全球地理信息资源建设项目管理系统

创新应用
地理信息世界
GEOMATICS WORLD 第29卷 第6期2022年12月Vol.29 No.6December,2022
全球地理信息资源建设项目管理系统设计与实现
Design and Implementation of Global Geographic Information Resources Construction Project 
Management System
引文格式:林尚纬,张俊辉,王晶晶,等.全球地理信息资源建设项目管理系统设计与实现[J].地理信息世界,2022,29(6):84-88,94.
林尚纬1,张俊辉1,王晶晶2,杜 晓1,周 琦1,岑欣哲2,吴晨琛1,郭 莉3
1. 国家基础地理信息中心,北京 100036;
2. 国信司南(北京)地理信息技术有限公司,北京 100089;
3. 自然资源部国土卫星遥感应用中心,北京 100048
作者简介:林尚纬(1992―),男,山东烟台人,工程师,硕士,主要从事全球多源数据获取处理、空间分析制图和项目组织管理工作E-mail:*******************
通信作者:王晶晶(1990―),女,北京人,工程师,硕士,主要从事基础测绘、应急普查、一张图等数据建库、系统开发和项目管理工作E-mail:************************收稿日期:2022-04-11
LIN Shangwei1,ZHANG Junhui1,WANG Jingjing2,DU Xiao1,ZHOU Qi1,CEN Xinzhe2,WU Chenchen1,GUO Li3民族论坛
1. National Geomatics Center of China, Beijing 100036, China;
2. Geo-Compass, Beijing, Information Technology Co., Ltd., Beijing 100089, China;
3. Land Satellite Remote Sensing Application Center of Ministry of Natural Resources, Beijing  100048, China
【摘要】测绘与地理信息管理信息化在国家信息化建设中发挥着重要作用,近年来,我国境内外地理
信息资源获取能力取得了较大进步,但是以重大测绘项目为核心的全流程信息化管理能力相对较弱。针对已有测绘项目管理在全球范围效率低下、适用性不足等难题,基于全球1∶50 000标准分幅格网单元,引入矢量切片和FreeMarker等技术,设计并实现了集任务分配、进度上报、在线标图/查看、统计分析、系统管理等为一体的全球地理信息资源建设项目管理系统,应用实施表明,该系统能够有效提高项目管理水平,为后续重大测绘项目管理提供了经验。
【关键词】项目管理;全球;格网;进度填报;矢量切片;FreeMarker
【中图分类号】P2                          【文献标识码】A                      【文章编号】1672-1586(2022)06-0084-06
Abstract:The informatization of surveying and mapping and geographic information management plays an important role in the national informatization construction. In recent years,China has made great progress in acquiring geographic information resources at home and abroad,but the whole process information man
