摘要：国土调查数据是自然资源管理的重要基础数据之一。面对海量国土调查数据,如何实现高效集成管理与综合分析应用,以增强国土调查成果对管理决策的支撑能力,已成为当前亟待解决的关键问题。本文基于实际管理需求,设计了省级国土调查成果管理应用平台的总体架构,阐述了系统实现中的关键技术,研发了相应功能模块,并开展了实际应用。实践表明,该平台有效实现了省级国土调查成果的集成化管理,显著提升了数据服务与应用水平,为自然资源管理提供了可靠的决策支持。

　　关键词：国土调查；应用平台；大数据；数据库

　　0引言

　　国土调查是一项重要的国情国力调查工作,旨在全面查清当前自然资源利用状况,掌握真实准确的自然资源基础数据[1]。从第二次全国土地调查（2009年）以来,累计形成了海量、多源、高精度的国土调查基础数据成果[2],这些成果数据作为“一张底板、一个平台”的基石,是服务国民经济和社会发展、支撑自然资源管理“两统一”职责的关键数据资产。面对数据种类繁多、逐年更新、应用需求多样化的新形势,如何系统性地整合和管理省级调查成果,深化数据挖掘与分析应用,已成为提升自然资源治理能力现代化的重要课题[3]。建立省级国土调查成果管理应用平台,实现省域内国土调查数据的集中管理、动态更新与高性能分析应用,对于强化国土空间治理、优化资源配置、辅助科学决策具有重大意义。

　　本文基于实际管理需求,设计并研发了一套集数据管理、时空分析与可视化服务于一体的省级国土调查成果管理应用平台,实现了多源调查数据的一体化集成、高效检索与可溯化管理,支持多维度、跨年度的分析应用,为自然资源管理决策提供全面的数据服务和技术支撑。

　　1总体框架设计

　　平台由基础设施层、数据层、组件层、应用服务层和用户层五个部分组成,如图1所示。

　　（1）基础设施层。主要包括计算、存储、网络与安全等资源,为平台提供安全可靠的软硬件环境及网络运行环境。

　　（2）数据资源层。按照标准规范体系和统一建库要求,建立以国土调查数据及年度国土变更调查数据为核心,融合基础地理信息、遥感影像、用地管理信息、社会经济数据等多源数据的国土调查数据库,为平台提供全面、统一的数据支撑。

　　（3）平台支撑层。主要包括基础组件、安全与管理组件以及各类GIS功能组件,为平台提供灵活、可靠的组件支撑。

　　（4）应用服务层。由数据库管理子系统和成果应用子系统组成,为一体化调查成果的数据管理与业务综合应用分析提供信息化服务。

　　（5）用户层。主要包括系统管理员及省、市、县三级自然资源部门人员。

　　2功能模块设计

　　2.1数据库管理子系统功能

　　数据管理子系统是围绕数据建库与管理需求,按照国家信息安全相关要求,面向数据管理人员研发的子系统,具有数据处理、数据入库、集成管理、数据分发、系统管理等功能,能够实现数据的汇集、整合与一体化管理。

　　（1）数据检查处理。支持多种数据格式转换,标准表格数据的抽取、合并,成果规范性检查等。

　　（2）数据入库。支持对矢量数据、表格数据、文档数据、影像数据等多种类型数据进行数据入库、地图服务发布等工作。

　　（3）数据分发。支持自定义范围、数据版本、数据类型的分发任务的灵活配置,满足国土调查标准数据成果、矢量数据、影像数据、报表数据等数据分发。

　　（4）专题制图。支持按照标准分幅、自定义范围和行政区划范围进行土地利用现状图、永久基本农田等各类图件的专题图制作及输出打印,实现国土调查及专项调查成果的多尺度、多形式展示。

　　（5）系统管理。支持对系统的用户权限管理、系统监控、数据字典管理、索引维护、数据备份管理以及系统帮助等。

　　（6）集成管理。支持用户通过设置IP、数据库实例、共享目录、用户、密码等进行空间数据源和编目数据源配置；支持对于数据目录树、目录节点的新增、编辑、删除操作。

　　2.2成果应用子系统功能

　　成果应用子系统提供基于大数据框架的数据统计、汇总、分析、可视化展示等功能,为省、市县三级自然资源部门提供高效应用服务。

　　（1）数据查询。支持包括空间范围查询、属性信息查询、图属组合查询、专题查询等多种查询方式的数据综合查询。

　　（2）数据汇总。支持按不同单位制式（如亩、公顷等）、不同行政级别（省、市、县、乡、村）对国土调查成果进行标准形式、专题形式和自定义形式等多种方式统计汇总。

　　（3）数据分析。支持地类现状空间分析,跨年度之间的地类流量变化分析,多年的变化的趋势分析,涉及“三区三线”、用地管理信息等的关联分析等。

　　（4）浏览展示。支持二、三维一体化的集成综合展示,矢量数据的图—属交互联动和对比展示,对各类汇总表格数据的大屏模式多视图聚合展示,以及图、表、空间化等多样化表达等。

