关于自然资源调查应用分析系统设计与探索.pdf

102 Vol.40,No.2February,2024第 40 卷第 2 期2024 年 2 月IT REPORT0 引言2020 年 1 月 17 日，自然资源部实施印发了自然资源调查监测体系构建总体方案12，要求坚持以空间信息、人工智能、大数据等先进技术为手段，构建高效的自然资源调查监测技术体系。创新性提出要建设调查监测数据库，构建自然资源日常管理所需的“一张底版、一套数据和一个平台”，便于更好地对自然资源实现分类分层模式管理，确保自然资源调查监测成果一体化展示。由此关于自然资源调查应用分析系统设计与探索王晓东，赵璞，张金龙，王仑，方娇（中国地质调查局廊坊自然资源综合调查中心，河北廊坊065000）摘要：随着信息化技术的不断发展，GIS 数据库技术得到了广泛运用。基于生态文明建设和履行自然资源“两统一”职责需要，构建自然资源调查监测体系迫在眉睫。本文针对自然资源综合调查监测数据库的需求进行了分析，围绕数据库建设思路和建库流程初步编制了数据库技术要求与标准规范，利用现有基础地理信息数据，以及森林、草原、湿地、地表基质、海岸带等自然资源数据开展了系列技术实验，设计了应用分析系统，以期能够支撑自然资源“一张图”建设和地球化学“一张图”建设并提供数据服务。关键词：信息化；GIS 数据库技术；自然资源调查中图分类号：TP399文献标志码：A文章编号：1672-4739（2024）02-0102-04Design and Exploration of an Application Analysis System for Natural Resource SurveyWANG Xiaodong，ZHAO Pu，ZHANG Jinlong，WANG Lun，FANG Jiao（Langfang Natural Resources Comprehensive Survey Center of the China Geological Survey,Langfang 065000,China）Abstract：With the continuous development of information technology,GIS database technology has been widely used.Based on the construction of ecological civilization and the need to fulfill the two unifications of natural resources,it is urgent to construct a natural resource survey and monitoring system.This article analyzes the requirements for a comprehensive survey and monitoring database of natural resources.Based on the database construction concept and process,the technical requirements and standard specifications for the database have been preliminarily formulated.A series of technical experiments have been conducted using existing basic geographic information data,as well as natural resource data such as forests,grasslands,wetlands,surface quality,and coastal zones.An application analysis system has been designed,In order to support the construction of one map of natural resources and one map of geochemistry,and provide data services.Keywords：information technology；GIS database technology；natural resource survey体现自然资源调查监测成果共享和应用的重要性。