一款面向村鎮承載力調研與規劃建設信息意愿采集的客戶端應用設計*

侯 渲 許金朵 林 晨 馬榮華 段學軍 劉寧寧 吳紫靜 陳 曦

0 引言

近些年隨著我國工業和城市建設的高速發展，城鄉差距不斷加大，原來的村鎮建設已經遠遠不能適應目前發展的情況。黨的十九大針對于目前鄉村所存在的非農化、老弱化、空廢化、污損化和貧困化問題，提出“鄉村振興”戰略，編制了《鄉村振興戰略規劃（2018—2022年）》（以下簡稱“《規劃》”），為打造一個和諧宜居的美麗鄉村指出方向[1]。資源環境要素對鄉村居民而言是重要的生產資料和生活資料，更是鄉村振興的基礎，所以對山水林田湖草等要素資料進行采集、開展土地利用現狀和潛力調查，結合當地鄉村特色和村民生產生活需求，才能準確把握鄉村建設方向[2]。在面向資源環境調研工作的過程中，需要收集的多源異構數據內容存在數據量大、種類繁多和來源不一的問題；在傳統數據采集的過程中，需要大量的人力物力，不僅耗時耗力，而且對人員專業素養的要求較高，難以大范圍同時采集[3-4]。如何借助地理信息在快速、準確處理時空數據上的優勢，從而高效地實現這些多源異構數據的管理和分析，是當下亟需解決的問題。

智能終端與移動地理信息系統（Mobile GIS）的結合，集成了GPS、無線網絡、GIS等技術，因為便于攜帶、操作較為方便靈活的特性，被廣泛應用于各行各業：最初在國外用于森林火險調查、農作物種類調查等[5-6]，在國內廣泛用于地質勘探、野外調查及基層調研中[7-9]，如棉田病蟲害信息采集[10]、生物多樣性的野外調查[11]、城市建筑的規劃設計[12]、生態環境的核查[13]等。除此之外，移動GIS在空間數據的收集整理方面的優勢更為突出，包括經緯度坐標、高程、方位和水平面等基礎地理信息數據采集[14-15]。經過不斷的完善改進，已經有不少相關的應用在相關行業投入使用，例如：中科圖新公司所研發的外業精靈APP內置了大量在線地質地圖，便于用戶看圖和采集；吉印信息公司研發的吉印足跡APP用于外業實習、野外考察、證據留存等，使困難又煩瑣的外業采集變得簡單又高效，提高了數據采集效率。由此可見，已有的移動GIS應用主要是通過文本、照片等數據形式，對調研點周邊環境數據（如高程、傾斜角、經緯度和氣候等）進行記錄，此方面的應用相對成熟廣泛[16-18]。

但是目前絕大多數應用產品僅僅關注了周邊環境數據采集的需求，忽略了居民本身需求的意愿表達。然而在有關村鎮尺度的相關調研和業務工作中發現：當研究區空間尺度越來越小，反而對居民參與度的要求更高。這也和自然資源部頒發的文件[19]精神相符合，該文件指出：村莊規劃建設與新型城鎮化建設過程中要聚焦人的需求，村莊規劃建設要“尊重農民意愿”，關注人的需求和意愿，將村民參與納入村莊規劃決策。如趙杰、趙士洞在研究鄉村小尺度的土地利用變化中就提出參與性農村評估方法[20]（Participatory Rural Appraisal,PRA），通過挨家挨戶走訪調查和拜訪知情人士來獲取“潛藏”在人群中的數據[21]；陜西白馬村在鄉村旅游扶貧規劃中聽取了公眾意愿，還主動關注周邊企業的訴求[22]等。由此可見，在參與鄉鎮規劃建設的過程中，居民的生產生活方式、需求意愿調研是整個工作中非常重要的一部分。將所獲取到的居民需求意愿與調研獲取到的周邊環境信息相結合，才能反映出最真實的鄉鎮建設需求。這些需求意愿信息的獲取和分析，在目前市面上的APP中都沒有被考慮進去。

如何將居民的需求意愿在村鎮建設決策中體現出來，是問題的關鍵所在。因此，開發一款面向村鎮建設調查的APP，實現周邊環境和居民訪談調研數據的實時、高效采集和管理，更好地服務于當地鄉鎮建設，是本應用需要解決的問題。

