在近期的土地变更调查进程中，国土资源部开展的遥感图斑监测工作已经趋于稳定^[1-3]，但时间滞后，在实时性方面存在缺陷。常态化巡查定期对一些重点监管地区进行调查，可以有效地填补遥感图斑监测工作的空档期。如何利用现代化技术制定成熟的巡查业务体系，准确有效地获取土地变化信息，实时更新地理国情数据库，预测未来土地变化趋势，制定可行的预防措施，成为国土资源研究的方向^[4]。

传统的土地巡查方法通常是利用GPS、相机纸质地图、影像、表格等记录土地变化信息和统计巡查结果，这种传统的巡查方法工作效率较低。由于移动设备具有便携性、易操作性等优势，随着移动终端多功能融合化发展，出现了基于移动端的土地变更调查系统。董群等^[5]设计了土地信息采集系统，支持完整的调查流程，实现了内外业的联动作业；马艳娜等^[6]设计了基于移动端的遥感监测数据采集系统，实现了多用户实时采集上传，体现了高效化、云端化等理念；李晓军等^[7]研发了基于Android的移动监察GIS平台，提出了3S技术在国土方面的应用理念；贾培哲等^[8]构建了基于移动GIS的土地执法动态调查系统，提高了土地资源巡查的信息化程度和工作效率；徐静波等^[9]设计了土地变更数据采集系统，主要用于外业采集处理数据。这些研究虽然提高了调查人员的效率，但具体的业务流程还有待完善，如在保证巡查信息准确性以及采集信息离线存储等方面有所不足。本文开发了基于Android移动终端的土地变更常态化采集系统，加强了对巡查工作的管理，并利用地理信息系统中的缓冲区分析与GPS定位相结合的技术，提高了采集数据的真实程度。

1 系统总体设计 1.1 数据组织与业务逻辑分析

土地变化常态化巡查需要的底图数据和土地信息基础库数据，主要分为矢量底图与遥感影像。为了提高底图数据在移动端上的读取效率，考虑影像数据的保密性，将适量底图制作成切片地图(.tpk)，同时将遥感影像进行重分类，使影像达到一定的分辨率。在这种分辨率下，既能保证巡查人员能够分清地物地类特征，又能将影像的精度降低到一定的程度。土地信息基础库数据主要包括基本农田图层、地类图斑图层、建设用地管制区图层以及行政界限等数据，这些数据主要用于和变更图斑的叠加分析。

从土地变更常态化巡查的具体业务流程分析，该系统的主要业务需求如下：首先，工作人员对某地区进行巡查，发现疑似变化地区，对其进行定位，工作人员在移动端设备上，勾画该地区形成图斑数据，与土地信息基础库数据进行叠加分析，得出该区域占基本农田面积、该地区的基本地类及非法建筑用地面积等基本数据；然后，对其他基本信息进行输入；最后，对该地区拍照，将图斑数据和基本信息保存到移动设备，对数据进行上传，完成巡查工作。巡查工作业务流程如图 1所示。

1.2 面向对象的数据库设计

设计人员在移动终端建立合理的数据存储机制实现采集过程的离线化、任务信息存储以及调查人员的GPS定位信息记录。巡查流程中的流转数据主要分为空间数据和属性数据两类：空间数据包括调查图斑和定位点等；属性数据包括区域的特征数据、任务信息以及定位点特征等。设计人员以数据结构为基础，采用一定的数据组织与管理规则建立合理的空间数据库。

所有的空间数据都可以用点要素来表示，定位点为单个点要素，图斑几何描述为多个点要素按照一定的顺序连结。采用面向对象的思想，将所有类型的图斑封装成一个抽象基类(BasedTb)，基类包含各类图斑共同的基本属性，如图斑的时间数据、边界点信息等。定位点与图斑边界点封装成一个位置点基类(BasedPoint)，包含两者共有的基本信息。基类派生出不同类型的图斑、定位点和边界点，派生类既可以重写基类的方法，又可以扩展独有的属性和方法，如表 1所示。

设计人员建立不同的表记录空间数据对应的属性数据：图斑属性表存储图斑的基本属性信息，如叠加信息、地类信息等；图斑外围边界点表存储图斑的外围边界点信息；任务表存储不同类型的巡查任务；实地照片表存储实地巡查照片属性信息；用户轨迹点表存储用户的工作轨迹点信息。

由于硬件配置的限制，设计人员在移动终端建立关系型数据库存储数据比较困难。SQLite数据库是C语言编写的开源嵌入式数据库引擎，占用资源少，性能良好，支持SQL语句查询，同时较好地兼容Android移动设备。因此，系统采用SQLite数据库存储管理巡查信息，通过Android中的SQLiteOpenHelper类创建数据库和数据库表。

1.3 系统架构

设计人员从系统构成上分析，设计基于Android OS的巡查采集系统的基本框架如下：系统采用C/S架构，通过安卓设备作为客户端，应用高德地图应用程序接口(application program interface，API)，实现移动端设备的定位以及轨迹的记录；利用ArcGIS的移动端API，实现与地图相关的功能；基于SQLite数据库实现移动端数据的离线存储。系统的服务端部署在腾讯云服务器上，基于SSM(Spring、SpingMVC、Mybiats)框架，实现巡查信息的下载及巡查图斑数据的上传。系统总体框架如图 2所示。

