劉 敏，夏建華，張樂(lè)佳，王明瑋，王曉軍

（北京四維空間數(shù)碼科技有限公司，北京 100039）

0 引言

近年來(lái)，自然資源調(diào)查、第三次全國(guó)國(guó)土調(diào)查（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“三調(diào)”）等項(xiàng)目積累了海量的數(shù)據(jù)資源和眾多的業(yè)務(wù)系統(tǒng)，為了更高效利用和挖掘數(shù)據(jù)的利用價(jià)值，建立國(guó)土空間基礎(chǔ)信息平臺(tái)，提升數(shù)據(jù)共享和服務(wù)應(yīng)用能力[1]。2019年，自然資源部對(duì)自然資源信息化提出了新的要求和建設(shè)思路，協(xié)調(diào)整合相關(guān)信息化資源，構(gòu)建數(shù)據(jù)資源體系，運(yùn)用大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等空間信息技術(shù)，通過(guò)整合完善、優(yōu)化發(fā)展和協(xié)同創(chuàng)新，建設(shè)國(guó)土空間基礎(chǔ)信息平臺(tái)，為業(yè)務(wù)系統(tǒng)應(yīng)用提供支撐[2]。

為全面落實(shí)國(guó)家、自然資源部及省級(jí)自然資源管理部門(mén)的要求，進(jìn)一步加強(qiáng)自然資源和國(guó)土空間規(guī)劃管理，結(jié)合市級(jí)現(xiàn)狀，按照統(tǒng)一要求，整合和接入現(xiàn)狀、規(guī)劃等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，同時(shí)考慮業(yè)務(wù)系統(tǒng)的應(yīng)用，集成管理、社會(huì)經(jīng)濟(jì)等數(shù)據(jù)，匯集三維地形、傾斜模型、單體模型等三維數(shù)據(jù)，建立三維國(guó)土空間基礎(chǔ)信息平臺(tái)，提供三維可視化和分析應(yīng)用支撐，保障自然資源部門(mén)和其他部門(mén)的服務(wù)共享能力[3-6]。

1 平臺(tái)設(shè)計(jì)

1.1 總體框架

基于現(xiàn)有的基礎(chǔ)設(shè)施，市級(jí)平臺(tái)采用集中存儲(chǔ)管理模式，統(tǒng)籌市域范圍內(nèi)的基礎(chǔ)地理、測(cè)繪、土地、地質(zhì)、礦產(chǎn)資源、不動(dòng)產(chǎn)、規(guī)劃等國(guó)土空間信息資源，與環(huán)境保護(hù)、住房和城鄉(xiāng)建設(shè)、交通、水利等局級(jí)單位共享交換專(zhuān)題信息資源，融合三維實(shí)景數(shù)據(jù)并形成自然資源數(shù)據(jù)體系。通過(guò)建設(shè)統(tǒng)一的自然資源展示、管理、應(yīng)用、服務(wù)、運(yùn)維等功能，提供用戶(hù)、服務(wù)、專(zhuān)題及開(kāi)發(fā)等多維度的支撐能力[7]，平臺(tái)總體架構(gòu)如圖1所示。

圖1 平臺(tái)總體架構(gòu)

1.2 技術(shù)框架

市級(jí)平臺(tái)設(shè)計(jì)充分考慮了基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)應(yīng)用和安全運(yùn)行等方面的實(shí)際需求，采用多層次、松耦合性的架構(gòu)，有效保證平臺(tái)的擴(kuò)展性和應(yīng)用的靈活性，同時(shí)也能保證其規(guī)范性和安全性。平臺(tái)技術(shù)框架包括5個(gè)層次和二大體系[8]，如圖2所示。

圖2 平臺(tái)技術(shù)框架

（1）基礎(chǔ)設(shè)施層。提供了平臺(tái)運(yùn)行所需的存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)及運(yùn)維等資源，為用戶(hù)實(shí)現(xiàn)服務(wù)資源的使用和管理提供支撐保障。

（2）平臺(tái)支撐層。平臺(tái)依托云計(jì)算環(huán)境，規(guī)劃統(tǒng)一的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)環(huán)境，統(tǒng)一規(guī)劃影像、矢量及實(shí)景三維等數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與管理。

