基于移動GIS的土地增減掛鉤系統的設計與實現

曹吉萍 唐芝青 陽德志

摘? 要：目前在土地增減掛鉤項目實施工作中存在著現場數據采集效率低，不同事項數據比對麻煩等問題。針對在實施工作中碰到的疑難點，通過對增減掛鉤項目實施過程中的業務需求分析、功能設計以及移動GIS技術的有機結合，構造基于移動GIS的土地增減掛鉤系統，該系統將有效解決土地增減掛鉤項目實施過程中存在的一些問題，改進作業流程，提高項目實施工作效率。

關鍵詞：移動GIS；土地增減掛鉤；系統設計

中圖分類號：TP311.5? 文獻標識碼：A? 文章編號：2096-4706（2023）10-0084-04

Abstract： At present， there are some problems in the implementation work of land increase or decrease link project， such as low efficiency of field data collection， trouble in comparison of data at different matters and so on. In view of the difficult points met in implementation work， through the organism combination of project requirement analysis， functional design， and mobile GIS technology in the process of increase or decrease link project implementation work， this paper constructs the land increase and decrease link system based on mobile GIS. The system will effectively solve some existing problems in project implementation process of land increase and decrease link project， improve the operation process， and enhance the working efficiency of the project implementation.

Keywords： mobile GIS; land increase and decrease link; system design

0? 引? 言

土地增減掛鉤是指依據土地利用總體規劃，將若干擬整理復墾為耕地的農村建設用地地塊（即拆舊地塊）和擬用于城鎮建設的地塊（即建新地塊）等面積共同組成建新拆舊項目區（簡稱項目區），通過建新拆舊和土地整理復墾等措施，在保證項目區內各類土地面積平衡的基礎上，最終實現建設用地總量不增加、耕地面積不減少、質量不降低、城鄉用地布局更合理的目標。

目前，土地增減掛鉤工作已推行多年，各地方的相關試點也在有條不紊的推進。在增減掛鉤項目的實施過程中，存在著現場數據收集難，不同時相數據采集比對難等亟需解決的問題。因此開發一套能夠幫助工作人員解決如上問題的移動GIS應用就顯得尤為重要。

本系統基于移動GIS與相關的數據加密算法進行開發，著重解決用戶的現場勘測核查、不同時相數據采集，并具備數據加密能力，在一定程度上提升整體系統的安全性能。系統的部署使用將有效的支持土地增減項目工程實施推進工作。

1? 系統設計

1.1? 業務需求分析

在土地增減掛鉤項目實施過程中，經常需要工作人員前往現場實施地點進行勘測定位、量算、核查進度等相關工作，確認現場施工范圍和項目劃分范圍、面積一致，現場拍照采集影音資料，在不同的施工階段還需要對同一位置進行重復的數據采集比對，并在后期將數據傳入PC端進行轉換分析使用，具體業務流程如圖1所示。在本文中實現的增減掛鉤系統需要具有地圖定位、數據查詢、軌跡采集、草繪量算、不同時相數據核查采集、數據加解密等功能。在系統完成后將優化現有的工作作業流程，為增減掛鉤項目的順利實施推進提供有力支撐。

1.2? 系統總體架構

增減掛鉤整體系統采用C/S（Client-Server）架構，移動端App使用Java和Object-C基于ArcGIS Mobile SDK進行開發，運行在Android、Harmony、IOS操作系統上，數據庫使用輕量級的SQLite數據庫，實現影像地圖加載、矢量數據加載、現場定位、草繪量算、數據采集、數據管理、數據加解密等功能；PC端使用C#基于.NetFramework、ArcGIS Engine、GDAL（Geospatial Data Abstraction Library）進行開發，運行在Windows 7及以上操作系統上，PC端數據庫主要使用SQLite數據庫，矢量數據的存儲使用Shapefile以及GDB （ArcGIS文件地理數據庫），主要實現采集數據轉換、影像矢量數據切片、統計分析、數據加解密等功能?；跀祿Ｃ艿仍?，移動端與PC端不進行直接網絡通信，兩者間的數據在進行加密后通過物理拷貝的方式進行交互，總體系統架構如圖2所示。

