孫 炎

(北京新興華安智慧科技有限公司，北京 100070)

0 引 言

中央全面深化改革領(lǐng)導(dǎo)小組審議通過的《自然資源統(tǒng)一確權(quán)登記辦法(試行)》[1-3]指出，堅(jiān)持資源公有、物權(quán)法定和統(tǒng)一確權(quán)的原則，對(duì)水流、森林、山嶺、草原、荒地、灘涂以及探明儲(chǔ)量的礦產(chǎn)資源等自然資源的所有權(quán)統(tǒng)一進(jìn)行確權(quán)登記，形成歸屬清晰、權(quán)責(zé)明確、監(jiān)管有效的自然資源資產(chǎn)產(chǎn)權(quán)制度，服務(wù)于自然資源的保護(hù)和監(jiān)管。

自然資源確權(quán)登記是在不動(dòng)產(chǎn)統(tǒng)一登記的大背景下開展的，兩者都是以土地為共同的登記基礎(chǔ)，以“歸屬清晰、權(quán)責(zé)明確”為共同目的，相比于不動(dòng)產(chǎn)統(tǒng)一登記，自然資源確權(quán)登記的對(duì)象主要是國(guó)有未利用地及其稟賦的水、林、草、礦等自然資源，登記的客體屬性包括位置、類型、數(shù)量、質(zhì)量。

本文從自然資源多源、多尺度的數(shù)據(jù)采集整合出發(fā)、緊扣自然資源調(diào)查、確權(quán)、登記的業(yè)務(wù)流程，通過引入IT、地理信息領(lǐng)域先進(jìn)的技術(shù)應(yīng)用到自然資源確權(quán)登記的具體工作中來(lái)，以確權(quán)成果的應(yīng)用服務(wù)為出口，設(shè)計(jì)了相互聯(lián)系、互有區(qū)別的子系統(tǒng)來(lái)服務(wù)支撐自然資源統(tǒng)一確權(quán)登記工作。

1 平臺(tái)建設(shè)總體思路

根據(jù)統(tǒng)一規(guī)劃、標(biāo)準(zhǔn)先行、分布實(shí)施的總體思路，建立自然資源信息基礎(chǔ)平臺(tái)的整體框架，明確模塊系統(tǒng)之間的關(guān)系。根據(jù)自然資源確權(quán)數(shù)據(jù)庫(kù)試行標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)數(shù)據(jù)整合工具[4]，規(guī)范自然資源數(shù)據(jù)生產(chǎn)流程，針對(duì)自然資源確權(quán)成果的存儲(chǔ)與管理開發(fā)數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)，完善信息管理，圍繞自然資源確權(quán)登記的法定程序構(gòu)建基于工作流的業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)，覆蓋自然資源首次登記、變更登記、更正登記、注銷登記的各個(gè)階段，為達(dá)到自然資源的立體可視化展示效果開發(fā)二維、三維一體化系統(tǒng)，動(dòng)態(tài)加載三維立體模型，直觀立體展示自然資源確權(quán)成果數(shù)據(jù)。引入先進(jìn)的技術(shù)創(chuàng)新行業(yè)應(yīng)用，比如人工智能、航測(cè)遙感、傾斜攝影等技術(shù)手段輔助解決確權(quán)登記中的難題。利用計(jì)算機(jī)深度學(xué)習(xí)算法模型(卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò))，以多源異構(gòu)遙感數(shù)據(jù)(包括大比例尺地形圖、高分辨率正射影像、多光譜衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)、LiDAR點(diǎn)云)為主，結(jié)合人工野外調(diào)繪數(shù)據(jù)，利用自然資源遙感分類系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自然資源分類、數(shù)量和質(zhì)量的智能化提取，全面提升自然資源調(diào)查的效率和精度；利用傾斜攝影測(cè)量技術(shù)進(jìn)行自然資源的三維快速建模，生動(dòng)展示登記對(duì)象的坐落、空間范圍、自然資源分布等真實(shí)情況。自然資源確權(quán)登記信息平臺(tái)技術(shù)架構(gòu)如圖1所示。