（3）數(shù)據(jù)層。按照統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，構(gòu)建市級(jí)“四類(lèi)五級(jí)”數(shù)據(jù)資源體系。建立健全全市數(shù)據(jù)資源統(tǒng)一目錄，形成統(tǒng)一的數(shù)據(jù)可視化視圖，為各級(jí)機(jī)構(gòu)有效使用和共享數(shù)據(jù)提供保障。

（4）服務(wù)層。為用戶(hù)提供地圖服務(wù)、空間分析服務(wù)、數(shù)據(jù)共享等通用服務(wù)；提供規(guī)劃、業(yè)務(wù)審批等專(zhuān)題服務(wù)，同時(shí)提供統(tǒng)一的服務(wù)注冊(cè)、服務(wù)監(jiān)控、服務(wù)發(fā)布、服務(wù)配置，實(shí)現(xiàn)服務(wù)資源的安全應(yīng)用。

（5）應(yīng)用層?？杀Ｕ险块T(mén)有效管理數(shù)據(jù)服務(wù)，為科研院所、企事業(yè)單位等用戶(hù)提供應(yīng)用服務(wù)，為業(yè)務(wù)系統(tǒng)建設(shè)提供用戶(hù)管理支撐和運(yùn)維管理支撐。

2 平臺(tái)建設(shè)

在自然資源“一張圖”核心數(shù)據(jù)庫(kù)的支撐下，開(kāi)發(fā)數(shù)據(jù)匯聚、數(shù)據(jù)管理、應(yīng)用服務(wù)、共享應(yīng)用等功能，構(gòu)建面向政府部門(mén)的共享應(yīng)用平臺(tái)，為自然資源監(jiān)督管理提供數(shù)據(jù)支撐。

2.1 “一張圖”瀏覽

以全市優(yōu)于1米的“三調(diào)”高分辨率遙感影像疊加10米分辨率高精度DSM，構(gòu)建形成全市域范圍基于地形的三維基礎(chǔ)框架，基于二三維資源數(shù)據(jù)融合展示共享技術(shù)，匯集整合矢量、影像、三維傾斜模型、文本等各類(lèi)數(shù)據(jù)資源，完善數(shù)據(jù)資源目錄，提供基于“一張圖”的瀏覽、三維漫游、查詢(xún)等應(yīng)用功能。

2.2 資源中心

集中展示所有數(shù)據(jù)資源服務(wù)，是平臺(tái)資源共享的集散地，為用戶(hù)獲取數(shù)據(jù)資源提供統(tǒng)一的入口。業(yè)務(wù)人員根據(jù)用戶(hù)數(shù)據(jù)需求可對(duì)授權(quán)數(shù)據(jù)進(jìn)行查看、調(diào)用。經(jīng)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)管理員審批后，可對(duì)申請(qǐng)的未授權(quán)數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)用。通過(guò)申請(qǐng)-審批的流程，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的安全管理。

2.3 應(yīng)用中心

應(yīng)用中心集成了通用分析和專(zhuān)題應(yīng)用兩類(lèi)應(yīng)用服務(wù)。對(duì)于專(zhuān)題應(yīng)用，平臺(tái)提供了規(guī)劃、審批、監(jiān)測(cè)監(jiān)管等業(yè)務(wù)模型（包括合規(guī)性分析、城鎮(zhèn)開(kāi)發(fā)邊界占?jí)悍治?、森林資源占?jí)悍治觥⒒巨r(nóng)田占?jí)悍治?、采礦區(qū)占?jí)悍治?、探礦區(qū)占?jí)悍治?、土地利用現(xiàn)狀分析等），基于統(tǒng)一的數(shù)據(jù)資源進(jìn)行分析，簡(jiǎn)化了目前各自搜尋數(shù)據(jù)、各自分析的工作流程。

2.4 專(zhuān)題展示

基于平臺(tái)的集成數(shù)據(jù)，結(jié)合業(yè)務(wù)需求，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行抽取和再組織，采用圖表方式對(duì)全市的土地資源、耕地資源、礦產(chǎn)資源、林草濕地等資源進(jìn)行多個(gè)維度視角展示，直觀映射各類(lèi)資源的家底情況，為綜合監(jiān)管、形勢(shì)分析預(yù)判和宏觀決策提供支持。

