農田建設現場調查技術分析及云平臺構建

桑玲玲，周 同，謝 彧，章遠鈺

（1.自然資源部國土整治中心，北京100035；2.農業農村部工程建設服務中心，北京100081）

0 引言

大規模推進高標準農田建設，是落實藏糧于地、藏糧于技戰略，保障國家糧食安全的重要支撐。2019年11月，國務院辦公廳印發《關于切實加強高標準農田建設提升國家糧食安全保障能力的意見》（國辦發〔2019〕50號），明確提出要構建集中統一高效的管理新體制，充分運用遙感監測等技術，按照系統一體化、數據集成化、信息綜合化、成果可視化的要求，全面承接高標準農田建設各階段相關信息，構建農田管理大數據平臺［1］。為了加強農田建設項目日常監測監管，全面實現項目建設有據可查、全程監控，真正做到對農田建設項目的精準管理、資源共享，有必要充分依托RS、GIS、GNSS、移動互聯網應用等技術，構建“天、地、網”一體化的農田建設監測監管技術體系。其中，“地上查”作為農田建設監測監管技術體系中的重要手段之一，是了解掌握農田建設項目情況的重要方式，也是開展項目監測監管工作的重要環節，貫穿于整個項目建設周期［2-4］。

在農田建設項目日常監測監管工作中，常用的方式是通過多源遙感獲取項目區地類及工程信息，由于遙感影像自動解譯準確率較低，難以滿足項目監管實際要求，外業調查和核實工作必不可少。為更好地滿足對農田建設過程進行監督和管理的需要，文章通過對農田建設項目信息采集、處理、管理、應用等業務進行分析，研究集成利用移動互聯網、數據庫、GIS、智能移動終端等多種信息技術，搭建農田建設信息采集系統的軟硬件環境；利用地理信息平臺軟件，建立農田建設項目內業、外業信息采集和管理系統；充分利用天地圖等共享數據資源，整合利用農田建設多源數據，構建高效、準確、便捷的基于地理位置服務的內外業一體化調查平臺。在農田建設外業數據采集和內業核查過程中，實現對農田建設項目位置、工程實施進展情況、后期管護利用情況等信息的外業采集以及與內業管理的協同作業，滿足農田建設外業采集和內業管理的需要，實現GIS與農田建設業務的高效、快速、協同合作，為提升高標準農田建設項目監測監管水平提供技術支撐。

1 農田建設現場調查技方法對比

農田建設項目不同管理階段現場調查工作的目的和側重點不同。在項目規劃設計階段，技術人員需要實地調查了解項目區自然資源條件、經濟社會狀況、基礎設施條件和權屬情況等；在項目實施階段，需要對項目施工進展、單項工程量完成情況等開展實地調查；在項目竣工驗收階段，需要對項目規劃設計變更情況、建設任務完成情況、工程質量狀況、資金撥付使用情況、制度執行情況等進行全面調查評價；在后期管護利用階段，需要重點對后期管護責任落實情況、項目建成后耕地利用情況、新建基礎設施管護利用情況進行實地調查。從實地調查的工作內容來看，可以歸納為4項基本任務［2-3］：（1）地物識別，對項目基礎信息做出真實性判斷；（2）地物量測，對項目工程建設面積、道路長度等做出準確性判斷；（3）信息采集，通過一定的手段獲取地形、土壤等基礎信息；（4）現場記錄，將在現場調查過程中收集到的各類信息分類記錄留存下來。

當前通常采用的現場調查方法主要有傳統調查方法、輔助現場調查方法、內外業一體化調查方法等。

1.1 傳統調查方法

傳統調查方法主要是指借助于地形圖、項目現狀圖、項目規劃圖等各類紙介質資料，根據項目管理各個階段不同的調查目標需求，利用常規工具完成目視定位、實地調查、測量、記錄工作［5］。這種傳統工作方式通常存在定位難、測量難、記錄難、信息采集管理難等缺點［6］。

圖1傳統調查方法Fig.1 Traditional survey method

1.2 輔助現場調查方法

輔助現場調查方法通常是指在手持GPS 設備等移動終端的輔助下開展實地調查工作［6-7］，在當前農田建設項目實地調查中應用十分廣泛。其基本原理是：以移動終端為載體，利用GPS定位導航和GIS數字地圖操作功能，通過地理位置的變化實現項目區實地和電子圖件的實時聯動，輔助開展野外記錄、測量、信息采集等各項調查，便于對項目現場地物的真實性和相關信息的準確性進行實時判斷、現場記錄或繪制調查成果（圖2）。

