基于高精度GPS的農(nóng)村土地流轉(zhuǎn)信息采集終端設(shè)計(jì)

摘要：在發(fā)展以先進(jìn)的信息技術(shù)與裝備技術(shù)為支撐的現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)過程中，原有的土地經(jīng)營模式對開展規(guī)模化、集約化、現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有一定的限制作用。農(nóng)村土地使用權(quán)流轉(zhuǎn)是解決當(dāng)前問題的有力手段之一。針對土地流轉(zhuǎn)過程中對現(xiàn)場信息采集的實(shí)際需求，基于高精度GPS技術(shù)研制農(nóng)村土地流轉(zhuǎn)信息采集設(shè)備與數(shù)據(jù)更新系統(tǒng)，從土地流轉(zhuǎn)的采集源頭進(jìn)行信息電子化，為農(nóng)村土地流轉(zhuǎn)全過程數(shù)字化科學(xué)監(jiān)管提供堅(jiān)實(shí)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)與技術(shù)支撐。

關(guān)鍵詞：GPS；手持設(shè)備；農(nóng)村土地流轉(zhuǎn)；信息采集

中圖分類號： S127文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A文章編號：1002-1302（2014）09-0382-05

收稿日期：2013-11-01

基金項(xiàng)目：國家科技支撐計(jì)劃（編號：2012BAJ23B05）。

作者簡介：繆祎晟（1984—），男，江西上饒人，碩士，助理研究員，主要研究方向?yàn)檗r(nóng)村土地流轉(zhuǎn)與農(nóng)業(yè)智能系統(tǒng)。Tel：（010）51503620；E-mail：miaoys@nercita.org.cn。

通信作者：吳華瑞，博士，研究員，主要研究方向?yàn)檗r(nóng)業(yè)智能系統(tǒng)。Tel：（010）51503620；E-mail：wuhr@nercita.org.cn。 隨著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力的發(fā)展與相關(guān)基礎(chǔ)科技水平、工業(yè)實(shí)力的提高，中國已經(jīng)進(jìn)入“以工哺農(nóng)，以城帶鄉(xiāng)”的發(fā)展階段，建立以多功能形態(tài)和高新技術(shù)發(fā)展為支撐的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)已經(jīng)成為農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主要任務(wù)[1]。傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式和相對封閉的小農(nóng)經(jīng)濟(jì)模式已限制農(nóng)業(yè)發(fā)展，而以原有生產(chǎn)方式為基礎(chǔ)的家庭聯(lián)產(chǎn)承包責(zé)任制的不足也隨之逐漸顯現(xiàn)。農(nóng)村集體土地流轉(zhuǎn)是農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展到一定階段的產(chǎn)物，通過土地流轉(zhuǎn)，可以開展規(guī)?；?、集約化、現(xiàn)代化的農(nóng)業(yè)經(jīng)營模式[2]。具體包括農(nóng)村集體土地所有者與建設(shè)用地使用者之間的土地使用權(quán)流轉(zhuǎn)關(guān)系和土地使用者相互之間的土地使用權(quán)流轉(zhuǎn)關(guān)系。集體土地使用權(quán)流轉(zhuǎn)客體的建設(shè)用地，包括現(xiàn)實(shí)的已經(jīng)被土地使用者合法取得建設(shè)用地使用權(quán)的土地和已被土地利用總體規(guī)劃和鄉(xiāng)（鎮(zhèn)）村建設(shè)規(guī)劃確定為建設(shè)用地的土地。

當(dāng)前在建立農(nóng)村土地流轉(zhuǎn)機(jī)制中還存在許多問題，如可流轉(zhuǎn)集體土地基礎(chǔ)數(shù)據(jù)不完備、底數(shù)不清、產(chǎn)權(quán)產(chǎn)籍不明晰、城鄉(xiāng)建設(shè)用地增減掛鉤中虛增農(nóng)用地等。傳統(tǒng)的紙質(zhì)土地流轉(zhuǎn)臺賬方式也不便于保存、查找與管理，不符合土地流轉(zhuǎn)快速發(fā)展的要求。土地流轉(zhuǎn)臺賬的電子化管理，土地流轉(zhuǎn)信息數(shù)字化錄入、審核，建立土地流轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)庫等已成為當(dāng)前土地流轉(zhuǎn)工作中的必然要求[3]。土地流轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)來源數(shù)字化可有效解決上述問題，本研究以高精度GPS定位技術(shù)為基礎(chǔ)，研制農(nóng)村土地流轉(zhuǎn)成圖設(shè)備，完成農(nóng)村土地流轉(zhuǎn)過程中的地理信息矢量數(shù)據(jù)、土地用途、權(quán)屬、現(xiàn)場多媒體數(shù)據(jù)等信息的采集，為土地流轉(zhuǎn)全過程數(shù)字化監(jiān)管提供良好的技術(shù)手段與數(shù)據(jù)來源。

