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

吳長彬，孫在宏，吉 波，沈 健

(1.南京師范大學地理科學學院，江蘇南京210046;2.南京國圖信息工程有限責任公司，江蘇南京210036)

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

吳長彬1，孫在宏1，吉 波2，沈 健2

(1.南京師范大學地理科學學院，江蘇南京210046;2.南京國圖信息工程有限責任公司，江蘇南京210036)

土地利用動態(tài)監(jiān)管和違法用地查處是目前國土資源管理工作的重點?；赟OA架構，利用3G手機作為嵌入式GIS終端，以ArcGIS Ser-ver作為服務端地圖發(fā)布工具，設計出土地移動執(zhí)法監(jiān)察系統(tǒng)，可輕便、高效地實現信息的實時動態(tài)采集和傳輸，以及巡查過程和結果的在線監(jiān)控功能。

土地執(zhí)法檢查;3G;嵌入式GIS

一、引 言

隨著經濟的發(fā)展，我國人地矛盾逐步緊張，建設用地量需求與日益減小的土地空間的矛盾尤顯突出。因此我國這幾年重點加強了對建設用地的批后監(jiān)管和違法用地查處等措施，其中依靠3S技術、移動GIS技術等成為有效開展土地動態(tài)執(zhí)法監(jiān)察工作的關鍵手段。

移動GIS包括一系列技術的綜合，如GIS、移動硬件設備(包括智能手機、PDA等輕便設備和個人電腦等)、定位系統(tǒng)(GPS或無線電定位)以及可以接入到固定網絡GIS的無線通信設備等［1］。應用PDA進行數據采集雖然精度高［2］，但成本大、使用復雜;GSM網絡帶寬有限，雖然可以進行巡查定位［3-4］，但難以實現實時、動態(tài)的數據傳輸。隨著3G時代的到來，網絡帶寬的增大，手機將成為一種能夠取代筆記本電腦的終端，電子商務、電子政務正走向移動商務、移動政務，3G手機與GPS的結合必然潛力巨大［5］，將成為移動 GIS應用的主要載體之一。

本文基于面向服務架構(service oriented architecture，SOA)，采用 Esri的 ArcGIS Server作為服務端地圖發(fā)布工具，利用3G手機作為終端，設計了土地移動執(zhí)法監(jiān)察系統(tǒng)。通過土地移動執(zhí)法監(jiān)察系統(tǒng)，使用具有嵌入式GIS功能的3G手機完成用地信息的采集、及時報送等，為違法用地案件提供數據支持，可迅速提高國土資源部門和各鄉(xiāng)鎮(zhèn)國土所的執(zhí)法監(jiān)察水平和效率，改變違法用地找不到、找不準，核查結果錯報、漏報、瞞報［6］的現狀，實現土地利用的動態(tài)管理［7］。

二、架構設計

本系統(tǒng)的架構設計圖如圖1所示。在基礎層，系統(tǒng)基于國土資源的基礎空間數據庫作為定位參考信息，如土地利用現狀數據、土地權籍數據、土地轉征用數據、土地供地數據、航攝影像數據等。執(zhí)法監(jiān)察系統(tǒng)產生的業(yè)務數據主要包括巡查路線信息、巡查信息點信息、執(zhí)法監(jiān)察案件信息等。

圖1 系統(tǒng)總體架構

移動地圖服務部署在面向外網的移動服務器上，并且采用負載均衡的方式。兩臺ArcGIS ServerGIS服務器共同提供負載，其中一臺作為服務器對象管理(server object manager，SOM)發(fā)布和管理移動地圖服務，為移動手持設備提供移動地圖服務下載，另外一臺作為服務器對象容器(server object container，SOC)管理和提供地圖數據，部署在內網。

