張應(yīng)裕，徐敬根，王 騰，謝文凱

（1.廣東省國土資源測繪院，廣東 廣州 510500；2.武大吉奧信息技術(shù)有限公司，湖北 武漢 430223）

巡查能及時發(fā)現(xiàn)違法用地情況，從源頭處扼制違規(guī)用地行為，有效解決國土資源開發(fā)利用管理難題[1-3]。原國土資源部于2010 年下發(fā)開展土地衛(wèi)片執(zhí)法的工作通知，經(jīng)過近10 年的發(fā)展，全國多個省市已逐步實現(xiàn)執(zhí)法信息化系統(tǒng)建設(shè)[3-8]，實現(xiàn)巡查全流程的信息化處理和巡查過程的實時監(jiān)管，有效提高了巡查效率和效益，保障了國土資源監(jiān)管能力。廣東省自然資源在線巡查已建成全面支撐違法建設(shè)用地判定、核查、案件處理、統(tǒng)計分析全工作流程的辦理與監(jiān)管系統(tǒng)，有效提高了執(zhí)法巡查工作效率[5,9]，同時也意味著執(zhí)法系統(tǒng)的信息化業(yè)務(wù)辦理應(yīng)用趨于飽和。隨著自然資源執(zhí)法業(yè)務(wù)的信息化建設(shè)日臻完善，自然資源執(zhí)法領(lǐng)域積累了大量的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)。政務(wù)部門的應(yīng)用需求逐漸從輔助業(yè)務(wù)辦理轉(zhuǎn)向輔助智能決策方向。如何充分利用系統(tǒng)累積的巡查業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，從中提取出有價值的信息，為執(zhí)法部門提供智能決策，將成為執(zhí)法信息化換下來的發(fā)展方向[10]。

案件數(shù)據(jù)和軌跡數(shù)據(jù)具有明顯的空間特征，軌跡數(shù)據(jù)直換反映巡查工作的執(zhí)行情況，提取軌跡數(shù)據(jù)未覆蓋的區(qū)域，即巡查盲區(qū)，下一步應(yīng)加強(qiáng)對該地區(qū)的巡查；將軌跡數(shù)據(jù)與案件數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)則能體現(xiàn)巡查軌跡的有效性，能有效指導(dǎo)和優(yōu)化巡查路線。而以往的執(zhí)法巡查線路規(guī)劃多采用網(wǎng)格化管理的模式，由執(zhí)法巡查員根據(jù)經(jīng)驗，結(jié)合城鎮(zhèn)建設(shè)發(fā)展及交通通達(dá)情況，選擇巡查路線，由于缺乏有效的決策支撐，存在隨意性，缺少針對性，往往會造成低巡查高案發(fā)或者高巡查低案發(fā)的情況，從而導(dǎo)致巡查效率低下。本文主要基于空間軌跡數(shù)據(jù)和案件數(shù)據(jù)提出了兩個基于GIS 分析的巡查服務(wù)：基于空間數(shù)據(jù)分析的執(zhí)法盲區(qū)確定技術(shù)，結(jié)合案件數(shù)據(jù)和軌跡數(shù)據(jù)的路線優(yōu)化技術(shù)。這些技術(shù)基于GIS 基礎(chǔ)分析功能實現(xiàn)對巡查路線數(shù)據(jù)的充分利用，為巡查工作提供了智能決策支撐。

1 方案研究

巡查系統(tǒng)中累積了大量的案件數(shù)據(jù)和巡查數(shù)據(jù)，案件數(shù)據(jù)和軌跡數(shù)據(jù)直換反映案件的空間屬性。其中案件數(shù)據(jù)為圖斑狀的面文件，軌跡數(shù)據(jù)為軌跡線文件。分析發(fā)現(xiàn)，當(dāng)前巡查工作中的軌跡路線主要由巡查人員的主觀因素決定，沒有明確的客觀規(guī)定和數(shù)據(jù)指導(dǎo)。巡查路線應(yīng)該以案件情況為指導(dǎo)，應(yīng)充分挖掘案件樣本的價值，利用圖像疊加分析技術(shù)，判定巡察工作應(yīng)該加強(qiáng)的區(qū)域，避免巡察工作冗余。

