浅谈地信和国土综合治理项目监管一体化

　　摘 要: 结合测绘新技术，通过“天( 无人机) 、地( 地面终端) 、人( 移动采集终端) ”相结合的空间立体化国土综合治理监管模式，提高国土综合治理项目管理水平，达到转变管理职能、创新监管方式、提升管理效能的目标。

　　关键词: 地理信息采集; 无人机影像; 国土综合治理

　　魏岳 测绘与空间地理信息 2022-01-25

　　0 引 言

　　做好国土综合治理项目的监管工作，对统筹城乡区域发展、促进新农村建设、保持经济社会平稳较快发展具有重要的意义。国土综合治理项目所涉及的面广，包含的信息丰富，尤其是地理信息，包括空间位置、图形，也包括属性、文本信息，传统的监管手段越来越难以胜任信息化时代人们对这些地理信息的需求。

　　1 设计原则

　　系统平台的建设主要服务于全区国土综合整治和生态修复工作。国土综合整治项目、矿山环境恢复治理项目、流域水环境综合治理项目、生态修复等项目。系统设计与开发遵循实用性、专业性、先进性、开放性、安全性、维护性的原则。系统进行项目前期信息采集、项目实施过程中实时监管、项目结束后的辅助验收工作。实现项目管理的实时化和可视化，高效、客观地掌握项目的实地情况，保证项目资料的现势性和准确性，为国土综合整治和生态修复工作提供全方位的技术保障。

　　2 系统架构与功能设计

　　国土综合治理项目数据采集及实时监管系统采用现代信息化手段，充分利用“互联网+”和 3S ( GNSS、GIS、RS) 技术，并结合自然资源厅大数据平台的相关数据，创新国土综合治理管理模式，集成智能移动终端，突破办公环境的限制，将烦琐、枯燥的国土综合治理管理工作变得简单、高效，实现项目管理的实时化和可视化，高效、客观地掌握项目的实地情况，保证项目资料的现势性和准确性，大大提高国土综合治理项目监管工作的效率。

　　2.1 系统构架

　　通过“天( 无人机) 、地( 地面终端) 、人( 移动采集终端) ”相结合的空间立体化国土综合治理监管模式，为实现对各级各类国土综合治理项目“天上采、地上看、人来查”一体化的全面全程、集中统一监管提供重要技术支撑。系统的运用可以使国土综合治理项目监管水平跨上一个新台阶，主要表现在:

　　1) 现场检查。可以将项目工作底图置于移动采集终端中，通过设备内置 GNSS，在现场快速定位项目范围和细部工程，并节省图纸打印和材料费用。

　　2) 移动采集。利用无人机技术、移动采集技术和影像处理技术，实现对项目现场多媒体信息的一体化采集和现场视频的实时传输与播放，保证采集的信息真实可靠。

　　3) 辅助管理。管理人员可以通过移动采集终端实地了解项目情况和工程质量，也可通过地面终端及时对现场项目进行全局性的指挥调度。

　　4) 创新模式。系统提供国土综合治理项目监督管理的新模式。系统总体框架如图 1 所示。

　　2.2 功能设计

　　国土综合治理项目数据采集及实时监管系统支持手机客户端、PAD 客户端及计算机终端，可使 3 个终端之间建立高效的数据传输、数据交换和数据共享机制，达到 3 个终端共容、互通、共享的目的。

　　功能模块分为项目实时监管系统和移动数据采集系统，并可在此基础上可选部署数据接收服务模块，以满足成果数据传输与管理的需求。功能模块设计见表 1。

　　3 系统关键技术

　　3.1 技术流程图

　　自然资源天空地一体化信息监管流程如图 2 所示。

　　3.2 GNSS 数据采集处理、定位

　　移动采集终端内置 GNSS 模块，利用串口通信协议读取 GNSS 数据，采样周期为 1 s，按照 GNSS 数据格式进行解析，获取日期、时间、经度、纬度、精度、高程等地理信息。由于 GNSS 信号可能被干扰，个别数据出现野点，引起最终定位数据的较大偏差。系统按照格拉布斯准则剔除明显偏离的数据，经坐标转换后显示在终端屏幕的地图上。在复杂环境下，GNSS 信号会多次折、反射，造成漂移，降低定位精度，无法满足取证初步测量要求，终端可利用差分技术消除大部分信号漂移，在必要情况下还可升级定位模块，接入 CORS 网络，从而基本保持信号的稳定性与准确性。

