金健，任建福，黃景金，楊鄭貝

（1.廣西壯族自治區(qū)自然資源調(diào)查監(jiān)測院，廣西 南寧 530023；2.北部灣經(jīng)濟區(qū)自然資源監(jiān)測評價工程技術(shù)創(chuàng)新中心，廣西 南寧 530219）

自然資源自古以來便是一個國家得以發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，更是人們賴以生存的重要物質(zhì)保障，保護自然資源就是保護和發(fā)展生產(chǎn)力。如何對自然資源進行高效、協(xié)同化的保護、開發(fā)和利用是新時代自然資源管理亟需解決的問題；而在數(shù)字化建設(shè)迅猛發(fā)展的當(dāng)代，對自然資源相關(guān)數(shù)據(jù)進行有序組織和高效管理更是自然資源管理最重要、最直接的抓手之一。自生態(tài)文明體制改革以來，隨著《深化黨和國家機構(gòu)改革方案》的出臺，廣西積極組建自然資源廳，將涉及海洋、森林、草地、濕地、水資源的調(diào)查監(jiān)測職責(zé)重新整合，進而徹底解決相關(guān)部門的數(shù)據(jù)矛盾。同時，自然資源部在三維立體時空數(shù)據(jù)庫建設(shè)、信息化建設(shè)、自然資源調(diào)查監(jiān)測體系構(gòu)建等工作中多次提出，要建成自然資源日常管理所需的三維立體“一張圖”[1]。這就為今后指明了方向，新時期的自然資源數(shù)據(jù)組織、管理將不再以單一的二維物理拼接模式延續(xù)。

本文圍繞廣西自然資源管理需求，以“成熟一個、集成一個、共享一個”的思路整合各類自然資源調(diào)查監(jiān)測數(shù)據(jù)（庫）[1]為最終目標，遵循生態(tài)系統(tǒng)的整體性、系統(tǒng)性及其內(nèi)在規(guī)律，提出了基于“地上地下、陸海相連”的分層分類三維立體時空數(shù)據(jù)統(tǒng)一組織結(jié)構(gòu)[2]。通過三維空間的立體分層體現(xiàn)各類自然資源數(shù)據(jù)之間的邏輯性，通過各層內(nèi)部的自然資源分類突出自然資源成果數(shù)據(jù)管理的重點[3]。

1 自然資源數(shù)據(jù)管理現(xiàn)狀

長期以來，廣西各類自然資源管理均分散組織實施，成果數(shù)據(jù)海量、種類繁多，涵蓋了耕地、森林、濕地、海洋、礦產(chǎn)、草地等各類自然資源相關(guān)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)。同時，各部門、各行業(yè)、各層級基于職責(zé)分工形成了僅滿足自身管理需求的調(diào)查監(jiān)測指標體系和數(shù)據(jù)的組織管理模式[4]；久而久之，導(dǎo)致了數(shù)據(jù)成果分散、語義不統(tǒng)一、內(nèi)容相交叉、指標相矛盾等突出問題，嚴重制約了廣西治理體系和治理能力的現(xiàn)代化建設(shè)。

1.1 數(shù)出多門

經(jīng)過多年的分頭組織管理，同種自然資源在不同管理部門所采用的調(diào)查監(jiān)測指標也不盡相同，如海洋資源在自然資源部門的調(diào)查指標為自然岸線保有率，而在海洋部門的調(diào)查指標主要為海水質(zhì)量狀況、海水富營養(yǎng)化等。存在于同一地理空間的自然資源可能在不同的管理部門被劃分為不同的資源類型，如河流濕地、湖泊濕地在國土三調(diào)中被定義為水系，而在濕地二調(diào)中被統(tǒng)一劃定為濕地；種植園地在國土三調(diào)中被定義為園地，而在森林資源清查中被劃定為林地。同時，同類自然資源的調(diào)查監(jiān)測工作在不同時期起調(diào)的尺度相差甚大，導(dǎo)致數(shù)據(jù)銜接相當(dāng)困難，如濕地一調(diào)的最小調(diào)查面積為100 hm2，濕地二調(diào)的最小調(diào)查面積僅為8 hm2。上述種種問題，嚴重制約了“一張底板、一套數(shù)據(jù)和一個平臺”的建設(shè)[5]。

