基于GIS可視化的自然資源監測系統建設與應用

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不同時期的衛星遙感影像，將前后2期影像進行疊加對比[1]，形成該地土地、礦產等自然資源利用的變化情況，并對發生變化的地塊進行逐一核查，發現和查處違法用地的情況[2]。自然資源監測工作是衡量地方自然資源管理利用秩序的有效手段，但是也一直存在數量大、核查難、效率低等問題[3]，對此，自然資源部于2017年下發了《關于進一步加強和改進執法監察工作的意見》，要求創新應用自然資源監測科技手段，推進自然資源監測信息化建設，構建信息化條件下協同監管的工作格局[4]。

為了提升自然資源監督檢查的工作效率與管理水平，提高自然資源監測內業判斷準確性[5]，減輕內業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就變得極其重要。其建設不僅實現自然資源(土地礦產)的智能化判讀，也可對監測過程進行數字化、規范化、空間可視化和內外業一體化管理[6]。另外，基于此系統，還可以實現對歷年監測情況進行追溯管理、對違法情況數量及分布特征進行統計分析，及時掌握各級行政區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 系統構建思路

GIS工作流跨平臺系統(GIS Workflow Cross System，簡稱為GWCS)是以GIS為基礎的跨平臺應用搭建框架，應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，同時結合了GIS、Workflow(工作流)等相關技術。EpsOffice和EpsGIS(地理信息開發平臺)就是以此為技術原理的一種框架實現。這里的技術思路為：以EpsOffice工作流引擎搭建業務框架，實現智能化生產管理、業務擴展、權限管理；結合EpsGIS構建基于JavaScript語言，調用ArcGIS服務開發可視化的自然資源監測系統，實現包含智能生產管理、監測跟蹤、監管決策以及移動輔助系統等功能的信息管理平臺[9]。

信息管理平臺為B/S架構模式[10]，考慮到自然資源監測工作涉及到大量的涉密數據和大量外業實地巡查工作，需要構建兩套B/S系統，第一套用于業主單位內部自然資源監測的數據管理及數據統計分析，做到案件了然于胸；第二套用于管理自然資源監測任務分派、行為監管(作為移動端服務器)及日常巡檢，做到早發現早治理。

如圖1所示，內網平臺主要承載了自然資源監測需要的各類數據，通過內網平臺，用戶可以查詢到圖斑的歷史衛片數據、基礎測繪數據、地類變化記錄、違法處理記錄、相關合法手續等。功能方面包括：任務包制作、查詢統計、核查記錄軌跡追蹤、歷史數據查詢等。

圖1 GWCS體系下的自然資源監測系統架構

外網平臺包含待核實的任務圖斑、范圍及已經切片后的衛片數據。功能方面包括：任務分派、任務審核、外業數據收集、核查軌跡跟蹤和記錄、日常圖斑巡查等。為保證內外網的數據及時同步，考慮在內網與外網之間架設單向網閘。

自然資源監測信息管理平臺部署主要包括PC端和移動端兩部分，PC端主要負責數據管理、任務分派、任務記錄、違法圖斑統計分析、違法現狀分析、多源數據疊加查看、成果匯總等；移動端主要負責違法圖斑現場核查、處理、核查軌跡記錄、現場照片采集等。

3 基于GIS的自然資源監測信息化設計實現

3.1 構建基于GIS可視化的生產任務管理

衛片圖斑核查任務，是日常自然資源監測基本的工作單位，以圖斑的任務調配、信息采集、狀態跟蹤、監測過程監管為主線業務[11]。從設計與實現上采用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，整個系統采用組件式設計，因組件式的系統具備靈活、可擴展、易嵌入、輕應用、富功能等特點[12～14]，在與工作流的集成中變得容易實現。本系統利用以上技術，實現將GIS無縫的融入到了工作流當中，形成靈活、簡易的一體化集成方式[15]，在全過程業務管理中始終以GIS可視化為導向，形象化的對圖斑進行全域或分區進行展示、調配，同時又不缺乏數據的精細化管理與可視化決策分析。

