基于智能平板的基本農田劃定外業調查平臺開發與應用

曹加強 周立 唐軍 李麗

摘 要：文章在掌握和深入分析基本農田劃定工作的作業流程和數據采集內容的基礎上，結合基本農田劃定工作成果數據要求和管理方式，研究了基于智能平板設備開發野外調查平臺的主要關鍵技術，提出了基于智能平板的基本農田劃定外業調查平臺的設計思路、開發手段。通過開發研制和應用實踐，在云南省多個縣區的基本農田劃定工作實現了良好的應用效果，也為開展內外業一體化的調查工作提出了一種新的工作思路。

關鍵詞：基本農田劃定；調查平臺；智能平板；開發與應用

引言

基本農田是糧食生產的主要依托。保護好基本農田，對保障國家糧食安全、維護社會穩定、促進經濟社會全面、協調、可持續發展具有十分重要的意義。黨的十七屆三中全會《中共中央關于推進農村改革發展若干重大問題的決定》中明確提出要劃定基本農田，建立保護補償機制，確保基本農田總量不減少、用途不改變、質量有提高。

為科學劃定基本農田實行永久保護，堅決貫徹落實"切實堅持和完善最嚴格的耕地保護制度、切實實行最嚴格的節約用地制度、實行最嚴格的土地管理制度"三個"最嚴格"制度，根據國土資源部、農業部、云南省人民政府、云南省國土資源廳文件精神及技術規程和數據標準的相關要求，2012年底，云南省全面開展了基本農田劃定工作。根據《云南省基本農田劃定實施細則》的要求，其主要工作內容包括，逐一現場落實基本農田地塊、建立健全相關圖表冊、設立統一標識、落實保護責任、建立基本農田數據庫等。

1 問題分析

分析基本農田劃定工作在技術層面存在以下幾方面問題：

（1）涉及基礎數據、圖件種類繁多：基本農田劃定工作是在土地利用總體規劃及規劃完善（2010-2020）基礎上，結合衛星遙感影像、二調成果、2011年度變更調查成果、農村集體土地所有權成果、農用地分等定級成果等資料，開展底圖制作、現場調查、數據采集工作的。由于數據年代跨度大、空間邊界一致性差異大、圖形類型差別大等原因，很難形成一張綜合各類信息的紙質底圖。此外，由于屬性信息種類繁多，內容結構復雜，也為調查外業工作準備和現場調查的輔助基礎資料的整理、攜帶以及使用等帶來了較大的難度。即使外業調查人員攜帶筆記本電腦，在現場通過各種傳統的GIS桌面平臺軟件、文檔表格軟件開展記錄和調查工作，也將是一個較為復雜的工作過程。因此，如果數據能夠有效集成，并便于攜帶和現場使用，將極大提高現場工作速度和效率。

（2）外業現場調查工作內容多、程序復雜：在基本農田劃定工作外業調查工作中涉及將基本農田圖斑逐一落實到以土地利用現狀圖斑為單位的地塊；逐片（塊）登記基本農田地塊邊界、地類、面積、質量等級等信息以及片（塊）編號；逐片（塊）調查核實基本農田保護地塊土地承包狀況，確定基本農田地塊的基本責任人，明確集體經濟組織和農戶的保護責任，簽訂或更新基本農田保護責任書；逐片（塊）對建設占用基本農田或因其他原因造成基本農田減少的要進行補劃；對建設用地侵占基本農田的情況還要進行現場拍照和記錄等，存在復雜的重疊交叉的工作程序。因此，如果能夠在外業現場實現快速采集和現場確認工作，將極大減少作業時間成本、交通成本，實現整體降低現場實施難度和降低成本的效果。

（3）數據后續處理工作難度大：傳統的外業調查工作大多采用圖、表分離的方式進行標定和記錄工作。由于外業工作周期長、現場條件惡劣等因素，常常造成采集信息記錄混亂、錯誤、丟失等結果，為后期的數據錄入和編圖等內業工作帶來了極大的不便和成果數據錯誤等隱患。因此，如果在外業調查工作中，及時發現并解決在采集過程中出現的錯誤和遺漏，并在現場完成質檢和查缺補漏工作，將提高作業質量和現場工作效率。

2 設計思路

2.1 建立信息豐富、內容齊全的調查數據集成數據庫

根據基本農田劃定工作現場調查的內容和程序，在調查過程中涉及的各類基礎數據包括：衛星遙感影像、土地二調、最新年度土地變更調查、土地利用總體規劃和規劃完善、農用地分等定級、農村集體土地所有權、建設用地審批數據等，涉及圖像、矢量地圖、數據庫、文本報告、統計表格、專題圖等多種數據格式和類型。