agement ability with major surveying and mapping projects as the core is relatively weak. To solve the problems of low efficiency and insufficient applicability of existing surveying and mapping project management in the world,based on the global 1∶50 000 standard framing grid unit,vector tiles and FreeMarker technologies are introduced to design and implement a global geographic information resource construction project management system integrating task allocation,progress reporting,online mapping/viewing,statistical analysis and system management. The application shows that the system can effectively improve the project management level and provide experience for the management of subsequent major surveying and mapping projects.西安体育学院学报
Key words:project management;global scale;grid;progress reporting;vector tiles;FreeMarker
0  引  言
自然资源数据是国家基础性、战略性信息资源,自然资源信息化是国家信息化的重要组成部分。国家利益在哪里,信息化就覆盖到哪里,党的十九大后,信息化建设已被提升到前所未有的高度。《自然资源部信息化建设总体方案》中指出:持续开展测绘与地理信息管理信息化建设,实现以重大测绘项目为核心应用的全流程信息化管理,完善测绘地理信息行业管理系统,为重大测绘项目提供全过程动态监测[1-4]。
全球地理信息资源建设项目管理具有持续周期长、覆盖范围广、参与单位数量多、成果类型复杂及体量大、调研踏勘困难等特点和难点[5]。当前,我国测绘与地理信息管理信息化领域的项目管理系统绝大多数是面向国内范围任务区的测绘生产项目,均未针对全球范围项目管理监控进行研究和应用,且都是侧重于单组织功能,普遍存在缺少动态标图、进度上报重复性劳动、缺少一键同步和动态生成导出功能、自动化和智能化效率较低等问题[6-10]。
为加强对项目的精细化和自动高效管理,有效安排
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林尚纬,等. 全球地理信息资源建设项目管理系统设计与实现
年度计划和监控任务进度执行情况等,迫切需要研发一套面向全球范围的兼具任务分配和进度管理等全流程信息化动态监管的项目管理系统,进而为项目管理人员高效、及时、准确掌控项目建设完成情况和决策分析等提供可靠依据。
电子地图瓦片主要分为栅格瓦片和矢量瓦片,但随着地图数据更新频率的提升,传统栅格瓦片地图由于切片速度慢、不易更新等问题日益凸显,使得矢量瓦片的应用越来越受到用户的青睐[11]。矢量切片的优点有:节省存储空间数据,数据在客户端渲染,服务端不用存储大量的图片文件,节省存储空间;自定义地图样式,同一份矢量切片地图服务,客户端可以动态个性化渲染展示,满足不同的应用需求;实时更新,矢量切片可以实现图层实时更新显示;保持数据完整性,矢量切片包含完整的属性信息,可以在客户端做数据查询分析[12]。
FreeMarker 是一个用Java 语言编写的模板引擎,一个基于模板生成文本输出的通用工具,模板是用F
reeMarker Template Language(FTL)编写的,FTL 是一种简单、专门的语言。它能够生成各种文本,包括HTML 网页、、XML、RTF、Java 源代码等,模板中没有业务逻辑,外部Java 程序通过数据库操作等生成数据传入模板(template)中,然后输出页面,而且不需要Servlet 环境,并且可以从任何源载入模板,如本地文件、数据库等。FreeMarker 优点包括:通用性高,强大的模板语言;支持JSP 标签,宏定义比JSP Tag 方便,同时内置了大量常用功能,如html 过滤,日期金额格式化等;多用途,轻量级,零依赖,可以输出任何格式,从任何地方加载模板(可插入),有许多配置选项;代码十分简洁,上手快,使用非常方便[13-14]。
本文利用自主构建的一套全球1∶50 000标准分幅数据成果,综合运用基于矢量切片的海量空间数据实时协同编辑技术和FreeMarker 技术,设计并研发一套全球地理信息资源建设项目管理系统,根据项目特点和管理需求,改进和优化任务分配、进度填报、可视化查看和汇总统计分析等全流程精确管理,将不同单位、不同任务区、不同产品类型、不同工序等模块化组合,使之成为全球地理信息资源建设项目日常动态监管的辅助决策工作平台。
