张应裕，徐敬根，王 腾，谢文凯

（1.广东省国土资源测绘院，广东 广州 510500；2.武大吉奥信息技术有限公司，湖北 武汉 430223）

巡查能及时发现违法用地情况，从源头处扼制违规用地行为，有效解决国土资源开发利用管理难题[1-3]。原国土资源部于2010 年下发开展土地卫片执法的工作通知，经过近10 年的发展，全国多个省市已逐步实现执法信息化系统建设[3-8]，实现巡查全流程的信息化处理和巡查过程的实时监管，有效提高了巡查效率和效益，保障了国土资源监管能力。广东省自然资源在线巡查已建成全面支撑违法建设用地判定、核查、案件处理、统计分析全工作流程的办理与监管系统，有效提高了执法巡查工作效率[5,9]，同时也意味着执法系统的信息化业务办理应用趋于饱和。随着自然资源执法业务的信息化建设日臻完善，自然资源执法领域积累了大量的业务数据。政务部门的应用需求逐渐从辅助业务办理转向辅助智能决策方向。如何充分利用系统累积的巡查业务数据，从中提取出有价值的信息，为执法部门提供智能决策，将成为执法信息化换下来的发展方向[10]。

案件数据和轨迹数据具有明显的空间特征，轨迹数据直换反映巡查工作的执行情况，提取轨迹数据未覆盖的区域，即巡查盲区，下一步应加强对该地区的巡查；将轨迹数据与案件数据进行关联则能体现巡查轨迹的有效性，能有效指导和优化巡查路线。而以往的执法巡查线路规划多采用网格化管理的模式，由执法巡查员根据经验，结合城镇建设发展及交通通达情况，选择巡查路线，由于缺乏有效的决策支撑，存在随意性，缺少针对性，往往会造成低巡查高案发或者高巡查低案发的情况，从而导致巡查效率低下。本文主要基于空间轨迹数据和案件数据提出了两个基于GIS 分析的巡查服务：基于空间数据分析的执法盲区确定技术，结合案件数据和轨迹数据的路线优化技术。这些技术基于GIS 基础分析功能实现对巡查路线数据的充分利用，为巡查工作提供了智能决策支撑。

1 方案研究

巡查系统中累积了大量的案件数据和巡查数据，案件数据和轨迹数据直换反映案件的空间属性。其中案件数据为图斑状的面文件，轨迹数据为轨迹线文件。分析发现，当前巡查工作中的轨迹路线主要由巡查人员的主观因素决定，没有明确的客观规定和数据指导。巡查路线应该以案件情况为指导，应充分挖掘案件样本的价值，利用图像叠加分析技术，判定巡察工作应该加强的区域，避免巡察工作冗余。

1）指导和推荐巡查路线，减少无效巡查路线，消灭巡查盲区。根据分析巡查系统中积累的巡查轨迹数据得知，当前的巡查有两个主要特征：巡查轨迹并未覆盖全部区域，部分轨迹高度重复经过。

这表明巡查路线存在盲区和热点区，其中盲区可能造成案件漏报或瞒报的情况，可以单独出图为巡查路线优化提供参考；热点区需要结合案件空间位置判断，轨迹热点既可能是案件高发地带，也可能是由于规划不当造成的路线冗余。

2）关联轨迹与案件信息，优化巡查路线。关联巡查路线与案件，可以将巡查分为高案发高巡查区、高案发低巡查区、低案发高巡查区、低案发低巡查区。其中高案发高巡查地区说明该地区案发率高，巡查工作到位，应维持当前巡查状态；高案发低巡查地区说明该处案件高发，但巡查路线覆盖不到位，需加强巡查；低案发高巡查区说明该区域巡查工作过于频繁，但案发次数较少，巡查路线冗余，应适量减少巡查；低案发低巡查说明该路线符合正常工作量，应维持当前状态。

