夏津县国土空间基础信息平台系统设计及关键技术

马春莹

(夏津县自然资源局，山东 德州 253200)

0 引言

国土空间基础信息平台建设是落实国务院印发的《全国国土规划纲要(2016—2030)》的重要工作部署，是推进国家治理体系和治理能力现代化的要求，同时也是促进信息共享、资源整合的需要[1]。国土空间基础信息平台，能够最大限度地挖掘国土空间数据资源潜力，加快建立利用数据“说话、决策、管理、创新”的新机制，充分发挥国土空间“底图、底板、底线”的作用，全方位动态监测国土空间开发利用活动，有力支撑政府各部门的科学规划并全面提升政府管理决策水平[2]。

按照部署，夏津县国土空间基础信息平台(以下简称平台)项目于2020年12月正式启动建设，目前，该平台已通过验收并正式上线试运营。该平台以夏津县各类自然资源数据为基础，聚合集成各类国土空间相关数据形成了一套符合国家、省标准的自然资源数据体系，并在此基础上形成了夏津县自然资源“一张图”，为各类与国土空间相关的规划、管理、决策、服务等提供技术支撑。同时，国土空间基础信息平台将作为全局数据的统一出入口为夏津县各相关职能部门提供数据服务，从而实现自然资源数据共建共享，并保障各类信息数据安全，实现政务办公高效集约自主化，助力“数字夏津”建设。

1 系统设计

1.1 系统总体架构

平台整合和接入了遥感、基础测绘、土地、矿产资源、地质、不动产、环保等信息资源，共享住建、水利、林业、发改、交通、环保、农业等部门的国土空间相关信息，同时强化数据资源在采集、存储、应用和共享等环节的安全保护，实行数据资源的分类分级管理，并制定安全运维管理制度和应急管理措施。在充分考虑县级自然资源信息化基础薄弱的实际情况下，采用市县统筹部署模式满足平台纵向连通、横向衔接的建设要求，市级层面统筹全域自然资源一张图数据资源体系建设，搭建平台主中心，构建平台统筹治理、统一服务的应用支撑；县级构建子节点，通过平台进行数据上报汇交与服务申请。最终建成了开放共享、安全可靠、贯穿市、县两级和部门联动的分布式国土空间基础信息服务平台[3]。该平台从上到下分为4层，系统总体架构如图1所示。

图1 系统总体架构图

(2)信息资源服务层：建立大数据仓库管理系统，对国土空间基础数据资源进行统一管理。

(3)平台资源服务层：为上层应用服务提供统一应用分析服务。

(4)应用服务层：构建共享开发、应用、管理平台，为门户、政务、监管和互联网提供服务。

1.2 系统数据库设计

自然资源涵盖广泛，包含全域全要素的地表、地上、地下各类数据[4]，如：数字高程模型、遥感影像、地表覆盖、地表基质、地质体、地下管线、地下构筑物、业务管理。夏津县国土空间专题数据有以下3类：

(1)现状类数据：反应土地资源、矿产资源、水资源、森林资源等资源现状。包括土地利用现状、农村集体土地所有权、林地变更、第二次地名普查等。

(2)规划类数据：是在自然资源管理中的空间管控类数据。包括乡级土地利用总体规划、城市总体规划、永久基本农田、矿产资源规划、生态保护红线等。

(3)管理类数据：是自然资源业务管理、审批工作实时生成的，包括建设用地审批、矿业权审批、补充耕地项目审批等。

平台建设中将上述要素全部进行立体化展示，已有二维数据升维可视化，已有三维数据，包含倾斜摄影、高精度三维模型、BIM、点云等融合可视化。可视化完成后通过采用飞行、半透明、卷帘等多种方式直观掌握区域内地形地貌、土地覆盖以及地下空间赋存情况，从而为后续的分析应用打下数据基础[5]。同时按照“物理分布、逻辑一体”的技术路线，基于统一的数据格式、统一的时空基准、统一的注册接入，对跨部门、跨业务的数据进行整合与接入。在三维立体自然资源“一张图”数据框架下，接入了基础地理、卫星遥感、第三次国土调查、国土空间规划数据库、不动产登记、永久基本农田、地理国情监测、土地管理、矿产管理等数据，初步建立了自然资源“一张图”核心数据库[6]，平台数据架构如图2所示。