1  设计思路及关键技术
结合全球地理信息资源建设的生产组织和管理模式,在现有测绘业务管理体系基础上,设计面向国家—直属单
位/地方测绘主管部门的网络化业务管理流程,打破现有管理流程被片段分割的局面[1]。通过建立扩展型基于角的访问控制(E-RBAC)方法模型将用户、角和权限逻辑分离,并通过权限控制实现了生产管理信息的计划分级下达和任务的逐级汇总上报,使每一级生产和管理单位都能够以系统为工具实现统一化、体系化的项目管理。同时兼顾了各级单位职权变动等实际需求,支持权限的动态创建和分配,提高了项目管理的灵活性、适应性和可扩展性。与实际生产单位进度上报业务流程相结合[16]。
主要设计思路为:模型构建,国家级用户首先选择年份并统一建立本年度任务类型(生产性任务和工作性任务两种)、成果类型、工序环节;任务下达,新建项目并按年度计划和任务书要求添加各单位年度承担具体任务内容(生产性任务以标准分幅格网单元为单位、工作性任务以经费加进度文本填报的形式分配),并分配具体承担单位;承担单位在二次拆分、汇总和审核的基础上进行空间动态实时标图、填报和上报;国家级用户通过在线成果标图可视化查看、汇总报表和导出月报等方式对不同承担单位、不同产品类型及经费执行等情况进行实时监督查看。系统实现用到的关键技术及解决方案如下:
1.1  基于格网单元的任务分配和统计
测绘项目最终提交成果大多是标准分幅的图幅格式[17],基于我国地形图分幅编号现行国家标准GB/T
13989-2012《国家基本比例尺地形图分幅和编号》规则之上[18],通过ArcMap 工具箱中的Create Fishnet 工具及python 编程,创建了一套覆盖全球南北纬88°以内范围共计1 226 880幅1∶50 000标准分幅矢量格网数据集,结合全球项目生产技术规程等对全球分幅编号进行了适用型改造,并以此作为项目管理系统生产性任务分配和在线标图的填报单元,实现管理目标精细化,首次在重大测绘工程项目管理中将我国现行的经纬度分幅拓展到全球范围使用,解决了全球分幅编号长期缺乏统一规定的问题。同时实现了基于分幅格网单元的属性信息查询、检索、面积汇总和统计分析等功能,任务完成情况由原先的纯文本或图片描述,到现在的不同工序完成图幅数、面积数、比例及标图查看相结合的多维度精准描述。
1.2  基于矢量切片的海量空间数据实时协同编
  辑技术
矢量切片技术原理是基于四叉树金字塔模型,对矢量数据的描述性文件进行切割,将用于传输的矢量数据切分成小的数据单元,每个数据单元只包含一定范围内的要素信息,瓦片携带的是用于绘制的数据,而不是已
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经绘制出的固定样式的图片,客户端根据地图显示范围从服务器获取相应的矢量信息,通过读取图层的样式文件在客户端实时渲染地图,用户可以对矢量切片做进一步交互操作[13]。
本系统通过自研空间数据实时在线编辑产品,可实现空间图形分割、合并、拓扑分析等空间编辑。解决了矢量切片需求预先切片的问题,通过改进算法和索引可实时生产矢量切片地图数据,并通过缓存同步策略降低并发压力。通过数据锁定,解决了海量用户同步数据编辑产生的拓扑问题。协同标绘技术在全球地理信息项目管理系统中实现了多用户进行实时或异步地图标绘、地图编辑和文件传输等功能,用户可以分图层和任务区无缝地交换、协调、同步各自的计划及行动,实现标绘信息交流和感知。
1.3  保持拓扑关系的空间数据在线编辑技术
通过自研算法,在矢量切片技术的基础上通过解决图形节点捕获、节点拖动、图形实时重回、图形实时判断拓扑等若干算法问题,实现了在浏览器中,对多个面的共同节点进行在线调整时可保持拓扑关联,并且在节点拖动时实时判断是否有节点自相交等拓扑错误,完成节点调整后可保持拓扑准确性,避免了节点调整造成的图形超出或缝隙等问题。极大提高了用户在线编辑空间数据时的效率,降低了错误率,顺利推进了工程进度。
1.4  多类型任务一键同步流程优化
针对项目数据产品类型多、多种产品分配任务区重叠、进度上报范围重叠等系列问题,通过优化系统流程逻辑,在已有的按国家和多边形两种范围选择基础上,设计了自定义范围导入、已有测区复制、一键同步等系列兼容匹配模块,实现了一次分配/导入、多产品范围同步的效果,不仅提高了系统管理的灵活性,还大大减少了管理者重复分配的工作量,减轻了填报人员密集标图和频繁重复工作的压力,避免了因误操作等导致的数据难以恢复问题,显著提高了管理者和填报人员的工作效率和精准度,实现了一键式的测绘生产任务分配与完成进度管理。