1.2 數(shù)據(jù)孤島

廣西跨部門、跨行業(yè)、跨層級間的自然資源調(diào)查監(jiān)測成果數(shù)據(jù)始終采用相互獨立的組織管理方式，各類數(shù)據(jù)獨立存儲、各自維護、自行更新，形成物理上的數(shù)據(jù)孤島；同時，由于各部門、各行業(yè)、各層級對自然資源管理需求的不同，導(dǎo)致定義、標準、范圍不一致，形成了邏輯上的數(shù)據(jù)孤島。因此，采集的數(shù)據(jù)間無法互通，調(diào)查監(jiān)測成果不能共享，各類數(shù)據(jù)庫間也無法兼容并用，大大增加了數(shù)據(jù)合作的溝通成本，嚴重影響了廣西自然資源數(shù)據(jù)一體化管理建設(shè)。

1.3 數(shù)據(jù)平臺建設(shè)

經(jīng)過多年的信息化建設(shè)，2012年廣西建成了以國土資源“一張圖”數(shù)據(jù)庫綜合審批、監(jiān)管與統(tǒng)計分析為主的信息數(shù)據(jù)平臺，相繼建設(shè)了28個耕地、礦產(chǎn)、海洋、測繪等國土資源基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)量超過40 TB。近年來，隨著相關(guān)數(shù)據(jù)成果的匯集、整理和不斷充實，實現(xiàn)了用地、用礦、用海等自然資源日常管理的信息化審批和動態(tài)監(jiān)管。

隨著生態(tài)文明體制改革、機構(gòu)改革以及對各類自然資源調(diào)查監(jiān)測要求的不斷提高，為了更好地適應(yīng)生態(tài)文明建設(shè)和自然資源管理的需要，應(yīng)按照更加科學(xué)、簡明、可操作的方式進行數(shù)據(jù)組織模式的重構(gòu)，需在現(xiàn)有國土資源“一張圖”的基礎(chǔ)上，匯集各類差異甚大的自然資源數(shù)據(jù)，利用大數(shù)據(jù)、云計算、三維可視化等先進技術(shù)，建立各類自然資源三維空間上的相互聯(lián)系，實現(xiàn)高效的信息化數(shù)據(jù)統(tǒng)一管理。

2 數(shù)據(jù)統(tǒng)一組織結(jié)構(gòu)設(shè)計

針對廣西自然資源數(shù)據(jù)管理現(xiàn)狀，重點解決數(shù)出多門、數(shù)據(jù)孤島等現(xiàn)實問題，建立多源海量數(shù)據(jù)在物理邏輯上的統(tǒng)一，在三維空間上可關(guān)聯(lián)的組織結(jié)構(gòu)，為自然資源管理提供便利?；诂F(xiàn)有的基礎(chǔ)測繪數(shù)據(jù)搭建三維空間框架，以三維空間位置作為組織和聯(lián)系所有自然資源的基本紐帶；縱向上，實現(xiàn)空間關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)的多層疊加和套合；橫向上，將同一層分為歷史數(shù)據(jù)和現(xiàn)狀數(shù)據(jù)，可展示各類資源隨時間進程的變化情況，且各類資源數(shù)據(jù)之間相互融合、相互銜接；最終形成“縱向有關(guān)聯(lián)、橫向可銜接”的廣西自然資源分層分類時空數(shù)據(jù)統(tǒng)一組織結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)跨部門、跨行業(yè)、跨層級的不同數(shù)據(jù)的有序匯集。