具體包括：

（1）土地利用總體規劃資料

a.市、縣、鄉三級土地利用總體規劃（2010-2020年）圖件、數據庫、文本及說明；b.涉及基本農田的規劃調整有關成果和審批資料。

（2）土地利用現狀調查資料

a.最新的土地利用現狀調查（2011年標準時點統一更新調查）成果；b.最新的年度土地變更調查成果。

（3）已有基本農田保護資料

a.在耕地保護過程中形成的資料：包括現有的目標責任書與實施保護情況、下達的耕地保護指標情況等相關資料；b.圖件資料：標準分幅基本農田保護圖，鄉級基本農田保護圖，縣級基本農田分布圖、縣級基本農田調整分析圖等；c.表冊資料：基本農田面積統計表、匯總表，基本農田臺賬等表冊；d.數據庫資料：已有的基本農田數據或數據庫；e.文字資料：基本農田保護的相關文字資料。

（4）農用地分等資料

a.農用地分等成果圖件；b.農用地分等成果數據庫；c.農用地分等成果相關技術報告。

（5）其他土地管理相關資料

a.村民小組行政區劃資料等；b.建設項目依法占用基本農田的用地審批資料；c.涉及基本農田的生態退耕及災毀資料：d.土地整治規劃（土地整理復墾開發規劃）等相關資料；e.高標準基本農田建設相關資料；f.壩區范圍成果資料；g.農村集體土地確權登記發證相關成果資料；h.近期內的航空或航天遙感資料、水系及交通等基礎地理數據資料。

因此，必須通過對多時態、多尺度、多專業種類和多數據類型的各種調查基礎數據進行集成，從而為外業調查工作的現場開展提供內容齊全、信息豐富的調查數據庫。

2.2 建立安全可靠、使用方便快捷的外業調查平臺

目前，在野外調查中大量使用高精度智能數據采集器已經成為趨勢，在實踐過程中也取得了較為良好的效果。但也暴露出一些亟待解決的問題：（1）GPS數據采集器的專業性、可靠性較強，但屏幕較小，操作局促，對復雜底圖和大范圍數據顯示存在明顯不足的現象；（2）專業GPS平板雖然精度較高，屏幕顯示和可操作能力較強，但單臺造價均在幾萬元以上，成本太高；（3）GPS采集器和專業GPS平板等設備，目前均缺乏與軟件應用開發商的合作，在應用解決方案上只能提供基礎的數據采集功能，無法滿足各類專業項目數據的采集工作。

通過比較和分析，根據基本農田劃定工作的調查尺度和調查技術要求，普通智能平板設備的性能和可靠性完全滿足要求，而且成本均在千元水平，這使在調查區內大規模開展移動式調查和采集工作成為可能。

此外，在基本農田外業現場調查工作中，開展的工作內容包括：到達現場、識圖定位、實地走界、現場核對、現場記錄、實地拍照、簽字確認等。需要集成基礎數據導入功能、地圖瀏覽縮放功能、多圖層實時切換功能、GPS實時定位功能、信息輸入功能、信息查詢顯示功能、現場拍照功能、調查成果數據導出功能等，并通過與基礎數據的集成、現場調查定位和數據采集功能，實現基本農田劃定外業現場一體化調查平臺。同時，外業調查平臺必須具備攜帶方便、操作簡單快捷、數據使用和數據存儲安全可靠等特點。

3 關鍵技術

3.1 多源數據集成技術

在基本農田劃定工作中的基礎數據的數據來源、數據種類、數據格式、數據時態等多種多樣，必須通過對各種數據的整理、分析、處理、提取、加工、融合等手段對其進行數據集成。通過GIS強大的多數據源、多數據格式、多數據尺度集成功能、空間分析功能、空間提取功能、空間處理功能、空間融合功能、樣式標準化功能等處理手段，可實現基本農田劃定工作底圖的制作和生產，并建立外業調查基礎數據庫。（見圖1）

圖1 多源數據集成示例

3.2 圖形柵格化切片技術

隨著互聯網和智能化應用的迅速推廣和普及，傳統的矢量化數據應用模式也開始廣泛地向柵格化數據應用模式拓展，矢量數據的圖形柵格化切片技術正是這個轉化過程中的關鍵技術。其原理是對矢量數據進行多級比例尺圖形柵格化，并通過切片手段，將巨大的柵格化圖像轉換為如256×256像素甚至更小的瓦片式圖像。通過這項技術，可以有效解決大數據量的有效存儲和使用問題，同時可以消除矢量數據坐標安全保密問題。為移動設備野外作業的數據可靠性和安全性奠定了基礎。（見圖2）