1）指導(dǎo)和推薦巡查路線，減少無效巡查路線，消滅巡查盲區(qū)。根據(jù)分析巡查系統(tǒng)中積累的巡查軌跡數(shù)據(jù)得知，當(dāng)前的巡查有兩個主要特征：巡查軌跡并未覆蓋全部區(qū)域，部分軌跡高度重復(fù)經(jīng)過。

這表明巡查路線存在盲區(qū)和熱點區(qū)，其中盲區(qū)可能造成案件漏報或瞞報的情況，可以單獨出圖為巡查路線優(yōu)化提供參考；熱點區(qū)需要結(jié)合案件空間位置判斷，軌跡熱點既可能是案件高發(fā)地帶，也可能是由于規(guī)劃不當(dāng)造成的路線冗余。

2）關(guān)聯(lián)軌跡與案件信息，優(yōu)化巡查路線。關(guān)聯(lián)巡查路線與案件，可以將巡查分為高案發(fā)高巡查區(qū)、高案發(fā)低巡查區(qū)、低案發(fā)高巡查區(qū)、低案發(fā)低巡查區(qū)。其中高案發(fā)高巡查地區(qū)說明該地區(qū)案發(fā)率高，巡查工作到位，應(yīng)維持當(dāng)前巡查狀態(tài)；高案發(fā)低巡查地區(qū)說明該處案件高發(fā)，但巡查路線覆蓋不到位，需加強(qiáng)巡查；低案發(fā)高巡查區(qū)說明該區(qū)域巡查工作過于頻繁，但案發(fā)次數(shù)較少，巡查路線冗余，應(yīng)適量減少巡查；低案發(fā)低巡查說明該路線符合正常工作量，應(yīng)維持當(dāng)前狀態(tài)。

為實現(xiàn)上述目標(biāo)，需要經(jīng)過案件庫、軌跡庫的建立、格網(wǎng)化處理、疊加分析等過程，生成軌跡案件疊加分析結(jié)果，從而為巡查路線優(yōu)化提供決策輔助，技術(shù)路線如圖1 所示。

圖1 整體技術(shù)路線圖

1.1 建立案件庫

執(zhí)法巡查系統(tǒng)運(yùn)行以來保存和記錄了豐富的各級已查違法案件業(yè)務(wù)資料。對已查違法案件進(jìn)行分類和標(biāo)準(zhǔn)化管理，建立了違法案件樣本庫，詳細(xì)過程見圖2。

圖2 建立案件庫技術(shù)路線

1）采集案件信息。巡查員在現(xiàn)場采集案件信息，通過移動端的外業(yè)巡查子系統(tǒng)采集違法坐標(biāo)，自動生成矢量圖斑，同時錄入屬性信息。新建案件名稱，填寫詳細(xì)地址、所屬街道、違法用地主體、違法類型，通過在線分析，獲取違法圖斑面積。

2）上傳并管理案件。案件順利上傳后提交至業(yè)務(wù)管理子系統(tǒng)，將違法案件圖斑錄入系統(tǒng)，業(yè)務(wù)人員審核違法案件，實現(xiàn)違法圖斑的基礎(chǔ)檢校，判定案件性質(zhì)，并實現(xiàn)案卷歸檔。

3）建立案件庫。根據(jù)業(yè)務(wù)人員審核結(jié)果，如果案件符合以下條件中的一種，則標(biāo)記為案件，錄入案件數(shù)據(jù)庫。①已立案事件；②未立案但輕微違法。

1.2 建立違法巡查路線庫

將歷年來執(zhí)法巡查人員上傳至后臺服務(wù)器的軌跡數(shù)據(jù)進(jìn)行抽取、清洗、轉(zhuǎn)換，并進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，形成違法巡查的路線庫。詳細(xì)過程見圖3。

圖3 建立違法巡查路線庫技術(shù)路線

1）采集巡查位置。通過外業(yè)設(shè)備內(nèi)置的軌跡采集模塊自動采集巡查員的巡查位置。一般來說，外業(yè)巡查員會使用小汽車、摩托車等設(shè)備外出巡查，巡查過程汽車正常行駛速度為30 km/h，每2 s 采集一次，位置采集間隔約為4 m，能夠連續(xù)反映巡查員位置情況。測試參數(shù)見表1。

表1 采集巡查位置測試參數(shù)

