基于移動(dòng)GIS的高標(biāo)農(nóng)田巡查系統(tǒng)研究與應(yīng)用

黃碧輝

關(guān)鍵詞：管護(hù)；高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田；GIS；移動(dòng)端

中圖分類號：F323.211 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-8228（2023）11-159-04

0 引言

在《全國高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)規(guī)劃（2021-2030 年）》中農(nóng)業(yè)農(nóng)村部提出到2030 年中國要建成12 億畝高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田的目標(biāo)。截止2023 年4 月，我國已累計(jì)完成高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田超過10 億畝[1]。雖然我國高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)效果顯著，但也面臨諸多問題，如資金后續(xù)保障不充足、投資水平不高、建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)偏低、建設(shè)質(zhì)量不高、維護(hù)不可持續(xù)性、項(xiàng)目管護(hù)機(jī)制不健全等問題[2]。目前，相關(guān)農(nóng)業(yè)項(xiàng)目監(jiān)管部門對高標(biāo)農(nóng)田項(xiàng)目的過程監(jiān)管水平低，大多依賴項(xiàng)目評審進(jìn)行項(xiàng)目監(jiān)管，形成資料是紙質(zhì)檔案，經(jīng)常無法核實(shí)項(xiàng)目現(xiàn)場真實(shí)建設(shè)情況，導(dǎo)致項(xiàng)目建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)低且質(zhì)量不高，建設(shè)后不可持續(xù)性等問題，歸結(jié)原因是缺乏有效的監(jiān)管手段和監(jiān)管機(jī)制。

地理信息系統(tǒng)（Geography information systems，GIS）是對農(nóng)業(yè)土地?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行有效監(jiān)管的重要手段，是集數(shù)據(jù)采集、存儲、查詢、分析、統(tǒng)計(jì)、分發(fā)為一體的信息管理系統(tǒng)[3]，可以對農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)起到有效的組織、管理和可視化的效果，因此，借助地理GIS 技術(shù)可以來實(shí)時(shí)分析與土地空間有關(guān)信息的大量相關(guān)數(shù)據(jù)，對于研究中國不同的地理空間類型的地理現(xiàn)狀、變化以及土地的動(dòng)態(tài)監(jiān)測，對于土地資源管理的創(chuàng)新性發(fā)展是十分必要的。4G-5G 技術(shù)帶來移動(dòng)通訊網(wǎng)絡(luò)的快速發(fā)展及基于網(wǎng)絡(luò)的GIS 開發(fā)使地理資源信息的傳輸、訪問和分發(fā)成為可能[4]。因此GIS 在土地開發(fā)、土地利用、土地保護(hù)和土地治理等多個(gè)領(lǐng)域有很多具體的應(yīng)用。如岳永勝利用監(jiān)管信息系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)土地利用的可視化管理，降低基層管理人員的技術(shù)門檻[5]；劉新平研發(fā)國土資源動(dòng)態(tài)巡查監(jiān)管系統(tǒng)能夠較好地完成移動(dòng)執(zhí)法巡查任務(wù)，減少外業(yè)巡查工作量，提高移動(dòng)執(zhí)法的工作效率，系統(tǒng)操作簡單，適合基層執(zhí)法人員使用[6]。

為解決農(nóng)業(yè)部門缺乏有效的監(jiān)管手段、項(xiàng)目數(shù)據(jù)碎片化等問題，本文探討通過基于GIS 技術(shù)研發(fā)移動(dòng)高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田巡查系統(tǒng)，進(jìn)行高標(biāo)項(xiàng)目巡查數(shù)據(jù)采集，為項(xiàng)目建設(shè)前期、中期、后期的監(jiān)管提供行之有效的監(jiān)管設(shè)備與手段，通過技術(shù)手段與移動(dòng)應(yīng)用系統(tǒng)的研發(fā)來助推相關(guān)農(nóng)業(yè)部門完善高標(biāo)項(xiàng)目的監(jiān)管機(jī)制。系統(tǒng)在多個(gè)縣級得到推廣應(yīng)用，通過對高標(biāo)項(xiàng)目的巡查與數(shù)據(jù)采集，形成標(biāo)準(zhǔn)高標(biāo)農(nóng)田項(xiàng)目庫，有利于縣級農(nóng)業(yè)監(jiān)管部門實(shí)時(shí)了解項(xiàng)目的現(xiàn)狀，有效提高了高標(biāo)項(xiàng)目的監(jiān)管效率與監(jiān)管水平。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)以“天地圖·福建”為基礎(chǔ)底圖，以具體業(yè)務(wù)處室的高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田數(shù)據(jù)作為專題數(shù)據(jù)，構(gòu)建基于移動(dòng)GIS 的高標(biāo)農(nóng)田巡查系統(tǒng)，并在此基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)資源的集成展示、查詢與遠(yuǎn)程監(jiān)管等應(yīng)用，以滿足農(nóng)業(yè)部門對農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)管理和監(jiān)管的需求。系統(tǒng)有離線和在線兩種模式，滿足用戶在戶外無移動(dòng)通訊網(wǎng)絡(luò)的情況下全天候地進(jìn)行高標(biāo)項(xiàng)目巡查數(shù)據(jù)采集。