图2 平台数据架构图

1.3 系统功能设计

(1)平台门户：是了解平台的窗口，也是使用平台的入口[7]。平台门户通过统—的身份认证，确保平台的安全，同时提供新闻动态、热门数据、最新数据、数据资源、应用案例等内容，便于用户快速了解平台内容。

目前4K与8K逐渐成为人们选购电视产品的主流选择。原因是随着视像行业技术的不断进步与网络信号传输速率的提高，人们对于高画质的需求在技术上已经能够得到满足。4K分辨率能够为用户带来相比1080P多4倍的像素显示，图像边缘更加锐利，细节丰富，8K技术也在不断提高过程中，部分电台、机构已经开始针对性开发8K摄录技术并开始试播。

(2)数据中心：是用户了解平台成果资源、在线应用平台的窗口，主要提供平台各类数据资源的统一展示、查询、分析等应用[8]。用户可以按需选择数据资源进行叠加分析、对比分析、关联分析以及统计分析等，定制“我的地图”，制作单值固、分段图、热力图、蜂巢图、聚合图等。

(3)应用中心：是辅助自然资源相关部门人员日常工作的工作平台，主要围绕规划应用、审批应用、监管应用、决策应用等领域，提供多类在线应用的工具[9]。规划应用：提供多规叠加分析、主要控制线分析、人口预测、用地情况预测等工具。审批应用提供项目合规性分析、项目选址分析、重复批地审查、重复供地审查、地类占用分析、矿产资源压覆审查、建设用地预审审查、探矿权审批审查、采矿权审批审查、建设用地审批审查、查土地征收审批审查等工具。监管应用：提供三条红线保护情况分析、土地资源总体情况监测等工具。决策应用提供耕地保护情况分析、土地供给情况分析等工具。

(4)服务中心：将平台的数据、功能封装为服务接口，面向部门开发用户，提供便捷的服务，方便应用系统的快速搭建[10]。通用服务提供地图服务、数据服务、空间分析服务、统计报表服务、专题图制作服务等通用服务。应用服务将应用中心相关工具进行封装后向用户提供相关应用服务，具体提供规划应用服务、审批应用服务、监管应用服务、决策应用服务等内容。

(5)运维管理：运维管理是全面掌握、管理、监控各部门用户对平台使用情况的窗口[11]，面向管理人员提供服务资源管理、数据资源管理、目录管理、权限管理、平台配置、指标和模型管理等工具。

(6)数据管理：是对国土空间数据进行统—管理与应用的平台[12]，面向数据管理人员根据不同数据类型，如基础地理数据、国土三调数据、地理国情普查数据以及规划数据、管理数据、社会经济数据等，提供数据采集抽取工具、数据检查处理与入库工具、数据导入导出与格式转换工具、数据管理工具等，适应多类型数据处理、质检、入库更新与管理的需要。

2 关键技术

2.1 基于大数据的空间数据管理技术

当前，在“山水林田湖草”的生命共同体思想指引下，无论是国土空间规划，还是自然资源管理正步入大数据时代，数据类型不断延展、数据量持续增加[13]。大数据管理、大数据挖掘等问题日益受到行业关注，大数据应用成为行业信息化建设一个新的热点、重点。在国土空间基础信息平台建设中，必须把大数据管理能力作为一个重要技术指标。大数据管理主要分为数据采集、数据预处理、数据存储、数据安全和管控等模块[14]，通过对数据质量、数据安全、共享开放、隐私保护、流通管控为各项业务应用提供高质量的数据输入，并实现对数据进行全生命周期的完善管理，让多源融合的大数据资产“进得来”“管得住”“出得去”(图3)。

图3 空间数据管理

平台建设中充分利用大数据的空间数据管理技术，提供非业务环境下现状数据和规划管控数据的数据提取、数据质检、数据入库、数据更新和历史数据管理功能，通过对大量空间数据的转换入库、集成管理和共享应用，提高空间数据的质量、信息含量和应用层次，提供有力的空间数据服务保障，确保各类空间数据遵循“进得来”“管得住”“出得去”，为国土空间规划乃至自然资源的相关应用系统提供坚实的数据支撑。同时平台将IT大数据技术融入空间数据管理、空间分析、流数据处理与可视化等方面，基于分布式空间数据引擎，提供密度分析、聚合分析等空间大数据算子，叠加分析、缓冲区分析等经典空间分析算子[15]，支持10亿级数据快速发布与实时渲染，提供二维、三维、动静态兼具的可视化效果，为国土空间规划编制、实施监督等提供更快更强的应用支撑。