1.5  基于FreeMarker技术动态生成项目进度  月报
FreeMarker 的原理是:模板+数据模型=输出,模板只负责数据在页面中的表现,不涉及任何的逻辑代码,而所有的逻辑都是由数据模型来处理的,用户最终看到的输出是模板和数据模型合并后创建的。
本系统基于FreeMarker 模板引擎技术构建一种模板样式与模型数据相互分离的Word 文档动态生成方案,
利用FreeMarker 标签来替换模板文件,编写Java 代码发布数据库查询、进行业务计算等功能,动态
地把目标数据添加到自定义模板文件中,通过较少的代码量就可以满足项目管理系统各功能模块文档的导出需求,将管理系统中的相关文字、图片等填报内容和汇总统计数据导出并生成符合格式规范要求的Word 文档报告。报告样式和内容更容易控制,打印不变形,文档内容及样式控制方便,减轻了承担单位在月报整理报送中的工作量。由原先的电子表格汇总统计,到现在的实时在线报送、动态汇总一键查询,向上级的报送效率由几小时缩短至几分钟,大幅提高了向上级单位报送的效率和准确性。
2  总体架构
全球地理信息资源建设项目管理系统包括基础设施、数据资源、支撑平台、基础服务、业务服务等5个层面,总体架构如图1
所示。
图1 系统总体架构
Fig.1 System architecture
1)基础设施(IaaS,Infrastructure as a Service)层面。系统平台采用阿里云云服务器方式进行部署,并且满足数据灾备的基本要求。
2)数据资源(Data as a Service,DaaS)层面。包括基础空间、全球任务进度、业务及共享等多种类型的数据,数据作用、类型、结构不同,包含空间和非空间的,结构化和非结构化的。由于数据的重要性,需要做好海量大数据的存储、管理、分析。
3)支撑平台(Platform as a Service,PaaS)层面。
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在网络连接方面将支持TCP、UDP、HTTP 和HTTPS 网络通信系统,各业务系统之间采用RESTful 接口协议,通过JSON、二进制方式进行数据交换,使用GZIP 或Protobuf 压缩方式降低数据传输量。系统将提供统一的微服务能力,包括服务编排、弹性拓展、配置管理、负载均衡、熔断限流等。系统还提供了并发控制、网络安防、GIS 数据引擎、遥感数据服务引擎等。为业务系统提供基础系统服务保障,减少重复建设,提高研发效率和规范统一性。
4)基础服务(Functions as a Service,FaaS)层面。将提供统一、标准的基础服务资源,提供服务支撑。基础地图服务提供了国家天地图的标准地图、影像地图、地形地图。
5)业务服务(Software as a Service,SaaS)层面。包括任务管理、进度管理、在线标图及各业务功能服务,用户拿来即用。
3  系统实现参与式管理
3.1  系统开发环境
为增强系统的可靠性和稳定性,系统基于前后端分离的架构实现敏捷开发,采用浏览器/服务器(B/S)模式进行访问,利用市面主流Web 应用系统前端框架Vue、后端框架SSM(Spring+Springmvc
+Mybatis),集成地理信息系统和开源对象——关系型数据库服务器PostgreSQL 等多种先进技术手段实现全球地理信息项目管理系统在线运行。系统前端框架版本采用Vue2.5来实现数据双向绑定,达到数据和结构分离,核心是一套用于构建用户界面的渐进式框架,同时便于与第三方库或者既有项目整合,以及与现代化的工具链、各种支持类库结合使用。系统后端主要基于模型-视图-控制器(Model-View-Controller)架构,使用集成开发环境(Integrated Development Environment,IDE)作为开发工具,使用Java 作为基本语言,使用企业框架Spring+Springmvc 作为系统主体框架,使用Mybatis 框架代替传统的jdbc 方式,数据库使用开源PostgreSQL 数据库,使系统支持空间数据、文本日志和图片等多类型数据,提供多种图形化交互管理工具,用于对数据库进行方便、高效的管理。
3.2  系统功能实现
工作要求3.2.1  任务管理
任务管理模块包含任务分配、任务查询和项目类型管理3个子模块。其中任务分配是项目管理的开端,也