GIS 数据库作为成果共享和应用的关键,其在自然资源调查监测成果领域应用广泛，应用场景、形式丰富，应用人群多变。为了充分保障自然资源调查监测成果是否可以在不同人群和不同应用情况下实施，需要充分发挥基础性“底图”作用，并对其相关数据存储、计算、组织和应用进行相应研究，这样可以更好保证自然资源调查监测成果的准确性和高效性。目前，自然资源调查监测体系的构建已经得到初步建立，需要根据相应需求逐步完善。而GIS 数据库作为监测成果共享和应用的手段，是必不可少的。鉴于此，本文在自然资源综合调查数据库建设需求的基础上，设计了应用分析系统建设流程和设计步骤，对数据库系统建设的关键环节进行了分析探讨，并基于汇聚的各类数据开展了建库测试实验25。1 需求分析数据库涉及的数据来源广、类型多、数据量大、关收稿日期：2024-01-21作者简介：王晓东（1989.09-），男，汉族，山西长治人，本科，助理工程师，研究方向：信息技术。通讯作者：赵璞（1989.11-），男，汉族，河北石家庄人，硕士研究生，中级工程师，研究方向：信息技术，。103 Vol.40,No.2February,2024第 40 卷第 2 期2024 年 2 月IT REPORT系复杂，若要实现研究区多源、多维、异构、海量地质数据的有序、高效管理，必须首先对这些数据按各种方式进行分类。目前，支持地质信息系统建设的信息技术大多方面已经较为成熟，关键是数据规范化整理问题有待完善。自然资源综合调查是一项新的任务，涉及土地、矿产、森林、草原、水、湿地、海域海岛等各类自然资源。根据自然资源日常管理所需的“一张底版、一套数据和一个平台”的要求，需要规划自然资源综合调查数据库体系，制定自然资源综合调查数据库标准规范，建成自然资源综合调查数据库。充分而系统收集地表基质层调查、森调、草调、海洋资源调查、湿地资源调查等自然资源调查项目的资料数据，依据规范化标准进行数据的清洗、整合和集成十分必要。1.1 功能需求自然资源综合调查数据既包括遥感影像、调查数据等空间数据，又包含扫描图件、照片、汇总表格、文字报告等非空间数据，类型多样，格式复杂，数据规模庞大。根据自然资源部自然资源三维立体时空数据库建设总体方案要求，系统建设需要满足对各类自然资源数据的汇聚整合、统筹管理、分析应用、共享服务等应用需求。其中汇聚整合方面需具备数据编辑、数据逻辑关系构建、数据标准化以及数据质检等功能；统筹管理方面需具备数据入库、数据更新、数据备份恢复、数据编辑制图等功能；分析应用方面需具备数据查询浏览、数据统计汇总、数据应用分析等能力。1.2 非功能需求软件平台非功能需求主要包括软件平台安全需求、性能需求、扩展性需求、易用性需求、健壮容错性需求等。1.2.1 软件系统安全需求软件系统必须满足三级等保标准，采用符合国家保密规定的国产加密算法，设置安全管理与备份恢复机制，满足系统、数据安全的要求。1.2.2 软件系统性能需求主要包括数据浏览、查询、分析等性能需求。其中数据浏览方面支持矢量地图服务的快速发布，可以达到浏览刷新时间在千人级用户并发，1 秒内完成刷新。对于矢量图层，可实现空间要素实时过滤时间不超过 2 秒，属性查询时间不超过 1 秒等。1.2.3 软件系统扩展性需求软件系统需具备可扩展性，支持系统版本升级，可自动兼容和保留低版本数据，软件需支持各个功能模块的扩展、抽取以及第三方组件的嵌入，需支持与现有业务系统集成或对接。1.2.4 软件系统易用性需求系统界面及菜单按钮等标识简洁明了，便于用户快速找到所需功能；系统操作需简单易用，满足用户习惯，应尽量提高自动化程度，减少用户手动输入；系统应具有用户手册、操作指南和帮助文档，使用中需有完善的提示信息。