朱曉武，周正玉*，劉 劍，王彥澤

（1.廣東省國(guó)土資源測(cè)繪院,廣東 廣州 510500）

近年來(lái),自然資源部以及各級(jí)自然資源部門開(kāi)展了國(guó)土調(diào)查[1-2]、地理國(guó)情普查[3]、耕地資源摸查、農(nóng)村地籍調(diào)查、濕地調(diào)查和永久基本農(nóng)田核查等各類自然資源調(diào)查,并開(kāi)發(fā)了相應(yīng)的外業(yè)調(diào)查系統(tǒng)[4]。這些系統(tǒng)的調(diào)查任務(wù)各異、調(diào)查內(nèi)容不同,涉及的任務(wù)發(fā)布部門、調(diào)查部門、核查部門也不同,系統(tǒng)間數(shù)據(jù)難以共享,進(jìn)而導(dǎo)致系統(tǒng)研發(fā)時(shí)間長(zhǎng)、項(xiàng)目進(jìn)度慢、數(shù)據(jù)資源浪費(fèi)等。隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、3S技術(shù)、移動(dòng)通信技術(shù)、無(wú)人機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展和日臻完善,移動(dòng)外業(yè)信息采集成為自然資源信息調(diào)查的一個(gè)主要手段[5-6]。本文以普適性為核心設(shè)計(jì)理念,面向自然資源調(diào)查業(yè)務(wù)需求,利用領(lǐng)域驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)（DDD）技術(shù)[7],設(shè)計(jì)了通用性高擴(kuò)展性強(qiáng)集自然資源外業(yè)調(diào)查舉證、上報(bào)審核、數(shù)據(jù)共享于一體的外業(yè)調(diào)查平臺(tái),為日后各類自然資源調(diào)查提供了泛化的零碼組裝技術(shù)框架。

1 總體思路

1.1 現(xiàn)狀分析

自然資源調(diào)查主要是對(duì)土地、森林、草原、礦產(chǎn)、濕地等進(jìn)行調(diào)查,并建設(shè)了相應(yīng)的外業(yè)調(diào)查系統(tǒng),如國(guó)土資源在線巡查系統(tǒng)、高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建后監(jiān)管系統(tǒng)、耕地保護(hù)情況外業(yè)調(diào)查系統(tǒng)、永久基本農(nóng)田疑似問(wèn)題圖斑調(diào)查系統(tǒng)、地理國(guó)情外業(yè)核查系統(tǒng)、國(guó)土調(diào)查外業(yè)舉證與內(nèi)業(yè)核查一體化系統(tǒng)、第三次全國(guó)國(guó)土調(diào)查省級(jí)外業(yè)調(diào)查及舉證系統(tǒng)等。通過(guò)分析發(fā)現(xiàn),現(xiàn)有系統(tǒng)存在的問(wèn)題為:①數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)不一、不易共享,由于不同的管理部門均根據(jù)自身的管理需要制定調(diào)查任務(wù),勢(shì)必導(dǎo)致調(diào)查目的相似、但數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)不一,數(shù)據(jù)難以共享；②系統(tǒng)重復(fù)建設(shè)、資源浪費(fèi),調(diào)查內(nèi)容和流程存在很多相似性,重復(fù)建設(shè),導(dǎo)致人力物力的浪費(fèi)；③系統(tǒng)通用性差、難以擴(kuò)展,系統(tǒng)針對(duì)性比較強(qiáng),缺乏靈活性,不能適用于調(diào)查內(nèi)容或流程發(fā)生改變的調(diào)查任務(wù)。