1基于CORS的高精度GPS定位概述

相對傳統(tǒng)測量技術(shù)中的經(jīng)緯儀、全站儀，GPS測量系統(tǒng)有如下優(yōu)點(diǎn)：對作業(yè)條件要求不高，可單設(shè)備工作，測站間無需通視，能夠克服地形、氣候、季節(jié)等諸多不利因素的影響，定位精度較高，可提供三維數(shù)據(jù)測量，數(shù)據(jù)安全可靠[4]。GPS手持機(jī)將先進(jìn)的嵌入式微處理器技術(shù)與嵌入式操作系統(tǒng)技術(shù)相結(jié)合，相當(dāng)于一臺集成了GPS功能的掌上小電腦，操作使用方便，數(shù)據(jù)輸入、處理、存儲能力強(qiáng)，數(shù)據(jù)導(dǎo)入導(dǎo)出方便快捷，而且可以通過定制軟件直接實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場矢量圖生成，減少了常規(guī)方法的中間環(huán)節(jié)，速度快、精度高，是當(dāng)前土地流轉(zhuǎn)現(xiàn)場信息采集的主要技術(shù)手段。

由于衛(wèi)星運(yùn)行軌道、衛(wèi)星時(shí)鐘存在誤差，GPS信息傳輸過程又受到大氣對流層、電離層對信號的影響，以及接收機(jī)附近產(chǎn)生的多徑效應(yīng)和其他外部干擾源信號等多種干擾，使得GPS接收機(jī)的定位精度受到很大限制。目前一般的GPS接收機(jī)的精度在十幾到幾十米，專業(yè)的GPS接收機(jī)也只能達(dá)到2～5米的單機(jī)定位精度。為進(jìn)一步提高GPS的定位精度，采用基站提供的高精度參考數(shù)據(jù)進(jìn)行差分運(yùn)算，盡可能地消除上述因素造成的誤差，通過差分技術(shù)GPS設(shè)備可將定位精度提高至分米級、厘米級。但自建基站的成本過高，于是利用多基站網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，建立的連續(xù)運(yùn)行衛(wèi)星定位服務(wù)綜合系統(tǒng)（continuous operational reference system，CORS）已成為GPS應(yīng)用的熱點(diǎn)之一[5]。

2農(nóng)村土地流轉(zhuǎn)現(xiàn)場成圖設(shè)備設(shè)計(jì)

針對現(xiàn)有GPS地理信息采集設(shè)備計(jì)算性能及存儲能力有限、集成網(wǎng)絡(luò)通訊接口較少等問題，研制適于農(nóng)村土地流轉(zhuǎn)現(xiàn)場采集設(shè)備，實(shí)現(xiàn)土地流轉(zhuǎn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)的高精度采集、實(shí)時(shí)處理，全方位多途徑實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)雙向傳輸，以及提供現(xiàn)場多媒體數(shù)據(jù)采集，為土地流轉(zhuǎn)過程中提供現(xiàn)場狀況的有力圖像視頻證明。同時(shí)針對土地流轉(zhuǎn)領(lǐng)域缺乏相關(guān)的專業(yè)應(yīng)用軟件支持，部分應(yīng)用軟件存在操作不便、用戶界面不夠友好等問題，開發(fā)農(nóng)村土地流轉(zhuǎn)信息采集與數(shù)據(jù)更新系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集與采集調(diào)查業(yè)務(wù)的高效執(zhí)行。

2.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

農(nóng)村土地流轉(zhuǎn)信息采集與數(shù)據(jù)更新設(shè)備的使用場景主要為農(nóng)村戶外條件，主要環(huán)境特點(diǎn)為太陽光強(qiáng)烈，雨水、塵土多等。針對以上使用條件，對設(shè)備的外觀結(jié)構(gòu)等要求如下：單手持，屏幕7英寸，有部分實(shí)體按鍵。采取防摔、防塵、防水三防設(shè)計(jì)，達(dá)到IP54防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)。硬件架構(gòu)上以ARM A8嵌入式微處理器為核心，主要集成以下功能模塊：電源轉(zhuǎn)換及管理模塊，用于將電池輸出電能進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，為設(shè)備工作提供能源并進(jìn)行節(jié)能管理；數(shù)據(jù)通訊模塊，用于本裝置與各種網(wǎng)絡(luò)的連接交互，主要集成網(wǎng)絡(luò)方式有3G、Wi-Fi、藍(lán)牙；外圍接口電路模塊，用于連接一些外設(shè)，如調(diào)試器、存儲、顯示等電路，集成的主要接口有SD/MMC、USB、UART、JTAG；觸摸顯示模塊，用于用戶界面展示以及交互；高精度GPS定位模塊，用于定位采集當(dāng)前地理位置信息。這些外圍功能模塊均與主芯片連接，并由ARM內(nèi)核控制進(jìn)行協(xié)同工作及數(shù)據(jù)通信，系統(tǒng)框如圖1所示。endprint