1.2.5 健壮容错性需求在软件使用过程中，由于硬件出现故障或其它原因造成系统暂时性的中断后系统重新启动时，能够保证平台将原有的数据快速恢复，使继续运行下去。在数据库设计时，由软件自动（默认）或人工对重要的数据进行定期的备份，并做有备份日志，使用户能够快速地自动将数据从故障处恢复。2 数据建库流程完整的建库流程包括了数据采集-数据汇聚-数据清洗-数据入库-数据发布等流程，聚焦已采集数据，因此不涉及数据采集步骤。并初步形成了数据库相关标准规范初稿，为今后自然资源综合调查项目数据采集、汇聚、建库提供了参考方案，更好支撑自然资源部自然资源一张图建设。具体数据建库流程如图所示。图1 数据库建设流程2.1 数据汇聚根据数据库内容设计，收集公开发表的基础地理数据和各自然资源综合调查项目形成的原始和成果数据，做好入库前数据准备。鉴于各类数据分布于不同区域不同单位，实际建设中要研究数据库的运行部署问题，以及在确保数据安全的前提下，研究数据汇聚更新机制。2.2 数据清洗按照数据库技术要求对收集到的数据进行标准化处理，包括基准格式统一（空间参考系、数据格式、数据命名组织结构等），数据分类和编码统一，字段语义统一等步骤，初步形成标准入库数据包。然后依据数据质检细则 104 Vol.40,No.2February,2024第 40 卷第 2 期2024 年 2 月IT REPORT对矢量数据、影像数据、表格数据、文件数据进行入库前质量检查，包括数据完整性、属性结构一致性、逻辑一致性、空间拓扑及非空间要素的检查等，确保入库数据符合质量要求。矢量数据清洗：包括矢量数据坐标转换、矢量数据格式转换、矢量数据投影转换、矢量图层结构规范化等；影像数据清洗：包括影像数据坐标转换、影像数据投影转换、影像数据校正等；表格和文档数据清洗：包括文件格式转换、文件名称批量修改等；矢量和影像的元数据清洗：包括根据标准模板对汇交的元数据进行批量检查、比对、修改。2.3 数据入库区分不同格式数据按照不同方式分别进行入库。入库后对入库数据进行复查，确保入库数据的正确性和完整性。影像数据：将整理后不同分辨率、不同区域、不同年份影像数据，进行数据融合后入库，建立金字塔等索引机制，并完成影像元数据入库。矢量数据：利用矢量入库工具，采用批量入库的模式，将其入库至自然资源综合调查数据库中。表格数据：使用 navicat 数据库管理工具直接导入标准化表格类数据。文件数据：使用 xshell 等文件传输工具，上传至服务器指定目录，在关系型数据库中建立索引。2.4 数据发布入库数据检查无误后利用数据中台进行数据服务配置发布工作。主要包括影像数据的切片服务发布和需要展示数据的内容、组织结构、符号库、属性字段及相关联的图片文件等配置发布。3 系统设计应用分布式、云计算、大数据分析、二三位一体化等技术，规划了整体系统架构，包括支撑环境层、数据库层、中台层、业务应用层和前端展示层，同时，系统运维与信息安全体系为业务系统提供运行保障，全面支撑业务应用运行。系统建立在数据采集、管理、处理、分析和输出等基本功能的基础上，利用空间分析技术、模型分析技术、网络技术和集成数据库技术提取并丰富了更多相关功能，构建地理坐标系统、操作程序和拓扑结构模型，来全方面对地理空间相关的空间数据进行输入、存储、处理、分析。3.1 确定 GIS 数据库软件，协助数据存储、整理和管理等功能GIS 数据库可以在计算机中长时间工作，且具备良好选择和整理以及存储管理数据的作用。GIS 数据库具备独立支持共享和建立数据支持的能力，满足了自然资源综合信息系统的需求。因此，有必要运用 GIS 数据库技术来处理各类数据信息，为地质调查人员提供数据支撑。3.2 加强系统设计并完善其功能为保证各类自然资源综合调查数据按需调用、高效调用，打破业务不直面数据、数据不了解业务、需求不及时响应的隔阂，保证各业务部门都能在统一的数据驱动下协同办公，采用“业务数据化、数据业务化、业务服务化”的中台思想，构建数据中台、业务中台和基于双中台的自然资源统计、分析和展示的功能服务，设计完成了应用分析系统。