甘肅省高效節(jié)水灌溉項(xiàng)目信息管理系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用

馬 國 印

(甘肅省農(nóng)村飲水安全管理辦公室 ，蘭州 730000)

0 引 言

近年來，在國家有關(guān)部委和省級(jí)有關(guān)部門的大力支持下，甘肅省高效節(jié)水灌溉工程建設(shè)快速推進(jìn)，先后實(shí)施了中央財(cái)政小型農(nóng)田水利重點(diǎn)縣項(xiàng)目、中央財(cái)政統(tǒng)籌從土地出讓收益中計(jì)提農(nóng)田水利建設(shè)資金項(xiàng)目[1]、甘肅省規(guī)?；?jié)水灌溉增效示范項(xiàng)目、牧區(qū)節(jié)水灌溉示范項(xiàng)目和甘肅省河西走廊國家級(jí)高效節(jié)水灌溉示范區(qū)項(xiàng)目、以色列政府貸款農(nóng)田水利建設(shè)等項(xiàng)目，建成了一大批高效節(jié)水灌溉工程，為緩解區(qū)域水資源短缺造成的供需矛盾，使有限的水資源發(fā)揮更大效益，提高農(nóng)業(yè)綜合生產(chǎn)能力、增加農(nóng)民收入、保障糧食安全和促進(jìn)地方經(jīng)濟(jì)的發(fā)展做出了突出貢獻(xiàn)。

為全面、系統(tǒng)、高效的管理甘肅省節(jié)水灌溉工程，轉(zhuǎn)變管理模式，由傳統(tǒng)管理模式轉(zhuǎn)變?yōu)樾畔⒒夹g(shù)管理，由粗放管理模式轉(zhuǎn)變?yōu)榫?xì)化管理，由靜態(tài)管理模式轉(zhuǎn)向動(dòng)態(tài)管理，開發(fā)建設(shè)了《甘肅省高效節(jié)水灌溉項(xiàng)目管理系統(tǒng)》，通過數(shù)字化和信息化技術(shù)，利用GIS(地理信息系統(tǒng))平臺(tái)，對(duì)項(xiàng)目實(shí)施區(qū)進(jìn)行圖斑化處理，完成圖、表的有機(jī)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目區(qū)基礎(chǔ)資料的編輯、查詢和匯總統(tǒng)計(jì)等功能，為相關(guān)部門提取準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)信息及決策分析提供支撐。

1 總體框架設(shè)計(jì)

1.1 技術(shù)定位

甘肅省高效節(jié)水灌溉項(xiàng)目管理系統(tǒng)本著滿足當(dāng)前工作，形成連接本轄區(qū)行政區(qū)劃樹型結(jié)構(gòu)，依托現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)，建設(shè)結(jié)合實(shí)際、規(guī)范技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，以“一張圖、一個(gè)庫”的設(shè)計(jì)理念，基于GIS系統(tǒng)和WEB模式，建設(shè)甘肅省高效節(jié)水灌溉項(xiàng)目微云，實(shí)現(xiàn)全省高效節(jié)水灌溉項(xiàng)目互聯(lián)互通和信息共享。

1.2 系統(tǒng)框架

系統(tǒng)以全省水利一張圖、一個(gè)庫為目標(biāo)，基于在線天地圖的電子圖和影像圖，疊加高效節(jié)水灌溉項(xiàng)目片區(qū)圖層，基于互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)按行政區(qū)劃、建成年份、水源類型、節(jié)灌形式等，綜合管理和展示我省已建高效節(jié)水灌溉項(xiàng)目的總體情況、所處位置及各項(xiàng)具體指標(biāo)。根據(jù)應(yīng)用的需求，用戶可參考高精度影像圖，遠(yuǎn)程標(biāo)繪高效節(jié)水灌溉項(xiàng)目片區(qū)的位置、范圍、面積，并結(jié)合項(xiàng)目的屬性數(shù)據(jù)，由系統(tǒng)自動(dòng)核算圖形面積，提高項(xiàng)目片區(qū)的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性，實(shí)現(xiàn)圖表一體化的屬性數(shù)據(jù)和空間數(shù)據(jù)查詢和匯總統(tǒng)計(jì)功能。系統(tǒng)總體架構(gòu)分為三層，即應(yīng)用層、WEB服務(wù)層、數(shù)據(jù)層，如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總體架構(gòu)圖