圖1 自然資源確權(quán)登記信息平臺(tái)技術(shù)架構(gòu)

2 平臺(tái)總體技術(shù)路線

整個(gè)自然資源確權(quán)登記信息平臺(tái)采用先進(jìn)成熟的技術(shù)架構(gòu)，來(lái)保證平臺(tái)的可持續(xù)性和穩(wěn)定性。采用基于NET框架的ArcEngine組件，結(jié)合空間ETL技術(shù)，開發(fā)與空間數(shù)據(jù)庫(kù)相關(guān)的整合工具和空間庫(kù)管理系統(tǒng)；采用J2EE架構(gòu)工作流技術(shù)，開發(fā)業(yè)務(wù)管理信息系統(tǒng)、登記檔案系統(tǒng)、監(jiān)管服務(wù)系統(tǒng)以及共享接口的后臺(tái)服務(wù)系統(tǒng)。本平臺(tái)采用Spring Cloud作為微服務(wù)框架，利用HTML5和JavaScript開發(fā)前端框架，采用OpenLayer3作為地圖前端開發(fā)引擎，提高了平臺(tái)的靈活性和可擴(kuò)展性，保障了后續(xù)多類型自然資源數(shù)據(jù)的良好接入。

2.1 傾斜攝影技術(shù)

航空傾斜影像不僅能夠真實(shí)地反應(yīng)地物情況，而且還通過采用先進(jìn)的定位技術(shù)，嵌入精確的地理信息、更豐富的影像信息、更高級(jí)的用戶體驗(yàn)，極大地?cái)U(kuò)展了遙感影像的應(yīng)用領(lǐng)域，并使遙感影像的行業(yè)應(yīng)用更加深入。傾斜攝影測(cè)量技術(shù)作為一個(gè)新興的技術(shù)方法在三維建模和工程測(cè)量中有著廣泛的前景[5]。由于傾斜影像為用戶提供了更豐富的地理信息，更友好的用戶體驗(yàn)，該技術(shù)在歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)廣泛應(yīng)用于應(yīng)急指揮、國(guó)土安全、城市管理、房產(chǎn)稅收等行業(yè)。本平臺(tái)的精細(xì)化三維模型主要由傾斜攝影技術(shù)獲取。

2.2 卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)[6]是近年發(fā)展起來(lái)，并引起廣泛重視的一種高效識(shí)別方法。目前已經(jīng)成為眾多科學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一，特別是在模式分類、圖像識(shí)別領(lǐng)域，由于該網(wǎng)絡(luò)避免了對(duì)圖像的復(fù)雜前期預(yù)處理，可以直接輸入原始圖像，因而得到了更為廣泛的應(yīng)用。在自然資源領(lǐng)域，以多源異構(gòu)遙感數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，利用自然資源遙感分類系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自然資源分類、數(shù)量和質(zhì)量的智能化提取。

2.3 ETL技術(shù)

ETL(extract transform load，ETL)是將數(shù)據(jù)從源系統(tǒng)抽取、清洗轉(zhuǎn)換并加載到數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)的實(shí)現(xiàn)過程[7]。ETL工具采用Web Service技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)格式將各個(gè)功能處理模塊封裝成ETL標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)組件。服務(wù)是一種實(shí)體，能夠完成標(biāo)準(zhǔn)的業(yè)務(wù)功能，如FTP、數(shù)據(jù)抽取、數(shù)據(jù)清洗等，通過清晰的定義和松散的耦合可以提高服務(wù)的靈活性。

通過統(tǒng)一ETL調(diào)度引擎，實(shí)現(xiàn)ETL處理過程中各處理流程的統(tǒng)一調(diào)度。本平臺(tái)采用FME作為ETL工具，目的是將政府各部門中的多源異構(gòu)數(shù)據(jù)整合到一起，為自然資源的確權(quán)登記提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

