廣東省縣級國土空間總體規劃成果質檢軟件設計與實現

周藝霖，韓 賡，廖 琪，曹鳳麗，向 強

（1.廣東省土地調查規劃院，廣東 廣州 510075；2.自然資源部陸表系統與人地關系重點實驗室，廣東 廣州 510075；3.吉奧時空信息技術股份有限公司，湖北 武漢 430223）

建設國土空間規劃“一張圖”實施監督信息系統，形成層層疊加打開的國土空間規劃“一張圖”的核心是完成數據庫質檢、匯交和數據更新[1]，進而為國土空間規劃全鏈條管理提供信息化支撐[2]?？h級總體規劃數據庫成果應由省級自然資源主管部門質檢合格后向自然資源部匯交，納入全國國土空間規劃“一張圖”系統[3]。因此，縣級國土空間總體規劃數據庫質檢成為當前的重點任務，國內學者對空間數據庫的研究主要集中在數據庫建庫[4-6]、質檢規則制定[7-10]與空間數據質檢軟件設計[11-15]等方面；但對短時間內完成大批量的數據庫質檢、質檢全過程留痕管理、分布式質檢技術研究等方面鮮有提及。本文以廣東省為例，為保障縣級國土空間總體規劃數據庫的完整性和準確性，開發了一種空間數據分布式質檢方法與系統[16]，以統一的數據庫標準和質檢規則為基礎，研發統一的規劃數據庫成果質檢軟件，實現對縣級國土空間總體規劃數據庫成果的批量質檢和全流程管理，高效支撐國土空間規劃“一張圖”建設和運行。

1 軟件分析與設計

1.1 傳統質檢軟件問題分析

1）質檢過程耗時長。執行質檢任務時，未考慮質檢任務的編排，對硬件資源利用率較低，多線程之間的調度開銷較大；對于互斥性的質檢任務，無法并行處理，導致質檢任務耗時較長。

2）業務流程自動化程度低?，F有成果質檢需要人工接收數據、創建任務、填寫質檢成果包所屬區縣、關聯外部數據路徑；再根據質檢結果人工判斷是否合格；最后導出質檢報告，自動化程度較低。

3）容錯率低。由于所有質檢任務都在單進程內執行，若某個線程異常將導致應用程序異常，進而使整個工作進程崩潰，需重新啟動軟件進行再次質檢。

4）部署實施工作量巨大。以廣東省縣級規劃數據質檢為例，需要檢查124 個區縣的數據，且每個區縣數據存在多個版本，數據量巨大，需利用眾多的服務器資源，給軟件部署更新帶來了巨大的工作量。

1.2 用戶需求分析

用戶需求主要包括：①實現成果版本管理，縣級國土空間總體規劃成果存在一項成果多次提交的情況，因此需對各個版本的成果數據進行規范化管理，避免版本過多造成混亂；②實現批量質檢，縣級國土空間總體規劃成果存在集中在截止日期前提交和質檢的情況，質檢軟件應能在短時間內進行大批量質檢；③減少人工干預，實現質檢留痕，確保數據的準確性，并實現質檢全過程留痕，便于追溯管理；④實現與國檢軟件的對接，在質檢軟件中能覆蓋或直接集成調用國家檢查軟件，保障質檢成果符合國家要求；⑤與廣東省國土空間規劃“一張圖”實施監督信息系統對接，以系統接口的方式進行集成，通過質檢軟件即可完成區縣國土空間規劃成果數據的在線匯交、審查、入庫；⑥實現用戶權限管理、質檢規則和方案管理、質檢任務管理、質檢結果管理、核查依據管理、成果數據管理、成果匯交入庫、數據統計分析等功能。