圖2輔助現場調查方法Fig.2 Auxiliary field survey method

目前，針對農田建設傳統現場調查方法存在的諸多問題，現有的輔助現場調查系統可以將GPS技術、移動GIS技術集成，整合開發出支持農田建設現場調查的低成本、高效率、便攜式的先進技術工具。有利于方便現場量測，現場問題記錄、信息查詢或繪制、拍攝調查成果，實現實地與圖件聯動，方便使用的電子手簿功能，實時顯示所處位置和行走路線，一定程度上提高了現場調查的質量和效率。但這種工作方式存在受設備性能影響較大、缺少底圖數據、數據無法實時傳輸、與內業工作銜接不暢等缺點，在監管應用過程中，數據準確性、一致性和工作時效性無法得到保障。

1.3 內外業一體化調查方法

內外業一體化調查方法主要滿足農田建設項目信息調查高效、準確、便捷的要求，基于已有的項目管理業務數據、公共數據等資源，利用地理信息平臺軟件，通過集成移動互聯網、云服務、數據庫、GIS、智能移動終端等多種信息技術［8］，利用4G/5G網絡，實現農田建設項目外業數據采集實時傳輸，以在線交互的方式實現內業數據管理與外業數據采集的一體化協同作業（圖3）。在數據保持一致性、現勢性的基礎上，實現外業項目定位、實時跟蹤管理、準確掌握項目進度等，為農田建設項目日常動態監測監管提供科學、高效的現代化手段。

圖3內外業一體化現場調查方法Fig.3 Integration field survey method

綜上所述，傳統調查方法因存在現場定位、測量和信息采集記錄等問題，不利于農田建設項目監管的有效開展。輔助現場調查方法雖彌補了傳統調查工作中定位難和記錄難的問題，但在監管應用過程中，數據準確性、一致性和工作時效性仍然無法得到保障。隨著移動互聯網、數據庫、GIS、智能移動終端、云服務等多種信息化技術不斷發展，內外業一體化調查方法在實現項目定位、實施跟蹤管理、掌握項目進度等發揮出顯著優勢，不僅解決了定位難、測量難、記錄難等問題，同時保持了內外業現場調查數據一致性和現勢性，提高了土地整治現場調查工作的質量和效率。

2 內外業一體化現場調查云平臺

2.1 系統總體設計

農田建設內外業一體化現場調查云平臺是利用GIS、GNSS和RS技術，實現對農田建設項目進展狀態實時監管。平臺在地理信息平臺軟件基礎上完成開發構建，由移動端外業信息采集系統、內業數據管理系統2 部分組成，基于市場公有云基礎設施［9-11］，利用天地圖等互聯網信息資源，構建農田建設內外業一體化信息采集系統基礎軟硬件環境［12-13］，通過移動互聯網，完成農田建設項目現場數據的采集、踏勘成果的實時傳輸與接收等工作（圖4）。

圖4云平臺架構Fig.4 Cloud platform architecture

2.2 平臺主要構成

2.2.1 搭建系統運行環境

基于阿里云基礎設施，利用天地圖、谷歌、OpenStreetMap等互聯網地圖服務等信息資源，構建農田建設內外業一體化信息采集系統基礎軟硬件環境。

2.2.2 構建外業信息采集系統

采用M/S多層的體系結構，基于構件化的設計思想，在需求分析抽象的基礎上，進行軟件功能構件的設計。應用天地圖、谷歌、OpenStreetMap 等服務作為基礎地圖服 務［10］，通過Web Service接口提供數據服務，通過手機端內置GPS，對農田建設項目區進行定位，其定位精度可滿足農田建設信息外業采集的定位要求。基于ArcGIS Server 構建外業信息采集App，支持目前市場上廣泛使用的IOS和Android等多種移動端設備。根據農田建設監測監管業務需求，基于流行的Web Map地圖格式，提供適合移動端的地圖操作與瀏覽方式，方便用戶操作。主要功能包括地圖瀏覽、地圖量測、場景切換和圖層疊加以及信息采集等。