1.1 總體設(shè)計(jì)框架

系統(tǒng)建立依托于縣級現(xiàn)有機(jī)房、存儲、網(wǎng)絡(luò)、安全等實(shí)體基礎(chǔ)設(shè)施或者虛擬云計(jì)算平臺設(shè)施，建設(shè)基于移動(dòng)GIS 的高標(biāo)農(nóng)田巡查系統(tǒng)，系統(tǒng)將部署于政務(wù)內(nèi)網(wǎng)，便于安全管理。在信息安全保障體系和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系上，為農(nóng)業(yè)監(jiān)管部門賦能。

系統(tǒng)由基礎(chǔ)設(shè)施層、數(shù)據(jù)層、服務(wù)層、應(yīng)用層、表現(xiàn)層、信息安全保障體系、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系等五個(gè)層次和兩個(gè)體系構(gòu)成[7]，系統(tǒng)總體框架圖，如圖1 所示。

系統(tǒng)研發(fā)采用基于自主框架和ArcGIS 平臺進(jìn)行二次開發(fā)。后臺服務(wù)端采用SpringBoot 框架，數(shù)據(jù)庫使用開源的PostgreSQL 數(shù)據(jù)庫。移動(dòng)端采用Android原生進(jìn)行開發(fā)，離線數(shù)據(jù)庫采用SQLite 數(shù)據(jù)庫，通信采用VPN 專用通道為數(shù)據(jù)安全提供保障。

1.2 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)用戶端是基于移動(dòng)端，主要實(shí)現(xiàn)對高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田項(xiàng)目進(jìn)行任務(wù)管理管與護(hù)巡查（照片信息、軌跡信息、項(xiàng)目范圍信息、巡查屬性信息）等功能，包括用戶管理模塊、高標(biāo)項(xiàng)目管理模塊、項(xiàng)目任務(wù)管理模塊、管護(hù)巡查模塊和離線緩存模塊。為了用戶操作和使用方便，軟件各個(gè)模塊形成獨(dú)立的功能，將系統(tǒng)劃分為若干個(gè)功能模塊。

⑴ 用戶管理模塊

用戶管理模塊包括用戶登錄，用戶密碼更改功能。

用戶登錄，用戶輸入用戶名、密碼登錄系統(tǒng)，即可進(jìn)行離線登錄，登錄后進(jìn)行高標(biāo)項(xiàng)目瀏覽。

用戶密碼更改，用戶可進(jìn)行密碼修改，提交進(jìn)行保存。

⑵ 項(xiàng)目管理模塊

用戶登陸后，可瀏覽到自己分配的高標(biāo)農(nóng)田項(xiàng)目，項(xiàng)目可按項(xiàng)目類型（規(guī)劃期、建中、建后）進(jìn)行篩選，項(xiàng)目以列表進(jìn)行展示，同時(shí)點(diǎn)擊項(xiàng)目，可在地圖瀏覽項(xiàng)目的位置、范圍及其屬性信息。

⑶ 地圖瀏覽模塊

以福建天地圖為底圖，疊加高標(biāo)農(nóng)田項(xiàng)目圖層，實(shí)現(xiàn)高標(biāo)項(xiàng)目地圖瀏覽，可一次性瀏覽整個(gè)區(qū)/縣的高標(biāo)項(xiàng)目分布情況，并實(shí)現(xiàn)地圖的放大、縮小和漫游，并根據(jù)GPS 進(jìn)行實(shí)時(shí)定位，定位到自己的位置。