1.3 質檢流程設計

根據用戶對國土空間規劃成果數據質檢的需求，基于統一質檢規則和數據庫標準，本文設計的數據質檢流程見圖1。

圖1 數據質檢流程設計

1.4 質檢規則構建

軟件共設計了80余項檢查規則，涵蓋了數據完整性檢查、空間數據基本檢查、空間屬性數據標準性檢查、空間圖形數據拓撲檢查、表格數據檢查、圖數一致性檢查等一般數據質量檢查內容，還針對縣級國土空間總體規劃的業務要求設計了規劃內容方面的特色質檢規則集，主要包括：①底線落實規則集用于確保永久基本農田、生態保護紅線、耕地保護目標、城鎮開邊界等底線不被突破，確保國土空間安全、有序發展，具體規則為永久基本農田是否規劃為耕地、永久基本農田是否劃入農田保護區、生態保護紅線是否劃入生態保護區等；②承諾落實規則集，為保障過渡期各項工作的順利開展，廣東省制定了承諾落實的相關政策要求，因此需要轉換為質檢規則，如過渡期已備案的規劃修改方案等是否規劃為相應的建設用地、已批復的成片開發方案是否位于城鎮開發邊界內集中建設區或規劃為城鎮建設用地，已劃入城鎮開發邊界的開發區是否規劃為建設用地等；③已批項目規則集，為確保已批項目落實相應用地規模，制定了國家和省已批用地項目（含增減掛鉤建新區）是否規劃為相應的建設用地、已批用海項目是否規劃為相應的規劃用地用海分類等規則；④規劃銜接規則集，縣級國土空間總體規劃應符合上位規劃的相關要求以及與其他專項規劃的銜接，如縣鄉級主體功能區定位是否符合《國家級和省級主體功能區名錄表》要求、國家級自然保護地是否做好銜接等。通過上述質檢規則的設計，確保了廣東省縣級國土空間規劃數據的數據完整、空間一致、圖數一致、指標落實、業務符合，為形成國土空間規劃“一張圖”奠定了堅實基礎。

2 軟件技術架構

廣東省縣級國土空間總體規劃數據庫質檢軟件采用分層模式進行設計與規劃，包括基礎層、數據層、服務層、應用層和用戶層?；A層基于超融合HC 架構，以虛擬化技術為核心，利用aSV、aSAN、aNET、aSEC等組件將計算、存儲、網絡等虛擬資源融合到一臺標準服務器中，形成基準架構單元，多套單元設備可通過網絡聚合起來，實現模塊化的無縫橫向擴展（Scale-Out），形成統一的資源池。平臺層為應用層提供基礎的能力支撐，其中云計算管理平臺提供對深信服超融合、第三方資源池的管理和資源調配能力、自動化運維能力、快速響應能力、鏡像復制能力等，可快速復制擴展幾十臺質檢服務器，應對短時大批量質檢任務；Devops平臺提供持續集成與部署能力、自動化部署流程能力、批量腳本執行能力等，極大地減少了運維工作量，縮短了功能上線的時間。服務層提供軟件基礎功能和業務功能的支撐，包括數據管理服務能力，即對編制成果包、指標數據、配置等進行管理；質檢任務調度服務能力，即根據國家質檢規則和省級自定義新增規則對成果包進行自動質檢、批量檢查、人工復查等；成果管理服務能力，即對質檢結果進行版本化管理。應用層為用戶對象，主要包括質檢員、復檢員、系統管理員等。