嵌入式GIS應用是土地移動執(zhí)法監(jiān)察系統(tǒng)設計的主要特點，解決了空間信息的移動應用問題［8］。嵌入式GIS往往把定位位置、數字地圖和相關的地理信息有機結合起來，才能向用戶提供完美的移動地理信息服務［9］。通過3G手機中的嵌入式系統(tǒng)，加載緩存到本地的基礎數據并定位。根據當前位置，同時提供相關瀏覽、查詢和分析功能，輔助相關巡查人員完成相關圖形數據的查閱，為土地的執(zhí)法監(jiān)察工作提供高效和準確的數據支持。其實現的原理如圖2所示，手持移動設備通過GPRS連接移動設備服務器，實時上傳當前設備的地理坐標，完成對正在執(zhí)行巡查任務的手持移動設備的監(jiān)控，最終實現通過對巡查路線和信息的匯總可以統(tǒng)計特定時間段內巡查人員的匯總路線，并與土地利用現狀矢量或影像等空間基礎數據進行疊加顯示。在執(zhí)行土地巡查的過程中，巡查人員可以采集相關疑似違法用地的圖片信息以及相關地塊的坐標信息，并在巡查完成后，上傳到移動設備服務器。

圖2 基于3G網絡的空間信息傳輸原理

嵌入式GIS應用在土地移動執(zhí)法監(jiān)察系統(tǒng)中，可以帶來以下優(yōu)點:①為土地巡查人員提供多種直觀的數據支持，對疑似違法用地的判斷提供依據;②規(guī)范土地巡查人員的巡查路線，準確地考核巡查人員的工作量，杜絕巡查的盲區(qū);③ 通過巡查人員提供的坐標和圖片信息，為執(zhí)法監(jiān)察人員對疑似違法用地案件的定性提供準確依據。

在系統(tǒng)開發(fā)設計上，由于執(zhí)法監(jiān)察子系統(tǒng)采用了Spring框架的控制反轉 IOC容器的方式管理相關持久層和模塊，所以在性能上優(yōu)于傳統(tǒng)的EJB組件?？蛻舳说慕M件采用Ajax的客戶端異步通信方式，圖表組件采用Flex方式開發(fā)，這些組件都是典型的胖客戶端組件，利用客戶端瀏覽器緩存的優(yōu)勢，可以實現較好的客戶端體驗。同時WebGIS應用程序采用FlexAPI的方式開發(fā)，該系統(tǒng)利用金字塔的切片方式，實現了圖片的客戶端緩存，在客戶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體驗。

在移動執(zhí)法子系統(tǒng)中由于采用3G移動無線通信技術，在移動程度上確保了地圖數據下載和數據通訊的性能。同時結合了ArcGIS Mobile的移動地圖緩存和只下載瀏覽范圍的地圖數據的方法，保證了地圖瀏覽的順暢。

三、安全性設計策略

由于土地移動執(zhí)法監(jiān)察系統(tǒng)需要采用3G手機作為手持執(zhí)法監(jiān)察設備，不可避免地需要使用對外發(fā)布的ArcGIS Server地圖服務，如何保障對外發(fā)布的地圖服務的安全性是系統(tǒng)安全性設計的關鍵。

系統(tǒng)采用ArcGIS Server作為對外GIS應用服務，其本身提供了基于安全令牌(Security Token Services)的用戶身份認證方式，主要特點如下:客戶端3G手機通過HTTP訪問ArcGIS Server的Token Services，并提交訪問的用戶名和密碼;Token Services根據用戶名和密碼進入Principal Store(存放用戶名、密碼和角色)，如果身份認證通過，Token Services將返回一個能夠訪問ArcGIS Server的編號(Identity Information)，該編號采用不可逆加密算法;客戶端3G手機根據獲取的Identity通過Web外網去訪問ArcGIS Server;ArcGIS Server會根據Identity去驗證其身份的正確，如果正確則返回GIS Services。如圖3所示。

但是在應用中發(fā)現，3G手機通過Internet網絡訪問Token Services時采用的是HTTP方法，因而通過Internet提交用戶和密碼，存在安全隱患;另外無法實現針對特定手持設備的訪問授權，理論上任何知道用戶和密碼的手機都可以訪問，無法滿足系統(tǒng)的安全性設計需求。為滿足系統(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，用戶通過Internet訪問Security Services，使其支持HTTP安全超文本傳輸協(xié)議，保證移動手持設備訪問Token Services的安全(HTTPS使用端口443，而不是像HTTP那樣使用端口80來和TCP/IP進行通信);并且以Web Services的方式對外發(fā)布?；贖TTP的Web Services不僅能夠確保設備信息的安全性，而且具有一定的通用性，可為其他的移動應用提供安全性設備驗證。