2.1 數(shù)據(jù)分層設(shè)計

分層分類時空數(shù)據(jù)統(tǒng)一組織結(jié)構(gòu)以廣西現(xiàn)有的基礎(chǔ)測繪成果為框架，以數(shù)字高程模型為基底，以高分辨率遙感影像為背景[5]，按照三維空間位置，統(tǒng)籌考慮地下、地表、地上三維立體空間的對應(yīng)方位；縱向上，由下至上依次分為地下資源層、地表基質(zhì)與地形地貌層、地表覆蓋層和管理層；橫向上，通過統(tǒng)一標準、數(shù)據(jù)融合等技術(shù)手段形成各時期的自然資源數(shù)據(jù)成果。通過將廣西自然資源數(shù)據(jù)從多源二維向有組織、有分類、有時間變化的統(tǒng)一三維時空擴展方式轉(zhuǎn)化[6]，形成統(tǒng)一協(xié)調(diào)的支撐自然資源和國土空間開發(fā)利用與保護的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。具體分層設(shè)計結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 廣西自然資源分層設(shè)計結(jié)構(gòu)示意圖

1）地下資源層，包括地表以下的各類自然資源調(diào)查監(jiān)測成果。廣西礦產(chǎn)、地下水資源豐富，目前已擁有多年的地下水、礦產(chǎn)資源等調(diào)查監(jiān)測成果數(shù)據(jù)，還可逐步增加地質(zhì)等調(diào)查成果數(shù)據(jù)。

2）地表基質(zhì)與地形地貌層，根據(jù)目前廣西的調(diào)查監(jiān)測技術(shù)手段，主要包括地質(zhì)調(diào)查、海洋（海底基質(zhì)）調(diào)查、土壤調(diào)查等專項調(diào)查成果，但還需統(tǒng)一空間坐標、數(shù)據(jù)格式等形成基質(zhì)層數(shù)據(jù)；可采用廣西統(tǒng)一的數(shù)字高程模型來表征地形起伏特征。

3）地表覆蓋層，需以國土三調(diào)、地理國情普查成果數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，融合各類自然資源多年的專項調(diào)查、專題監(jiān)測數(shù)據(jù)，主要包括耕地資源、森林資源、濕地資源、草地資源、水資源、海洋資源等。

4）管理層，需根據(jù)廣西自然資源管理現(xiàn)狀和需求具體設(shè)計，包括廣西各級行政區(qū)劃、地名地址、自然資源權(quán)屬界線、生態(tài)保護紅線、城鎮(zhèn)開發(fā)邊界、自然保護地界線、開發(fā)區(qū)界線等數(shù)據(jù)成果。

2.2 數(shù)據(jù)分類設(shè)計

自然資源數(shù)據(jù)分類將在數(shù)據(jù)分層的框架下，綜合考慮數(shù)據(jù)所屬類型、地表覆蓋分類、數(shù)據(jù)時效性等現(xiàn)實應(yīng)用需求，對各類自然資源數(shù)據(jù)進行分類設(shè)計。最終，按照統(tǒng)一的空間參考和分類標準，采用多源數(shù)據(jù)融合技術(shù)將基礎(chǔ)調(diào)查獲得的共性信息層與專項調(diào)查的特性信息層進行空間疊加，建立內(nèi)容完整、標準統(tǒng)一、動態(tài)更新的自然資源數(shù)據(jù)體系[7]。本文重點探討數(shù)據(jù)所屬類型分類。

2.2.1 所屬類型分類

根據(jù)廣西正在進行的各類自然資源調(diào)查監(jiān)測工作和已有數(shù)據(jù)成果，將各類自然資源數(shù)據(jù)分為基底數(shù)據(jù)類、調(diào)查監(jiān)測數(shù)據(jù)類、管理數(shù)據(jù)類、其他數(shù)據(jù)等4個一級類、23個二級類和111個三級類。一級類依據(jù)數(shù)據(jù)資源的用途進行劃分，二級類依據(jù)數(shù)據(jù)資源所屬的資源類型、管理內(nèi)容進行劃分，三級類依據(jù)所開展的各項具體項目內(nèi)容進行劃分[8]。數(shù)據(jù)所屬類型分類組織結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 廣西自然資源數(shù)據(jù)所屬類型分類組織結(jié)構(gòu)示意圖

1）基底數(shù)據(jù)。該類數(shù)據(jù)作為統(tǒng)一空間定位的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，涵蓋了各類基礎(chǔ)測繪數(shù)據(jù)，具體目錄如圖3所示。

