吳長(zhǎng)彬，孫在宏，吉 波，沈 健

(1.南京師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院，江蘇南京210046;2.南京國(guó)圖信息工程有限責(zé)任公司，江蘇南京210036)

基于3G和嵌入式GIS的土地移動(dòng)執(zhí)法監(jiān)察系統(tǒng)

吳長(zhǎng)彬1，孫在宏1，吉 波2，沈 健2

(1.南京師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院，江蘇南京210046;2.南京國(guó)圖信息工程有限責(zé)任公司，江蘇南京210036)

土地利用動(dòng)態(tài)監(jiān)管和違法用地查處是目前國(guó)土資源管理工作的重點(diǎn)。基于SOA架構(gòu)，利用3G手機(jī)作為嵌入式GIS終端，以ArcGIS Ser-ver作為服務(wù)端地圖發(fā)布工具，設(shè)計(jì)出土地移動(dòng)執(zhí)法監(jiān)察系統(tǒng)，可輕便、高效地實(shí)現(xiàn)信息的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)采集和傳輸，以及巡查過(guò)程和結(jié)果的在線監(jiān)控功能。

土地執(zhí)法檢查;3G;嵌入式GIS

一、引 言

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國(guó)人地矛盾逐步緊張，建設(shè)用地量需求與日益減小的土地空間的矛盾尤顯突出。因此我國(guó)這幾年重點(diǎn)加強(qiáng)了對(duì)建設(shè)用地的批后監(jiān)管和違法用地查處等措施，其中依靠3S技術(shù)、移動(dòng)GIS技術(shù)等成為有效開(kāi)展土地動(dòng)態(tài)執(zhí)法監(jiān)察工作的關(guān)鍵手段。

移動(dòng)GIS包括一系列技術(shù)的綜合，如GIS、移動(dòng)硬件設(shè)備(包括智能手機(jī)、PDA等輕便設(shè)備和個(gè)人電腦等)、定位系統(tǒng)(GPS或無(wú)線電定位)以及可以接入到固定網(wǎng)絡(luò)GIS的無(wú)線通信設(shè)備等［1］。應(yīng)用PDA進(jìn)行數(shù)據(jù)采集雖然精度高［2］，但成本大、使用復(fù)雜;GSM網(wǎng)絡(luò)帶寬有限，雖然可以進(jìn)行巡查定位［3-4］，但難以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)的數(shù)據(jù)傳輸。隨著3G時(shí)代的到來(lái)，網(wǎng)絡(luò)帶寬的增大，手機(jī)將成為一種能夠取代筆記本電腦的終端，電子商務(wù)、電子政務(wù)正走向移動(dòng)商務(wù)、移動(dòng)政務(wù)，3G手機(jī)與GPS的結(jié)合必然潛力巨大［5］，將成為移動(dòng) GIS應(yīng)用的主要載體之一。

本文基于面向服務(wù)架構(gòu)(service oriented architecture，SOA)，采用 Esri的 ArcGIS Server作為服務(wù)端地圖發(fā)布工具，利用3G手機(jī)作為終端，設(shè)計(jì)了土地移動(dòng)執(zhí)法監(jiān)察系統(tǒng)。通過(guò)土地移動(dòng)執(zhí)法監(jiān)察系統(tǒng)，使用具有嵌入式GIS功能的3G手機(jī)完成用地信息的采集、及時(shí)報(bào)送等，為違法用地案件提供數(shù)據(jù)支持，可迅速提高國(guó)土資源部門(mén)和各鄉(xiāng)鎮(zhèn)國(guó)土所的執(zhí)法監(jiān)察水平和效率，改變違法用地找不到、找不準(zhǔn)，核查結(jié)果錯(cuò)報(bào)、漏報(bào)、瞞報(bào)［6］的現(xiàn)狀，實(shí)現(xiàn)土地利用的動(dòng)態(tài)管理［7］。