2.2 基于微服务架构和云服务管理的支撑技术

国土空间基础信息平台将为整个国土空间的业务提供“底图”、“底线”和“底板”的作用，需要同具体的业务衔接起来，通过平台向外提供相关服务[16]。因此，需要建立强大的云管理和服务平台，提供敏捷、灵活的资源服务支撑，从而满足业务应用的多变性。平台采用分布式、云计算等先进技术，基于MapGIS大数据与云平台(I2GSS)，搭建出“1+1+N(即1个大数据中心+1个云管理与服务平台+N个应用服务)”模式的国土空间基础信息平台，实现国土空间基础信息的共建共享、纵横联通、深度融合(图4)。云管理与服务平台作为整个平台的运维管理后台，独创高性能服务引擎、大数据引擎和应用集成引擎三风智能运化工具箱，从数据、服务、应用三个维度满足用户高性能集群并发调度、大数据分析展示和应用快速部署的需求[17]，同时对平台运行状况提供全方位、动态可视化智能监管，从而保障平台持续高效的运行。平台汇集相关服务，向其他业务系统提供数据资源服务和专题应用对接，打通了部门之间的数据链路和应用链路，并由统一标准服务提供给其他异构系统。该平台接入和对外提供的服务包括数据服务、基础服务、专题服务和定制服务。数据服务主要包括数据浏览、查询和信息共享服务；基础服务主要包括统计报表、国土空间分析以及专题图制作服务；专题服务包括规划编制、行政审批、资源监管、决策支持、资源评价等主题的服务；还有针对具体应用的定制服务等。

图4 云管理和服务平台

2.3 统一门户管理和统一运维管理技术

平台涉及到的数据、应用种类繁多，其用户的统一登录和安全防范是应用整合的重难点之一，该平台在建设中将统一门户管理纳入国土空间基础信息平台，在统一应用管理基础上，融入统一身份、统一认证、统一授权、统一审计的4A(Account、Authentication、Authorization、Audition)安全护盾，实现对各种应用系统的有效整合[18]，并满足基于等保三级的应用安全保障，帮助用户完成用户、机构、权限、审计日志等的统一管理以及三权分立，从而在做到有效的应用安全保障的同时，也提升了管理效率并规避了权力的滥用。同时，平台通过统一运维管理，可以更好的管理和维护系统的运行，实现用户组织机构管理、角色权限的分配，还能针对不同服务、应用以及专题进行个性化的配置，实现用户资源权限的分层分级管理，使不同层级的用户拥有不同的管理职能和资源权限，灵活地应对管理需求和组织、人员调整所带来的变化[19]。此外，平台还可以通过自动化监控，将系统故障的事后处理升级为系统风险的事前预防(图5)。基于统一门户管理和统一运维管理技术，平台实现了不同应用中的统一管理和安全防护，而且也灵活应对了管理需求和机构变革。

图5 统一门户管理和统一安全防护

3 结语

国土空间基础信息平台建设是实施“数字赋能”行动，提升整体智治自然资源信息化水平的基础性工作。夏津县国土空间基础信息平台经试运行测试，系统功能完善，运行稳定，满足了全县自然资源和规划系统业务应用需求，为全县国土空间规划编制和自然资源各项工作开展提供了基础支撑。

(1)在管好用好国土空间基础信息平台的基础上，按照空天地一体化综合指挥模式，进一步拓展国土空间基础信息平台功能，加快推进国土空间基础信息平台二期建设，开展三维实景一张图展示、应急指挥调度、一码管地场景、历史文化名城管理场景等跨部门、跨行业应用场景建设。

(2)围绕新一代信息技术与规划资源业务深度融合这条主线，逐步实现规划资源工作可视化、可验证、可预测、可学习、可决策，使管理更聪明、更智慧，推动规划资源工作提效能、扩功能、增动能。

(3)加快构建全方位、全过程、全领域的信息化支撑服务体系，推进自然资源管理全业务协同，全面赋能自然资源治理能力和治理水平现代化。