國土資源大數據應用與實踐探討

國土資源大數據應用的發展離不開國家政策的推動。國土資源部于2015年1月印發了《關于進一步加強信息化工作統籌的若干意見》，明確以“國土資源云”統領國土資源信息化建設，逐步擴展形成覆蓋全國的“國土資源云”。同時，云計算、物聯網、大數據等高新技術的快速發展為國土資源大數據應用提供了技術支撐。國外的微軟、IBM、谷歌、亞馬遜等平臺以及國內的阿里、百度、華為、網易等信息技術產業巨頭都在云計算和大數據領域開疆拓土，取得了巨大的突破，阿里云提出了NASA計劃，華為則宣布成立Cloud BU。同時隨著可穿戴設備、智能手機、智能家居等智能感知設備的廣泛覆蓋，物聯網技術也迎來了新的爆發點。

需求分析

盡管國土資源信息化發展迅速，取得了一定效果，但是隨著數據的增長和應用的推廣，一些問題逐漸暴露出來，具體表現在如下幾個方面：

（1）破除信息孤島的需求

近二十年來，由于業務需求，國土各部門在不同時期建設了大量的應用系統，如遠程報卷系統、土地市場動態監測與監管系統等等，這些系統往往由不同廠商在不同時期采用不同標準基于不同的平臺進行建設，導致不同系統間信息交換共享困難，信息孤島現象嚴重，嚴重阻礙了國土資源信息化的發展,亟需統一標準規范，建設統一的數據共享交換機制，破除信息孤島問題。

（2）國土大數據關聯融合、統一管理、挖掘分析的需求

傳統的數據中心往往只關注于單純的數據堆砌管理，而當前數據種類越來越豐富，數據格式多樣，數據中心對數據關聯融合不足，且空間數據與業務數據兩張皮管理，在此基礎上的數據深度分析挖掘就難以實現。因此，亟需解決多源異構數據整合與關聯融合的問題，實現空間數據與業務數據一體化管理，進而進行深度挖掘分析，挖掘國土資源大數據價值。

（3）提升平臺性能的需求

面對大規模數據，傳統單機模式的GIS平臺面臨著無法逾越的性能瓶頸。傳統GIS平臺為加快大規模數據顯示性能而采用切片方式，然而，隨著數據量的不斷增長及地理信息應用的推廣，切片方式暴露的問題已不容忽視，如：切片耗時、耗存儲，更新極其困難，且空間分析存在很大問題。亟需改變傳統GIS平臺模式，提升平臺性能。

解決方案

基于當前背景及問題需求分析，對國土資源大數據管理分析及應用實踐提出如下解決方案：

（1）建設高性能云GIS平臺

高性能云GIS平臺改變傳統GIS平臺的串行計算方式，基于Hadoop分布式并行計算框架，采用并行計算、內存計算和二級分布式空間索引等高新技術，為整個平臺提供高性能的加速引擎，突破了傳統GIS平臺的性能瓶頸，實現大規模數據無需緩存切片即可秒級瀏覽、極速查詢、動態渲染、快速分析。以3臺普通服務器進行測試計算，基于高性能云GIS平臺，1G大小的地類圖斑1秒內顯示，動態渲染改變樣式秒級實現，對2個1G矢量數據進行疊加分析10秒內即可完成，整體性能較傳統GIS平臺提升100倍以上。

同時，高性能云GIS平臺提供云盤工具，支持各類主流GIS數據快速入云發布，支持標準OGC服務的發布和聚合，并提供豐富的二次開發接口，支持時空大數據應用的定制。

（2）規則引擎與流程搭建

復雜多樣的數據專題和國土決策支持應用場景對分析挖掘的靈活性和快速響應提出較高要求。應支持規則引擎、可視化流程搭建的方式快速構建各類分析挖掘場景。對此，我們提供規則引擎管理系統，將各類基本的數據處理分析算法集成到統一的算法庫進行管理，目前算法庫已有300多種算法。基于算法庫，通過可視化流程搭建方式，搭建規則方案，構成數據采集、數據融合、數據檢查等規則方案，進一步搭建數據分析模型。規則引擎管理系統支持規則的構建、驗證、發布和管理及執行優化等功能，由此為數據管理系統、數據融合系統、數據決策分析平臺提供靈活多樣的功能服務。

通過規則引擎與流程搭建模式，將傳統的軟件工程模式由被動式的變更變為主動式的適應，由原來的窮舉式響應變為函數式響應，過程簡化，響應周期縮短，且用戶可以自交付，能真正解決未知業務和頻繁變化業務的快速響應。

（3）模型化的指標體系

面對國土業務中頻繁變化的決策支持場景，通過預先構建指標的方式快速響應各類分析需求。結合國土業務，指標體系包括基本指標和綜合指標。基本指標是面向國土常見決策分析和應用要求，反映總體經濟形勢、國土資源開發利用和發展水平等的內容，通常通過專題數據簡單計算得出，如耕地保有面積、出讓土地占比、年度供地面積等；綜合指標是面向國土復雜多變的分析應用場景，由基本指標結合各類復雜算法，進行二次或多次組合分析獲取，如土地利用結構分析、房地產用地地價與房價指數分析、耕地增減量分析等。

以建設用地綜合監管為例：建設用地綜合監管的目標是采用大數據技術建立自動化發現和處置的模型，利用高維屬性智能融合技術對空間數據分析結果進行匯總、融合與挖掘，實現 “征地率、供地率、開工率和竣工率”的實時發布，以及 “批而未征、批而未征盡、征而未供等低效利用預警和低效利用處置”等問題項目的預警。利用指標分析方法，建設用地監管可通過建設用地規模變化情況、建設用地結構變化情況、建設用地布局變化趨勢三個綜合指標體現，而綜合指標由建設用地規模基本指標、建設用地結構基本指標、建設用地布局基本指標三類基本指標得出。

指標分析方法在國土資源形勢分析中同樣發揮作用，基于土地利用數據的多維度耕地演變獲取各類指標，如歷年批準建設用地，結合展示模板即可支撐土地供應形勢分析。

定制化的國土資源大數據展示中心

（4）定制化的宏觀微觀一體化數據挖掘分析

面向具體的國土資源數據挖掘分析場景，采用規則引擎的自定義搭建式的數據分析挖掘技術，在可視化搭建界面中，根據分析需求接入各類數據、指標，拖拽組織適宜的頁面資源并一鍵式發布完成復雜分析模型、展示頁面的定制工作。定制好的展示頁面支持多層數據指標的鉆取展示，實現宏觀微觀一體化數據挖掘，充分保證終端展示的靈活性。

在國土資源大數據應用中：數據關聯融合是基礎，大規模圖屬一體化是根本，高性能云GIS平臺是保障，模型指標體系是關鍵，挖掘分析決策支持是出路，時空大數據中心高性能云GIS平臺是國土資源大數據應用的必然選擇。