二、架構(gòu)設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)的架構(gòu)設(shè)計(jì)圖如圖1所示。在基礎(chǔ)層，系統(tǒng)基于國(guó)土資源的基礎(chǔ)空間數(shù)據(jù)庫(kù)作為定位參考信息，如土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)、土地權(quán)籍?dāng)?shù)據(jù)、土地轉(zhuǎn)征用數(shù)據(jù)、土地供地?cái)?shù)據(jù)、航攝影像數(shù)據(jù)等。執(zhí)法監(jiān)察系統(tǒng)產(chǎn)生的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)主要包括巡查路線信息、巡查信息點(diǎn)信息、執(zhí)法監(jiān)察案件信息等。

圖1 系統(tǒng)總體架構(gòu)

移動(dòng)地圖服務(wù)部署在面向外網(wǎng)的移動(dòng)服務(wù)器上，并且采用負(fù)載均衡的方式。兩臺(tái)ArcGIS ServerGIS服務(wù)器共同提供負(fù)載，其中一臺(tái)作為服務(wù)器對(duì)象管理(server object manager，SOM)發(fā)布和管理移動(dòng)地圖服務(wù)，為移動(dòng)手持設(shè)備提供移動(dòng)地圖服務(wù)下載，另外一臺(tái)作為服務(wù)器對(duì)象容器(server object container，SOC)管理和提供地圖數(shù)據(jù)，部署在內(nèi)網(wǎng)。

嵌入式GIS應(yīng)用是土地移動(dòng)執(zhí)法監(jiān)察系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要特點(diǎn)，解決了空間信息的移動(dòng)應(yīng)用問(wèn)題［8］。嵌入式GIS往往把定位位置、數(shù)字地圖和相關(guān)的地理信息有機(jī)結(jié)合起來(lái)，才能向用戶(hù)提供完美的移動(dòng)地理信息服務(wù)［9］。通過(guò)3G手機(jī)中的嵌入式系統(tǒng)，加載緩存到本地的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)并定位。根據(jù)當(dāng)前位置，同時(shí)提供相關(guān)瀏覽、查詢(xún)和分析功能，輔助相關(guān)巡查人員完成相關(guān)圖形數(shù)據(jù)的查閱，為土地的執(zhí)法監(jiān)察工作提供高效和準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支持。其實(shí)現(xiàn)的原理如圖2所示，手持移動(dòng)設(shè)備通過(guò)GPRS連接移動(dòng)設(shè)備服務(wù)器，實(shí)時(shí)上傳當(dāng)前設(shè)備的地理坐標(biāo)，完成對(duì)正在執(zhí)行巡查任務(wù)的手持移動(dòng)設(shè)備的監(jiān)控，最終實(shí)現(xiàn)通過(guò)對(duì)巡查路線和信息的匯總可以統(tǒng)計(jì)特定時(shí)間段內(nèi)巡查人員的匯總路線，并與土地利用現(xiàn)狀矢量或影像等空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行疊加顯示。在執(zhí)行土地巡查的過(guò)程中，巡查人員可以采集相關(guān)疑似違法用地的圖片信息以及相關(guān)地塊的坐標(biāo)信息，并在巡查完成后，上傳到移動(dòng)設(shè)備服務(wù)器。

圖2 基于3G網(wǎng)絡(luò)的空間信息傳輸原理

嵌入式GIS應(yīng)用在土地移動(dòng)執(zhí)法監(jiān)察系統(tǒng)中，可以帶來(lái)以下優(yōu)點(diǎn):①為土地巡查人員提供多種直觀的數(shù)據(jù)支持，對(duì)疑似違法用地的判斷提供依據(jù);②規(guī)范土地巡查人員的巡查路線，準(zhǔn)確地考核巡查人員的工作量，杜絕巡查的盲區(qū);③ 通過(guò)巡查人員提供的坐標(biāo)和圖片信息，為執(zhí)法監(jiān)察人員對(duì)疑似違法用地案件的定性提供準(zhǔn)確依據(jù)。