2.5 服務(wù)管理

面向科室管理員，提供負(fù)責(zé)科室所有的數(shù)據(jù)資源、應(yīng)用分析的對(duì)接管理。數(shù)據(jù)資源維護(hù)操作包括服務(wù)資源基礎(chǔ)信息查看、資源運(yùn)行狀態(tài)管理、元數(shù)據(jù)編輯、資源權(quán)限分配、數(shù)據(jù)資源注冊(cè)、矢量數(shù)據(jù)資源服務(wù)發(fā)布及刪除等維護(hù)內(nèi)容。

應(yīng)用分析管理服務(wù)包括應(yīng)用資源基礎(chǔ)信息、運(yùn)行狀態(tài)、應(yīng)用服務(wù)的授權(quán)及信息編輯、權(quán)限的分配等維護(hù)內(nèi)容。

2.6 運(yùn)維管理

運(yùn)維管理針對(duì)硬件、服務(wù)和應(yīng)用，提供了基礎(chǔ)設(shè)施硬件監(jiān)控、服務(wù)監(jiān)控和應(yīng)用監(jiān)控，通過(guò)圖表、儀表盤(pán)等表達(dá)方式進(jìn)行展示。實(shí)現(xiàn)了機(jī)構(gòu)、用戶(hù)的統(tǒng)一管理，包括用戶(hù)注冊(cè)、審核、角色的分配及組織機(jī)構(gòu)的維護(hù)。提供數(shù)據(jù)資源使用權(quán)限、應(yīng)用分析模型運(yùn)行權(quán)限的管理維護(hù)，保證數(shù)據(jù)和應(yīng)用的安全。

2.7 開(kāi)發(fā)中心

面向開(kāi)發(fā)者提供基于API接口調(diào)用、服務(wù)接口的共享應(yīng)用開(kāi)發(fā)技術(shù)，通過(guò)接口地址、參數(shù)、請(qǐng)求頭、返回值等參考示例，提供數(shù)據(jù)服務(wù)和應(yīng)用接口服務(wù)，為用戶(hù)調(diào)用接口開(kāi)發(fā)提供參考。

2.8 平臺(tái)門(mén)戶(hù)

面向市級(jí)自然資源管理部門(mén)提供統(tǒng)一的應(yīng)用門(mén)戶(hù)支撐。提供統(tǒng)一的登錄界面，用戶(hù)登錄后能在同一界面快速導(dǎo)航至所應(yīng)用的功能模塊。平臺(tái)框架還提供應(yīng)用系統(tǒng)的集成功能，通過(guò)單點(diǎn)登錄方式可以訪問(wèn)授權(quán)其他的應(yīng)用系統(tǒng)。

3 關(guān)鍵技術(shù)

3.1 二三維一體化技術(shù)

平臺(tái)通過(guò)二三維一體化技術(shù)，使用戶(hù)在兼容二維地圖操作習(xí)慣的同時(shí)，可切換到三維場(chǎng)景，提供更直觀的三維可視化和交互模式。提供影像數(shù)據(jù)、地形數(shù)據(jù)（DSM/DEM）、傾斜模型、單體模型等數(shù)據(jù)的二三維表達(dá)形式。

針對(duì)不同的數(shù)據(jù)類(lèi)型，通過(guò)后臺(tái)的數(shù)據(jù)組織，如DSM/DOM通過(guò)多級(jí)切片，傾斜模型/紋理TIN轉(zhuǎn)換成適合渲染的格式并進(jìn)行分片和建立LOD等，同時(shí)利用WebGL地圖引擎的三維特效，可快速地渲染三維對(duì)象。