1.3 系統(tǒng)體系

軟件體系：在系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)上，采用先進(jìn)成熟的技術(shù)，在設(shè)計(jì)思路上，采用J2EE架構(gòu)，SHH框架進(jìn)行開發(fā)，以保證系統(tǒng)在3～5年內(nèi)具有一定的先進(jìn)性。

硬件體系：采用核心處理(公共服務(wù)處理)服務(wù)器，選擇適當(dāng)超前的PC服務(wù)器，按照業(yè)務(wù)要求配置1路、2路或4路以上CPU，內(nèi)存配置采用CPU數(shù)據(jù)乘2的經(jīng)驗(yàn)公式配置。采用LPAR邏輯分區(qū)技術(shù)在服務(wù)器上同時(shí)安裝應(yīng)用服務(wù)和數(shù)據(jù)庫服務(wù)。

2 系統(tǒng)主要功能研究

2.1 高效節(jié)水灌溉項(xiàng)目“一張圖”信息系統(tǒng)

(1)地圖操作功能?；凇耙粡垐D”，實(shí)現(xiàn)了高效節(jié)水灌溉項(xiàng)目分布的在線查看功能。地圖在線查看瀏覽功能是由程序自動(dòng)調(diào)用在線天地圖服務(wù)，疊加后臺(tái)高效節(jié)水灌溉片區(qū)空間數(shù)據(jù)庫服務(wù)實(shí)現(xiàn)。用戶可隨意進(jìn)行地圖平移、縮放、面積測(cè)量等操作，同時(shí)可以任意選擇打開或關(guān)閉其中任何圖層，以便獲取想要的信息[2]。

(2)基于Spatial ETL Tool的數(shù)據(jù)批量處理模型?；贏RC Gis的Spatial ETL Tool，根據(jù)片區(qū)屬性，建立數(shù)據(jù)處理模型，可將大量通過“四至坐標(biāo)”采集的高效節(jié)水灌溉片區(qū)數(shù)據(jù)表格批量轉(zhuǎn)化為形圖，極大降低大量已有數(shù)據(jù)的圖形轉(zhuǎn)化工作。如圖2所示。

圖2 Spatial ETL Tool數(shù)據(jù)處理模型

(3)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)的采集功能。系統(tǒng)以高精度的影像圖疊加電子圖層作為基礎(chǔ)工作底圖，縣級(jí)操作人員可以參考影像圖，遠(yuǎn)程標(biāo)繪高效節(jié)水灌溉項(xiàng)目的片區(qū)，同時(shí)完成對(duì)項(xiàng)目片區(qū)屬性數(shù)據(jù)的采集工作；市級(jí)操作人員可根據(jù)縣級(jí)操作人員標(biāo)繪的信息，結(jié)合縣級(jí)上報(bào)的高效節(jié)水項(xiàng)目建設(shè)方案、初設(shè)等內(nèi)容進(jìn)行相應(yīng)的圖上審核。

圖3 遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集功能示意圖

2.2 數(shù)據(jù)搜索查詢及分類統(tǒng)計(jì)功能

(1)搜索查詢功能。搜索查詢分為兩種不同形式，一種為輸入需要查詢的文字信息，查詢到相關(guān)內(nèi)容后以列表形式列出，用戶點(diǎn)擊結(jié)果列表中相應(yīng)的信息后，自動(dòng)跳轉(zhuǎn)至地圖對(duì)應(yīng)位置，顯示圖像信息。另一種方式為用戶在瀏覽專題圖的過程中，點(diǎn)擊圖中相應(yīng)的信息點(diǎn)，系統(tǒng)將相關(guān)查詢到的信息以彈出信息框的形式展示出來[3]。

(2)信息分類匯總統(tǒng)計(jì)功能。地理信息系統(tǒng)查詢僅能對(duì)個(gè)別工程信息進(jìn)行直觀的查詢顯示，無法從全局角度對(duì)高效節(jié)水灌溉項(xiàng)目信息進(jìn)行一個(gè)統(tǒng)計(jì)匯總查詢。因此本研究開發(fā)了信息分類匯總查詢功能，可以實(shí)現(xiàn)按項(xiàng)目分類、行政區(qū)劃、建設(shè)年份、灌溉類型、水源類型等對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分類匯總顯示和導(dǎo)出，該功能可以使決策者從宏觀角度把握全省、市州、縣區(qū)工程情況。