在系統(tǒng)開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)上，由于執(zhí)法監(jiān)察子系統(tǒng)采用了Spring框架的控制反轉(zhuǎn) IOC容器的方式管理相關(guān)持久層和模塊，所以在性能上優(yōu)于傳統(tǒng)的EJB組件。客戶(hù)端的組件采用Ajax的客戶(hù)端異步通信方式，圖表組件采用Flex方式開(kāi)發(fā)，這些組件都是典型的胖客戶(hù)端組件，利用客戶(hù)端瀏覽器緩存的優(yōu)勢(shì)，可以實(shí)現(xiàn)較好的客戶(hù)端體驗(yàn)。同時(shí)WebGIS應(yīng)用程序采用FlexAPI的方式開(kāi)發(fā)，該系統(tǒng)利用金字塔的切片方式，實(shí)現(xiàn)了圖片的客戶(hù)端緩存，在客戶(hù)端的瀏覽具有較快的速度，極大地提高了瀏覽地圖或者影像的用戶(hù)體驗(yàn)。

在移動(dòng)執(zhí)法子系統(tǒng)中由于采用3G移動(dòng)無(wú)線通信技術(shù)，在移動(dòng)程度上確保了地圖數(shù)據(jù)下載和數(shù)據(jù)通訊的性能。同時(shí)結(jié)合了ArcGIS Mobile的移動(dòng)地圖緩存和只下載瀏覽范圍的地圖數(shù)據(jù)的方法，保證了地圖瀏覽的順暢。

三、安全性設(shè)計(jì)策略

由于土地移動(dòng)執(zhí)法監(jiān)察系統(tǒng)需要采用3G手機(jī)作為手持執(zhí)法監(jiān)察設(shè)備，不可避免地需要使用對(duì)外發(fā)布的ArcGIS Server地圖服務(wù)，如何保障對(duì)外發(fā)布的地圖服務(wù)的安全性是系統(tǒng)安全性設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。

系統(tǒng)采用ArcGIS Server作為對(duì)外GIS應(yīng)用服務(wù)，其本身提供了基于安全令牌(Security Token Services)的用戶(hù)身份認(rèn)證方式，主要特點(diǎn)如下:客戶(hù)端3G手機(jī)通過(guò)HTTP訪問(wèn)ArcGIS Server的Token Services，并提交訪問(wèn)的用戶(hù)名和密碼;Token Services根據(jù)用戶(hù)名和密碼進(jìn)入Principal Store(存放用戶(hù)名、密碼和角色)，如果身份認(rèn)證通過(guò)，Token Services將返回一個(gè)能夠訪問(wèn)ArcGIS Server的編號(hào)(Identity Information)，該編號(hào)采用不可逆加密算法;客戶(hù)端3G手機(jī)根據(jù)獲取的Identity通過(guò)Web外網(wǎng)去訪問(wèn)ArcGIS Server;ArcGIS Server會(huì)根據(jù)Identity去驗(yàn)證其身份的正確，如果正確則返回GIS Services。如圖3所示。

但是在應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，3G手機(jī)通過(guò)Internet網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)Token Services時(shí)采用的是HTTP方法，因而通過(guò)Internet提交用戶(hù)和密碼，存在安全隱患;另外無(wú)法實(shí)現(xiàn)針對(duì)特定手持設(shè)備的訪問(wèn)授權(quán)，理論上任何知道用戶(hù)和密碼的手機(jī)都可以訪問(wèn)，無(wú)法滿(mǎn)足系統(tǒng)的安全性設(shè)計(jì)需求。為滿(mǎn)足系統(tǒng)的安全性需求，系統(tǒng)將改造原有的ArcGIS Server的Token Services，主要方法如下:

1)增加新的Security Services，用戶(hù)通過(guò)Internet訪問(wèn)Security Services，使其支持HTTP安全超文本傳輸協(xié)議，保證移動(dòng)手持設(shè)備訪問(wèn)Token Services的安全(HTTPS使用端口443，而不是像HTTP那樣使用端口80來(lái)和TCP/IP進(jìn)行通信);并且以Web Services的方式對(duì)外發(fā)布。基于HTTP的Web Services不僅能夠確保設(shè)備信息的安全性，而且具有一定的通用性，可為其他的移動(dòng)應(yīng)用提供安全性設(shè)備驗(yàn)證。

2)增加執(zhí)法監(jiān)察移動(dòng)設(shè)備“白名單”驗(yàn)證服務(wù)，以Web Services的方式實(shí)現(xiàn)移動(dòng)設(shè)備有效性的驗(yàn)證，并在UDS(統(tǒng)一數(shù)據(jù)服務(wù))中注冊(cè)。

3)單獨(dú)部署ArcGIS Server的Token Services，將Token Services單獨(dú)部署在內(nèi)網(wǎng)的服務(wù)器上，這樣確保了外部的應(yīng)用無(wú)法直接訪問(wèn)Token Services，而必須通過(guò)Security Services驗(yàn)證后才能獲取有效的Token。

4)Security Services調(diào)用UDS中注冊(cè)的設(shè)備驗(yàn)證服務(wù)進(jìn)行設(shè)備有效性的驗(yàn)證，如果設(shè)備有效，則其調(diào)用Token Services返回有效的Token給移動(dòng)客戶(hù)端，而移動(dòng)設(shè)備使用該Token就可以訪問(wèn)相應(yīng)的移動(dòng)地圖服務(wù)數(shù)據(jù)。

圖3 改造后的安全模型圖

四、系統(tǒng)實(shí)例

蘇州工業(yè)園區(qū)是一個(gè)工業(yè)和信息化都高度集中和發(fā)達(dá)的地區(qū)，其土地資源尤其顯得珍貴。本系統(tǒng)的實(shí)施使園區(qū)的土地執(zhí)法和動(dòng)態(tài)監(jiān)管效率上升到一個(gè)新的層次。蘇州工業(yè)園區(qū)土地移動(dòng)執(zhí)法監(jiān)察系統(tǒng)是一個(gè)基于多源、多尺度、多時(shí)空、多類(lèi)型的國(guó)土資源基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)，其數(shù)據(jù)采集格式為MicroStation，通過(guò)Oracle Spatial進(jìn)行調(diào)用，最后通過(guò)ArcGIS Server進(jìn)行發(fā)布;數(shù)據(jù)包含了矢量、影像、表單等多類(lèi)型數(shù)據(jù)，土地利用現(xiàn)狀、轉(zhuǎn)征用、供地等多尺度多年度的業(yè)務(wù)信息。

系統(tǒng)主要包括三個(gè)子系統(tǒng):數(shù)據(jù)在線分析展示子系統(tǒng)、執(zhí)法監(jiān)管業(yè)務(wù)管理子系統(tǒng)和移動(dòng)執(zhí)法子系統(tǒng)。其中數(shù)據(jù)在線分析展示子系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)國(guó)土資源基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)發(fā)布并進(jìn)行一系列的在線查詢(xún)、分析和數(shù)據(jù)挖掘，包括數(shù)據(jù)同步、地圖發(fā)布、查詢(xún)統(tǒng)計(jì)、專(zhuān)題圖顯示、圖形分析功能;執(zhí)法監(jiān)管業(yè)務(wù)管理子系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)管理整個(gè)執(zhí)法監(jiān)管業(yè)務(wù)，提供執(zhí)法監(jiān)管業(yè)務(wù)的監(jiān)控、匯總和分析，包括手持移動(dòng)設(shè)備管理、土地巡查員管理、巡查路線匯總分析、案件辦理、查詢(xún)和統(tǒng)計(jì)等功能;移動(dòng)執(zhí)法子系統(tǒng)主要協(xié)助土地巡查員實(shí)地完成各種違法用地的監(jiān)管工作實(shí)時(shí)地圖、監(jiān)管任務(wù)、數(shù)據(jù)上報(bào)、信息公告、數(shù)據(jù)更新等功能。系統(tǒng)運(yùn)行界面如圖4所示。