4 系统模块结构应用分析系统数据中台业务中台数据统计数据分析数据展示自然资源调查监测基础指标体系建立自然资源调查监测定制指标体系建立自然资源调查监测自定义指标体系建立自然资源现状分析自然资源变化情况及发展分析自然资源生态环境分析在线地图展示大屏可视化展示动态图表展示二三维一体化展示项目实时监管调度展示图 2 应用分析系统模块结构应用分析系统主要完成数据中台、业务中台和展示、统计、分析模块开发，提供了数据和服务的管理、配置和发布，各类数据的统计、分析和二三维展示等功能。4.1 数据中台和业务中台提供统一数据和服务管理，便于数据运维人员对数据、地图、服务、文件、用户进行一站式配置运维管理。搭建了大数据框架，建立了流程设计器，集成了大数据分析算子，提供数据分析流和业务流的定制。4.2 统计提供按项目类型、行政区划多指标统计分析能力。基于行政区、年份进行数据检索，按照可交互的空间分布图、饼状图、环形图、柱状图等可视化展示方式，实现某区域不同数据类型占比、年度汇交概况、当前数据情况、汇交单位分析等内容的直观表达。4.3 分析属性分析支持在地图上绘制任意矩形或多边形，对选中的数据内容进行统计分析，并对分析结果进行图表展示，还支持对统计分析内容进行图表导出。该功能支持用户对对任意范围内森林蓄积量、草地生物量等指标信息进行分析，并对分析结果进行图表展示。4.4 三维展示在应用分析系统中建设了三维引擎，构建三维模式下的基础分析能力，实现了三维飞行、天际线分析、三维模型展示、天空盒、分屏、卷帘和时空浏览等功能(本文仅展示部分功能)。三维飞行：三维场景中特有的动态效果，系统根据预制好的路线，自动在三维场景中进行漫游浏览，实现身临其境的效果。天际线分析：天际线又称城市轮廓或全景，是由各种地形地貌和标志性地物等构成的以天空为背景的轮廓线。系统实现了天际线绘制与分析功能，从任意视角快速绘制 105 Vol.40,No.2February,2024第 40 卷第 2 期2024 年 2 月IT REPORT天际线。三维模型展示：基于 Cesium 的 3D Tiles 三维渲染技术，实现了数据在三维场景下展示及流畅的三维模型浏览体验。5 效果实践充分利用现有数据成果来源开展了数据库建库实践测试，收集汇聚了各类数据进行了技术实验，同时在数据汇聚建库过程中，规范统一数据内容、组织结构、数据清洗入库流程等，对部分关键技术指标进行了论证，并建设了数据库软件，初步形成了数据库相关标准规范初稿，初步支撑了自然资源管理的业务应用。同时在具体实施的过程中面临数据多源异构4，汇聚整合困难等问题，急需统一数据标准，整合处理数据，建立流转机制，打通数据壁垒。为今后自然资源综合调查项目数据采集、汇聚、建库提供了参考方案，自然资源部自然资源一张图建设、地球科学一张图建设和国家地质数据库建设提高数据支撑6。6 结论本文对自然资源综合调查数据库建设的设计内容、技术流程和等进行的初浅的探讨2 3，实现了从数据汇聚、数据治理、数据建库、数据管理、分析评价到信息服务的全流程数据体系，可以解决目前数据多源异构、存储分散、利用率低等问题，希望可以为各级自然资源调查领域提供借鉴意义。总而言之，在如今信息化背景下，以 GIS 数据库技术来充分支撑自然资源调查监测成果的应用可以对生态文明建设和自然资源“两统一”职责发挥出非常重要的作用，且信息化 GIS 数据库技术在自然资源调查检测成果共享和应用中有着重要保障效果。此外，促进自然资源调查监测成果信息化可以为我国未来生态文明建设提供数据支撑和服务保障。参考文献：1 自然资源部.自然资源部关于印发自然资源调查监测体系构建总体方案的通知Z.2020.2张元杰，刘建军，高崟.自然资源调查监测数据库建设探索与实践J.北京测绘，2022,36（5）:590-594.3张冰.关于森林资源调查数据库建设的探讨J.现代化农业,2020,(05):41-42.4叶斯华,顾晓沁,黄思明.基于自然资源调查监测成果的森林覆盖率分析与思考J.浙江国土资源,2022,(01):17-19.5陈国忠.利用 3S 技术完成的国土调查成果在自然资源管理中的应用分析J.河南科技,2021,40(18):150-152.6杨林友.地理国情监测成果在自然资源调查监测过程中应用探析J.安徽建筑,2021,28(03):172-192.图 3 系统模块界面