圖3 廣西自然資源分層分類組織結(jié)構(gòu)基底數(shù)據(jù)類

2）調(diào)查監(jiān)測數(shù)據(jù)。該類數(shù)據(jù)根據(jù)對應(yīng)的三維空間位置分別放入地下層、地表基質(zhì)與地形地貌層、地表覆蓋層，包括廣西已開展的地下、地表、地上各類資源的調(diào)查監(jiān)測歷史、現(xiàn)狀成果數(shù)據(jù)。具體數(shù)據(jù)目錄如圖4所示。

圖4 廣西自然資源分層分類組織結(jié)構(gòu)調(diào)查監(jiān)測數(shù)據(jù)類

3）管理數(shù)據(jù)。該類數(shù)據(jù)將放入管理層，涵蓋全區(qū)各級行政區(qū)劃管理數(shù)據(jù)、測繪地理信息管理數(shù)據(jù)以及滿足廣西自然資源日常管理所需的數(shù)據(jù)[9]。具體數(shù)據(jù)目錄如圖5所示。

圖5 廣西自然資源分層分類組織結(jié)構(gòu)管理數(shù)據(jù)類

4）其他數(shù)據(jù)。該類數(shù)據(jù)為管理數(shù)據(jù)的拓展補充，基于歷史數(shù)據(jù)、現(xiàn)狀數(shù)據(jù)和管理數(shù)據(jù)的分析與思考，為未來構(gòu)建一個統(tǒng)一且?guī)в猩鐣?jīng)濟和人類活動的自然資源分類要素體系，需進一步有機整合社會數(shù)據(jù)、經(jīng)濟數(shù)據(jù)和人類活動數(shù)據(jù)[10]。信息化社會帶來的大數(shù)據(jù)也為數(shù)據(jù)分類體系提供了城市運行方面數(shù)據(jù)，以用促管，確保數(shù)據(jù)資源管理持續(xù)提效。具體數(shù)據(jù)目錄如圖6所示。

圖6 廣西自然資源分層分類組織結(jié)構(gòu)其他數(shù)據(jù)類

2.2.2 所屬資源分類

在數(shù)據(jù)分層組織設(shè)計的基礎(chǔ)上，結(jié)合廣西自然資源特性，本文根據(jù)國土三調(diào)和地理國情普查等分類標準，進行廣西地表基質(zhì)分類、廣西地表覆蓋分類、廣西土地利用現(xiàn)狀分類和廣西自然地理單元劃定。

2.2.3 數(shù)據(jù)時效分類

為滿足廣西各類自然資源調(diào)查監(jiān)測動態(tài)監(jiān)管的需求，按照時間順序?qū)⒏黝愖匀毁Y源分為歷史數(shù)據(jù)類、現(xiàn)狀數(shù)據(jù)類和規(guī)劃數(shù)據(jù)類。

2.3 基本功能設(shè)計

在自然資源數(shù)據(jù)分層分類組織結(jié)構(gòu)設(shè)計的基礎(chǔ)上，針對各類自然資源數(shù)據(jù)海量、內(nèi)容豐富等特點，為組織模型設(shè)計了高效瀏覽、查詢、分析等功能。具體功能如圖7所示。

圖7 數(shù)據(jù)組織結(jié)構(gòu)功能設(shè)計

2.3.1 海量數(shù)據(jù)加載

本文通過分析廣西自然資源分層分類組織模型每一層的數(shù)據(jù)特點，設(shè)計了各層的數(shù)據(jù)接口，以保證本層內(nèi)的各類數(shù)據(jù)能快速入庫并與統(tǒng)一的空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進行配準定位，且各層級間數(shù)據(jù)互不干擾，實現(xiàn)海量時空數(shù)據(jù)的快速加載。

2.3.2 三維數(shù)據(jù)展示

分層分類時空數(shù)據(jù)統(tǒng)一組織結(jié)構(gòu)是由簡單的二維物理拼接方式向三維立體多尺度多時空模式的轉(zhuǎn)變，將結(jié)合大數(shù)據(jù)處理、UE和CG等平臺開發(fā)技術(shù)，實現(xiàn)多種應(yīng)用場景的三維數(shù)據(jù)快速展示。