圖4 數(shù)據(jù)匯總統(tǒng)計(jì)功能示意圖

2.3 高效節(jié)水灌溉項(xiàng)目信息與圖形的核準(zhǔn)功能

動(dòng)態(tài)計(jì)算每個(gè)灌溉片在圖上的面積的功能，便于用戶進(jìn)行標(biāo)繪后，與實(shí)際面積進(jìn)行比較。由于圖上面積動(dòng)態(tài)計(jì)算采用的投影面積，根據(jù)甘肅省的地形條件看，河西平原地區(qū)，兩者之間的誤差較小，而河?xùn)|及中部山區(qū)丘陵地區(qū)，兩者之間的誤差會(huì)較大。

圖5 圖形的核準(zhǔn)功能示意圖

2.4 移動(dòng)端數(shù)據(jù)查詢采集功能

基于安卓系統(tǒng)，在移動(dòng)端實(shí)現(xiàn)地圖定位及數(shù)據(jù)查詢功能，通過手機(jī)定位，查詢當(dāng)前處置的高效節(jié)水灌溉片區(qū)是否屬實(shí)及相應(yīng)的屬性數(shù)據(jù)資料；通過手機(jī)移動(dòng)位置，采集高效節(jié)水灌溉片區(qū)的“四至坐標(biāo)”并輸入基本的屬性完成片區(qū)數(shù)據(jù)的采集；通過手機(jī)拍照上傳完成高效節(jié)水灌溉片區(qū)的現(xiàn)狀照片采集。

圖6 移動(dòng)端數(shù)據(jù)查詢采集功能示意圖

3 系統(tǒng)的創(chuàng)新性

3.1 采用樹型結(jié)構(gòu)的高效節(jié)水灌溉項(xiàng)目管理模式

根據(jù)甘肅省已實(shí)施的高效節(jié)水灌溉項(xiàng)目，按照市(州)-縣(市區(qū))-高效節(jié)水灌溉項(xiàng)目-灌溉片區(qū)共四層的樹型結(jié)構(gòu)管理模式，實(shí)現(xiàn)了全省高效節(jié)水灌溉項(xiàng)目區(qū)圖斑化四至坐標(biāo)管理，圖斑屬性具有選中、導(dǎo)入未審核、采集未審核、審核通過、驗(yàn)收通過、驗(yàn)收未通過等多種屬性，并以不同的顏色區(qū)分具體的屬性類別。

3.2 LRU緩存和卡馬克緩存算法的應(yīng)用

采用高精度影像圖，使用LRU緩存和卡馬克緩存算法優(yōu)化地圖顯示，把探索和確定性因子分析法拓展到全省高效節(jié)水灌溉項(xiàng)目片區(qū)空間數(shù)據(jù)上，以在線天地圖的影像圖和電子圖基礎(chǔ)工作地圖，采用云服務(wù)的模式，使用自動(dòng)更新后的底圖做參考，相比離線地圖則減少了大量的地圖更新的工作量和費(fèi)用；使用LRU緩存和卡馬克緩存算法，極大地提高了地圖顯示的速度；把探索和確定性因子分析法拓展到高效節(jié)水灌溉項(xiàng)目與片區(qū)的屬性數(shù)據(jù)和空間數(shù)據(jù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系上，使得灌溉片區(qū)與隸屬的項(xiàng)目產(chǎn)生了較好的關(guān)聯(lián)；圖斑化的管理方法直觀方便地使項(xiàng)目片區(qū)落地實(shí)施，有效防止了同一塊地多個(gè)項(xiàng)目實(shí)施和無耕地進(jìn)行高效節(jié)水灌溉項(xiàng)目的套取國家投資和重復(fù)建設(shè)行為。

3.3 移動(dòng)端空間聚類算法的應(yīng)用

將空間聚類算法(moran's i, general G 等基于平面的算法)應(yīng)用至android移動(dòng)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了移動(dòng)端高效節(jié)水灌溉項(xiàng)目片區(qū)圖斑的遠(yuǎn)程標(biāo)繪及信息采集功能。移動(dòng)端系統(tǒng)脫離了移動(dòng)GIS服務(wù)，將空間聚類算法應(yīng)用至android移動(dòng)平臺(tái)，較大的節(jié)省了每個(gè)客戶端需要安裝時(shí)，首先得購買移動(dòng)GIS服務(wù)的費(fèi)用；具有定位、點(diǎn)選、標(biāo)繪、屬性數(shù)據(jù)輸入、拍照上傳、查詢等功能。