1 總體設計

整個APP以環境信息和需求意愿采集為核心，包括周邊環境信息數據的圖片/音頻/影像數據的采集、存儲、上傳和居民需求意愿調研的問卷數據的填寫、上傳下載等。整個應用以Java作為開發語言，Android Studio為集成開發環境，選取MVC（Model-View-Controller）開發模式，該模式可提高代碼復用性，降低數據表達、數據描述和應用操作的耦合度，同時軟件的可維護性、可修復性、可擴展性、靈活性和封裝性得到提升。

APP整體設計架構主要分為UI表現層、BLL業務邏輯層和DLL數據訪問層3部分，是標準化的3層架構設計邏輯，應用結構設計如圖1所示。UI表現層位于整個系統的最外層，用于顯示和接收用戶輸入的數據，提供軟件與用戶交互的界面，通過XML頁面布局實現，主要包括用戶登錄、地圖界面、數據采集及數據和問卷信息的上傳、下載等基本功能；BLL業務邏輯層位于表示層和數據訪問層之間，負責數據的處理和傳遞，是表示層和數據訪問層之間的橋梁，主要由“應用服務”與“業務邏輯”組成，前者為各類系統功能提供所需的權限管理和函數接口服務，后者通過“客觀（周圍環境信息）+主觀（需求意愿調研）”的模式實現應用的核心功能。DLL數據訪問層為底層數據管理層，實現對屬性和空間數據庫中數據進行保存、讀取和更新操作。

圖1 APP系統結構圖Fig.1 System architecture diagram of application

2 功能設計

在國土空間規劃中，現狀調研目的是為規劃編制采集詳細的現狀數據和資料，形成詳細的調研報告支撐規劃決策，是村莊規劃編制現狀情況分析中的重要工作內容。以《江蘇省村莊規劃編制指南》[23]為例，在“現狀調查”中對調研的內容與指標提出詳細要求（見表1）。

表1 村莊規劃編制現狀調查指標Tab.1 Village planning status survey indicators

以“基本情況”“意愿調查”為APP功能設計的目標導向，整個APP在功能設計如圖2所示，分為系統基礎設置、問卷調研信息采集和環境信息采集3個模塊。其中，環境信息采集部分是APP采集工作流程的數據基礎，面向客觀環境信息的采集是系統運行的重要條件；問卷調研信息采集則是整個應用在進行采集調研過程中的核心環節；主要針對村莊規劃中的意愿調查采集，用戶不僅根據研究需求進行個性化的問卷定制，而且能夠根據不同側重角度對問卷進行修改，這是該模塊的亮點。

圖2 APP系統功能模塊組成Fig.2 Composition of function modules of APP subsystem

2.1 問卷調研信息采集

開發以開放式在線問卷為基礎的村民主觀意愿和感知關鍵信息采集技術，形成“問卷模版設計—問卷信息更新—表單式答題—實時化傳輸”的一鍵式技術流程，支持單選、多選、填空、選填組合等多種答題形式（見圖3）。

圖3 各類問卷類型Fig.3 Types of questionnaire questions

問卷調研信息中包含大量的表單信息，不同的問卷類型涉及不同格式類型的文本數據，獲取不同類型問卷相對應的服務ID，返回對應的XML格式結果，通過在問卷模版中的規則來管理字段結構類型。同時通過數據通信與云計算技術，以Form表單形式存儲到本地SQLite數據庫，同時與遠程數據庫同步，實現調研采用數據和問卷數據的即時回傳和處理。內業人員通過瀏覽器訪問Web服務查看存儲于服務器端的調研及問卷數據。通過獲取的問卷調研信息結合環境信息采集數據，進行數據分析及更深層次的挖掘。

2.2 環境信息采集模塊

基礎環境信息主要是空間屬性數據，一般為采集點的坐標信息。通過移動端數據采集和通信技術，整合移動設備的多傳感器（相機、麥克風、GPS、陀螺儀、方向傳感器、磁場傳感器等），調用相應的服務接口，得到照片、視頻、音頻等多媒體數據和GPS 坐標數據（見圖4），以及拍攝方向、高度、傾斜角等一些姿態數據。以PostGIS為空間對象數據庫提供空間信息存儲與檢索服務，SQLite為移動端存儲數據庫存儲空間信息。