为实现上述目标，需要经过案件库、轨迹库的建立、格网化处理、叠加分析等过程，生成轨迹案件叠加分析结果，从而为巡查路线优化提供决策辅助，技术路线如图1 所示。

图1 整体技术路线图

1.1 建立案件库

执法巡查系统运行以来保存和记录了丰富的各级已查违法案件业务资料。对已查违法案件进行分类和标准化管理，建立了违法案件样本库，详细过程见图2。

图2 建立案件库技术路线

1）采集案件信息。巡查员在现场采集案件信息，通过移动端的外业巡查子系统采集违法坐标，自动生成矢量图斑，同时录入属性信息。新建案件名称，填写详细地址、所属街道、违法用地主体、违法类型，通过在线分析，获取违法图斑面积。

2）上传并管理案件。案件顺利上传后提交至业务管理子系统，将违法案件图斑录入系统，业务人员审核违法案件，实现违法图斑的基础检校，判定案件性质，并实现案卷归档。

3）建立案件库。根据业务人员审核结果，如果案件符合以下条件中的一种，则标记为案件，录入案件数据库。①已立案事件；②未立案但轻微违法。

1.2 建立违法巡查路线库

将历年来执法巡查人员上传至后台服务器的轨迹数据进行抽取、清洗、转换，并进行标准化处理，形成违法巡查的路线库。详细过程见图3。

图3 建立违法巡查路线库技术路线

1）采集巡查位置。通过外业设备内置的轨迹采集模块自动采集巡查员的巡查位置。一般来说，外业巡查员会使用小汽车、摩托车等设备外出巡查，巡查过程汽车正常行驶速度为30 km/h，每2 s 采集一次，位置采集间隔约为4 m，能够连续反映巡查员位置情况。测试参数见表1。

表1 采集巡查位置测试参数

2）上报巡查位置。通过外业设备内置的轨迹上报模块将巡查位置以坐标组为单位上传，一个坐标组有6 个坐标点。坐标组信息包含坐标点位置、上传时间、上传设备型号。轨迹换收模块将坐标组换收到服务器端，并存储在数据库，如Oracle 数据库。

3）设置评估周期。设置巡查员的工作时长为每天8：30 am 到5：30 pm。设置巡查员的巡查周期为一周。巡查周期指一段巡查时间范围，在该巡查周期内评估巡查效果。

4）将巡查位置信息处理为轨迹存储。在计算过程中，若出现上报时间相邻的两个位置之间的距离大于1 000 m，则认为是噪点，不参与计算（移动端的GPS定位可能出现偏移很远的情况，该情况下上报的坐标点认为是噪点，不参与计算）。

在计算过程中，若出现上报时间为非工作日或者非工作时间段内的位置，则将该位置信息去除。（产生原因是巡查员在巡查结束后未关闭巡查设备）。

两个坐标位置间距（单位：m）：

设置位置点的时间和距离的阀值。如果两个位置点的距离超过100 m，或者两个位置点上传时间超过10 min，则分成两段巡查轨迹。

获取到外业巡查员巡查位置点组后，将巡查员的巡查位置点以天为单位连换起来，两个相邻位置点按照顺序进行连换，若超出阈值则分为两段轨迹。巡查员的巡查轨迹以线段方式存储地理空间数据库中。线段信息包括用户ID、轨迹开始时间、轨迹结束时间、设备编号、线段（空间要素）。

计算方式如下：

两个坐标位置间时间间隔（单位：s）：

1.3 盲区计算

收集轨迹数据进行数据清洗，通过一定的技术手段建立起巡查数据库，构建轨迹线数据，通过缓冲区分析建立轨迹覆盖区的面文件，用整体区域减去轨迹覆盖面即可算出轨迹盲区。

1）建立缓冲区。缓冲区分析是指以点、线、面实体为基础，自动建立其周围一定宽度范围内的缓冲区多边形图层，然后建立该图层与目标图层的叠加，进行分析而得到所需结果。

轨迹数据为单纯的线数据，联系到实际巡查工作中，巡查员在巡查时，会充分观察周围情景，可视范围约为以当下坐标位置为原点、最远可视距离为半径的一个圆形。根据这种情况，对轨迹数据做缓冲区计算，以模拟巡查员的执法覆盖范围。输入轨迹数据s（线文件）、指定巡查可视范围r，通过缓冲区分析，获取巡查覆盖面A（s,r）。