2.2終端硬件選型與設(shè)計(jì)

考慮設(shè)備硬件的總體需求，結(jié)合系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中各模塊的功能劃分情況，參照主芯片S5PC110的參數(shù)對各主要芯片及模塊進(jìn)行選型。各主要功能模塊、芯片選型如表1所示。

主頻最高可達(dá)1 GHz，512 M Flash，512 M SDRAM，集成多種常用接口控制器3G模塊MC8630支持3G、GPRSWi-Fi/BT88W8686WIFI、藍(lán)牙網(wǎng)絡(luò)接入攝像頭模組OV5630圖像視頻獲取高精度GPSOEMV1獲取高精度GPS定位信息電源轉(zhuǎn)換MAX8698C電壓轉(zhuǎn)換，電源管理RTC時(shí)鐘DS1302為系統(tǒng)提供實(shí)時(shí)時(shí)鐘觸摸液晶屏AT070TN847寸液晶屏，附帶電容觸摸板

根據(jù)上述芯片與模塊選型進(jìn)行電路板設(shè)計(jì)。由于主芯片S5PC110頻率高、I/O數(shù)量多，設(shè)計(jì)電路復(fù)雜，勢必增加電路板層數(shù)，而其余外圍模塊的電路設(shè)計(jì)相對較為簡單，為降低整體電路設(shè)計(jì)難度與試制成本，將S5PC110為核心的主控電路單獨(dú)設(shè)計(jì)核心電路板，其余外圍電路設(shè)計(jì)為底板（母板）。核心板部分電路原理圖如圖2所示。

在電路原理圖設(shè)計(jì)之后，進(jìn)行PCB（Printed Circuit Board）的布局布線設(shè)計(jì)。布局設(shè)計(jì)應(yīng)優(yōu)先考慮主要器件，優(yōu)先考慮結(jié)構(gòu)位置有特定要求器件，優(yōu)先考慮接口器件；而布線設(shè)計(jì)應(yīng)優(yōu)先考慮高頻信號尤其是重要的時(shí)鐘信號，優(yōu)先考慮電源及地層的布置以保障電源平面完整。對于本設(shè)計(jì)，雖然CPU主時(shí)鐘頻率為1 GHz，SDRAM接口頻率也超過 300 MHz，已屬于高速信號范疇，但由于S5PC110采用MIP技術(shù)，將多顆裸片封裝在一顆芯片內(nèi)，大大降低了電路板設(shè)計(jì)的復(fù)雜度與要求。在電路板疊層與布線方面，核心板設(shè)計(jì)采用

6層電路板，從頂層到底層依次為元件層、地層、布線層1、布線層2、電源層、底層，布線間距最小為0.13 mm，最小線寬 0.13 mm，過孔大小0.13/0.25 mm；底板設(shè)計(jì)采用4層電路板，從頂層到底層依次為元件層、地層、電源層、底層，布層最小間距0.2 mm，最小線寬0.2 mm，過孔大小0.2/0.3 mm。

除卻以上基本注意事項(xiàng)，對于高精度GPS采集設(shè)備重點(diǎn)是如何減小設(shè)備本身對定位精度造成的影響。其中主要考慮的是設(shè)備的電磁兼容性問題，因?yàn)镚PS信號由衛(wèi)星發(fā)射，經(jīng)過大氣層的衰減，到達(dá)地面接收機(jī)時(shí)標(biāo)準(zhǔn)幅度僅有幾個(gè)毫伏，如此微小的信號很容易被周邊的其他電磁噪聲所淹沒。GPS的信號頻段為1.23 GHz和1.57 GHz，與CPU主頻以及GPRS的頻率相仿，非常容易受到干擾。對于這一問題，在PCB設(shè)計(jì)方面，盡可能減小所有走線的長度，對于CPU、GPRS模塊等關(guān)鍵區(qū)域大面積鋪銅，確保信號回流路徑的完整、低阻抗，減小輻射產(chǎn)生。同時(shí)對于CPU、GPRS等易產(chǎn)生輻射的高頻區(qū)域，采取接地屏蔽殼方式，減小各模塊輻射對其他電路造成的影響，提高設(shè)備的電磁兼容性能。

2.3終端應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)