2 系统功能设计与实现 2.1 系统开发基础

土地变更常态化巡查移动端系统主要采用Android平板，最低支持的Android的版本为Android4.3。系统的主要开发语言为Java EE，使用AndroidStudio2.2.3开发平台和AndroidSDK开发包。在离线状态下，系统利用SQLite数据库进行数据存储；在有网络情况下，系统通过接口服务与后台服务端数据交互。

2.2 关键技术

1) 巡查工作的多级协同管理。巡查工作主要包括日常巡查、信访举报、上级交办工作以及媒体曝光等，工作来源均不相同。为有效管理巡查工作，本文设计了一种多级协同管理的方案，所有巡查全部以任务的形式流转。多级协同管理的工作流程如图 3所示，市调查部门、县调查部门以及国土所均可创建巡查任务，下发至委托单位的外业调查人员，巡查结束后上传成果，上传过程中会将不同类型的图斑提交至不同的部门，逐级上传，最后由市级提交至省级调查部门，实现多级协同工作。

2) 巡查人员工作量的监控。巡查人员的工作监控是保障常态化质量的关键，用户的工作轨迹可以准确量化用户的工作量。从用户开始执行某任务的时间点开始记录用户的轨迹，且用户轨迹点的状态为未工作；用户进入调查界面点击“开始记录”的时间点之后，轨迹点的状态变为工作中。用户完成所有调查任务，点击“提交任务”将任务信息与工作轨迹上传至云端，供上级审核。

3) 基于缓冲区与GPS定位的照片采集功能设计。实地拍摄采集的照片的质量直接影响着常态化巡查的工作质量，系统采用距离和方位角来保证照片采集的质量，即调查人员的定位与图斑中心的距离和拍照视角线是否与图斑相交。当遇到较为狭长的区域时，会出现两端不能拍照的现象；当移动端陀螺仪存在误差时，也不能采集影像。针对这种情况，该系统设计了一种基于缓冲区的照片采集模式。调查人员到达某区域后，将变更区域勾画形成图斑，用户点击“照片采集”，在图斑周围形成缓冲区，根据照片的不同类型(内景、近景和远景)生成不同的范围的缓冲区，并将用户的GPS定位信息，与形成的缓冲进行叠加判断，若定位点在缓冲区内可采集，反之则不能采集。

2.3 系统功能实现

系统的主要功能包括任务下载、定位、轨迹点记录、数据分析与采集以及数据的上传。

1) 任务下载。常态化巡查工作主要是下发任务给调查人员。上级单位将任务信息插入数据库，云端数据库记录任务插入的时间。巡查人员通过移动端下载任务，同时系统自动记录本次下载的时间。

2) 定位与轨迹点记录。定位模块主要分为巡查人员的定位和已记录的可疑地区的定位，定位功能主要借助高德地图提供的定位组件实现。工作人员通过简单的坐标系转换，将获取的高德坐标系下点的坐标转到所需坐标系下，渲染在地图上；已记录可疑地区的定位通过该图斑中心点来定位。巡查人员轨迹点的记录通过定义Android SDK中的Service类实现，当用户点击开始记录时，后台线程会创建一个服务，每隔一段时间执行一次定位，并记录到SQLite数据库中，同时在地图上进行渲染。用户也可以查看自己的历史轨迹，图 4为某工作人员的历史轨迹。

3) 信息采集功能是核心功能，可以分为图斑空间位置的采集、占压各地类面积的采集和其他信息的采集3个部分，如图 5所示。①图斑空间信息的采集主要通过用户手动勾画和GPS点采集两种方式实现：用户手动勾画是在移动端屏幕上点击形成多边形表示图斑的空间位置，这种方法的优点是可以采集人不方便靠近的图斑；GPS点采集方法是利用移动端的GPS定位功能来采集图斑的边界，其优点是采集的图斑空间信息较为准确，但是需要人员到准确的位置上进行采集。②占压地类面积的采集是利用图斑与基础地图的叠加分析得到各地类的占压面积及该图斑所属区域的信息。③其他信息的采集主要包括现状类型、备注、实地照片及拍照信息等。巡查基本信息可以通过用户键入即可，实地照片作为巡查任务的重要采集信息对实际的地物、地类的判断有着重要的意义，照片分为远景、近景。为了保证采集照片的真实性，本系统对拍照距离进行了限制，巡查人员在所调查区域的指定范围内，可以进行拍照，该范围根据不同照片类型进行设定，同时，采集照片的拍摄位置、拍摄方位以及拍摄时间。

4) 采集信息的云端同步分为两部分：用户采集完毕后，选择图斑条目将所有采集信息上传；当用户发现采集信息或操作时有误，可以撤回，再次调查后上传。

2.4 系统应用

移动端常态化巡查系统已经用在青岛市黄岛区的常态化监测中，在投入使用的3个月里，常态化巡查工作成效显著。用户使用该终端采集系统后的体验：①通过移动端进行常态化调查方式的效率要高于传统方式；②本系统能有效记录每个工作人员的工作量，且缓冲区与GPS定位融合能准确定位调查人员与图斑的关系，保证了调查的准确性；③系统交互的友好性有待提高，用户的轨迹显示有待优化。

3 结束语

本文结合青岛市常态化土地变化监测工作，根据具体的监测工作的业务流程需求，设计开发了基于移动GIS的常态化巡查系统，本系统包括采集、存储、更新等功能，优化了调查工作的管理机制，提高了工作效率，降低了工作成本。虽然系统已经经过青岛市内多区县的实地应用，但是由于土地常态化巡查是一项高度专业化、业务化的工作，本系统在实用性与专业性方面有待进一步完善。