3.1.1 基于GIS的圖斑生產任務調度

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

圖2 基于GIS的任務調度

3.1.2 基于移動GIS的外業任務信息采集

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

(a)移動圖斑 (b)外業核查圖3 移動圖斑與外業核查展示

3.2 通過GIS大數據可視化提高監管決策

系統設計以GIS基礎數據、圖斑數據、生產任務數據、區位數據等疊加分析，通過GIS大數據的優點，動態監管重點區域的圖斑情況、動態預警、人員動態管理情況[18]，并進行大數據分析統計，提高監測管理水平，便于安全生產把控。

3.2.1 GIS大數據圖斑監管決策預警

以圖斑數據為基礎，融合圖斑核查現狀，設計按不同區域、不同層級的大數據展示中心，實現“圖屬表”智能聯動、及時預警(圖4)。

圖4 大數據展示中心示意

3.2.2 監測人員安全管理機制

監測安全作為生產管理的一大重點[19]，系統通過采集現場人員的作業實時位置與作業軌跡路徑，通過GIS可視化界面動態的展示監測人員的位置與作業軌跡，跟蹤其作業位置，與作業情況，保證其在監測過程中的安全。

3.2.3 監測過程可視化監管

通過設計GIS可視化、結合含方位角的現場核查照片及作業軌跡數據顯示，達到形象化的GIS可視化效果，還原圖斑核查現場監測情況，提高了監測過程的監管與核查能力(圖5)。

圖5 GIS還原含方位角的現場照片與監測過程軌跡

3.2.4 GIS云查詢實現移動大數據輔助監測

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

(a)基礎查詢 (b)時序查詢圖6 GIS云查詢

4 基于工作流的智能化生產設計

4.1 監測全過程、精細化管理

系統設計業務全過程為流程化流轉，標準式作業，精細化管理，實現過程信息詳細記錄，為分析和決策提供數據支持。系統中的流程以工作流的形式展示，記錄每個崗位，每個節點的流程狀態、時間精確，能有效地控制業務進度。實現待辦、經辦、督辦等業務提醒機制。從任務的接收到上報全程精準管控，隨時進行任務調配，保留痕跡。同時設計全過程數據存檔化，歷史檔案隨時可調取，可回溯(圖7)。

圖7 流程化流轉實現過程信息詳細記錄

4.2 強大實用、精細的權限體系

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

4.3 利用工作流輔助監測的信息化管理

從業務上，主線是衛片監測，但通過工作流可以定制各類輔助生產流程作為后方保障，將生產管理、任務管理、人員管理、設備管理、文檔管理、行政管理等相關輔助監測業務通過工作流平臺搭建與自然資源監測系統緊密結合，提高監測任務的效率。根據市級工作需求，也可將單位的全辦公業務在此系統上按需搭建。

5 離線移動GIS現場輔助監測實現

5.1 內外業一體化

自然資源監測任務的調度與管理是在內業PC端上完成，而監測核查則是在野外現場通過外業APP完成。系統通過單向網閘，以推送與抽取的方式，打通內外網的信息孤島，讓業務數據在移動端完成核查任務。另外，設計上支持移動端的離線數據存儲與離線業務的填報，從而解決偏遠山區無法核查的問題，在有線的情況下再將數據匯交到服務器，進行數據的綜合匯總(圖8)。

圖8 內外業一體化設計與實現

5.2 提高自然資源監測人員安全保障

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

5.3 監測采集權威性

在外業監測過程中，通過利用GIS數據的位置、方向等特性，可以在系統中通過WebGIS技術還原現場實況，不僅增強了監測過程的管控手段，也保證了信息真實，是自然資源監測核查的權威性所在。

6 結語

利用多種新技術構建了自然資源監測系統，通過構建兩套B/S系統，分別用于業主單位內部自然資源監測的數據管理及數據統計分析，與自然資源監測任務分派、行為監管及日常巡檢。從而做到早發現早治理。系統地開發結合了自然資源監測的實際需要，構建了基于GIS可視化的生產任務管理模塊，支持PC端及移動端，作業更加靈活；通過GIS大數據可視化構建了圖斑監管決策預警機制、監測人員安全管理機制，實現了監測過程可視化監管，并通過GIS云查詢實現了移動大數據輔助監測功能。系統基于工作流智能化生產設計，權限管理清晰，監測全過程管理精細。此外，通過離線移動GIS現場輔助監測解決了實地無網絡或網絡信號不佳的情況，不僅提高了作業效率，還提高了自然資源監測人員的安全保障。