3.2 分布式權(quán)限管理

按照“誰(shuí)生產(chǎn)、誰(shuí)負(fù)責(zé)”的原則，采用適應(yīng)政府機(jī)構(gòu)的用戶(hù)目錄模式，配置數(shù)據(jù)提供者、數(shù)據(jù)使用者和數(shù)據(jù)管理者的不同用戶(hù)權(quán)限，構(gòu)建分布式用戶(hù)權(quán)限管理[9]，如圖3所示。貫穿市、縣級(jí)機(jī)構(gòu)，每個(gè)機(jī)構(gòu)都有相應(yīng)的管理員，負(fù)責(zé)本機(jī)構(gòu)注冊(cè)用戶(hù)真實(shí)性審核、本機(jī)構(gòu)發(fā)布資源審核和對(duì)外共享權(quán)限配置。同時(shí)，可實(shí)現(xiàn)下級(jí)機(jī)構(gòu)對(duì)上級(jí)機(jī)構(gòu)的權(quán)限繼承，下級(jí)機(jī)構(gòu)管理員的注冊(cè)由上級(jí)機(jī)構(gòu)管理員審核。這樣保證了權(quán)限管理的合理清晰、簡(jiǎn)單高效、有據(jù)可查、可追溯，避免權(quán)限管理集中帶來(lái)的復(fù)雜與混亂。

圖3 分布式用戶(hù)權(quán)限管理

3.3 安全防護(hù)技術(shù)

為保障國(guó)土空間基礎(chǔ)信息平臺(tái)安全，分布式場(chǎng)景構(gòu)建系統(tǒng)分布式框架下的安全機(jī)制，從平臺(tái)自身認(rèn)證和第三方資源兩個(gè)方面進(jìn)行安全防護(hù)。

3.3.1 自身認(rèn)證SSO單點(diǎn)登錄

平臺(tái)自身認(rèn)證采用認(rèn)證服務(wù)方式，用戶(hù)在認(rèn)證中心登錄后，會(huì)被記錄登錄狀態(tài)，認(rèn)證中心將token寫(xiě)入。同時(shí)認(rèn)證中心會(huì)檢測(cè)當(dāng)前的訪問(wèn)請(qǐng)求，當(dāng)通過(guò)認(rèn)證后，認(rèn)證中心會(huì)授權(quán)token，各應(yīng)用系統(tǒng)通過(guò)token參數(shù)，得到平臺(tái)授權(quán)，用戶(hù)即可登錄應(yīng)用系統(tǒng)。

3.3.2 第三方資源防護(hù)

第三方資源訪問(wèn)使用非對(duì)稱(chēng)加密方式，當(dāng)訪問(wèn)第三方資源要素、地圖等服務(wù)時(shí)，在第三方資源外部進(jìn)行代理防護(hù)，經(jīng)過(guò)認(rèn)證中心認(rèn)證的登錄用戶(hù)會(huì)在客戶(hù)端進(jìn)行非對(duì)稱(chēng)加密，生成發(fā)票（包含用戶(hù)ID、客戶(hù)端IP、訪問(wèn)資源ID、訪問(wèn)時(shí)間范圍等信息）。用戶(hù)訪問(wèn)第三方資源時(shí)，必須帶有認(rèn)證票，在代理防護(hù)端進(jìn)行解密校驗(yàn)，只有通過(guò)校驗(yàn)才能正常訪問(wèn)資源。

4 平臺(tái)應(yīng)用

基于平臺(tái)匯集相關(guān)服務(wù)，建設(shè)形成針對(duì)市級(jí)需求的通用服務(wù)模型，通過(guò)平臺(tái)對(duì)外提供數(shù)據(jù)資源服務(wù)和專(zhuān)題應(yīng)用服務(wù)進(jìn)行對(duì)接。

4.1 項(xiàng)目合規(guī)性分析應(yīng)用

目前，國(guó)土空間規(guī)劃工作正在開(kāi)展，按照有關(guān)要求，做好過(guò)渡期現(xiàn)有空間規(guī)劃的有效銜接[10]，在現(xiàn)行“三區(qū)三線”、土地利用總體規(guī)劃、城市（鎮(zhèn)）總體規(guī)劃、控制性詳細(xì)規(guī)劃的管制空間內(nèi)對(duì)建設(shè)項(xiàng)目進(jìn)行合規(guī)性分析，分析符合規(guī)劃的相關(guān)因素對(duì)建設(shè)項(xiàng)目選址的定性影響，梳理形成合規(guī)性分析審查因子，如表1所示。

表1 合規(guī)性分析

根據(jù)合規(guī)性審查規(guī)則，實(shí)現(xiàn)建設(shè)項(xiàng)目的合規(guī)性審查，支撐用途管制和項(xiàng)目審批，審查分析結(jié)果如圖4所示。