　　针对国土综合治理项目野外采集与监管的实际要求，在应用 GNSS 卫星定位技术中，不仅可接入传统的 GPS 信 号，还 可 接 入 北 斗 卫 星 信 号 ( BDS) 及 俄 罗 斯 Glonass 卫星信号，并可在 GPS 信号与 BDS 信号之间实现人工或自动切换。GNSS 受环境影响较大，在高楼密集区、山区或天气不好时可能接收不到信号。MPS( 移动定位系统) 定位覆盖好，在室内、高楼密集、枝繁叶茂处均可定位，且响应快，2—3 s 就可返回结果，是 GNSS 定位的很好补充。开发一个系统服务，启动后定期检测 GNSS 信号，并通过移动运营商的接口检测 MPS 信号。优先采用GNSS 定位，如果检测不到 GNSS 信号，系统自动切换到 MPS 定位模式，直到 GNSS 信号恢复。

　　3.3 互联网地图配准技术

　　在项目现场需要为外业管理人员配备带有基础地理信息的公共工作底图，如谷歌地图、天地图等互联网地图。目前，国土业务数据除 CGSC2000 外，还有不少西安 80、北京 54、WGS84 的历史数据，WalkGIS 平台提供了动态投影、坐标转换和转换模型等多种坐标系转换方式，支持基于多点纠正的基准偏移网格技术。

　　3.4 影像高倍压缩技术

　　一般情况下，在 0.5 m 分辨率的情况下，遥感影像存储需求大，多达数百 GB，浙江数维科技有限公司基于自主研发的 WalkGIS 平台，创立了影像快速切片和高倍压缩技术，在保证清晰度没有明显损失的情况下，切片压缩比最高可达到 1 /30。

　　3.5 信息安全加密技术

　　移动终端信息安全保密技术是一项关键技术，在此系统中，所有移动终端的硬件设备状况都是在服务器上登记和管理，每个访问系统的用户都需经过移动设备的 “白名单”验证，只有通过了才可继续进行访问。不同级别和不同角色的用户，设定不同的访问和控制权限，实现对数据访问、数据存取和软件操作的限制，并建立日志文件。移动手持设备利用无线网络和无线通信技术获取地图数据时，需进行地图安全性验证，采用的技术包括 HTTPS 和 VPN 技术。移动手持设备中对本地建立的地图数据缓存采用 RAS 双向加密的方式进行加密，即根据系统用户及硬件号生成独特的秘钥对缓存数据进行加密，使用时仍需进行解密，确保地图数据只能被授权用户和设备使用。

　　3.6 基于 OGC 标准的 GIS 服务实现

　　OGC 开放空间信息协会制定了一系列的数据共享模型和标准，包括 WFS、WMS、WCS、GML 和 SLD 等，用来完成不同 GIS 平台的互操作。外业调查移动端支持基于 OGC 标准的接口，只要 WebGIS 和移动 GIS 平台支持这些接口，即可应用各种 Web 和移动 GIS 地图和数据服务。 SLD 是风格化图层描述器，描述了如何在 WMS 规范的基础上进行扩展使之支持用户对要素数据进行自定义的符合化显示。WFS 是 Web 要素服务返回的要素级的 GML 编码，并提供对要素的增加、修改、删除等事务编辑接口，是对 Web 地图服务的补充和深入。WCS 作为一种栅格数据服务，允许 Web 和移动客户端访问发布的栅格数据，从而获取相应的数据的子集，目前仅限于浏览。

　　4 重点难点问题分析

　　4.1 与自然资源大数据平台无缝衔接

　　随着地理信息行业的产业化与信息化发展，采用多源数据一体化解决与宁夏自然资源大数据平台对接的难点，通过直接加载 Shp、Mif、Tab 和 Vct 等数据格式，能与主流地理信息平台实现无缝数据交换、避免了烦琐的数据格式转换操作。矢量数据与影像数据叠加匹配等操作流程，并实现自动投影转换。

　　4.2 海量数据高效叠加

　　国土综合治理项目数据采集及实时监管系统是信息化在外业环境下工作的延伸，移动采集终端需要承载的数据包括无人机/遥感影像、土地利用现状、土地利用规划、基本农田、耕地质量等级、基础地理等全域大规模的专题地理信息数据，这些数据具有容量大、多类型、多尺度、多时态等特点。为了让海量数据在移动端能够高效运行，响应速度快，确保舒适的操作体验，采用以下方式解决:

　　1) 数据切片

　　为了取得良好的操作体验，提高显示和浏览的速度， “数据切片”技术非常适用，进行数据切片的地图，无论是在线浏览，还是离线浏览，响应速度可低于 1 s。通过高倍影像压缩技术确定适合于移动终端存储能力的压缩方法，借助平台工具快速构建金字塔模型切片地图库。

　　2) 建立空间索引

　　建立空间索引，使数据只在需要的时候进行加载和显示，从而达到减少内存占用、节约系统资源的目的，增加用户体验。

　　3) 设置地图显示比例尺

　　根据不同专题设置图层显示比例尺，达到清晰快速展示图形的效果。

　　4.3 海量数据离线分析

　　宁夏地区的国土治理项目范围常常很大，与之对应，野外采集涉及的数据量会比较大，简单的关系数据库系统已不能完全满足这一要求。尽管海量数据在线分析技术( OLAP) 较为成熟，并且速度较快，但是在这种方法过分依赖于网络情况，因而，采用即时离线叠加分析技术解决，通过即时离线叠加分析技术，在移动采集终端上实时离线加载和叠加数据图层，可以对采集地物在土地利用现状、土地利用规划、耕地质量等级、基本农田等数据场景下进行快速分析。