2.3.3 數(shù)據(jù)基本操作

結(jié)合自然資源管理的現(xiàn)實需求，對各層各類數(shù)據(jù)均可實現(xiàn)快速瀏覽、屬性查詢、空間定位、統(tǒng)計分析、專題圖制作和動態(tài)更新等操作。

3 技術(shù)難點

本文提出的基于分層分類的三維立體時空自然資源數(shù)據(jù)統(tǒng)一組織結(jié)構(gòu)，是通過建立“地上地下、陸海相連”且相互關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)底板的數(shù)據(jù)組織形式，形成統(tǒng)一協(xié)調(diào)的支撐自然資源和國土空間開發(fā)利用與保護的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。因此，需要采用“專業(yè)化處理、專題化匯集、集成式共享”的方式，從數(shù)據(jù)的獲取方式、組織形式、語義內(nèi)涵等各方面統(tǒng)一標準，同時按照數(shù)據(jù)整合規(guī)范要求，在各數(shù)據(jù)層內(nèi)組織對各類自然資源數(shù)據(jù)進行整合銜接，逐步消除由數(shù)出多門而引起的數(shù)據(jù)冗余、數(shù)據(jù)打架，逐步打破數(shù)據(jù)孤島的壁壘。

3.1 統(tǒng)一標準

本文遵循山水林田湖草是一個生命共同體的理念，深入梳理各類自然資源信息化建設(shè)的相關(guān)標準，結(jié)合國家標準體系，協(xié)調(diào)各類標準之間的矛盾，從邏輯關(guān)系、數(shù)學(xué)基礎(chǔ)、分類體系、分類編碼、術(shù)語定義等方面研究完善了現(xiàn)有的自然資源分類標準、地表覆蓋分類標準、數(shù)據(jù)庫標準、系列技術(shù)標準、規(guī)程規(guī)范等[11]；最終建立了包括網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施、數(shù)據(jù)生產(chǎn)、數(shù)據(jù)成果、系統(tǒng)開發(fā)、應(yīng)用服務(wù)、安全保密等統(tǒng)一的自然資源信息化標準框架體系，重點解決概念不統(tǒng)一、內(nèi)容有交叉、指標相矛盾等問題。

3.2 數(shù)據(jù)銜接

以《自然資源調(diào)查監(jiān)測評價體系構(gòu)建總體方案》和《自然資源部信息化建設(shè)總體方案》為指導(dǎo)，在國土三調(diào)成果的基礎(chǔ)上，研究了國土三調(diào)與各類自然資源調(diào)查監(jiān)測成果數(shù)據(jù)的相互銜接以及各類自然資源調(diào)查監(jiān)測歷史數(shù)據(jù)之間的相互關(guān)聯(lián)銜接，主要解決層內(nèi)數(shù)據(jù)歸類模糊、層間數(shù)據(jù)內(nèi)容交叉等問題，最終集成建庫，形成具有統(tǒng)一空間基礎(chǔ)和數(shù)據(jù)格式的各類自然資源調(diào)查監(jiān)測歷史數(shù)據(jù)庫[12]。

4 結(jié)語

基于分層分類的三維立體時空海量數(shù)據(jù)統(tǒng)一管理模式是新時期生態(tài)文明體制改革、機構(gòu)改革背景下自然資源管理的必然需求，也是推動國土調(diào)查向自然資源調(diào)查升級的必然要求[1]。為進一步研制自然資源分層分類模型，實現(xiàn)廣西自然資源“一張底板、一套數(shù)據(jù)”的綜合應(yīng)用，本文探討設(shè)計了廣西自然資源分層分類時空數(shù)據(jù)統(tǒng)一管理模式，以廣西自然資源信息化現(xiàn)狀為基礎(chǔ)，充分集成并應(yīng)用已有的信息化數(shù)據(jù)成果，重點解決了各類自然資源數(shù)據(jù)融合以及廣西自然資源調(diào)查監(jiān)測標準體系建設(shè)等技術(shù)難點，為切實加快建立自然資源統(tǒng)一調(diào)查、評價、監(jiān)測制度，健全自然資源監(jiān)管體制，打牢數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。