　　（5）专题应用。支持对长江沿线（江西段）开展二三维展示、土地利用现状分析、生态保护分析、节约集约用地分析等应用；按照建设用地报批地类面积计算规则要求,为用地报批审核提供现状分析和历史追溯分析等。

　　（6）历史追溯。支持以国土调查图斑为对象,依据数据关联关系逻辑模型,实现从空间地块、业务专题、时间序列等不同角度的信息追溯[4],展现每一个图斑的演变情况。

　　3关键技术

　　3.1分布式时空大数据计算技术

　　采用分布式计算技术,充分利用Spark数据库集群的优势,在Spark的RDD数据模型基础上,扩展具有空间数据存储和索引能力的FeatureRDD模型。基于Spark计算框架重新编写分布式空间分析算法[5],从单机按县的磁盘计算提升到统筹集群CPU和内存的综合计算,实现跨年份、跨级别、千万级要素的高性能空间分析处理。在此计算模型基础上,开发任务驱动式三调数据流式分析框架,提供数据抽取、数据裁切、占地分析、流量分析等业务化模型；基于工作流和消息队列思维,实现时空大数据分析的可组装、可定制,有效支撑自然资源管理应用分析等业务高效运行。

　　3.2以图斑为对象的时空追溯技术

　　以“图斑地块”为基本数据单元,在统一的时空基准框架下,对各年度图斑数据进行时序叠加分析,生成逐年图斑变化关系表。在此基础上,构建任意图斑在任意年份与其他年份图斑之间的变化关联模型,从空间位置、面积变化和地类转换等多个维度记录图斑的多年追溯关系,并将各年份的链式追踪模型抽取并存储至ElasticSearch数据库中。最后,基于图斑对象ID,在ElasticSearch中建立多进程链式关系索引,支持从任意年份的图斑快速追溯其全时期变化历程,通过链式索引返回清晰的时空演变轨迹,实现要素级图斑的秒级定位与全生命周期历史回溯。

　　3.3二三维可视化技术

　　基于空间大数据可视化技术[6],针对国土调查成果中的矢量数据与影像数据,综合利用矢量切片渲染、实景建模、数字高程模型等方法,构建二维平面与三维立体一体化的数字环境,支持二三维视图联动、数据互操作与融合分析,实现从全局统计到细节研判、从平面管理到空间分析的无缝转换,全面提升数据洞察力与决策支持能力。三维浏览示意图如图2所示。

　　4实现与应用

　　省级国土调查成果管理应用平台采用混合系统架构：数据库管理子系统基于C/S（客户端/服务器）结构开发,成果应用子系统则采用B/S（浏览器/服务器）体系结构开发。该平台实现了千万级图斑要素的秒级查询能力,并在约10分钟内完成千万级地类图斑要素的叠加计算,显著提升了国土空间数据处理的效率与精细化管理水平。

　　平台上线以来,累计为自然资源部门的调查监测、耕地保护、生态修复、执法监督、用途管制、国土空间规划等业务提供数据查询、统计、分析等应用服务1万余次,为全省用地报批地类面积计算审核等提供分析服务20万余次,为林业部门、水利部门、农业部门等相关业务提供了国土利用现状分析200余次。

　　5结语

　　本文基于当前省级国土调查数据管理应用的现实需求,设计并研发了一套省级国土调查成果管理应用平台。平台依托分布式时空大数据计算技术、以图斑为对象的时空追溯技术、二三维可视化技术等关键技术,实现了调查数据的一体化集成、高效检索与可溯化管理,支持多维度、跨年度的分析应用,提升了国土调查成果管理的信息化服务水平。未来,将持续完善数据资源体系,深化挖掘数据价值,推动人工智能与知识图谱等新一代信息技术融合应用,持续优化平台功能,增强其在国土空间治理现代化中的支撑和赋能作用。

　　参考文献

　　[1]李琪.第三次国土调查数据分析与共享服务平台设计与研究[J].中国信息化,2020(7):101-103.

　　[2]苏巧灵,周卫娟,刘宁宁.省级国土调查数据库管理系统及共享应用平台设计与实现[J].信息化研究,2023,49(4):66-72.

　　[3]顾长梅,喻磊,吴锦州.省级国土空间基础信息大数据平台设计与实践[J].国土资源信息化,2019(2):12-16+21.

　　[4]徐志红,李翔,黄光伟,等.浙江省第三次国土调查省级数据成果管理平台设计与实现[J].浙江国土资源,2023(3):34-36.

　　[5]梁哲恒,吴宝佑,谢刚生.利用分布式自动化并行处理框架提升空间数据分析效率[J].测绘通报,2020(10):143-147.

　　[6]李德重,海军,张德平,等.基于大数据可视化技术的国土调查数据管理平台设计与实现[J].自然资源信息化,2022(3):33-39.