　　5 系统特点

　　5.1 软件性能设计特点

　　1) 可以将无人机采集的高分辨率影像在桌面端和移动终端离线加载，影像压缩比可达到 30 倍以上。采用 “数据切片”技术的地图，无论是在线浏览，还是离线浏览，响应速度可低于2 s。通过高倍影像压缩技术确定适合于移动终端存储能力的压缩方法，借助平台工具快速构建金字塔模型切片地图库。根据 GIS 数据构建具备空间位置的、与其他信息建立关联规则的关系型数据库，在移动终端展现瓦片地图。

　　2) 系统可以直接加载 Shp、Mdb、和 Txt 等矢量数据格式和 Tif、Img 等栅格数据格式，能与主流 GIS 平台实现无缝数据交换、避免烦琐的数据格式转换操作，并实现自动投影转换。

　　3) 实现地图数据快速渲染和高效访问。

　　5.2 软件界面设计特点

　　1) 界面简洁。移动端和桌面端的界面清晰简洁，色调柔和，操作体验更便捷、更舒适。

　　2) 布局合理。分视图类按钮和功能类按钮，分别放在界面上侧栏与右侧栏，便于操作。

　　3) 操作灵活方便。采用大图标大按钮，便于使用操作。

　　4) 符合操作习惯。移动端支持手机、平板电脑常用操作，符合手机、平板电脑的操作习惯，方便使用者能够快速掌握操作技巧。

　　5.3 系统兼容性特点

　　1) 本项目建设系统与本标所投软硬件环境具有良好的兼容性;

　　2) 系统兼容 Windows 操作系统和谷歌浏览器;

　　3) 兼容 ArcGIS 发布的标准 OGC 地图服务，实现与自然资源厅大数据平台的无缝衔接。

　　5.4 访问效率

　　1) 并发访问需求。最大支持 100 名用户同时访问。

　　2) 数据调用响应速度。按照 100 名用户在标准软硬件及网络带宽良好环境下并发操作进行衡量，数据调用平均响应时间小于 5 s。

　　3) 数据查询响应速度。按照 100 名用户在标准软硬件及网络带宽良好环境下并发操作进行衡量，数据查询平均响应时间小于 5 s。

　　5.5 可靠性和安全性

　　1) 系统保障 7×24 h 不间断服务的要求，系统可用率 ≥99.9%，即每年的不可用时间少于 9 h;

　　2) 系统响应时间应能满足各类不同应用的时效性要求;

　　3) 系统应满足数据的完整性、一致性、真实性等数据质量的要求;

　　4) 提供数据备份机制，主要针对业务数据库，该机制提供了数据库中存储的相关已录入办件信息以及用户配置等业务数据的备份与恢复。

　　5.6 通用性、易用性和可扩展性

　　1) 通用性。需满足不同浏览器或不同操作系统的访问需求。

　　2) 易 用 性。采 用 标 准 接 口、界 面 友 好、操 作 简 单方便。

　　3) 可扩展性。数据库结构、存储结构、软件结构等方面的设计能满足功能不断扩展，以及数据量和用户数量不断增长的要求。

　　5.7 安全设计特点

　　1) 数据级、软件级、硬件级以及服务级等多层次的数据安全;

　　2) 系统具有保障软件安全、数据库安全的相关措施;

　　3) 系统具有良好的安全控制性能。终端的信息安全保密技术是一项关键技术，主要涉及安全保密问题有硬件设备接入的安全性、系统访问安全性、移动地图服务获取安全性及地图缓存数据的安全性等。GIS 平台从技术和制度两个方面保护涉密数据的安全。系统通过数据级、软件级、硬件级和服务级的多级加密方案为涉密数据提供全方位的保障机制。

　　6 结束语

　　地理信息采集和国土综合治理项目监管一体化，以国土综合治理目标为出发点，在国家政策导向下，通过 “天( 无人机) 、地( 地面终端) 、人( 移动采集终端) ”结合的空间立体化综合管理模式，运用通过野外数据实时成像、“互联网+”移动地理信息系统、智能影像处理分析、空间数据综合叠加等高新技术，将现代科技信息手段引入到国土综合治理项目全生命周期的监管工作中，并结合自然资源厅大数据平台的相关数据，实现项目管理的实时化和可视化，高效、客观地掌握项目的实地情况，保证项目资料的现势性和准确性，有效实现地理信息采集和国土综合治理项目监管一体化。