內外業(yè)一體化的土地資源動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的研究與設計

鄭　波

(上海市不動產登記事務中心,上海　200003)

1　概述

準確掌握土地利用現(xiàn)狀是政府有關土地科學決策和合理規(guī)劃的重要依據(jù)之一。近年來各地經濟快速發(fā)展，人多地少的矛盾日益突出，同時城鄉(xiāng)土地利用狀況處在顯著的動態(tài)變化過程中，以往土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)的時效性較差，調查、更新的工作量大、成本高，同時受限于技術水平，難以及時準確的提供政府決策所需的關鍵數(shù)據(jù)。可見，為了全面、快速、準確的掌握土地利用現(xiàn)狀及其變化情況，亟需建立一套土地資源動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)。

近年來，隨著科學技術的快速進步，數(shù)據(jù)采集方式日新月異，數(shù)據(jù)精度和效率不斷提高，同時海量數(shù)據(jù)的存儲、處理、分析和應用技術也不斷更新，為建設土地資源動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)提供了有利條件。如：1)GIS技術的快速發(fā)展和數(shù)據(jù)庫技術的廣泛應用也為數(shù)據(jù)的存儲、分析、展示提供了更加豐富的平臺和手段。各種基于“大數(shù)據(jù)”和“云”技術的軟件系統(tǒng)、解決方案不斷地出現(xiàn)，使得數(shù)據(jù)的組織、管理更加高效，數(shù)據(jù)的更新和交互更加便捷，成果應用和服務手段更加的多樣[1-3]；2)航空、航天遙感技術迅猛發(fā)展，以其高分辨率、高光譜等特性迅速拓展在民用領域的應用，特別是無人機低空遙感技術更是目前研究的一個熱點[4]，其使用方式靈活，數(shù)據(jù)采集精度高，便于部署等特性，使之成為了土地利用現(xiàn)狀調查和土地資源動態(tài)監(jiān)測的重要手段；3)CORS技術廣泛應用極大的提升了野外測量的工作效率，能夠實時動態(tài)地采集目標點的高精度三維坐標；4)激光掃描儀(LiDAR)能快速、高密度的獲取測量對象的點云數(shù)據(jù)，包括：三維坐標、色彩/灰度信息等[5-7]；5)網絡通訊技術快速發(fā)展改變了以往缺乏可靠、高速傳輸數(shù)據(jù)的無線數(shù)據(jù)通訊手段的狀況，借助3G，4G移動通信技術，土地調查人員可以在調查現(xiàn)場快速的傳回成果，真正意義上的實現(xiàn)動態(tài)監(jiān)測土地利用情況的目標。

在此背景下，上海市規(guī)劃和土地管理部門建立了“發(fā)現(xiàn)—甄別—調查—處置”的土地利用現(xiàn)狀動態(tài)監(jiān)測機制，在整合3S技術、計算機和網絡通訊等技術的基礎上，研究和設計了一套符合上海市情況的內外業(yè)一體化的土地資源動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)。

2　系統(tǒng)設計

2.1　系統(tǒng)設計目標

上海市土地管理信息化監(jiān)測開展較早，在2006年就已建成覆蓋全市的土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)庫，并逐步實現(xiàn)了土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)的更新，但是由于技術水平的限制，數(shù)據(jù)更新的手段單一，時效性較差，尚不能滿足土地資源動態(tài)監(jiān)測的要求，因此上一輪僅僅實現(xiàn)了信息化建設的初級階段，其立足點為將在原業(yè)務模式的基礎上引入信息化手段，未能根本上創(chuàng)新業(yè)務模式和工作機制。

隨著管理思維的改變、科學技術的進步，上海市土地管理部門提出了建設與上海市社會經濟發(fā)展相適應的土地資源動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)。以實現(xiàn)業(yè)務系統(tǒng)的流程可擴展性和數(shù)據(jù)包容性為前提，提出了“硬件多樣，平臺統(tǒng)一”系統(tǒng)設計目標?！坝布鄻印?，是以通用的信息系統(tǒng)和統(tǒng)一的數(shù)據(jù)標準為基礎，為多種數(shù)據(jù)采集設備提供統(tǒng)一平臺；“平臺統(tǒng)一”，強調數(shù)據(jù)處理和管理的后移，更進一步演變?yōu)樵谠贫诉M行物理存儲和物理計算。

2.2　系統(tǒng)設計模型

根據(jù)“硬件多樣，平臺統(tǒng)一”的總體目標，在集成應用云技術，3S技術的基礎上，提出了一種分布式的業(yè)務系統(tǒng)(如圖1所示)。該系統(tǒng)在服務器端實現(xiàn)數(shù)據(jù)的物理存儲和物理計算，并為終端用戶提供應用層的云端服務。在終端實現(xiàn)層,實現(xiàn)外部信息、數(shù)據(jù)的采集，通過云端的業(yè)務規(guī)則驅動的應用服務，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的同步、存儲和處理。

3　硬件系統(tǒng)構成

如前文所述，本文研究的土地資源動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)以服務器為核心，業(yè)務系統(tǒng)提供各項服務、數(shù)據(jù)的存儲、處理。如圖2所示，業(yè)務操作終端、外業(yè)數(shù)據(jù)采集終端通過高速移動通信網絡與服務器連接。業(yè)務執(zhí)行人員，按照項目控制流要求，通過終端完成各單元的工作，在每單元工作完成后，終端自動與服務器進行同步。

矩形框內的為本文提出的集成化外業(yè)數(shù)據(jù)采集終端，以工業(yè)級平板電腦與GPS天線/全站儀組成集成系統(tǒng)，通過無線方式(藍牙)連接；同時采用3G或GPRS網絡模塊提供無線接入環(huán)境，接入集控服務平臺。工業(yè)級平板電腦可操作GPS/全站儀進行定位測量，同時利用自帶攝像頭拍攝取證照片(視頻)，利用網絡接入集控服務器，操作業(yè)務系統(tǒng)。