1.2 業(yè)務(wù)流程

為了解決現(xiàn)有系統(tǒng)存在的問(wèn)題,結(jié)合自然資源調(diào)查特點(diǎn),本文設(shè)計(jì)了面向普適性需求的自然資源外業(yè)調(diào)查平臺(tái),業(yè)務(wù)流程需要貫穿調(diào)查內(nèi)外業(yè)的各個(gè)工序。首先基于調(diào)查任務(wù)相關(guān)的專題數(shù)據(jù)和基礎(chǔ)數(shù)據(jù),通過(guò)數(shù)據(jù)疊加與提取、影像融合與裁切等步驟整理出調(diào)查源數(shù)據(jù)；再對(duì)調(diào)查任務(wù)進(jìn)行項(xiàng)目配置,配置內(nèi)容主要包括調(diào)查源數(shù)據(jù)、調(diào)查模板、審核模式、調(diào)查與審核工作底圖等；然后分配項(xiàng)目外業(yè)調(diào)查員和內(nèi)業(yè)審核員,外業(yè)調(diào)查員負(fù)責(zé)實(shí)地調(diào)查并上傳調(diào)查數(shù)據(jù),內(nèi)業(yè)審核員負(fù)責(zé)審核調(diào)查數(shù)據(jù)；最后根據(jù)權(quán)限設(shè)置對(duì)審核通過(guò)的數(shù)據(jù)進(jìn)行共享。自然資源調(diào)查業(yè)務(wù)流程如圖1所示。

圖1 業(yè)務(wù)流程圖

1.3 技術(shù)路線

首先調(diào)研自然資源領(lǐng)域調(diào)查業(yè)務(wù)需求和特點(diǎn),收集現(xiàn)有系統(tǒng)并綜合分析各系統(tǒng)的共性以及利弊；然后以實(shí)現(xiàn)多種外業(yè)調(diào)查應(yīng)用的零碼組裝為目標(biāo),結(jié)合DDD理念進(jìn)行領(lǐng)域模型設(shè)計(jì),對(duì)多源數(shù)據(jù)訪問(wèn)、可配置化、數(shù)據(jù)防篡改、數(shù)據(jù)交互與共享等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行可行性研究；最后確定系統(tǒng)總體框架和功能模塊,選用開(kāi)發(fā)語(yǔ)言與框架、數(shù)據(jù)庫(kù)和數(shù)據(jù)交互模式,研發(fā)自然資源外業(yè)調(diào)查通用平臺(tái)（圖2）。

圖2 技術(shù)路線圖

1.4 系統(tǒng)架構(gòu)

自然資源外業(yè)調(diào)查通用平臺(tái)的系統(tǒng)架構(gòu)如圖3所示,分為硬件支持層、數(shù)據(jù)層、業(yè)務(wù)邏輯層和表現(xiàn)層4個(gè)部分。硬件支持層包括業(yè)務(wù)服務(wù)器、數(shù)據(jù)服務(wù)器、PC機(jī)、平板電腦、網(wǎng)線、防火墻和路由器等,主要是平臺(tái)運(yùn)行的硬件設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)支撐環(huán)境；數(shù)據(jù)層包括業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫(kù)、移動(dòng)端數(shù)據(jù)庫(kù)、調(diào)查源數(shù)據(jù)和工作底圖數(shù)據(jù)；業(yè)務(wù)邏輯層主要包括系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)交互服務(wù)、跨平臺(tái)的地理數(shù)據(jù)訪問(wèn)底層庫(kù)、各系統(tǒng)開(kāi)發(fā)框架和技術(shù)；表現(xiàn)層為平臺(tái)的具體功能,包括配置與管理子系統(tǒng)、調(diào)查子系統(tǒng)、審核子系統(tǒng)和共享子系統(tǒng)等。

圖3 系統(tǒng)架構(gòu)圖

2 關(guān)鍵技術(shù)

2.1 多源數(shù)據(jù)跨平臺(tái)訪問(wèn)