⑷ 高標(biāo)項(xiàng)目巡查任務(wù)模塊

新建巡查任務(wù)，用戶新建巡查任務(wù)，并編輯巡查任務(wù)相關(guān)信息，如任務(wù)巡查內(nèi)容、巡查日期等。

上報(bào)巡查任務(wù)，進(jìn)行巡查任務(wù)采集的數(shù)據(jù)上傳至服務(wù)器。

⑸ 管護(hù)巡查模塊

管護(hù)巡查模塊，包括巡查采集信息瀏覽及信息采集功能，巡查采集信息包括照片信息、軌跡信息、屬性記錄信息、項(xiàng)目幾何范圍信息，并實(shí)現(xiàn)采集數(shù)據(jù)的上傳。

照片拍攝采集，進(jìn)行項(xiàng)目現(xiàn)場照片拍攝采集，并在照片上添加水印信息，水印信息有經(jīng)緯度、方位角和日期等信息。

幾何范圍信息采集，用戶可以根據(jù)項(xiàng)目現(xiàn)場實(shí)際范圍進(jìn)行項(xiàng)目范圍繪制，計(jì)算繪制范圍，并可與項(xiàng)目范圍進(jìn)行比對。

軌跡記錄采集，移動(dòng)端可記錄用戶攜帶其運(yùn)動(dòng)經(jīng)緯度信息，計(jì)算軌跡路徑長度及軌跡運(yùn)動(dòng)時(shí)長。

巡查信息采集，如在項(xiàng)目現(xiàn)場有任何信息有價(jià)值信息皆可進(jìn)行信息記錄保存。

⑹ 離線緩存模塊

當(dāng)用戶需要進(jìn)行戶外測量時(shí)，用戶根據(jù)項(xiàng)目位置自行判斷是否進(jìn)行離線數(shù)據(jù)緩存，緩存數(shù)據(jù)下載到移動(dòng)本地端。同時(shí)為了減輕移動(dòng)端負(fù)擔(dān)，原則上只下載緩存該用戶負(fù)責(zé)項(xiàng)目巡檢的相關(guān)任務(wù)數(shù)據(jù)。

離線緩存模塊，包含用戶表緩存、高標(biāo)項(xiàng)目緩存、項(xiàng)目巡查任務(wù)緩存，管護(hù)數(shù)據(jù)緩存（包括項(xiàng)目巡查信息記錄數(shù)據(jù)、項(xiàng)目巡查照片數(shù)據(jù)、項(xiàng)目巡查幾何標(biāo)繪信息數(shù)據(jù)、項(xiàng)目巡查軌跡信息記錄數(shù)據(jù)）。用戶持巡查設(shè)備到無移動(dòng)通訊信號地區(qū)前，可提前緩存用戶數(shù)據(jù)、高標(biāo)項(xiàng)目數(shù)據(jù)、項(xiàng)目巡查任務(wù)數(shù)據(jù)到設(shè)備端，進(jìn)行巡查任務(wù)新建及巡查數(shù)據(jù)采集，并進(jìn)行緩存保存到本地存儲中，待有網(wǎng)絡(luò)情況下進(jìn)行緩存數(shù)據(jù)同步到服務(wù)器端。

用戶通過移動(dòng)設(shè)備的完成相關(guān)業(yè)務(wù)流程，實(shí)現(xiàn)高標(biāo)農(nóng)田項(xiàng)目的全過程監(jiān)管，包括項(xiàng)目規(guī)劃前期，項(xiàng)目實(shí)施期，項(xiàng)目建設(shè)后期三個(gè)階段。系統(tǒng)有兩種模式：離線模式和在線模式。在線模式是指移動(dòng)終端設(shè)備具有移動(dòng)通訊網(wǎng)絡(luò)，巡查數(shù)據(jù)可以實(shí)時(shí)與后臺傳遞交互。離線模式是指當(dāng)用戶在戶外處于無網(wǎng)絡(luò)接收不到移動(dòng)信號的情況下，可以實(shí)現(xiàn)巡查采集的數(shù)據(jù)離線緩存，當(dāng)處于有網(wǎng)絡(luò)情況，可將離線緩存的數(shù)據(jù)上傳到數(shù)據(jù)后臺，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)同步功能。

1.3 數(shù)據(jù)庫建設(shè)