圖4 土地利用執(zhí)法監(jiān)察系統(tǒng)實(shí)例圖

五、結(jié)束語(yǔ)

3G通信技術(shù)的應(yīng)用和普及將使得一些需要較大帶寬進(jìn)行實(shí)時(shí)通信的方式變得可能和更加便捷。本文采用具有嵌入式GIS功能的3G手機(jī)作為土地移動(dòng)執(zhí)法監(jiān)察的終端，數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸也基于3G通信網(wǎng)絡(luò)，并重點(diǎn)設(shè)計(jì)了數(shù)據(jù)的安全性策略;在架構(gòu)設(shè)計(jì)上，采用先進(jìn)的SOA架構(gòu)，充分考慮了多源數(shù)據(jù)和異構(gòu)系統(tǒng)的整合，可集成桌面、瀏覽器、手機(jī)等不同終端的應(yīng)用，具有高可擴(kuò)展性。該設(shè)計(jì)模式和系統(tǒng)的成功應(yīng)用對(duì)其他地區(qū)具有較高的推廣和借鑒價(jià)值。

［1］熊慶文，邊馥苓.基于嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的移動(dòng)GIS應(yīng)用體系結(jié)構(gòu)研究［J］.武漢大學(xué)學(xué)報(bào):信息科學(xué)版，2006，31(1):86-89.

［2］趙建利，馬澤斌，牛彥斌.GPS/PDA數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)在第二次土地調(diào)查中的應(yīng)用研究［J］.測(cè)繪通報(bào)，2009(2):63-65.

［3］包衛(wèi)正.國(guó)土快速動(dòng)態(tài)監(jiān)察系統(tǒng)的選型［J］.測(cè)繪通報(bào)，2000(11):34-35.

［4］張繼忠，劉祥磊.基于4G一體化技術(shù)的快鳥(niǎo)巡檢系統(tǒng)［J］.測(cè)繪通報(bào)，2009(11):54-56.

［5］閆興華，王學(xué)敏，董爵蘭，等.基于GPS在3G時(shí)代應(yīng)用的分析［J］.測(cè)繪與空間地理信息，2009，32(3):173-175.

［6］歐陽(yáng)光，王小明，楊惠安，等.3S技術(shù)在土地執(zhí)法監(jiān)察中的應(yīng)用［J］.測(cè)繪通報(bào)，2009(11):64-67.

［7］劉志軍，吳沖龍，馬小剛.土地利用動(dòng)態(tài)管理系統(tǒng)研發(fā)中的若干問(wèn)題研究［J］.四川測(cè)繪，2004，27(3):109-112.

［8］謝忠，徐欣，班凱，等.面向網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的構(gòu)件化嵌入式地理信息系統(tǒng)［J］.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)學(xué)報(bào):地球科學(xué)，2006，31(5):631-634.

［9］崔鐵軍，李玉，饒欣平.嵌入式GIS的發(fā)展及開(kāi)發(fā)實(shí)踐［J］.測(cè)繪學(xué)院學(xué)報(bào)，2004，21(2):128-130.

Design and Implementation of 3G and Embedded GIS Based Land Law Enforcement Monitoring System

WU Changbin，SUN Zaihong，JI Bo，SHEN Jian

0494-0911(2011)03-0063-03

P208

B

2010-04-08;

2010-09-04

吳長(zhǎng)彬(1977—)，男，福建仙游人，博士，講師，研究方向?yàn)镚IS、土地信息系統(tǒng)、空間關(guān)系與時(shí)空數(shù)據(jù)模型。