隨著各地地理空間框架建設(shè)項(xiàng)目的完成,積累了大量的地理空間數(shù)據(jù),建成了各級(jí)地理空間服務(wù)平臺(tái)。在進(jìn)行自然資源調(diào)查時(shí),可調(diào)用這些平臺(tái)的服務(wù)數(shù)據(jù),作為調(diào)查的工作底圖和輔助分析圖層。由于服務(wù)平臺(tái)建設(shè)方不同,選擇的技術(shù)、數(shù)據(jù)訪問(wèn)接口以及返回的數(shù)據(jù)格式都不盡相同。在平臺(tái)建設(shè)過(guò)程中,必須將這些服務(wù)平臺(tái)數(shù)據(jù)整合為標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一的訪問(wèn)接口和數(shù)據(jù)格式[8-9]。本文通過(guò)擴(kuò)展改寫開(kāi)源的ArcGIS API for Javascript和ArcGIS API for Android庫(kù),使其可以統(tǒng)一的接口訪問(wèn)各類地理信息公共平臺(tái)的數(shù)據(jù)服務(wù),并將常用的地理功能集成到庫(kù)中,作為Web端和移動(dòng)端地理數(shù)據(jù)訪問(wèn)和操作的底層庫(kù)（以下簡(jiǎn)稱底層庫(kù)）。

2.2 自然資源調(diào)查任務(wù)的可配置化技術(shù)

自然資源調(diào)查任務(wù)的可配置化技術(shù)是整個(gè)平臺(tái)研究的核心內(nèi)容之一。在分析現(xiàn)有調(diào)查軟件和需求調(diào)研的基礎(chǔ)上,結(jié)合自然資源調(diào)查的業(yè)務(wù)特點(diǎn),平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了調(diào)查對(duì)象、調(diào)查內(nèi)容、調(diào)查審核流程、任務(wù)分發(fā)等可配置化。調(diào)查對(duì)象是調(diào)查圖斑的來(lái)源圖層,主要形式為地圖服務(wù)。首先對(duì)調(diào)查對(duì)象進(jìn)行源數(shù)據(jù)管理,再通過(guò)底層庫(kù)訪問(wèn)數(shù)據(jù)源圖層的源數(shù)據(jù)信息,實(shí)現(xiàn)對(duì)該調(diào)查圖斑的調(diào)用,完成調(diào)查對(duì)象的來(lái)源圖層設(shè)置。調(diào)查內(nèi)容主要包括屬性信息、空間信息、實(shí)地照片和視頻等,屬性信息可設(shè)置字段名稱、別名、類型、是否為空、是否可編輯、默認(rèn)值和值限制等信息以及屬性字段間的限制和邏輯關(guān)系,還可設(shè)置主表內(nèi)容、子表內(nèi)容以及主子表之間的依存關(guān)系等；空間信息主要設(shè)置圖形類型、是否可編輯以及在進(jìn)行圖形分割和融合時(shí)屬性字段自動(dòng)賦值規(guī)則等；實(shí)地照片和視頻主要設(shè)置上報(bào)圖片視頻的數(shù)量和大小。調(diào)查審核流程相對(duì)簡(jiǎn)單,大部分為省、市、縣、鎮(zhèn)四級(jí)直線上報(bào)和多級(jí)審核模式,不會(huì)出現(xiàn)復(fù)雜的分支跳轉(zhuǎn)關(guān)系[10],審核方式包括不可修改審核內(nèi)容的審核方式和可修改審核內(nèi)容的核改方式。任務(wù)分發(fā)是以行政區(qū)劃、部門、用戶的關(guān)聯(lián)關(guān)系為基礎(chǔ),明確地將不同區(qū)域范圍內(nèi)的調(diào)查圖斑分配給調(diào)查用戶和審核用戶。通過(guò)上述配置,每個(gè)任務(wù)單獨(dú)存儲(chǔ)一套業(yè)務(wù)數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)庫(kù)表在用戶配置任務(wù)完成后動(dòng)態(tài)創(chuàng)建[11]。所有配置采用JSON格式與平臺(tái)各子系統(tǒng)進(jìn)行交互。