圖4 點位信息獲取及周邊環境信息采集Fig.4 Location reading and surrounding environment information filling

2.3 系統基礎設置

地圖是地理信息采集的基礎和前提，通過地圖的打開和瀏覽能夠將擬采集的區域信息直觀地反映在屏幕上，為后續操作奠定基礎；通過移動端地圖渲染引擎技術，可實時加載本地或在線的矢量、柵格等空間地圖服務，并在移動端實時渲染。同時還可以根據需求進行放大、縮小、增添、刪除、全屏顯示、地圖屬性更改等相關操作（見圖5），為用戶細化或全面了解采集區域的具體情況提供有效支撐。

在用戶進行注冊信息時，根據實際情況選擇不同等級（見圖5）。在整個APP系統中，針對不同的角色設置了不同權限。

圖5 系統基礎功能Fig.5 Basic functions of the system

3 APP在國土空間規劃中的應用

村莊規劃作為我國“五級三區”國土空間規劃體系中的詳細規劃，是開展鄉村建設、推動鄉村振興的重要基礎工作。自2019年自然資源部印發《關于加強村莊規劃促進鄉村振興的通知》后，全國各地陸續出臺村莊規劃編制指南（導則）[24]。在各地導則文件中，都對深入調研的時間、內容和程序提出明確具體的要求：需要收集村莊現狀的基本情況、基礎數據、各類規劃、審批管理等各方面的資料，還需要調研村莊社會經濟、歷史文化、自然環境等基本要素，進行入戶調查，讓村民填寫問卷等。

以本APP為工具，參與某村莊關于村莊規劃編制調研工作為例，展開下列工作。

3.1 環境信息采集

到達目的地后，打開應用“調研采集”，頁面自動加載在線地圖和獲取當前設備所在位置的經緯度、行政區劃、方位角等基礎信息。通過觀察，可以對周邊的自然資源、土地利用、農房建設、村莊設施、環境風貌等現狀進行采集，點擊“調研”進入環境信息的采集工作中：上列村鎮名稱、所屬行政區劃、經緯度坐標、調研員姓名和調研時間已自動獲取填充；點擊“拍攝”開始對村域內的“山水林田湖草”等自然資源要素、農村地籍、宅基地、農村公共基礎設施、歷史文化名跡等要素拍照取證，并配以相關的文字描述。在權屬現狀、農經權等無法通過照片形式表達的情況下，調研員通過拍攝視頻資料便能直觀地加以展示，通過錄制音頻對當前耕地的實際情況進行更加具體的描述。調研員完成當前環境信息采集任務后，點擊界面右上角“提交”便將當前調研信息即時回傳到數據庫中。

調研數據回傳到后臺數據庫中，內業人員通過后臺查看調研采集記錄，在對該地區的村域環境的評估方面能夠有一定的參考，還能通過地圖瀏覽的方式在后臺查看相應位置的調研記錄，掌握不同位置的環境信息，從而對該地區有整體的了解（見圖6）。

圖6 周邊環境信息采集技術流程Fig.6 Technical process of surrounding environment information collection

3.2 問卷信息采集

村莊規劃中的現狀調研主要是通過部門座談、駐村摸查、入戶調研和文件調查等形式，了解村民對規劃的意見和建議，提出目前村莊發展中存在的問題和未來發展的建議。整個過程以開放式在線問卷為基礎，對村民主觀意愿信息進行采集，形成“問卷模版設計—問卷信息更新—表單式答題—實時化傳輸”的一鍵式技術流程，支持單選、多選、填空、選填組合等多種答題形式（見圖7）。

3.2.1 問卷模版設計

調研員厘清所需調研的內容，設計一套面向該村莊規劃實際需求的詳細調研問卷，其中包括村莊社會經濟、人口產業、產業類型與規模、村莊規劃建議等調研指標（見圖7a）。將需要的調研內容導入后臺管理平臺后，設計題目類型、問題選項等必要信息（見圖7b）。