4　信息系統(tǒng)設計

4.1　基于規(guī)則驅動模型的信息系統(tǒng)設計

在參考現(xiàn)有各類業(yè)務系統(tǒng)設計方式的基礎上，采用規(guī)則驅動(rule-driven)模型進行系統(tǒng)設計。相比現(xiàn)行信息化系統(tǒng)而言，當一項業(yè)務主動或被動(如新技術的引入導致流程變化)發(fā)生變化時，僅需對規(guī)則庫進行維護，以其為基礎生成子單元，進而根據(jù)需求重構業(yè)務單元，即可實現(xiàn)業(yè)務更新。

通過實體對象、事件對象、過程對象的識別和提煉，重構應用系統(tǒng)的業(yè)務模型，主要包括以下幾項內容：

1)規(guī)則提取。對業(yè)務流程進行逐級細分，直至形成原子流程。在原子流程上抽取其業(yè)務規(guī)則，形成原子規(guī)則，而整個業(yè)務體系下的原子規(guī)則全集稱之為規(guī)則庫，是業(yè)務系統(tǒng)的核心。

2)規(guī)則精化。通過對原子規(guī)則的進一步分析，將會發(fā)現(xiàn)一部分相似的規(guī)則通過參數(shù)控制可進一步合并為可重用的原子規(guī)則，這一步是在“從粗到細”細分之后進行的精化，也是對業(yè)務理解的一個提升。

3)原子單元構建。以原子規(guī)則為基礎構建原子單元，每個原子單元由其規(guī)則定義的條件為入口，需求為出口(如圖3所示)，并帶有自檢機制，在這種結構下，出口輸出的需求可能是最終成果，亦可能是其他單元的條件。

4)業(yè)務單元構成。業(yè)務單元是由原子單元構成的有明確業(yè)務功能的功能單元，類似于現(xiàn)行系統(tǒng)的功能節(jié)點。原子單元構成的業(yè)務單元已經能夠實現(xiàn)單一的業(yè)務功能及其涉及的質量控制和角色控制。而業(yè)務單元功能的變化、調整只需通過原子單元的重新組合即可實現(xiàn)，相比當前常見的系統(tǒng)更加簡便、高效。

4.2　規(guī)則驅動下業(yè)務系統(tǒng)的控制流

控制流是業(yè)務執(zhí)行過程中所有可能的事件順序的一個抽象表達，本文提到的原子單元構成業(yè)務單元，最終構成業(yè)務流程的規(guī)則即是對規(guī)則驅動模型下對業(yè)務系統(tǒng)控制流的一個實現(xiàn)。

為滿足土地資源動態(tài)監(jiān)測業(yè)務的動態(tài)性、應急性、時效性要求，本文提出了以項目為單位的，支持動態(tài)編輯擴展的控制流。此控制流具備以下的特性：

1)控制流建立在項目層面，而非傳統(tǒng)的業(yè)務層面；根據(jù)具體項目的情況，可以隨時變更控制流，使之更加符合實際情況。

2)控制流由指定權限(角色)的系統(tǒng)操作人員按需制定、編輯，而非在系統(tǒng)開發(fā)時固化在系統(tǒng)內部。這樣的設計使得系統(tǒng)更易于維護，賦予了系統(tǒng)更大的自由度和生命力，可以隨著需求調整不斷進化。

4.3　規(guī)則驅動下業(yè)務系統(tǒng)的人員角色

基于規(guī)則驅動的業(yè)務系統(tǒng)在設計思路上，業(yè)務實質的抽象畫為目標的，以此為指導建立的業(yè)務系統(tǒng)具有良好的擴展性和動態(tài)組合特性。這類系統(tǒng)中人員角色主要分為三大類：

1)業(yè)務主管，該角色的任務是總體設計。首先，對整項業(yè)務進行細分，得到原子規(guī)則。之后“從粗到細”進行原子規(guī)則的精化，建立原子單元。構建業(yè)務系統(tǒng)的控制流，即將原子單元重組為業(yè)務單元，進一步形成完整的業(yè)務；

2)系統(tǒng)開發(fā)維護人員，該角色的任務是開發(fā)實現(xiàn)。在系統(tǒng)的建立、運行中，不斷的實現(xiàn)業(yè)務主管對一項業(yè)務的設計，系統(tǒng)動態(tài)的滿足業(yè)務需求；

3)業(yè)務執(zhí)行人員，該角色的任務即是業(yè)務執(zhí)行。在業(yè)務系統(tǒng)上，按照業(yè)務控制流的規(guī)定和操作權限制定業(yè)務單元的規(guī)則。

5　控制流實例

根據(jù)規(guī)則驅動模型的設計思想，設計了適合上海市土地資源動態(tài)監(jiān)測實際情況，控制流如圖4所示。

6　結語

本文設計的土地資源動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)綜合運用了3S技術、計算技術和移動通訊等技術，通過軟、硬件的有效集成，實現(xiàn)了業(yè)務流程的可擴展性和具有包容性的數(shù)據(jù)管理方式。

同時，充分考慮了上海市土地利用現(xiàn)狀的特點，以及對土地精細化管理的需要，立足于探索一種精度高、應急快、現(xiàn)勢性強的土地資源動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，進一步整合、優(yōu)化土地調查技術與流程。將對于提高土地現(xiàn)狀調查工作的工作效率和加強土地現(xiàn)狀數(shù)據(jù)的組織管理具有現(xiàn)實意義。