甘肅省高效節水灌溉項目信息管理系統開發與應用

馬 國 印

(甘肅省農村飲水安全管理辦公室 ，蘭州 730000)

0 引 言

近年來，在國家有關部委和省級有關部門的大力支持下，甘肅省高效節水灌溉工程建設快速推進，先后實施了中央財政小型農田水利重點縣項目、中央財政統籌從土地出讓收益中計提農田水利建設資金項目[1]、甘肅省規模化節水灌溉增效示范項目、牧區節水灌溉示范項目和甘肅省河西走廊國家級高效節水灌溉示范區項目、以色列政府貸款農田水利建設等項目，建成了一大批高效節水灌溉工程，為緩解區域水資源短缺造成的供需矛盾，使有限的水資源發揮更大效益，提高農業綜合生產能力、增加農民收入、保障糧食安全和促進地方經濟的發展做出了突出貢獻。

為全面、系統、高效的管理甘肅省節水灌溉工程，轉變管理模式，由傳統管理模式轉變為信息化技術管理，由粗放管理模式轉變為精細化管理，由靜態管理模式轉向動態管理，開發建設了《甘肅省高效節水灌溉項目管理系統》，通過數字化和信息化技術，利用GIS(地理信息系統)平臺，對項目實施區進行圖斑化處理，完成圖、表的有機結合，實現項目區基礎資料的編輯、查詢和匯總統計等功能，為相關部門提取準確的數據信息及決策分析提供支撐。

1 總體框架設計

1.1 技術定位

甘肅省高效節水灌溉項目管理系統本著滿足當前工作，形成連接本轄區行政區劃樹型結構，依托現有網絡，建設結合實際、規范技術標準，以“一張圖、一個庫”的設計理念，基于GIS系統和WEB模式，建設甘肅省高效節水灌溉項目微云，實現全省高效節水灌溉項目互聯互通和信息共享。

1.2 系統框架

系統以全省水利一張圖、一個庫為目標，基于在線天地圖的電子圖和影像圖，疊加高效節水灌溉項目片區圖層，基于互聯網實現按行政區劃、建成年份、水源類型、節灌形式等，綜合管理和展示我省已建高效節水灌溉項目的總體情況、所處位置及各項具體指標。根據應用的需求，用戶可參考高精度影像圖，遠程標繪高效節水灌溉項目片區的位置、范圍、面積，并結合項目的屬性數據，由系統自動核算圖形面積，提高項目片區的數據準確性，實現圖表一體化的屬性數據和空間數據查詢和匯總統計功能。系統總體架構分為三層，即應用層、WEB服務層、數據層，如圖1所示。

圖1 系統總體架構圖

1.3 系統體系

軟件體系：在系統體系結構上，采用先進成熟的技術，在設計思路上，采用J2EE架構，SHH框架進行開發，以保證系統在3～5年內具有一定的先進性。

硬件體系：采用核心處理(公共服務處理)服務器，選擇適當超前的PC服務器，按照業務要求配置1路、2路或4路以上CPU，內存配置采用CPU數據乘2的經驗公式配置。采用LPAR邏輯分區技術在服務器上同時安裝應用服務和數據庫服務。

2 系統主要功能研究

2.1 高效節水灌溉項目“一張圖”信息系統

(1)地圖操作功能。基于“一張圖”，實現了高效節水灌溉項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調用在線天地圖服務，疊加后臺高效節水灌溉片區空間數據庫服務實現。用戶可隨意進行地圖平移、縮放、面積測量等操作，同時可以任意選擇打開或關閉其中任何圖層，以便獲取想要的信息[2]。

(2)基于Spatial ETL Tool的數據批量處理模型。基于ARC Gis的Spatial ETL Tool，根據片區屬性，建立數據處理模型，可將大量通過“四至坐標”采集的高效節水灌溉片區數據表格批量轉化為形圖，極大降低大量已有數據的圖形轉化工作。如圖2所示。

圖2 Spatial ETL Tool數據處理模型

(3)實現遠程數據的采集功能。系統以高精度的影像圖疊加電子圖層作為基礎工作底圖，縣級操作人員可以參考影像圖，遠程標繪高效節水灌溉項目的片區，同時完成對項目片區屬性數據的采集工作；市級操作人員可根據縣級操作人員標繪的信息，結合縣級上報的高效節水項目建設方案、初設等內容進行相應的圖上審核。

圖3 遠程數據采集功能示意圖

2.2 數據搜索查詢及分類統計功能

(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，查詢到相關內容后以列表形式列出，用戶點擊結果列表中相應的信息后，自動跳轉至地圖對應位置，顯示圖像信息。另一種方式為用戶在瀏覽專題圖的過程中，點擊圖中相應的信息點，系統將相關查詢到的信息以彈出信息框的形式展示出來[3]。

(2)信息分類匯總統計功能。地理信息系統查詢僅能對個別工程信息進行直觀的查詢顯示，無法從全局角度對高效節水灌溉項目信息進行一個統計匯總查詢。因此本研究開發了信息分類匯總查詢功能，可以實現按項目分類、行政區劃、建設年份、灌溉類型、水源類型等對數據進行分類匯總顯示和導出，該功能可以使決策者從宏觀角度把握全省、市州、縣區工程情況。

