基于移动GIS的土地增减挂钩系统的设计与实现

曹吉萍 唐芝青 阳德志

摘  要：目前在土地增减挂钩项目实施工作中存在着现场数据采集效率低，不同事项数据比对麻烦等问题。针对在实施工作中碰到的疑难点，通过对增减挂钩项目实施过程中的业务需求分析、功能设计以及移动GIS技术的有机结合，构造基于移动GIS的土地增减挂钩系统，该系统将有效解决土地增减挂钩项目实施过程中存在的一些问题，改进作业流程，提高项目实施工作效率。

关键词：移动GIS；
土地增减挂钩；
系统设计

中图分类号：TP311.5  文献标识码：A  文章编号：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

土地增减挂钩是指依据土地利用总体规划，将若干拟整理复垦为耕地的农村建设用地地块（即拆旧地块）和拟用于城镇建设的地块（即建新地塊）等面积共同组成建新拆旧项目区（简称项目区），通过建新拆旧和土地整理复垦等措施，在保证项目区内各类土地面积平衡的基础上，最终实现建设用地总量不增加、耕地面积不减少、质量不降低、城乡用地布局更合理的目标。

目前，土地增减挂钩工作已推行多年，各地方的相关试点也在有条不紊的推进。在增减挂钩项目的实施过程中，存在着现场数据收集难，不同时相数据采集比对难等亟需解决的问题。因此开发一套能够帮助工作人员解决如上问题的移动GIS应用就显得尤为重要。

本系统基于移动GIS与相关的数据加密算法进行开发，着重解决用户的现场勘测核查、不同时相数据采集，并具备数据加密能力，在一定程度上提升整体系统的安全性能。系统的部署使用将有效的支持土地增减项目工程实施推进工作。

1  系统设计

1.1  业务需求分析

在土地增减挂钩项目实施过程中，经常需要工作人员前往现场实施地点进行勘测定位、量算、核查进度等相关工作，确认现场施工范围和项目划分范围、面积一致，现场拍照采集影音资料，在不同的施工阶段还需要对同一位置进行重复的数据采集比对，并在后期将数据传入PC端进行转换分析使用，具体业务流程如图1所示。在本文中实现的增减挂钩系统需要具有地图定位、数据查询、轨迹采集、草绘量算、不同时相数据核查采集、数据加解密等功能。在系统完成后将优化现有的工作作业流程，为增减挂钩项目的顺利实施推进提供有力支撑。

1.2  系统总体架构

增减挂钩整体系统采用C/S（Client-Server）架构，移动端App使用Java和Object-C基于ArcGIS Mobile SDK进行开发，运行在Android、Harmony、IOS操作系统上，数据库使用轻量级的SQLite数据库，实现影像地图加载、矢量数据加载、现场定位、草绘量算、数据采集、数据管理、数据加解密等功能；
PC端使用C#基于.NetFramework、ArcGIS Engine、GDAL（Geospatial Data Abstraction Library）进行开发，运行在Windows 7及以上操作系统上，PC端数据库主要使用SQLite数据库，矢量数据的存储使用Shapefile以及GDB （ArcGIS文件地理数据库），主要实现采集数据转换、影像矢量数据切片、统计分析、数据加解密等功能。基于数据保密等原因，移动端与PC端不进行直接网络通信，两者间的数据在进行加密后通过物理拷贝的方式进行交互，总体系统架构如图2所示。

1.3  数据库设计

整体数据构成中包含基础影像数据库、空间矢量数据库、业务采集数据库。基础影像数据库包含不同时相的影像地图数据；
空间矢量数据库包含行政范围、项目实施范围、土地利用现状数据等相关联的矢量数据；
业务采集数据库主要包含核查采集数据、草绘量算数据、轨迹数据等。相关数据使用SQLite数据库来进行存储与管理。

2  相关技术分析

2.1  基于时间维度的核查数据采集

在现场核查以及数据采集时，工作人员不但要核查现场实际施工状态和采集数据，还需要与当前位置不同时间维度的已采集数据进行比对分析，本系统在数据采集时引入了时间维度的概念，对同一空间位置的采集数据，可以根据项目的实施进度分为不同的时相来进行数据采集，并将不同时相所采集到的影像资料放在一起比对，能够在现场直接发现问题解决问题，这对于确保项目施工达到预期目标具有重大意义。

2.2  矢量数据加密

加密算法分为对称加密算法和非对称加密算法，加密算法作为计算机通信安全的基石，在保证数据安全方面起着重要的作用，非对称加密的加密和解密分别使用不同的规则（秘钥），只要这两种规则（秘钥）之间存在某种对应关系，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）、数字签名算法（Digital Signature Algorithm， DSA）、椭圆曲线密码编码学（Elliptic Curves Cryptography， ECC）、秘钥协商算法（Diffie-Hellman， DH）等，但在加解密的速度上远远低于对称加密，不适合用于大数据量的加解密操作；
对称加密的加密和解密都用同一规则（秘钥）算法，主要加密算法有高级加密标准算法（Advanced Encryption Standard， AES）、三重数据加密算法（Triple Data Encryption Algorithm， 3DES）、数据加密标准算法（Data Encryption Standard， DES）、国际数据加密算法（International Data Encryption Algorithm， IDEA）等，對称加密的安全性低于非对称加密，但是加解密速度快。