2)增加執(zhí)法監(jiān)察移動設備“白名單”驗證服務，以Web Services的方式實現移動設備有效性的驗證，并在UDS(統(tǒng)一數據服務)中注冊。

3)單獨部署ArcGIS Server的Token Services，將Token Services單獨部署在內網的服務器上，這樣確保了外部的應用無法直接訪問Token Services，而必須通過Security Services驗證后才能獲取有效的Token。

4)Security Services調用UDS中注冊的設備驗證服務進行設備有效性的驗證，如果設備有效，則其調用Token Services返回有效的Token給移動客戶端，而移動設備使用該Token就可以訪問相應的移動地圖服務數據。

圖3 改造后的安全模型圖

四、系統(tǒng)實例

蘇州工業(yè)園區(qū)是一個工業(yè)和信息化都高度集中和發(fā)達的地區(qū)，其土地資源尤其顯得珍貴。本系統(tǒng)的實施使園區(qū)的土地執(zhí)法和動態(tài)監(jiān)管效率上升到一個新的層次。蘇州工業(yè)園區(qū)土地移動執(zhí)法監(jiān)察系統(tǒng)是一個基于多源、多尺度、多時空、多類型的國土資源基礎數據庫，其數據采集格式為MicroStation，通過Oracle Spatial進行調用，最后通過ArcGIS Server進行發(fā)布;數據包含了矢量、影像、表單等多類型數據，土地利用現狀、轉征用、供地等多尺度多年度的業(yè)務信息。

系統(tǒng)主要包括三個子系統(tǒng):數據在線分析展示子系統(tǒng)、執(zhí)法監(jiān)管業(yè)務管理子系統(tǒng)和移動執(zhí)法子系統(tǒng)。其中數據在線分析展示子系統(tǒng)主要負責國土資源基礎數據庫中的數據發(fā)布并進行一系列的在線查詢、分析和數據挖掘，包括數據同步、地圖發(fā)布、查詢統(tǒng)計、專題圖顯示、圖形分析功能;執(zhí)法監(jiān)管業(yè)務管理子系統(tǒng)主要負責管理整個執(zhí)法監(jiān)管業(yè)務，提供執(zhí)法監(jiān)管業(yè)務的監(jiān)控、匯總和分析，包括手持移動設備管理、土地巡查員管理、巡查路線匯總分析、案件辦理、查詢和統(tǒng)計等功能;移動執(zhí)法子系統(tǒng)主要協(xié)助土地巡查員實地完成各種違法用地的監(jiān)管工作實時地圖、監(jiān)管任務、數據上報、信息公告、數據更新等功能。系統(tǒng)運行界面如圖4所示。

圖4 土地利用執(zhí)法監(jiān)察系統(tǒng)實例圖

五、結束語

3G通信技術的應用和普及將使得一些需要較大帶寬進行實時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手機作為土地移動執(zhí)法監(jiān)察的終端，數據實時傳輸也基于3G通信網絡，并重點設計了數據的安全性策略;在架構設計上，采用先進的SOA架構，充分考慮了多源數據和異構系統(tǒng)的整合，可集成桌面、瀏覽器、手機等不同終端的應用，具有高可擴展性。該設計模式和系統(tǒng)的成功應用對其他地區(qū)具有較高的推廣和借鑒價值。

［1］熊慶文，邊馥苓.基于嵌入式數據庫系統(tǒng)的移動GIS應用體系結構研究［J］.武漢大學學報:信息科學版，2006，31(1):86-89.

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

［5］閆興華，王學敏，董爵蘭，等.基于GPS在3G時代應用的分析［J］.測繪與空間地理信息，2009，32(3):173-175.

［6］歐陽光，王小明，楊惠安，等.3S技術在土地執(zhí)法監(jiān)察中的應用［J］.測繪通報，2009(11):64-67.

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

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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

吳長彬(1977—)，男，福建仙游人，博士，講師，研究方向為GIS、土地信息系統(tǒng)、空間關系與時空數據模型。