2.3 防篡改加密技術(shù)

為了保證實(shí)地照片的真實(shí)性,外業(yè)調(diào)查系統(tǒng)必須對(duì)照片內(nèi)容和位置信息進(jìn)行轉(zhuǎn)換,生成驗(yàn)證碼,在數(shù)據(jù)上傳入庫(kù)時(shí)對(duì)照片內(nèi)容和位置信息進(jìn)行驗(yàn)證,以確保內(nèi)容與拍攝位置對(duì)應(yīng),防止人為篡改照片內(nèi)容。平臺(tái)采用MD5對(duì)照片內(nèi)容和位置進(jìn)行加密[12],生成照片驗(yàn)證碼的流程為:①將照片內(nèi)容轉(zhuǎn)換為字符串,再加上位置坐標(biāo)字符串；②利用MD5算法加鹽（salt）方法對(duì)字符串進(jìn)行一次轉(zhuǎn)換生成轉(zhuǎn)換碼；③利用MD5算法加鹽（salt）方法對(duì)轉(zhuǎn)換碼進(jìn)行二次轉(zhuǎn)換,生成最終的驗(yàn)證碼。

2.4 調(diào)查數(shù)據(jù)的共享交換

通過(guò)開(kāi)發(fā)數(shù)據(jù)服務(wù)接口,實(shí)現(xiàn)調(diào)查成果數(shù)據(jù)的共享；通過(guò)設(shè)置查詢條件,數(shù)據(jù)請(qǐng)求者可獲得滿足特定規(guī)則、范圍等條件限制的成果數(shù)據(jù)；通過(guò)數(shù)據(jù)校驗(yàn),對(duì)數(shù)據(jù)交換過(guò)程的字段約束、數(shù)據(jù)內(nèi)容的完整性、一致性等進(jìn)行校驗(yàn),以保證數(shù)據(jù)安全。數(shù)據(jù)服務(wù)接口通過(guò)權(quán)限認(rèn)證技術(shù),調(diào)用調(diào)查成果數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)以JSON格式提供給數(shù)據(jù)請(qǐng)求者,數(shù)據(jù)請(qǐng)求者獲取數(shù)據(jù)后通過(guò)解析JSON字符串即可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享[13]。

3 平臺(tái)實(shí)現(xiàn)

平臺(tái)包括4個(gè)子系統(tǒng)（圖4）,其中配置與管理子系統(tǒng)負(fù)責(zé)系統(tǒng)運(yùn)維管理、數(shù)據(jù)源管理和調(diào)查任務(wù)配置與管理；調(diào)查子系統(tǒng)負(fù)責(zé)實(shí)地調(diào)查舉證；審核子系統(tǒng)負(fù)責(zé)調(diào)查數(shù)據(jù)審核；共享子系統(tǒng)負(fù)責(zé)與外系統(tǒng)的數(shù)據(jù)共享共建。

圖4 平臺(tái)功能結(jié)構(gòu)圖

配置與管理子系統(tǒng)包括區(qū)劃管理、部門管理、權(quán)限管理、角色管理、用戶管理、數(shù)據(jù)源管理、任務(wù)配置、任務(wù)分發(fā)管理等功能模塊。用戶登錄后,根據(jù)不同權(quán)限賦予不同的操作權(quán)限。系統(tǒng)管理員對(duì)區(qū)劃、部門、權(quán)限、角色、用戶和公共數(shù)據(jù)源進(jìn)行管理；任務(wù)配置員對(duì)調(diào)查任務(wù)、工作底圖、調(diào)查模板（圖5）、審核流程等進(jìn)行配置,并分配任務(wù)分發(fā)員；任務(wù)分發(fā)員根據(jù)調(diào)查來(lái)源圖層的行政區(qū)劃代碼字段（分包字段）指定調(diào)查圖斑的調(diào)查員,并根據(jù)調(diào)查記錄的調(diào)查員分配審核員。