3 軟件主要功能模塊

軟件主要用于對各區縣提交的國土空間規劃總體規劃數據庫進行質檢、成果管理和統計分析。其主要功能模塊包括：①質檢方案管理模塊，負責質檢規則的配置組合和質檢結果的評分管理，根據不同類型成果數據質檢需求，通過規則選取快速形成不同的數據質檢和評分方案，還負責建立方案版本管理機制，根據質檢規則的變化，建立不同版本的方案，支持對已有方案及其質檢規則的瀏覽；②質檢任務管理模塊，對區縣提交的待檢數據創建質檢任務，輸入關聯的行政區代碼、任務名稱等關鍵信息，確保任務與成果包一一對應，便于對任務進行管理；③質檢結果管理模塊，所有質檢規則執行結束后，軟件會自動生成列表形式的自動檢查數據的檢查錯誤信息和待復核數據的檢查信息，圖形檢查能實現錯誤點信息的圖形定位，便于質檢員查找錯誤原因；④數據管理模塊，負責廣東省124 個區縣相關規劃指標、文本和圖件的集成瀏覽與查詢應用；⑤用戶權限管理模塊，主要管理數據質檢和審核相關用戶的角色和權限，為不同的用戶角色，提供不同的功能權限，具有用戶信息增、刪、改、查，用戶角色管理，角色權限配置等常見功能；⑥人機交互檢查模塊，軟件按照設定的質檢規則進行檢查并提供圖文一體的操作界面，質檢員對空間不一致、圖件成果空間不一致的錯誤信息進行手動逐項核查，尤其是需要結合紙質文件審查的指標符合性檢查；⑦指標管理模塊，對國家下發的指標進行分解和管理，包括指標導入、編輯保存等功能，在復核階段復查人員根據各行政區的指標標準，對比相關指標文件信息，人工判讀成果包中的指標，人工標記不符合指標標準的數據，并說明錯誤原因；⑧成果匯交入庫模塊，區縣匯交到省級的質檢成果包由質檢系統統一接收和管理，質檢合格后則將成果納入到國土空間規劃“一張圖”中，實現國土空間規劃“一張圖”管理；⑨數據統計分析模塊，提供全省匯交成果的統計與分析功能，包括各區縣編制成果匯交的總體情況、指標情況、質檢過程、質檢結果問題匯總情況、質檢評分情況等。

4 關鍵技術

4.1 空間數據分布式質檢技術

空間數據分布式質檢技術的核心是分布式質檢架構設計（圖2），由分布式質檢集群與分布式文件存儲集群組成。分布式質檢集群調度節點包括調度引擎和監控引擎，調度引擎會依據質檢任務調度算法和監控引擎收集的各質檢節點任務執行信息實現自動化任務調度與分配。質檢節點接收到質檢任務后，從分布式質檢存儲集群獲取質檢成果包，緩存到質檢節點本地；然后執行質檢任務。質檢節點任務監控輔助進程實時收集該節點任務執行信息、CPU內存等資源使用信息，并定時反饋給質檢調度節點。若質檢執行組件需要升級，可單獨替換質檢節點的質檢程序，不影響整體質檢裝置，有效解決了傳統單進程多線程模式易崩潰的問題，實現多任務并行質檢。

圖2 分布式質檢架構圖

4.2 質檢規則耗時等級評估技術

采用質檢規則耗時評估工具加載樣例數據，對于質檢方案中的每條質檢規則進行質檢規則耗時等級評估。接收質檢成果包，根據質檢方案、質檢規則耗時評估信息、質檢成果包數據統計信息生成質檢任務池，按照質檢任務耗時倒序排序，質檢調度引擎根據調度算法將質檢任務調度到合適的質檢節點上進行并行檢查，避免數據傾斜帶來的影響（圖3），保證質檢任務耗時最少，解決了難以在極短時間內對廣東省124個區縣的規劃成果數據進行質檢的問題。

圖3 分布式模式任務調度示意圖

4.3 質檢規則檢查容錯重試機制

質檢過程中會利用多項質檢規則同時對多個質檢包進行質檢，為避免單節點硬件資源使用率高、網絡通信波動等因素影響導致的單項成果質檢失敗，加入失敗重試機制，在單項質檢失敗后將自動在資源利用率低的服務器節點重啟一個質檢進程進行重新質檢，以提高整個質檢軟件的可用性。

4.4 海量異構數據版本化管理技術

質檢軟件接收全省124 個區縣的成果數據，每項成果數據又包含GDB、SHP等空間數據以及PDF、EX?CEL等非空間數據，且各地存在一項成果多次提交的情況。本文采用版本化管理技術和NAS共享存儲介質自動錄入規劃成果數據的元數據信息，對所有質檢數據建立版本，實現對海量異構成果數據的有序高效管理。