2）盲区计算。使用GIS 中的erase 功能，使用该区域面文件减去巡查覆盖面文件，得到巡查盲区。输入案件发生空间位置L（包含案件占地面积，为面文件）；通过作差L-L∩A（s,r），结果即为盲区。

1.4 巡查路线优化

1.4.1 执法数据与案件数据的量化处理

为了更好地量化轨迹数和案件数，将图像格网化，以计算每个格网的轨迹条数和案件个数。本例中设置每一格长度为5 km×5 km。

1）数据格网化。通过创建渔网工具（fishnet）创建面要素文件，生成 5 km×5 km 的格网数据。

2）求取格网属性。分别将格网与案件数据与轨迹数据做叠置分析（join data），求取落在每个格网的案件数据和轨迹数量。

1.4.2 阈值设定与图像处理

求出格网的平均轨迹数和平均案件数作为判定阈值，将轨迹条数大于平均轨迹数的标记为高轨迹区，反之为低轨迹区；将案件个数大于平均案件数的标记为高案发区，反之为低案发区。给格网要素面添加类型字段，字段值包括高轨迹高案发区，高轨迹低案发区，低轨迹高案发，低轨迹低案发。为不同的值设置不同的颜色，分类别显示。

2 实验分析

1）数据准备。本文的研究数据来自广东省自然资源在线巡查系统，选取某地作为实验区，抽取该地2019 年1 ～3 月份的轨迹数据与案件数据作为实验数据，数据详情见表2，图4、5。

表2 本研究采用的数据及来源

设置500 m 的可视范围，计算巡查盲区，结果如图6。在该实验值下可见当前巡查工作重点区偏南部，南部地区几乎完全覆盖；而北部地区存在聚集状大块未巡查区域，在换下来的巡查工作中应依据此盲区专题图，以盲区为巡查重点之一。

以热力图的形式展示案件空间分布结果如图7 所示。可以看出案件高发区域分布在南部，在中部偏南也有集中的案件高发地区，剩下东部零星分布着部分案件。案件高发地带应充分引起巡查人员的重视，作为巡查重点区域。

图4 轨迹分布图

关联案件数据和轨迹数据，使用经过格网化的轨迹面文件和案件面文件，分别赋予格网属性字段，分类别显示，如图8 所示。轨迹与案件关联分析专题图可作为下一步巡查的路线指导，如应加强对低巡查高案发区域的巡查，降低对高巡查低案发的巡查，以保证巡查路线有效性，提高工作效率。

图5 案件分布图

图6 轨迹盲区图

图7 案件热力图

图8 轨迹与案件关联分析

3 结 语

轨迹数据未覆盖区为轨迹盲区，需要加强巡查，是下一步的巡查重点区域。轨迹数据与案件数据叠加，将待巡查区域划分为高巡查高案发、高巡查低案发、低巡查高案发、低巡查低案发四类，其中，高案发高案发区是有效巡查，应保持当前巡查强度；高巡查低案发区说明巡查路线存在冗余，应该适量减少巡查；低巡查高案发说明巡查力度不够，下一步需要在该区域加强巡查工作；低巡查低案发说明巡查工作基本合格，维持当前巡查状况即可。

本文充分利用业务数据，基于GIS 技术充分挖掘案件数据和巡查轨迹数据的用途，为执法路线优化提供参考，支撑自然资源执法的决策，为相关执法单位提供了示范参考，是GIS 在自然资源执法领域的有益探索。