由農(nóng)業(yè)農(nóng)村部門牽頭，根據(jù)系統(tǒng)需求收集高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田數(shù)據(jù)，通過GIS 數(shù)據(jù)處理技術(shù)，按照統(tǒng)一的空間數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，經(jīng)ArcMap 軟件進(jìn)行高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田數(shù)據(jù)梳理、要素抽取、整理整合、圖面處理與切片、質(zhì)量檢查等技術(shù)處理后上圖入庫，形成高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田圖層數(shù)據(jù)，同時(shí)結(jié)合項(xiàng)目巡查任務(wù)業(yè)務(wù)表單數(shù)據(jù)（用戶表、高標(biāo)項(xiàng)目巡查任務(wù)表、項(xiàng)目巡查照片信息表、項(xiàng)目巡查軌跡表、項(xiàng)目巡查幾何范圍表、項(xiàng)目巡查信息記錄表），構(gòu)建高標(biāo)農(nóng)田巡查數(shù)據(jù)庫，為系統(tǒng)的各項(xiàng)應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

2 GIS 關(guān)鍵技術(shù)研究

2.1 GIS技術(shù)

GIS 是集地圖數(shù)據(jù)采集、處理、存儲、查詢、分析、統(tǒng)計(jì)、分發(fā)、顯示為一體的信息管理系統(tǒng)。本系統(tǒng)有高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田項(xiàng)目數(shù)據(jù)和影像數(shù)據(jù)，需要對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理再發(fā)布為相應(yīng)的地圖服務(wù)應(yīng)用于系統(tǒng)。按GIS 的數(shù)據(jù)分類標(biāo)準(zhǔn)，高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田項(xiàng)目數(shù)據(jù)和影像數(shù)據(jù)這兩種數(shù)據(jù)分別為矢量地圖數(shù)據(jù)與柵格數(shù)據(jù)，兩種數(shù)據(jù)處理與發(fā)布各不同，矢量數(shù)據(jù)發(fā)布為WMS 地圖服務(wù)，影像數(shù)據(jù)發(fā)布為WMTS 瓦片地圖服務(wù)。數(shù)據(jù)處理中生產(chǎn)發(fā)布流程，如圖2 所示。

2.2 地圖數(shù)據(jù)處理與發(fā)布自動(dòng)化研究

利用GIS 的各類地理處理工具進(jìn)行建模，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)發(fā)布的自動(dòng)化，其模型如圖3，部分腳本代碼如圖4 所示。

3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)及運(yùn)行結(jié)果

本系統(tǒng)基于移動(dòng)GIS 技術(shù)研發(fā)高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田巡查系統(tǒng)。系統(tǒng)后端采用后臺服務(wù)端采用SpringBoot 框架進(jìn)行研發(fā)，移動(dòng)端基于Android 進(jìn)行研發(fā)，兼容華為鴻蒙系統(tǒng)在內(nèi)的所有國產(chǎn)手機(jī)。系統(tǒng)支持兩種模式：在線模式、戶外離線模式。在線模式下，可實(shí)時(shí)加載在線數(shù)據(jù)庫與影像數(shù)據(jù)，并且對實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目管護(hù)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)上報(bào)。離線模式下，加載移動(dòng)的本地?cái)?shù)據(jù)庫和離線地圖，保存采集數(shù)據(jù)的存儲于本地。在有網(wǎng)絡(luò)的情況下，可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)上傳同步，支持了野外無通訊網(wǎng)絡(luò)情況數(shù)據(jù)采集與系統(tǒng)的運(yùn)行。

系統(tǒng)部分功能運(yùn)行結(jié)果，界面如圖5、圖6 所示。

4 結(jié)論

基于移動(dòng)GIS 的高標(biāo)農(nóng)田巡查系統(tǒng)的建立，解決高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田項(xiàng)目的過程管理中數(shù)據(jù)碎片化問題，實(shí)現(xiàn)了高標(biāo)農(nóng)田項(xiàng)目在規(guī)劃、建中、建后的全生命周期的數(shù)據(jù)采集與監(jiān)管，形成的高標(biāo)項(xiàng)目數(shù)字檔案，使得監(jiān)管部門便于查閱、統(tǒng)計(jì)與瀏覽。系統(tǒng)的應(yīng)用，探索了農(nóng)村農(nóng)業(yè)相關(guān)部門高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田項(xiàng)目監(jiān)管工作模式，提高了項(xiàng)目管護(hù)水平。系統(tǒng)在多個(gè)縣區(qū)進(jìn)行推廣，取得很好的應(yīng)用效果與反饋，后期結(jié)合web 端應(yīng)用聯(lián)合開發(fā)應(yīng)用，有助于系統(tǒng)管理與可視化展示。同時(shí)，系統(tǒng)也為電力、水利、交通等領(lǐng)域的相關(guān)項(xiàng)目監(jiān)管提供了很好的借鑒參考。