是年度计划分配的重点,支持对任务的添加、修改、删除等功能,包含承担单位年度承担的任务类型、任务范围/面积、起止日期、预算经费等。任务查询可对上级分配的未接收和已接收任务按照任务类型、年度等进行条件筛选查看。项目类型管理是年度任务分配的基础和前提,管理员可依据年度计
划创建生产性项目和工作性项目两种类型。生产性项目依据生产技术规程包含资料收集、生产完成、一检、二检、局级验收、报验、核验、完成等8个任务节点,可为后续进度填报、在线标图和统计分析等环节创建选择模板。任务分配界面如图2所示,支持选择多个国家、导入自定义范围及已有测区一
键复制等功能。
图2 任务分配界面
Fig.2 Task assignment interface
林尚纬,等. 全球地理信息资源建设项目管理系统设计与实现
3.2.2  进度管理
进度管理模块包括进度查看、单位月报和进度上报3个子模块,其中进度查看可对项目整体或任一承担单位年度经费和任务执行情况进行浏览,并支持对参与单位系统月报的多选和一键导出功能,显著提高了项目管理人员报送进展的工作效率和规范性;单位月报可按月回溯各承担单位当月具体工作进展;进度上报按照项目月报模板填写数据、表格和图片,并在规定期限内完成月报上传。进度查看详情界面如图3所示,支持不同年度不同月份筛选。
3.2.3  在线标图
在线标图模块以天地图服务为基础底图,叠加全球行政区划、影像、地形及地名注记等,对项目DOM、DSM、DEM、DLG、LC、行政区划、地名等7大类10小类数据产品成果进行在线可视化管理。管理人员通过图层列表可选择浏览项目历年任务产品分类及对应的已生产范围和漏洞分布;填报人员可通过框选、自定义范围导入、一键同步等功能对本年度任务图幅进行不同工序节点的标绘和报送。在线标图界面如图4所示,标图结果以不同颜图例显示,并支持任意图幅单击查看属性详情等信息。
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3.2.4  统计分析
统计分析模块包含统计模板、进度汇总和经费汇总3个子模块。可按单位、项目类型、产品类型等自
定义组合创建统计模板,进而实现进度管控定量化;进度汇总通过选择不同模板类型,以表格和柱状图等形式对各工序节点完成面积数详细对比和统计等;经费汇总可对各单位和项目总体经费执行情况进行月度回溯和动态更新查看。
3.2.5  文档管理
文档管理模块集成项目技术交流平台问题上传和回复功能,通过高级检索中的年份、任务类型、单位等筛选条件,对生产过程中遇到的技术问题和处理建议进行统一上传、浏览和下载。
3.2.6  系统管理
系统管理模块包括对项目参与单位和用户角的新建、删除、修改,以及系统注册用户的浏览、承担单位负责人信息的动态更新和查等功能,此外还包括对系统报送时间的控制、角功能权限的分配等,从而达到用户、角和权限逻辑分离,使系统操作更
加灵活、严谨。
图4 在线标图详情界面
Fig.4 Online plotting details interface
4  结  论
本文针对已有测绘项目管理在全球范围适用性不足、统计单元不清晰、计划下达和进度报送效率低、地图可视化效果展示不足等难题,通过将我国现行的经纬度分幅规则拓展到全球范围,自研一套覆盖全球的1∶50 000标准分幅统计数据,基于矢量切片技术进行海量空间数据的实时在线编辑、协同标绘和拓扑检查,基于FreeMarker 技术动态生成项目进度月报,解决了七夕之国
海量用户在线编辑的拓扑问题和进度导出的数据模板一致性问题,明显降低了系统执行查询和统计工作的错误率,优化了多类型任务管理流程,使国家、图幅、任务区等统计单元与任务管理充分融合,实现了项目年度计划下达和任务执行监督的线上全流程动态监测和信息一体化运行管理。
本系统已成功应用于全球测图等重大专项工程的生产组织实施和管理,具备了自然资源统计工作网上智能化运行能力,成果为自然资源部国土测绘司等部门准确研判、科学决策,以及自然资源管理形势分析、调整和优化等提供了统计数据支持,为项目各级承担单位进度管理和绩效评价等提供了有效支撑,为全面支撑测绘业务管理信息化测绘体系建设、保障重大测绘地理信息工程项目实施、有效提高重大测绘项目工程协同管理水平提供了有力保障,对其他重大测绘项目的信息化管理建设具有一定借鉴意义。
参考文献焦作人事局
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图3 进度查看详情界面
Fig.3 Progress view details interface

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