圖4 數據匯總統計功能示意圖

2.3 高效節水灌溉項目信息與圖形的核準功能

動態計算每個灌溉片在圖上的面積的功能，便于用戶進行標繪后，與實際面積進行比較。由于圖上面積動態計算采用的投影面積，根據甘肅省的地形條件看，河西平原地區，兩者之間的誤差較小，而河東及中部山區丘陵地區，兩者之間的誤差會較大。

圖5 圖形的核準功能示意圖

2.4 移動端數據查詢采集功能

基于安卓系統，在移動端實現地圖定位及數據查詢功能，通過手機定位，查詢當前處置的高效節水灌溉片區是否屬實及相應的屬性數據資料；通過手機移動位置，采集高效節水灌溉片區的“四至坐標”并輸入基本的屬性完成片區數據的采集；通過手機拍照上傳完成高效節水灌溉片區的現狀照片采集。

圖6 移動端數據查詢采集功能示意圖

3 系統的創新性

3.1 采用樹型結構的高效節水灌溉項目管理模式

根據甘肅省已實施的高效節水灌溉項目，按照市(州)-縣(市區)-高效節水灌溉項目-灌溉片區共四層的樹型結構管理模式，實現了全省高效節水灌溉項目區圖斑化四至坐標管理，圖斑屬性具有選中、導入未審核、采集未審核、審核通過、驗收通過、驗收未通過等多種屬性，并以不同的顏色區分具體的屬性類別。

3.2 LRU緩存和卡馬克緩存算法的應用

采用高精度影像圖，使用LRU緩存和卡馬克緩存算法優化地圖顯示，把探索和確定性因子分析法拓展到全省高效節水灌溉項目片區空間數據上，以在線天地圖的影像圖和電子圖基礎工作地圖，采用云服務的模式，使用自動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水灌溉項目與片區的屬性數據和空間數據的對應關系上，使得灌溉片區與隸屬的項目產生了較好的關聯；圖斑化的管理方法直觀方便地使項目片區落地實施，有效防止了同一塊地多個項目實施和無耕地進行高效節水灌溉項目的套取國家投資和重復建設行為。

3.3 移動端空間聚類算法的應用

將空間聚類算法(moran's i, general G 等基于平面的算法)應用至android移動平臺，實現了移動端高效節水灌溉項目片區圖斑的遠程標繪及信息采集功能。移動端系統脫離了移動GIS服務，將空間聚類算法應用至android移動平臺，較大的節省了每個客戶端需要安裝時，首先得購買移動GIS服務的費用；具有定位、點選、標繪、屬性數據輸入、拍照上傳、查詢等功能。

3.4 基于Spatial ETL技術的高效節水灌溉項目片區位置數據處理模型

采用Spatial ETL技術，建立高效節水灌溉項目片區位置數據處理模型，通過對整理好的海量地理坐標信息進行可視化圖形轉換運算操作，實現了批量數據的自動圖斑化生成功能[4]。

4 系統推廣應用價值

自2014年起，甘肅省水利廳將高效節水項目審批權限下放至市州水務部門，并對項目申報、實施、檢查、驗收提出更高要求。一是確定了“不新打機井、不新增灌溉面積、不新增用水量”、支持貧困地區、支持特色農業發展和扶貧攻堅相結合的項目立項審批原則。二是根據不同水源和不同灌溉形式，實行資金差別化補助。三是將農業經濟合作組織、農民用水者協會、土地流轉大戶、農場企業等新型農業生產經營主體納入高效節水灌溉項目的申報范圍。四是把土地規模集中經營、農業種植結構調整、群眾意愿作為項目立項的先決條件，優先選擇在土地流轉規模大、作物種植結構統一、群眾積極性高的區域實施。五是推行“四至坐標”定位管理，實行開工前和竣工后兩公示制，主動公開項目建設規模、資金來源、實施地點、目標任務、建設主體、施工工期等信息，公布舉報電話和信箱，接受社會監督。

開發建立“甘肅省高效節水灌溉項目信息管理系統”，縣級可遠程上報高效節水灌溉項目建設內容、擬實施的位置、實施面積等基本信息；市級可通過系統，遠程進行項目審核，為項目的立項、驗收、管理提供直觀的方法；省級可通過電子圖、影像圖等基礎屬性，直觀、快捷的對全省分年度、分項目類型、水源類型等對高效節水灌溉項目實現管理；項目核查時，可通過定位，查看高效節水片區的基本屬性，并可通過移動端采集片區節點坐標并上圖，實現拍照上傳功能，直觀反映當前片區的實施效果。從而使高效節水灌溉項目初始申報更加嚴格，項目審批速度更加快捷，項目建設和運行管理更加透明，建設管理由粗放式管理轉為精細化管理。

5 結 語

本研究目的是響應國家對高效節水灌溉項目管理的政策規劃，為全面、系統、高效的管理我省節水灌溉工程，轉變管理模式，由傳統管理模式轉變為信息化技術管理，由粗放管理模式轉變為精細化管理，由靜態管理模式轉向動態管理轉變，實現項目區基礎資料的編輯、查詢和匯總統計等功能，為相關部門提取快速準確的數據信息及決策分析提供支撐。本研究探索的管理模式和技術方法對全省其他水利項目的管理也有很好的參考和借鑒意義。

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