1.3? 數據庫設計

整體數據構成中包含基礎影像數據庫、空間矢量數據庫、業務采集數據庫?；A影像數據庫包含不同時相的影像地圖數據；空間矢量數據庫包含行政范圍、項目實施范圍、土地利用現狀數據等相關聯的矢量數據；業務采集數據庫主要包含核查采集數據、草繪量算數據、軌跡數據等。相關數據使用SQLite數據庫來進行存儲與管理。

2? 相關技術分析

2.1? 基于時間維度的核查數據采集

在現場核查以及數據采集時，工作人員不但要核查現場實際施工狀態和采集數據，還需要與當前位置不同時間維度的已采集數據進行比對分析，本系統在數據采集時引入了時間維度的概念，對同一空間位置的采集數據，可以根據項目的實施進度分為不同的時相來進行數據采集，并將不同時相所采集到的影像資料放在一起比對，能夠在現場直接發現問題解決問題，這對于確保項目施工達到預期目標具有重大意義。

2.2? 矢量數據加密

加密算法分為對稱加密算法和非對稱加密算法，加密算法作為計算機通信安全的基石，在保證數據安全方面起著重要的作用，非對稱加密的加密和解密分別使用不同的規則（秘鑰），只要這兩種規則（秘鑰）之間存在某種對應關系，主要加密算法有以三位作者姓名首字母命名的加密算法（Ron Rivest、Adi Shamir、Len Adleman， RSA）、數字簽名算法（Digital Signature Algorithm， DSA）、橢圓曲線密碼編碼學（Elliptic Curves Cryptography， ECC）、秘鑰協商算法（Diffie-Hellman， DH）等，但在加解密的速度上遠遠低于對稱加密，不適合用于大數據量的加解密操作；對稱加密的加密和解密都用同一規則（秘鑰）算法，主要加密算法有高級加密標準算法（Advanced Encryption Standard， AES）、三重數據加密算法（Triple Data Encryption Algorithm， 3DES）、數據加密標準算法（Data Encryption Standard， DES）、國際數據加密算法（International Data Encryption Algorithm， IDEA）等，對稱加密的安全性低于非對稱加密，但是加解密速度快。

綜合項目實際考慮，當前系統選擇使用非對稱加密和對稱加密混合的方式對矢量數據進行加密，先將矢量數據轉換為SQLite數據庫再以對稱加密的形式加密數據庫中的所有數據，以非對稱加密的形式加密對稱加密所使用的秘鑰，以達到能夠同時兼容安全和速度的要求。

2.3? GDAL庫

地理空間數據轉換庫（Geospatial Data Abstraction Library， GDAL）是一個在X/MIT許可協議下的開源柵格空間數據轉換庫。它利用抽象數據模型來表達所支持的各種文件格式。OGR是GDAL庫的一個分支，提供對矢量數據的支持。有很多著名的GIS類產品都使用了GDAL/OGR庫，包括ESRI的ARCGIS，Google Earth和跨平臺的GRASS GIS系統。利用GDAL/OGR庫，可以使基于Linux、Windows的地理空間數據管理系統提供對矢量和柵格文件數據的支持。

當前本文系統主要使用GDAL庫來進行矢量數據轉換、空間數據查詢、柵格數據處理等系統功能的實現，使用GDAL能夠大幅提高相應地理信息數據處理的速度，且整體處理過程更透明可控。

3? 系統功能設計與實現

3.1? 增減掛鉤移動端功能設計與實現

增減掛鉤系統移動端主要用于現場定位、核查采集，系統設計的功能有GPS定位、圖層基本操作、屬性數據查詢、空間數據查詢、草繪量算、核查采集、軌跡、數據管理。移動端主界面如圖3所示。

1）定位功能：通過代碼調用移動端本身自帶的GPS模塊實現，可在加載的影像或矢量圖層上以圖標的形式顯示當前位置以及以文本形式顯示經緯度坐標，在必需的情況下，還可以通過藍牙連接外置北斗定位模塊來提高定位精度。