3.2.2 問卷信息更新

在另外一處村莊進行村莊規劃編制前期調研工作過程中發現，當地產業布局情況比較混亂，是影響村莊未來發展的一個重要因素。該調研員就該村莊的產業規模、產業類型、產業資源等指標對居民展開更加深入的調研，通過后臺管理系統在原有產業類型調研問卷的基礎上增加了關于產業發展多指標的調研內容。在更新發布完問卷后，便可以在APP中得到適用于該地區的調查問卷（見圖7c）。

圖7 問卷信息采集技術流程Fig.7 Technical process of questionnaire collection

3.2.3 表單式答題

刷新APP問卷信息后，出現關于調研指標的調研問卷，表單式問卷結構簡潔明了。調研員前往居民家中或借助村委會配合將調研問卷通過APP在線答題、分發答題二維碼和鏈接的方式，請各位村民填寫關于調查當地土地資源承載力的問卷（見圖7d）。

3.2.4 實時化傳輸

村民填寫完調研問卷后，點擊提交結果即時傳輸到后臺數據庫中。通過對村民問卷調研信息的分析與處理，結合傳回的環境信息數據，項目組能夠對當前耕地的土地承載力有較為客觀準確的認知（見圖7e）。

3.3 后臺數據管理系統

在調研工作完成后，把通過APP采集到的周邊環境數據及調研問卷信息實時上傳到后臺管理系統并生成調研記錄。通過后臺管理系統“調研數據列表查看”功能，可按條件篩查調研列表，查看包括調研員、村鎮名稱、調研地點、調研時間等詳細信息（見圖8a），點擊“詳情”可以查看詳細的調研數據信息。“調研數據地圖瀏覽”將每條調研記錄數據加載于在線地圖上，通過地圖瀏覽的方式在后臺查看不同位置的調研記錄（見圖8b），使用戶的調研數據在空間表達上更加直觀簡潔。

圖8 問卷調研后臺管理平臺Fig.8 Questionnaire survey background management platform

每一位用戶的問卷調研信息在回傳到數據庫后，按照不同問卷記錄在對應的數據表中（見圖8c），調研員可以按照不同的時間段、調研地點、調研編號和調研組別，篩選導出調研問卷信息表單，進行橫向對比分析等研究。

4 結論與討論

本文介紹的是一款面向村鎮資源環境調查的多源信息采集移動客戶端——“村鎮資源環境調研”APP。在市場中的調研采集類APP，通常都只關注客觀環境信息的采集需求，而基于居民本身需求表達的主觀意愿信息采集很少被考慮進去。因此，“村鎮資源環境調研”APP的設計提出“多源調研信息采集與信息實時傳輸”的理念。在這一設計理念下，本應用的創新可以歸結為兩個方面:（1）開發以居民主觀意愿信息采集為主的個性化定制在線問卷功能，結合傳統調研采集APP的客觀環境信息采集功能，在調研過程中所遇到的客觀環境信息和主觀調研信息都可以通過“村鎮資源環境調研”APP同時進行采集，極大提升了調研信息采集的工作效率。（2）調研采集結果可以在前端界面和后臺管理系統中通過數據列表、地圖瀏覽等多種方式展示，增強了數據可視化效果。

“村鎮資源環境調研”APP應用已在APP Store和安卓應用市場正式發布近兩年。在參與村鎮建設規劃工作的過程中，調研數據都是通過“統計圖表”和“調查圖集”的形式供團隊參考部署。如何利用APP的“多源調研信息采集”功能結合實際調研指標需求，開發更加高效的智能問卷系統來實現調研臺賬“一鍵式”操作，即在“現狀調查圖集”基礎上，結合鄉村數據“統計圖表”，總結村莊規劃需要解決的主要問題和規劃方案的目標導向，實現決策報告“一鍵式”操作，為調研團隊節省時間成本，這是本應用在未來開發過程中應該思考的問題。

（感謝國家科技基礎條件平臺—國家地球系統科學數據中心—湖泊—流域分中心（http://lake.geodata.cn）、中國科學院“十四五”網信專項課題（http://data.niglas.ac.cn）、中國湖泊科學數據庫（http://www.lakesci.csdb.cn/）提供的數據支撐。）