系統可以直接加載 Shp、Mdb、和 Txt 等矢量數據格式和 Tif、Img 等柵格數據格式，能與主流 GIS 平臺實現無縫數據交換、避免煩瑣的數據格式轉換操作，并實現自動投影轉換。

　　3) 實現地圖數據快速渲染和高效訪問。

　　5.2 軟件界面設計特點

　　1) 界面簡潔。移動端和桌面端的界面清晰簡潔，色調柔和，操作體驗更便捷、更舒適。

　　2) 布局合理。分視圖類按鈕和功能類按鈕，分別放在界面上側欄與右側欄，便于操作。

　　3) 操作靈活方便。采用大圖標大按鈕，便于使用操作。

　　4) 符合操作習慣。移動端支持手機、平板電腦常用操作，符合手機、平板電腦的操作習慣，方便使用者能夠快速掌握操作技巧。

　　5.3 系統兼容性特點

　　1) 本項目建設系統與本標所投軟硬件環境具有良好的兼容性;

　　2) 系統兼容 Windows 操作系統和谷歌瀏覽器;

　　3) 兼容 ArcGIS 發布的標準 OGC 地圖服務，實現與自然資源廳大數據平臺的無縫銜接。

　　5.4 訪問效率

　　1) 并發訪問需求。最大支持 100 名用戶同時訪問。

　　2) 數據調用響應速度。按照 100 名用戶在標準軟硬件及網絡帶寬良好環境下并發操作進行衡量，數據調用平均響應時間小于 5 s。

　　3) 數據查詢響應速度。按照 100 名用戶在標準軟硬件及網絡帶寬良好環境下并發操作進行衡量，數據查詢平均響應時間小于 5 s。

　　5.5 可靠性和安全性

　　1) 系統保障 7×24 h 不間斷服務的要求，系統可用率 ≥99.9%，即每年的不可用時間少于 9 h;

　　2) 系統響應時間應能滿足各類不同應用的時效性要求;

　　3) 系統應滿足數據的完整性、一致性、真實性等數據質量的要求;

　　4) 提供數據備份機制，主要針對業務數據庫，該機制提供了數據庫中存儲的相關已錄入辦件信息以及用戶配置等業務數據的備份與恢復。

　　5.6 通用性、易用性和可擴展性

　　1) 通用性。需滿足不同瀏覽器或不同操作系統的訪問需求。

　　2) 易 用 性。采 用 標 準 接 口、界 面 友 好、操 作 簡 單方便。

　　3) 可擴展性。數據庫結構、存儲結構、軟件結構等方面的設計能滿足功能不斷擴展，以及數據量和用戶數量不斷增長的要求。

　　5.7 安全設計特點

　　1) 數據級、軟件級、硬件級以及服務級等多層次的數據安全;

　　2) 系統具有保障軟件安全、數據庫安全的相關措施;

　　3) 系統具有良好的安全控制性能。終端的信息安全保密技術是一項關鍵技術，主要涉及安全保密問題有硬件設備接入的安全性、系統訪問安全性、移動地圖服務獲取安全性及地圖緩存數據的安全性等。GIS 平臺從技術和制度兩個方面保護涉密數據的安全。系統通過數據級、軟件級、硬件級和服務級的多級加密方案為涉密數據提供全方位的保障機制。

　　6 結束語

　　地理信息采集和國土綜合治理項目監管一體化，以國土綜合治理目標為出發點，在國家政策導向下，通過 “天( 無人機) 、地( 地面終端) 、人( 移動采集終端) ”結合的空間立體化綜合管理模式，運用通過野外數據實時成像、“互聯網+”移動地理信息系統、智能影像處理分析、空間數據綜合疊加等高新技術，將現代科技信息手段引入到國土綜合治理項目全生命周期的監管工作中，并結合自然資源廳大數據平臺的相關數據，實現項目管理的實時化和可視化，高效、客觀地掌握項目的實地情況，保證項目資料的現勢性和準確性，有效實現地理信息采集和國土綜合治理項目監管一體化。