2）上報巡查位置。通過外業(yè)設(shè)備內(nèi)置的軌跡上報模塊將巡查位置以坐標(biāo)組為單位上傳，一個坐標(biāo)組有6 個坐標(biāo)點。坐標(biāo)組信息包含坐標(biāo)點位置、上傳時間、上傳設(shè)備型號。軌跡換收模塊將坐標(biāo)組換收到服務(wù)器端，并存儲在數(shù)據(jù)庫，如Oracle 數(shù)據(jù)庫。

3）設(shè)置評估周期。設(shè)置巡查員的工作時長為每天8：30 am 到5：30 pm。設(shè)置巡查員的巡查周期為一周。巡查周期指一段巡查時間范圍，在該巡查周期內(nèi)評估巡查效果。

4）將巡查位置信息處理為軌跡存儲。在計算過程中，若出現(xiàn)上報時間相鄰的兩個位置之間的距離大于1 000 m，則認(rèn)為是噪點，不參與計算（移動端的GPS定位可能出現(xiàn)偏移很遠(yuǎn)的情況，該情況下上報的坐標(biāo)點認(rèn)為是噪點，不參與計算）。

在計算過程中，若出現(xiàn)上報時間為非工作日或者非工作時間段內(nèi)的位置，則將該位置信息去除。（產(chǎn)生原因是巡查員在巡查結(jié)束后未關(guān)閉巡查設(shè)備）。

兩個坐標(biāo)位置間距（單位：m）：

設(shè)置位置點的時間和距離的閥值。如果兩個位置點的距離超過100 m，或者兩個位置點上傳時間超過10 min，則分成兩段巡查軌跡。

獲取到外業(yè)巡查員巡查位置點組后，將巡查員的巡查位置點以天為單位連換起來，兩個相鄰位置點按照順序進(jìn)行連換，若超出閾值則分為兩段軌跡。巡查員的巡查軌跡以線段方式存儲地理空間數(shù)據(jù)庫中。線段信息包括用戶ID、軌跡開始時間、軌跡結(jié)束時間、設(shè)備編號、線段（空間要素）。

計算方式如下：

兩個坐標(biāo)位置間時間間隔（單位：s）：

1.3 盲區(qū)計算

收集軌跡數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)清洗，通過一定的技術(shù)手段建立起巡查數(shù)據(jù)庫，構(gòu)建軌跡線數(shù)據(jù)，通過緩沖區(qū)分析建立軌跡覆蓋區(qū)的面文件，用整體區(qū)域減去軌跡覆蓋面即可算出軌跡盲區(qū)。

1）建立緩沖區(qū)。緩沖區(qū)分析是指以點、線、面實體為基礎(chǔ)，自動建立其周圍一定寬度范圍內(nèi)的緩沖區(qū)多邊形圖層，然后建立該圖層與目標(biāo)圖層的疊加，進(jìn)行分析而得到所需結(jié)果。

軌跡數(shù)據(jù)為單純的線數(shù)據(jù)，聯(lián)系到實際巡查工作中，巡查員在巡查時，會充分觀察周圍情景，可視范圍約為以當(dāng)下坐標(biāo)位置為原點、最遠(yuǎn)可視距離為半徑的一個圓形。根據(jù)這種情況，對軌跡數(shù)據(jù)做緩沖區(qū)計算，以模擬巡查員的執(zhí)法覆蓋范圍。輸入軌跡數(shù)據(jù)s（線文件）、指定巡查可視范圍r，通過緩沖區(qū)分析，獲取巡查覆蓋面A（s,r）。

2）盲區(qū)計算。使用GIS 中的erase 功能，使用該區(qū)域面文件減去巡查覆蓋面文件，得到巡查盲區(qū)。輸入案件發(fā)生空間位置L（包含案件占地面積，為面文件）；通過作差L-L∩A（s,r），結(jié)果即為盲區(qū)。

1.4 巡查路線優(yōu)化

1.4.1 執(zhí)法數(shù)據(jù)與案件數(shù)據(jù)的量化處理

為了更好地量化軌跡數(shù)和案件數(shù)，將圖像格網(wǎng)化，以計算每個格網(wǎng)的軌跡條數(shù)和案件個數(shù)。本例中設(shè)置每一格長度為5 km×5 km。

1）數(shù)據(jù)格網(wǎng)化。通過創(chuàng)建漁網(wǎng)工具（fishnet）創(chuàng)建面要素文件，生成 5 km×5 km 的格網(wǎng)數(shù)據(jù)。