综合项目实际考虑，当前系统选择使用非对称加密和对称加密混合的方式对矢量数据进行加密，先将矢量数据转换为SQLite数据库再以对称加密的形式加密数据库中的所有数据，以非对称加密的形式加密对称加密所使用的秘钥，以达到能够同时兼容安全和速度的要求。

2.3  GDAL库

地理空间数据转换库（Geospatial Data Abstraction Library， GDAL）是一个在X/MIT许可协议下的开源栅格空间数据转换库。它利用抽象数据模型来表达所支持的各种文件格式。OGR是GDAL库的一个分支，提供对矢量数据的支持。有很多著名的GIS类产品都使用了GDAL/OGR库，包括ESRI的ARCGIS，Google Earth和跨平台的GRASS GIS系统。利用GDAL/OGR库，可以使基于Linux、Windows的地理空间数据管理系统提供对矢量和栅格文件数据的支持。

当前本文系统主要使用GDAL库来进行矢量数据转换、空间数据查询、栅格数据处理等系统功能的实现，使用GDAL能够大幅提高相应地理信息数据处理的速度，且整体处理过程更透明可控。

3  系统功能设计与实现

3.1  增减挂钩移动端功能设计与实现

增减挂钩系统移动端主要用于现场定位、核查采集，系统设计的功能有GPS定位、图层基本操作、属性数据查询、空间数据查询、草绘量算、核查采集、轨迹、数据管理。移动端主界面如图3所示。

1）定位功能：通过代码调用移动端本身自带的GPS模块实现，可在加载的影像或矢量图层上以图标的形式显示当前位置以及以文本形式显示经纬度坐标，在必需的情况下，还可以通过蓝牙连接外置北斗定位模块来提高定位精度。

2）图层基本操作：包括常用的GIS功能，比如地图的放大、缩小、隐藏、加载显示、平移以及图层管理，等等。

3）属性数据查询：对系统加载的矢量图层数据可以进行属性模糊查询，查询结果将以列表形式显示，可以自定义查询结果显示格式、查询字段，点击查询结果列表中的任一记录，将定位至该记录对应的空间位置，并显示其具体属性值。

4）空间数据查询：系统已加载显示的所有矢量数据都可以通过在地图上进行点击的方式进行空间查询，选中要素将高亮显示，并在点击的位置弹出面板，显示对应的要素的具体属性值。

5）草绘量算：通过在移动端的显示地图上直接绘制几何线和几何面，显示绘制的几何图形的长度或面积，并保存至数据库，这样可以让用户在现场即可确认施工的大致范围面积是否匹配。

6）核查采集：在移动端显示的地图上绘制几何点，并在几何点上挂接文字属性、照片、音频等信息，并保存至数据库，用户可以在现场打开已绘制的核查采集点，增加不同时相的照片、音频，进行横向比对，确认不同时相的施工变化情况。

7）轨迹：通过定位功能，以后台运行的方式实时获取当前的位置数据，并以日期作为单位，形成当前日期的实时轨迹线，在后期可以拷贝至PC端进行转换，以供判断移动端使用者是否到实地进行了现场核查。

8）数据加密：所有的采集数据（草绘量算、核查采集、轨迹等）在保存至数据库时都需要对内容进行加密，作为保证数据安全的防范方法。

9）数据管理：用户可以通过移动端的数据管理界面，管理核查采集、草绘量算、轨迹等自定义数据的显示和隐藏，避免因加载过多数据导致的地图显示杂乱问题。

3.2  增减挂钩PC端功能设计与实现

增减挂钩PC端主要是用于将基础数据进行切片转换加密处理和后期移动端采集数据解密转换处理，系统设计的功能有影像切片、矢量转换、核查采集数据转换、核查数据加载查询、地图基础功能、系统基础功能。PC端主界面如图4所示。

1）影像切片：将原始的tif（Tagged Image File Format）等栅格数据切片生成tpk（ArcGIS Map Tile Package）文件，并对tpk文件进行加密。

2）矢量转换：将Shapefile、GDB（ArcGIS文件地理数据库）等矢量数据转换为SQLite数据库，并对数据库内容进行加密。

3）移动端数据转换：以工程的形式将移动端所有采集数据（草绘量算、核查采集、轨迹等）进行解密并转换成矢量数据，矢量数据的格式可以选择为Shapefile或GDB（ArcGIS文件地理数据库）。

4）核查数据加载查询：以工程的形式将已转换的移动端采集数据在PC端中进行选择性加载，并且使用自定义界面来查看核查采集数据，可同时查看同一核查采集点的不同时相的照片和音频数据来进行横向比对。

5）地图基础功能：包括地图的放大、缩小、平移、全图、显示、隐藏、坐标转换、标注、符号化，等等。

6）系统基础功能：配置文件设置、用户管理、工程管理、数据导入导出、查询统计，等等。

4  结  论

随着移动GIS越发普及深入与技术设备的更新突破，移动GIS相关应用越来越多的出现在我们的身邊，在有关项目上的应用也越来越广泛，在本文中通过开发基于移动GIS的增减挂钩系统，既解决了现有增减挂钩项目实施过程中存在的一些问题，改进了相关联的作业流程，提高了工作效率，也在一定程度上为增减挂钩项目的实施推进提供了有力支持。

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作者简介：曹吉萍（1988—），男，汉族，湖南耒阳人，工程师，本科，研究方向：地理信息系统。

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