圖5 調(diào)查模板配置界面

調(diào)查子系統(tǒng)主要包括項(xiàng)目切換、調(diào)查舉證（圖6）、數(shù)據(jù)分析、進(jìn)度統(tǒng)計(jì)、離線地圖管理和地圖常用工具等功能模塊。調(diào)查舉證是系統(tǒng)的核心功能之一,調(diào)查系統(tǒng)根據(jù)配置與管理子系統(tǒng)的調(diào)查任務(wù)配置獲取調(diào)查任務(wù)的調(diào)查模式、調(diào)查來(lái)源圖層、調(diào)查屬性內(nèi)容、屬性內(nèi)容限制、圖片拍攝限制、圖形修改限制等信息,從而規(guī)定和規(guī)范數(shù)據(jù)采集內(nèi)容。

圖6 調(diào)查舉證界面

審核子系統(tǒng)主要包括項(xiàng)目切換、任務(wù)審核、任務(wù)核改、分析統(tǒng)計(jì)和地圖常用工具等功能模塊。用戶可對(duì)擁有審核權(quán)限的多個(gè)項(xiàng)目中的調(diào)查記錄進(jìn)行審核,也可在多個(gè)項(xiàng)目之間進(jìn)行無(wú)縫切換。調(diào)查項(xiàng)目之間的數(shù)據(jù)都是相互獨(dú)立存在的,各有各的數(shù)據(jù)倉(cāng)和流程,互不干擾。調(diào)查記錄審核界面如圖7所示。

圖7 調(diào)查記錄審核

共享子系統(tǒng)主要包括任務(wù)管理、令牌管理、信息查詢和數(shù)據(jù)交互（圖8）等功能模塊。系統(tǒng)對(duì)調(diào)查完的調(diào)查數(shù)據(jù)資源進(jìn)行令牌管理,持有令牌的用戶點(diǎn)擊數(shù)據(jù)資源列表記錄進(jìn)入源數(shù)據(jù)信息頁(yè),可設(shè)定查詢條件,獲取以JSON格式返回的調(diào)查數(shù)據(jù)。

圖8 共享數(shù)據(jù)交互格式

4 結(jié) 語(yǔ)

在分析調(diào)查現(xiàn)狀與存在的問(wèn)題的基礎(chǔ)上,本文以普適性需求為導(dǎo)向,以零碼組裝應(yīng)用為目標(biāo),采用可配置化的軟件構(gòu)建方法,根據(jù)DDD技術(shù)研發(fā)了集調(diào)查項(xiàng)目配置、任務(wù)分發(fā)、外業(yè)調(diào)查、上報(bào)審核、數(shù)據(jù)共享于一體的外業(yè)調(diào)查通用平臺(tái)；并將其應(yīng)用于廣東省農(nóng)房違建疑似圖斑調(diào)查項(xiàng)目中,取得了較好的實(shí)踐效果。

在下一步工作中,為了提高調(diào)查效率、豐富調(diào)查手段,可從3個(gè)方面開(kāi)展研究和應(yīng)用:①利用卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)[14]、深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)[15]等深度學(xué)習(xí)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法對(duì)各類影像、矢量、實(shí)地照片等數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別與分析,輔助疑似調(diào)查圖斑提取和舉證信息審核；②集成無(wú)人機(jī)技術(shù)、視頻監(jiān)控技術(shù),豐富調(diào)查與監(jiān)測(cè)科技手段；③加強(qiáng)調(diào)查數(shù)據(jù)結(jié)果的綜合統(tǒng)計(jì)分析能力,利用BI[16]技術(shù),通過(guò)對(duì)調(diào)查數(shù)據(jù)進(jìn)行深度和廣度上的延伸應(yīng)用,構(gòu)筑分析統(tǒng)計(jì)模型,挖掘數(shù)據(jù)中的有效信息,為自然資源決策提供信息支持。