（1）地圖瀏覽：對地圖進行平移、縮放、顯示全圖，支持平板的多點觸控和手勢，進行放大、縮小。

（2）地圖量測：在地圖上量測坐標（如經緯度）、距離、方向、面積等。

（3）場景切換和圖層疊加：一鍵切換到所需的地圖底圖場景，底圖一般包括影像圖、地形圖、規劃圖等。

（4）信息采集：記錄農田建設項目施工的進度信息、工程量信息和工程中遇到的問題等，同時可對現場的施工情況以多媒體（圖片、視頻、音頻）的形式提交。

2.2.3 構建內業管理系統

內業管理系統主要采用B/S架構，采用多層體系結構；采用屬性閾值方式保證信息采集標準化；采用ArcGIS Desktop軟件管理空間數據，發布服務和管理服務，以及對矢量數據進行編輯等；采用Portal for ArcGIS進行用戶和群組初始化［14］，配置群組、用戶、信息服務的管理和維護，為外業信息采集系統提供基礎支撐。主要功能包括采集數據準備、空間數據管理、用戶管理和群組管理等。

（1）采集數據準備：根據農田建設監測監管業務需求，配置項目基礎信息以及需要采集的信息，如：項目規劃設計方案及相關圖件、項目基礎資料、工程地點、工程類型、建設內容、工程完成量、發現問題以及現場照片、視頻等附件信息。

（2）空間數據管理：根據農田建設項目監測監管工作需要，提前收集相關的空間數據，進行空間數據管理和服務發布等。（3）用戶管理：用戶創建、刪除、設置密碼、分組、權限控制等。（4）群組管理：工作組創建、刪除、設置、添加用戶等。

2.3 平臺應用分析

該文利用移動互聯網、云服務、數據庫、GIS等技術和手段，搭建農田建設內外業一體化調查云平臺（圖5）。在農田建設項目區，通過實時調用農田建設監測監管數據服務，按照項目階段、監管任務要求，開展項目區導航、地物信息查看、田間道路溝渠等工程量現場量測、評價記錄和現場拍照取證，調查結果完成后，利用4G/5G 網絡，實現農田建設項目外業數據采集實時傳輸，以在線交互的方式實現內業數據管理與外業數據采集的一體化協同作業。

以智能手機為調查終端，通過網絡傳輸將外業調查采集的圖形信息和多媒體數據傳回內業信息管理平臺，業務人員可以根據外業調查人員傳回的數據資料進行數據分析和核查工作，實現農田建設內外業一體化現場調查的無縫銜接。對傳統的調查方法進行了改進，從而解決了工作中的現實問題。調查云平臺主要在廣東省東莞市、河北省保定市2個地區進行試用，通過逐步完善工作機制，取得了良好效果。

（1）解決了傳統調查工作缺少工作底圖的問題。通過天地圖、谷歌、OpenStreetMap等互聯網地圖服務，不僅解決了工作底圖的問題，同時為項目區實時導航定位提供了數據基礎。

圖5調查云平臺Fig.5 Survey cloud platform

（2）解決了外業調查數據無法實時傳輸的問題。利用移動互聯網和手機等智能終端，為農田建設工作提供基礎設施保障，使復雜的現場調查工作變得簡單而高效，彌補了傳統調查方法的不足，提升了工作效率。

（3）提供了便捷的成果數據展示與分析功能。通過現場調查獲取農田建設項目區位置、現場照片以及施工情況等信息，結合內業數據開展數據核查和數據分析工作，為農田建設項目的監督、管理提供了新的模式和實現路徑。

（4）突破了辦公環境限制。在非固定辦公環境充分利用互聯網資源和現有的信息化成果，通過內外業一體化協同作業，完成外業數據采集、匯交，內業綜合管理，跟蹤農田建設項目的進展情況，實現農田建設項目外業工作標準化、可視化、便捷化、高效化，提高外業管理質量和內業分析展示效率。

3 結論與討論

相比以往調查手段，該文借助移動互聯網、數據庫、GIS、智能移動終端、云服務等多種信息技術，大大提高了土地整治現場調查工作的質量和效率，不僅實現項目野外定位、實時跟蹤管理、準確掌握項目進度等，解決了定位難、測量難、記錄難等問題，而且保持了內外業現場調查數據一致性和現勢性，實現了內外業現場調查數據分析和共享。

在高標準農田建設中，需要通過對各種現場調查技術方法進行對比，合理選擇有效地調查方法，從而科學合理地實現對農田建設的現場調查，確保更準確地完成農田建設現場調查工作，確保“天、地、網”一體化的農田建設監測監管技術體系得以實現。隨著信息化技術日趨成熟，農田建設業務結合“云服務+移動互聯網+地理平臺+公共地圖資源”方式，緩解了業務人員的系統運維壓力，集成了豐富的數據資源、設施資源等，突破了辦公環境的限制，提高了外業管理質量和內業分析展示效率。