3.3 智能設備應用開發技術

移動互聯網已經是目前當前社會的熱點話題和社會發展新趨勢，隨著智能手機、智能平板、輕便電腦的不斷推出，移動智能設備正在改變著我們的生活方式和工作方式。這些設備已經不再是運行傳統電視機、DVD等電子設備固化的程序，而是可以隨時更新、動態化、開放式的智能操作系統。通過智能操作系統，軟件設計師和開發人員可以對智能設備的操作方式、行為、處理過程和結果進行控制和不斷的提升，從而發掘智能設備的最大性能和功能潛力，為生活和工作帶來便利。正是這場正在進行的變革，讓我們可以采用可視化、可編程、可存儲、可控制的移動平板應用開發技術，讓智能平板和手機等成為在基本農田外業調查工作中開展集成圖形化、可錄入、可拍照、可定位、可存儲功能，實現快速采集和成果管理的工具（見圖3）。

4 外業調查平臺開發與應用

4.1 數據體系建設

4.1.1 基礎底圖

（1）地名；（2）行政區劃（縣、鄉、村、小組）界線；（3）道路；（4）河流；（5）地形地貌；（6）農用地等級；（7）地類圖斑（年度變更調查）；（8）遙感影像。

4.1.2 基本農田基礎數據

（1）基本農田圖斑；（2）基本農田片塊；（3）建設用地審批圖斑。

4.1.3 基本農田調查數據

（1）調查表；（2）實地照片；（3）責任人資料；（4）現場情況記錄。

4.2 外業調查平臺構建

外業調查平臺建設包括構建平臺運行所必需的基礎軟件、硬件和運行環境，主要的設備和技術配備情況如下。

（1）運行設備選用聯想A3000平板電腦；（2）智能操作系統選用Android 4.0；（3）地理信息平臺軟件選用自主研發的Geofly Smart Map；（4）數據庫系統軟件選用SQLite數據庫；（5）開發工具采用Eclipse結合Java語言。

4.3 應用系統模塊建設

外業調查平臺的應用系統模塊建設包括：

（1）基礎數據管理模塊，主要功能包括：a.基礎數據導入；b.圖層配置管理；c.調查數據導出；d.系統參數配置。

（2）調查采集管理模塊，主要功能包括：a.地圖裝載顯示；b.地圖瀏覽控制；c.圖層切換控制；d.比例尺顯示控制；e.查詢定位；f.GPS定位；g.調查錄入；h.數據保存；i.現場拍照。

（3）質量檢查管理模塊，主要功能包括：a.完成情況統計；b.質量檢查分析；c.錯誤情況對照。

4.4 總體技術架構

系統基于Android 4.0智能操作系統，使用Eclipse開發平臺結合Java語言，應用SQLite數據，集成數據導入、地圖瀏覽、地圖定位、數據錄入、現場拍照、質量檢查、數據導出等功能，實現了基本農田劃定工作外業現場調查工作的采集、定位、拍照、記錄等一體化過程（見圖4）。

4.5系統應用功能界面

4.5.1 系統主界面與地圖瀏覽（見圖5）

4.5.2 查詢定位與信息查看（見圖6）

4.5.3數據采集與數據錄入（見圖7）

4.5.4質量檢查與參數配置（見圖8）

5 結束語

目前，基于智能平板的基本農田劃定外業調查平臺已經在云南省三個縣區的外業調查工作中實際使用，為項目工作的順利開展和實施完成起到了關鍵性的作用。

（1）提供外業調查采集工作的新方式：創新性地采用智能平板為載體開展基本農田劃定外業工作，為類似的野外調查、野外實測等數據采集任務，開展現場記錄、現場拍照、現場質檢工作，提供了新的技術手段和工作方式。

（2）提高野外調查應用技術水平：通過地理信息空間數據集成方法，結合智能平板開發技術、數據庫開發技術，為野外現場調閱基礎地理圖件、空間屬性信息和空間位置信息，并及時開展數據采集工作創造了可能，改進并提高了野外調查方法和技術水平。

（3）降低外業調查工作難度和成本：通過優化外業作業流程和步驟，集成基礎數據和操作功能，在滿足技術要求并快速完成調查工作的同時，簡化了基礎資料準備、數據采集、數據整理等工作實施內容和難度，極大的減輕了外業勞動強度，降低了工作成本。

（4）提高了野外調查工作成果的質量：貫徹任務過程管理思路，在現場調查工作中，將質檢環節貫穿于數據采集工作的各個步驟，將采集工作的錯、漏、丟、忘等各種成果質量隱患徹底杜絕，為后期的圖、表、冊和數據建庫工作打下了堅實的基礎。

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*通訊作者：周立（1976-），男，浙江臨海人，碩士，測繪高級工程師，信息系統項目管理師，信息系統監理師，主要從事地理信息系統及3S技術的軟件開發和應用研究工作。