3.4 基于Spatial ETL技術(shù)的高效節(jié)水灌溉項(xiàng)目片區(qū)位置數(shù)據(jù)處理模型

采用Spatial ETL技術(shù)，建立高效節(jié)水灌溉項(xiàng)目片區(qū)位置數(shù)據(jù)處理模型，通過對(duì)整理好的海量地理坐標(biāo)信息進(jìn)行可視化圖形轉(zhuǎn)換運(yùn)算操作，實(shí)現(xiàn)了批量數(shù)據(jù)的自動(dòng)圖斑化生成功能[4]。

4 系統(tǒng)推廣應(yīng)用價(jià)值

自2014年起，甘肅省水利廳將高效節(jié)水項(xiàng)目審批權(quán)限下放至市州水務(wù)部門，并對(duì)項(xiàng)目申報(bào)、實(shí)施、檢查、驗(yàn)收提出更高要求。一是確定了“不新打機(jī)井、不新增灌溉面積、不新增用水量”、支持貧困地區(qū)、支持特色農(nóng)業(yè)發(fā)展和扶貧攻堅(jiān)相結(jié)合的項(xiàng)目立項(xiàng)審批原則。二是根據(jù)不同水源和不同灌溉形式，實(shí)行資金差別化補(bǔ)助。三是將農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)合作組織、農(nóng)民用水者協(xié)會(huì)、土地流轉(zhuǎn)大戶、農(nóng)場(chǎng)企業(yè)等新型農(nóng)業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營主體納入高效節(jié)水灌溉項(xiàng)目的申報(bào)范圍。四是把土地規(guī)模集中經(jīng)營、農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)調(diào)整、群眾意愿作為項(xiàng)目立項(xiàng)的先決條件，優(yōu)先選擇在土地流轉(zhuǎn)規(guī)模大、作物種植結(jié)構(gòu)統(tǒng)一、群眾積極性高的區(qū)域?qū)嵤?。五是推行“四至坐?biāo)”定位管理，實(shí)行開工前和竣工后兩公示制，主動(dòng)公開項(xiàng)目建設(shè)規(guī)模、資金來源、實(shí)施地點(diǎn)、目標(biāo)任務(wù)、建設(shè)主體、施工工期等信息，公布舉報(bào)電話和信箱，接受社會(huì)監(jiān)督。

開發(fā)建立“甘肅省高效節(jié)水灌溉項(xiàng)目信息管理系統(tǒng)”，縣級(jí)可遠(yuǎn)程上報(bào)高效節(jié)水灌溉項(xiàng)目建設(shè)內(nèi)容、擬實(shí)施的位置、實(shí)施面積等基本信息；市級(jí)可通過系統(tǒng)，遠(yuǎn)程進(jìn)行項(xiàng)目審核，為項(xiàng)目的立項(xiàng)、驗(yàn)收、管理提供直觀的方法；省級(jí)可通過電子圖、影像圖等基礎(chǔ)屬性，直觀、快捷的對(duì)全省分年度、分項(xiàng)目類型、水源類型等對(duì)高效節(jié)水灌溉項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)管理；項(xiàng)目核查時(shí)，可通過定位，查看高效節(jié)水片區(qū)的基本屬性，并可通過移動(dòng)端采集片區(qū)節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)并上圖，實(shí)現(xiàn)拍照上傳功能，直觀反映當(dāng)前片區(qū)的實(shí)施效果。從而使高效節(jié)水灌溉項(xiàng)目初始申報(bào)更加嚴(yán)格，項(xiàng)目審批速度更加快捷，項(xiàng)目建設(shè)和運(yùn)行管理更加透明，建設(shè)管理由粗放式管理轉(zhuǎn)為精細(xì)化管理。

5 結(jié) 語

本研究目的是響應(yīng)國家對(duì)高效節(jié)水灌溉項(xiàng)目管理的政策規(guī)劃，為全面、系統(tǒng)、高效的管理我省節(jié)水灌溉工程，轉(zhuǎn)變管理模式，由傳統(tǒng)管理模式轉(zhuǎn)變?yōu)樾畔⒒夹g(shù)管理，由粗放管理模式轉(zhuǎn)變?yōu)榫?xì)化管理，由靜態(tài)管理模式轉(zhuǎn)向動(dòng)態(tài)管理轉(zhuǎn)變，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目區(qū)基礎(chǔ)資料的編輯、查詢和匯總統(tǒng)計(jì)等功能，為相關(guān)部門提取快速準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)信息及決策分析提供支撐。本研究探索的管理模式和技術(shù)方法對(duì)全省其他水利項(xiàng)目的管理也有很好的參考和借鑒意義。

□