采用安卓操作系統(tǒng)，開發(fā)土地信息采集與數(shù)據(jù)更新系統(tǒng)。使用操作系統(tǒng)的好處在于，便于對底層硬件資源如顯示屏、串口、觸摸輸入、存儲器、文件系統(tǒng)等進(jìn)行管理和調(diào)度，應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)就可以專注于業(yè)務(wù)流程等應(yīng)用功能。針對農(nóng)村土地流轉(zhuǎn)的實(shí)際應(yīng)用需求，土地信息采集與數(shù)據(jù)更新系統(tǒng)按照業(yè)務(wù)流程主要包括現(xiàn)狀采集、復(fù)墾驗(yàn)收、多級聯(lián)運(yùn)巡查3個(gè)部分；GIS相關(guān)功能包括圖形采集與編輯、屬性采集與編輯、地圖縮放瀏覽、圖層管理、雙向查詢等；其他基本功能還包括用戶管理、數(shù)據(jù)庫管理、文件管理、圖像采集、通信管理與數(shù)據(jù)同步等。按照系統(tǒng)前后臺的詳細(xì)功能劃分如圖3所示。

從業(yè)務(wù)流程來說，在用戶成功登錄后，可在用戶管理菜單的任務(wù)管理項(xiàng)中查看和管理當(dāng)前用戶的任務(wù)及執(zhí)行情況，點(diǎn)選任務(wù)類別后可查看任務(wù)列表以及執(zhí)行情況，點(diǎn)擊任務(wù)可跳轉(zhuǎn)到任務(wù)執(zhí)行界面。任務(wù)數(shù)據(jù)通過XML格式進(jìn)行數(shù)據(jù)同步，地圖文件或矢量數(shù)據(jù)通過拷貝方式獲取。各功能模塊主要數(shù)據(jù)包類定義如表2所示。表2主要功能模塊類說明

包名稱包含的子包包含的類類功能地圖包地圖顯示子包c(diǎn)om.land.transfer.mapshowMapShow地圖顯示類地圖編輯子包c(diǎn)om.land.transfer.mapeditMapEdit地圖編輯類現(xiàn)狀調(diào)查包 現(xiàn)狀調(diào)查信息子包 com.land.transfer.survey MySurvey 現(xiàn)狀調(diào)查類 復(fù)墾驗(yàn)收包復(fù)墾驗(yàn)收信息子包c(diǎn)om.land.transfer. reclamationMyReclamation復(fù)墾驗(yàn)收類多級聯(lián)動巡查包 多級巡查信息子包 com.land.transfer. multistage MyMultistage 多級巡查類 用戶信息包 用戶信息子包 com.land.transfer.user UserTasks 用戶任務(wù)類 配置信息包 配置信息子包 com.land.transfer.ini IniInfo 配置信息類

以復(fù)墾驗(yàn)收為例，該環(huán)節(jié)主要功能是對接受的復(fù)墾驗(yàn)收任務(wù)進(jìn)行現(xiàn)場確認(rèn)，采集記錄任務(wù)地塊的地理位置信息，基于下發(fā)的復(fù)墾驗(yàn)收任務(wù)與復(fù)墾矢量數(shù)據(jù)，確認(rèn)復(fù)墾地塊是否存在，地塊位置與面積是否與任務(wù)一致，其他權(quán)屬、用途等屬性是否屬實(shí)，并將相應(yīng)結(jié)果與數(shù)據(jù)回傳上報(bào)。主要軟件界面如圖4所示。

3結(jié)論

本研究針對農(nóng)村土地流轉(zhuǎn)中對現(xiàn)場數(shù)據(jù)的電子化采集需求，集成高精度GPS技術(shù)、嵌入式微處理器技術(shù)等，研制開發(fā)了農(nóng)村土地流轉(zhuǎn)信息采集與數(shù)據(jù)更新設(shè)備與系統(tǒng)。解決了現(xiàn)有設(shè)備采集精度不高，設(shè)備計(jì)算、存儲能力不強(qiáng)，網(wǎng)絡(luò)通信方

式單一，數(shù)據(jù)同步困難等問題。實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場地理信息數(shù)據(jù)的精確、快捷采集，從土地流轉(zhuǎn)的采集源頭進(jìn)行了信息電子化，為土地流轉(zhuǎn)全過程科學(xué)監(jiān)管打下了堅(jiān)實(shí)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。通過任務(wù)的下發(fā)與執(zhí)行，實(shí)現(xiàn)了農(nóng)村土地流轉(zhuǎn)中的過程控制，同時(shí)結(jié)合地塊屬性、現(xiàn)場圖像采集等，建立了全方位的土地流轉(zhuǎn)現(xiàn)場資料，必將為農(nóng)村土地流轉(zhuǎn)全程監(jiān)管的進(jìn)一步深入推進(jìn)起到積極作用。endprint

參考文獻(xiàn)：

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