2.4 應(yīng)用工作流技術(shù)實(shí)現(xiàn)流程再造

工作流技術(shù)(workflow)是工作流程的計(jì)算模型，在計(jì)算機(jī)中將工作流程中的工作如何前后組織在一起的邏輯和規(guī)則以恰當(dāng)?shù)哪Ｐ捅硎?，并?duì)其實(shí)施計(jì)算[8]。工作流技術(shù)解決的主要問題是：為實(shí)現(xiàn)某個(gè)業(yè)務(wù)目標(biāo)，在多個(gè)參與者之間，利用計(jì)算機(jī)按某種預(yù)定規(guī)則自動(dòng)傳遞文檔、信息或任務(wù)。工作流管理系統(tǒng)(workflow management system，WFMS)的主要功能是通過計(jì)算機(jī)技術(shù)的支持去定義、執(zhí)行和管理工作流，協(xié)調(diào)工作流執(zhí)行過程之間、群體成員之間的信息交互[8]。

自然資源確權(quán)登記需要進(jìn)行職責(zé)機(jī)構(gòu)整合和工作流程再造，以提升管理能力和治理水平。流程再造工作具有時(shí)間跨度長(zhǎng)、流程多變的特點(diǎn)，采用工作流技術(shù)，自然資源確權(quán)登記系統(tǒng)可以具備適應(yīng)這種“變化”的快速響應(yīng)能力。本系統(tǒng)平臺(tái)采用的是以BPMN2.0流程引擎為核心的Activiti工作流和業(yè)務(wù)流程管理平臺(tái)。

2.5 基于微服務(wù)架構(gòu)的體系結(jié)構(gòu)

微服務(wù)是將一個(gè)大型的單個(gè)應(yīng)用程序和服務(wù)拆分成數(shù)個(gè)甚至數(shù)十個(gè)的支持微服務(wù)，區(qū)別于擴(kuò)展整個(gè)應(yīng)用程序的堆棧，它以擴(kuò)展單個(gè)組件滿足服務(wù)等級(jí)協(xié)議[9]。

基于微服務(wù)架構(gòu)，圍繞業(yè)務(wù)領(lǐng)域組件創(chuàng)建的應(yīng)用可獨(dú)立地進(jìn)行開發(fā)、管理和迭代。在分散的組件中使用云架構(gòu)和平臺(tái)式進(jìn)行部署管理和服務(wù)，產(chǎn)品交付變得更加簡(jiǎn)單。微服務(wù)的本質(zhì)是用一些功能比較明確、業(yè)務(wù)比較精練的服務(wù)來(lái)解決更大更實(shí)際的問題，因此，以微服務(wù)架構(gòu)作為本平臺(tái)的后臺(tái)組織架構(gòu)，進(jìn)行確權(quán)、調(diào)查、登記和共享業(yè)務(wù)的組織開發(fā)更具優(yōu)勢(shì)。本系統(tǒng)平臺(tái)采用目前主流的微服務(wù)框架Spring Cloud。

2.6 基于地理處理API的空間分析開發(fā)技術(shù)

地理處理API提供編寫分布式空間計(jì)算應(yīng)用必要的空間幾何對(duì)象模型、拓?fù)浞治龊瘮?shù)庫(kù)、空間坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換函數(shù)庫(kù)、空間數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和解析函數(shù)庫(kù)等。目前，基于Java的地理處理API有JTS、GeoAPI、GeoTools、ESRI Geoprocessing API(簡(jiǎn)稱ESRI GP)、GDAL OGR等?？紤]到ESRI ArcGIS系列產(chǎn)品在土地信息化領(lǐng)域普及性較高的情況，采用ESRI GP作為地理處理API。但ESRI GP對(duì)投影轉(zhuǎn)換支持不佳，本平臺(tái)同時(shí)引入Proj4投影轉(zhuǎn)換函數(shù)庫(kù)進(jìn)行輔助開發(fā)。

2.7 二維、三維地圖可視化引擎開發(fā)技術(shù)

當(dāng)前常見的B/S端二維地圖可視化引擎有ArcGIS API、Leaflet、OpenLayer、PolyMap等，不同引擎各有所長(zhǎng)。而OpenLayer具有完善的地圖功能、支持三維地球、支持Json格式的瓦片地圖等特性[10]，本平臺(tái)采用OpenLayer3作為二維、三維地圖可視化引擎。