2）圖層基本操作：包括常用的GIS功能，比如地圖的放大、縮小、隱藏、加載顯示、平移以及圖層管理，等等。

3）屬性數據查詢：對系統加載的矢量圖層數據可以進行屬性模糊查詢，查詢結果將以列表形式顯示，可以自定義查詢結果顯示格式、查詢字段，點擊查詢結果列表中的任一記錄，將定位至該記錄對應的空間位置，并顯示其具體屬性值。

4）空間數據查詢：系統已加載顯示的所有矢量數據都可以通過在地圖上進行點擊的方式進行空間查詢，選中要素將高亮顯示，并在點擊的位置彈出面板，顯示對應的要素的具體屬性值。

5）草繪量算：通過在移動端的顯示地圖上直接繪制幾何線和幾何面，顯示繪制的幾何圖形的長度或面積，并保存至數據庫，這樣可以讓用戶在現場即可確認施工的大致范圍面積是否匹配。

6）核查采集：在移動端顯示的地圖上繪制幾何點，并在幾何點上掛接文字屬性、照片、音頻等信息，并保存至數據庫，用戶可以在現場打開已繪制的核查采集點，增加不同時相的照片、音頻，進行橫向比對，確認不同時相的施工變化情況。

7）軌跡：通過定位功能，以后臺運行的方式實時獲取當前的位置數據，并以日期作為單位，形成當前日期的實時軌跡線，在后期可以拷貝至PC端進行轉換，以供判斷移動端使用者是否到實地進行了現場核查。

8）數據加密：所有的采集數據（草繪量算、核查采集、軌跡等）在保存至數據庫時都需要對內容進行加密，作為保證數據安全的防范方法。

9）數據管理：用戶可以通過移動端的數據管理界面，管理核查采集、草繪量算、軌跡等自定義數據的顯示和隱藏，避免因加載過多數據導致的地圖顯示雜亂問題。

3.2? 增減掛鉤PC端功能設計與實現

增減掛鉤PC端主要是用于將基礎數據進行切片轉換加密處理和后期移動端采集數據解密轉換處理，系統設計的功能有影像切片、矢量轉換、核查采集數據轉換、核查數據加載查詢、地圖基礎功能、系統基礎功能。PC端主界面如圖4所示。

1）影像切片：將原始的tif（Tagged Image File Format）等柵格數據切片生成tpk（ArcGIS Map Tile Package）文件，并對tpk文件進行加密。

2）矢量轉換：將Shapefile、GDB（ArcGIS文件地理數據庫）等矢量數據轉換為SQLite數據庫，并對數據庫內容進行加密。

3）移動端數據轉換：以工程的形式將移動端所有采集數據（草繪量算、核查采集、軌跡等）進行解密并轉換成矢量數據，矢量數據的格式可以選擇為Shapefile或GDB（ArcGIS文件地理數據庫）。

4）核查數據加載查詢：以工程的形式將已轉換的移動端采集數據在PC端中進行選擇性加載，并且使用自定義界面來查看核查采集數據，可同時查看同一核查采集點的不同時相的照片和音頻數據來進行橫向比對。

5）地圖基礎功能：包括地圖的放大、縮小、平移、全圖、顯示、隱藏、坐標轉換、標注、符號化，等等。

6）系統基礎功能：配置文件設置、用戶管理、工程管理、數據導入導出、查詢統計，等等。

4? 結? 論

隨著移動GIS越發普及深入與技術設備的更新突破，移動GIS相關應用越來越多的出現在我們的身邊，在有關項目上的應用也越來越廣泛，在本文中通過開發基于移動GIS的增減掛鉤系統，既解決了現有增減掛鉤項目實施過程中存在的一些問題，改進了相關聯的作業流程，提高了工作效率，也在一定程度上為增減掛鉤項目的實施推進提供了有力支持。

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作者簡介：曹吉萍（1988—），男，漢族，湖南耒陽人，工程師，本科，研究方向：地理信息系統。