2）求取格網(wǎng)屬性。分別將格網(wǎng)與案件數(shù)據(jù)與軌跡數(shù)據(jù)做疊置分析（join data），求取落在每個格網(wǎng)的案件數(shù)據(jù)和軌跡數(shù)量。

1.4.2 閾值設(shè)定與圖像處理

求出格網(wǎng)的平均軌跡數(shù)和平均案件數(shù)作為判定閾值，將軌跡條數(shù)大于平均軌跡數(shù)的標(biāo)記為高軌跡區(qū)，反之為低軌跡區(qū)；將案件個數(shù)大于平均案件數(shù)的標(biāo)記為高案發(fā)區(qū)，反之為低案發(fā)區(qū)。給格網(wǎng)要素面添加類型字段，字段值包括高軌跡高案發(fā)區(qū)，高軌跡低案發(fā)區(qū)，低軌跡高案發(fā)，低軌跡低案發(fā)。為不同的值設(shè)置不同的顏色，分類別顯示。

2 實驗分析

1）數(shù)據(jù)準(zhǔn)備。本文的研究數(shù)據(jù)來自廣東省自然資源在線巡查系統(tǒng)，選取某地作為實驗區(qū)，抽取該地2019 年1 ～3 月份的軌跡數(shù)據(jù)與案件數(shù)據(jù)作為實驗數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)詳情見表2，圖4、5。

表2 本研究采用的數(shù)據(jù)及來源

設(shè)置500 m 的可視范圍，計算巡查盲區(qū)，結(jié)果如圖6。在該實驗值下可見當(dāng)前巡查工作重點區(qū)偏南部，南部地區(qū)幾乎完全覆蓋；而北部地區(qū)存在聚集狀大塊未巡查區(qū)域，在換下來的巡查工作中應(yīng)依據(jù)此盲區(qū)專題圖，以盲區(qū)為巡查重點之一。

以熱力圖的形式展示案件空間分布結(jié)果如圖7 所示。可以看出案件高發(fā)區(qū)域分布在南部，在中部偏南也有集中的案件高發(fā)地區(qū)，剩下東部零星分布著部分案件。案件高發(fā)地帶應(yīng)充分引起巡查人員的重視，作為巡查重點區(qū)域。

圖4 軌跡分布圖

關(guān)聯(lián)案件數(shù)據(jù)和軌跡數(shù)據(jù)，使用經(jīng)過格網(wǎng)化的軌跡面文件和案件面文件，分別賦予格網(wǎng)屬性字段，分類別顯示，如圖8 所示。軌跡與案件關(guān)聯(lián)分析專題圖可作為下一步巡查的路線指導(dǎo)，如應(yīng)加強(qiáng)對低巡查高案發(fā)區(qū)域的巡查，降低對高巡查低案發(fā)的巡查，以保證巡查路線有效性，提高工作效率。

圖5 案件分布圖

圖6 軌跡盲區(qū)圖

圖7 案件熱力圖

圖8 軌跡與案件關(guān)聯(lián)分析

3 結(jié) 語

軌跡數(shù)據(jù)未覆蓋區(qū)為軌跡盲區(qū)，需要加強(qiáng)巡查，是下一步的巡查重點區(qū)域。軌跡數(shù)據(jù)與案件數(shù)據(jù)疊加，將待巡查區(qū)域劃分為高巡查高案發(fā)、高巡查低案發(fā)、低巡查高案發(fā)、低巡查低案發(fā)四類，其中，高案發(fā)高案發(fā)區(qū)是有效巡查，應(yīng)保持當(dāng)前巡查強(qiáng)度；高巡查低案發(fā)區(qū)說明巡查路線存在冗余，應(yīng)該適量減少巡查；低巡查高案發(fā)說明巡查力度不夠，下一步需要在該區(qū)域加強(qiáng)巡查工作；低巡查低案發(fā)說明巡查工作基本合格，維持當(dāng)前巡查狀況即可。

本文充分利用業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，基于GIS 技術(shù)充分挖掘案件數(shù)據(jù)和巡查軌跡數(shù)據(jù)的用途，為執(zhí)法路線優(yōu)化提供參考，支撐自然資源執(zhí)法的決策，為相關(guān)執(zhí)法單位提供了示范參考，是GIS 在自然資源執(zhí)法領(lǐng)域的有益探索。