3 平臺(tái)系統(tǒng)介紹

自然資源確權(quán)登記信息平臺(tái)是實(shí)施自然資源確權(quán)登記業(yè)務(wù)，管理登記成果的重要平臺(tái)，主要包括成果數(shù)據(jù)管理、登記業(yè)務(wù)辦理、自然資源共享服務(wù)三大塊。

1) 自然資源調(diào)查數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)。自然資源數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)日常自然資源確權(quán)數(shù)據(jù)的智能化提取、更新。自然資源登記單元編號(hào)、自然資源信息查詢、統(tǒng)計(jì)分析、變更管理、成果檢查、登記專題制圖成果輸出、系統(tǒng)維護(hù)管理、三維空間數(shù)據(jù)管理、全景技術(shù)真實(shí)展現(xiàn)等功能。

2) 自然資源確權(quán)登記業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)。開展以囑托、審核、公告、登簿為主要環(huán)節(jié)的國(guó)有自然資源登記工作，并實(shí)現(xiàn)登記簿與已登記不動(dòng)產(chǎn)權(quán)利的關(guān)聯(lián)。依據(jù)自然資源確權(quán)登記的辦法、程序、規(guī)范等要求，滿足日常自然資源確權(quán)登記業(yè)務(wù)“一站式”業(yè)務(wù)受理，實(shí)現(xiàn)定制化自然資源業(yè)務(wù)流程、全類自然資源類型確權(quán)辦理、自然資源確權(quán)登記審核、定制化自然資源登記簿輸出、自然資源登記簿管理、業(yè)務(wù)辦理量實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)、查詢統(tǒng)計(jì)分析、系統(tǒng)配置和運(yùn)維管理等。

3) 自然資源二維、三維一體化展示系統(tǒng)。采用B/S網(wǎng)頁(yè)瀏覽器方式進(jìn)行訪問，自然資源二維、三維一體化信息系統(tǒng)提供空間量測(cè)分析、矢量數(shù)據(jù)采集、確權(quán)登記信息關(guān)聯(lián)等功能，實(shí)現(xiàn)自然資源單元、土地利用現(xiàn)狀等專題圖層的二維、三維一體化查詢、展示、分析。自然資源空間數(shù)據(jù)和非空間數(shù)據(jù)的一體化查詢統(tǒng)計(jì)，可定制統(tǒng)計(jì)模型。在三維場(chǎng)景基礎(chǔ)上采用圖表形式展示自然資源統(tǒng)計(jì)信息，輔助自然資源調(diào)查工作的開展，同時(shí)輔助指揮者分析決策。

4 數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

自然資源數(shù)據(jù)庫(kù)邏輯上劃分為：調(diào)查數(shù)據(jù)庫(kù)、登記數(shù)據(jù)庫(kù)、監(jiān)管數(shù)據(jù)庫(kù)、共享數(shù)據(jù)庫(kù)、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫(kù)和備份數(shù)據(jù)庫(kù)六個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)。各數(shù)據(jù)庫(kù)之間的邏輯關(guān)系如圖2所示。

圖2 數(shù)據(jù)庫(kù)邏輯設(shè)計(jì)

1) 調(diào)查數(shù)據(jù)庫(kù)：包括空間數(shù)據(jù)、權(quán)籍調(diào)查數(shù)據(jù)，為自然資源登記系統(tǒng)展開業(yè)務(wù)辦理工作提供數(shù)據(jù)支撐。

2) 登記數(shù)據(jù)庫(kù)：自然資源登記數(shù)據(jù)庫(kù)是自然資源登記信息管理基礎(chǔ)平臺(tái)的核心數(shù)據(jù)庫(kù);自然資源登記數(shù)據(jù)從邏輯角度劃分為“審批數(shù)據(jù)”和“登記簿數(shù)據(jù)”兩類;“審批數(shù)據(jù)”登簿之后，形成“登記簿數(shù)據(jù)”。