4.5 業務流程自動化技術

批量接收數據后，根據成果包自動識別所屬區縣，自動關聯外部數據，在通過前置檢查后自動創建任務，調度中心自動將任務調度到空閑的服務器上進行質檢，質檢完成后根據報告模板自動分區縣生成報告并輸出，實現全業務流程自動化，用戶只需提交數據即可查看報告，極大地提升了規劃成果數據的質檢效率。

4.6 部署實施自動化技術

面對數據版本多、數據量巨大、服務器資源眾多而帶來的巨大軟件部署更新工作量，本文采用持續集成與部署的思想，基于Jenkins DevOps 平臺，將代碼編譯、打包、發布、部署等流程串連起來，從代碼提交到部署運行實現全流程自動化，做到端到端的自動化交付，減少人工干預，解決了因數據量大、服務器資源眾多導致的部署困難問題。

5 軟件實現與部署

5.1 質檢規則軟件的實現流程

質檢軟件的核心流程包括質檢包上傳、前置檢查、質檢任務創建、質檢任務執行、質檢日志與質檢錯誤信息存儲、質檢報告生成6 個環節，用戶僅需在質檢包上傳環節選擇相應質檢包并關聯質檢方案，后續流程由后臺自動完成，整個過程是自動化、數據驅動過程、弱用戶交互的。該流程由數據管理組件、任務組件、成果管理組件、調度組件、質檢規則執行組件協同配合完成，即當數據管理組件新增或更新數據包后，將數據包ID傳給任務組件；任務組件創建任務生成任務ID，并發送消息給調度組件；調度組件先解析質檢方案和數據包中的數據項，將質檢規則的輸入參數關聯到具體數據，自動添加質檢規則池，并根據質檢集群中資源狀況和調度規則，將質檢規則分發到合適的質檢節點執行；質檢節點產生的質檢結果發送給成果管理組件統一存儲，任務執行完成后，質檢成果組件匯總結果自動生成質檢報告。

5.2 軟件部署

質檢軟件采用C/S 架構進行建設，客戶端應用程序采用Winform 技術，結合空間計算引擎的組件技術，保證對圖形數據、屬性數據、文檔數據等多樣化數據的流暢瀏覽與交互操作。3層架構模式（圖4）有效隔離了用戶對于數據存儲的感知，數據存儲統一由服務端進行操作，保證了其安全性。通過充分調研，根據硬件資源情況，充分發揮了服務器高效的計算性能，提高了軟件執行效率。軟件部署在政務內網環境中，各區縣的質檢數據包存儲在服務器，利用關系型數據庫MongoDB 進行管理，在保障數據安全的前提下，多客戶端能同時進行質檢操作。

圖4 部署架構圖

6 結 語

廣東省縣級國土空間總體規劃數據庫質檢軟件的開發設計，滿足了成果批量質檢、版本化管理和全過程管理的業務需求，實現了與國家檢查軟件、“一張圖”系統的對接。分布式的文件存儲設計，能充分利用服務器資源，極大地提高數據質檢效率。規劃編制成果數據的完整性、規范性檢查以及規劃業務檢查功能一體化集成，統籌了數據質檢和人工核查兩個重要步驟，是當前廣東省國土空間規劃“一張圖”建設工作的重要工具之一，極大地提高了規劃審查工作效率。目前，該軟件已正式投入使用，通過分布式質檢方法和智能規則庫引擎，靈活配置數據質量控制要求、規劃審查業務規則等，實現質檢和審查的條目化、自動化和規范化，數據質檢耗時減少為原來的1/10；同時，核查全流程管理有效提高了人工核查環節的工作效率，至少節省了50%的工作人員，有效降低了核查人工成本，有力支撐了廣東省124 個區縣多輪縣級數據庫成果核查工作，為廣東省國土空間規劃成果審查和匯交工作提供了強有力的保障。