圖4 審查分析結(jié)果

4.2 建設(shè)項(xiàng)目審批應(yīng)用

面向市級(jí)自然資源管理部門(mén)國(guó)土空間管制中的建設(shè)項(xiàng)目用地預(yù)審和用地審批等業(yè)務(wù)，根據(jù)項(xiàng)目建設(shè)范圍，審查建設(shè)項(xiàng)目相關(guān)的土地利用事項(xiàng)，基于“三調(diào)”圖斑、土地利用總體規(guī)劃數(shù)據(jù)和基本農(nóng)田保護(hù)區(qū)數(shù)據(jù)，對(duì)建設(shè)用地現(xiàn)狀分析、項(xiàng)目符合規(guī)劃情況、占用基本農(nóng)田情況等事項(xiàng)進(jìn)行審查，從占用農(nóng)用地、建設(shè)用地、未利用地三大類(lèi)方面展示用途管制分區(qū)、基本農(nóng)田等多維度統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果。

根據(jù)項(xiàng)目用地范圍，審查建設(shè)項(xiàng)目相關(guān)的土地利用事項(xiàng)，基于“三調(diào)”圖斑、土地利用總體規(guī)劃數(shù)據(jù)、永久基本農(nóng)田數(shù)據(jù)、礦業(yè)權(quán)登記數(shù)據(jù)、地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度分區(qū)數(shù)據(jù)等，對(duì)符合土地利用總體規(guī)劃情況、土地利用現(xiàn)狀情況、占用農(nóng)用地情況、地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)估及壓覆礦產(chǎn)資源情況等事項(xiàng)進(jìn)行審查，從用途管制分區(qū)情況、地類(lèi)權(quán)屬情況、占用農(nóng)用地情況、占用耕地情況、地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度分區(qū)、壓覆礦產(chǎn)資源等方面展示分析結(jié)果。建設(shè)用地審批結(jié)果（占用農(nóng)用地情況）如圖5所示。

圖5 建設(shè)用地審批結(jié)果（占用農(nóng)用地情況）

4.3 不動(dòng)產(chǎn)登記管理應(yīng)用

基于平臺(tái)的三維框架，在三維場(chǎng)景中能夠更準(zhǔn)確表達(dá)不動(dòng)產(chǎn)信息的三維立體空間關(guān)系及屬性信息，以不動(dòng)產(chǎn)登記數(shù)據(jù)中的宗地、自然幢等二維矢量信息及樓盤(pán)表信息為基礎(chǔ)，融合實(shí)景三維大場(chǎng)景模型與三維實(shí)體模型、分層分戶(hù)模型等三維模型數(shù)據(jù)，將不動(dòng)產(chǎn)單元號(hào)作為唯一標(biāo)識(shí)，關(guān)聯(lián)不動(dòng)產(chǎn)三維空間信息和二維屬性信息，實(shí)現(xiàn)樓盤(pán)表信息、自然幢信息及分層分戶(hù)信息的空間查詢(xún)和屬性查詢(xún)，如圖6所示。

圖6 空間查詢(xún)和屬性查詢(xún)

5 結(jié)束語(yǔ)

本文主要研究了市級(jí)基礎(chǔ)框架下三維國(guó)土空間基礎(chǔ)信息平臺(tái)的架構(gòu)，運(yùn)用了二三維、權(quán)限管理及安全防護(hù)等關(guān)鍵技術(shù)，明確了市級(jí)三維國(guó)土空間基礎(chǔ)信息平臺(tái)的建設(shè)內(nèi)容，基于平臺(tái)數(shù)據(jù)和應(yīng)用支撐開(kāi)展合規(guī)性分析、建設(shè)項(xiàng)目審批、不動(dòng)產(chǎn)登記等方面的應(yīng)用研究。市級(jí)三維國(guó)土空間基礎(chǔ)信息平臺(tái)將實(shí)現(xiàn)縱向與各級(jí)自然資源管理部門(mén)聯(lián)動(dòng)，橫向?yàn)橄嚓P(guān)部門(mén)提供業(yè)務(wù)支撐與業(yè)務(wù)共享。