3) 監(jiān)管數(shù)據(jù)庫(kù)：監(jiān)管數(shù)據(jù)庫(kù)是自然資源確權(quán)登記信息查詢分析系統(tǒng)的核心數(shù)據(jù)庫(kù)，為自然資源登記數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析和查詢提供數(shù)據(jù)支撐。

4) 共享數(shù)據(jù)庫(kù)：共享數(shù)據(jù)庫(kù)是信息共享與查詢服務(wù)的核心數(shù)據(jù)庫(kù)；通過自然資源確權(quán)登記信息實(shí)時(shí)共享功能，與自然資源登記庫(kù)進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)交換。

5) 業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫(kù)：業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫(kù)包括檔案管理等相關(guān)數(shù)據(jù)。

6) 備份數(shù)據(jù)庫(kù)：備份自然資源相關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)，確保自然資源登記數(shù)據(jù)安全。

5 與不動(dòng)產(chǎn)登記平臺(tái)的關(guān)系

5.1 基于不動(dòng)產(chǎn)登記平臺(tái)研發(fā)

自然資源統(tǒng)一確權(quán)登記系統(tǒng)是基于不動(dòng)產(chǎn)登記平臺(tái)研發(fā)建立的統(tǒng)一確權(quán)登記系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)不動(dòng)產(chǎn)登記簿與自然資源登記簿的關(guān)聯(lián)，推進(jìn)自然資源確權(quán)登記的法制化進(jìn)程，推動(dòng)建立歸屬清晰、權(quán)責(zé)明確、監(jiān)管有效的自然資源資產(chǎn)產(chǎn)權(quán)制度。自然資源確權(quán)登記的對(duì)象主要是國(guó)有未利用地及其稟賦的水、林、草、礦等自然資源，登記的客體屬性包括位置、類型、數(shù)量、質(zhì)量。

5.2 一致的建庫(kù)和數(shù)據(jù)管理方式

自然資源統(tǒng)一確權(quán)登記子系統(tǒng)與不動(dòng)產(chǎn)平臺(tái)按照相同的方式進(jìn)行建庫(kù)，按照特定策略組織存儲(chǔ)。建立自然資源統(tǒng)一確權(quán)登記子系統(tǒng)和不動(dòng)產(chǎn)平臺(tái)之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，實(shí)現(xiàn)對(duì)所需的空間信息、屬性信息、登記審批信息、用戶信息等各類數(shù)據(jù)的管理，對(duì)柵格、矢量、三維、屬性表、文檔、多媒體等數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一的管理；滿足數(shù)據(jù)的檢查入庫(kù)、組織管理、查詢檢索、導(dǎo)入導(dǎo)出、數(shù)據(jù)分發(fā)、專題制作、更新維護(hù)等要求。

6 結(jié) 語(yǔ)

自然資源統(tǒng)一確權(quán)登記是一項(xiàng)全新的制度設(shè)計(jì)，其理論體系尚未完善，制度規(guī)范、業(yè)務(wù)體系、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)仍處于摸索階段。本文以自然資源確權(quán)登記試點(diǎn)工作中的信息化平臺(tái)建設(shè)為實(shí)踐，通過引入人工智能(卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò))、傾斜攝影、空間ETL等技術(shù)化簡(jiǎn)調(diào)查確權(quán)的工作難度，提高工作效率。通過運(yùn)用IT上主流的微服務(wù)架構(gòu)、新一代工作流技術(shù)、地理API技術(shù)以及開源的WebGIS開發(fā)框架，同確權(quán)登記工作緊密聯(lián)系在一起，緊扣自然資源統(tǒng)一確權(quán)登記工作的特點(diǎn)，建設(shè)完成自然資源確權(quán)登記信息平臺(tái)，為未來(lái)自然資源的資產(chǎn)管理和生態(tài)監(jiān)管保護(hù)建設(shè)提供了一種探索和實(shí)踐。

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[7] 孫偉,張忠能.ETL架構(gòu)研究[J].微型電腦應(yīng)用,2005,21(3):13-15,1.

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