現代數字技術賦能農田建設系統的研究與探討

林麗琳

(福建省地質遙感與地理信息服務中心 福建福州 350011)

為認真落實省委省政府和農業農村部關于加快建成農田建設“一張圖”和監管系統的要求，實現習近平總書記“農田就是農田，而且必須是良田”的殷切囑托，保障糧食安全，相關單位和研究者應當應用數字化思維模式，積極探索在糧食安全背景下的數字技術農田建設系統，推動農田高質量發展，進一步聚焦縣級部門農田建中管理和建后管護工作。

當前，農田建設信息化管理主要使用農業農村部的全國農田建設綜合監測監管系統，該系統主要服務農業農村部，僅實現全國高標準農田項目的統籌管理。縣級農田建設管理存在數據不共享、底數不清晰等問題，在建前選址、建中建后管理方面缺少信息化支持，且從業務數據角度，農田建設管理涉及數據類型眾多，由于各個部門采用的監測方法、標準規范、標準等存在差異，導致各類數據在描述形式、技術格式、空間尺度、精度準確度、管理方式等方面也存在差異。由于缺少數據共享的平臺，各類數據尚未歸集并形成統一的農田建設數據資源體系，部門間的數據“藩籬”還未打破，數據之間的關聯利用的程度不夠。

1 設計目標

基于當前農田管理能力相對較弱的情況，縣級農田建設部門急需以現代數字化手段建設智能系統打破各個部門之間的數據壁壘，為農田建前規劃、建中管理、建后管護、災損保險提供數字化管理手段，打造巡田有效、護田有痕、管田有圖、考評有據的“數字農田”[1]示范工程，助力鄉村振興發展。系統設計實現：（1）數據聚合，以圖管田；（2）輔助建前規劃，智能分析；（3）服務建中管理，強化監管；（4）落實建后管護，全程管理；（5）聚焦質量效率，一屏統覽。

2 建設內容

2.1 數據資源庫建設

打破自然資源和農業農村部門的數據壁壘，融合福建省衛星應用中心多時相、高分辨率遙感影像數據，自然資源部門的現狀耕地、永久基本農田、耕地質量等別等相關數據，農業農村部門的高標準農田上圖入庫、糧食生產功能區、未建高標準農田的耕地等數據，水利部門的河道藍線、河道紅線、河道管理范圍線等數據。通過梳理分析現有數據情況，制定統一標準、規范分類，通過數據加工、數據處理、規范化處理等工作，形成涵蓋各部門的數據資源庫[2-4]，為系統管理平臺的各項應用奠定基礎。

2.2 平臺建設

研發電腦端和移動端兩種應用模式的農田建設管理平臺。電腦端系統主要支撐縣級主管部門，輔助高標準農田建前決策、監管項目建中進度和建后管護情況。移動端系統主要支撐縣級主管部門實地開展項目選點，為項目監理、村級管護人員現場上報項目實施進度和管護巡查情況，提供信息化工作平臺。兩種應用模式各有側重、相互串聯，貫穿縣鄉村三級農田建設管理工作，實現項目空間展示、建前決策、建中監測、建后管護和匯總統計等功能模塊。

3 關鍵技術

空間海量數據處理與展示技術：瓦片金字塔預處理，結合高速緩存技術即利用靜態圖片來快速提供地圖服務。

（1）WebGIS 技術：更廣泛的訪問范圍、平臺獨立性、降低系統成本、操作簡單。（2）OpenLayers 技術：實現標準格式發布的地圖數據訪問。（3）Vue前段框架應用技術：采用自底向上增量開發的設計，可以進行組件化開發，數據與結構相分離。（4）Web Service技術：XML和XSD、SOAP、WSDL。（5）微服務架構技術：圍繞業務進行創建，其開發、管理和加速可以獨立進行[5]。

4 設計原則

系統遵循經濟性與實用性、易用性與完整性、安全性與穩定性、創新性與先進性等原則進行建設。

4.1 實用性與經濟性原則

系統注重實用性，并在此基礎而上同時兼顧經濟性，以最小的投入獲得最大的產出。同時，最大程度地滿足業務應用的需要。充分利用現有存儲、網絡和計算資源的基礎上，保障項目建設要求[6]。

4.2 易用性與完整性原則

堅持以用戶為中心的原則，做到盡可能易用，選擇簡潔明了的解決方案和業務處理方式[6]。在應用上是完整的，未因追求易用而舍棄必要的業務處理過程，系統能夠全面地實現所需業務應用功能。

4.3 安全性與穩定性原則

安全性是系統建設的重要問題之一，系統在安全方面要實現：（1）系統必須具備足夠的安全權限，保證數據的安全性，保證系統內的數據不被非法訪問和破壞，保證數據不被竊?。唬?）系統應該具備應用安全權限，阻止非法用戶操作，同時為了保證合法用戶操作時不引起系統出錯，系統應具備足夠容錯能力，充分保證系統數據的邏輯準確性[7]。

系統可靠運行的基礎條件是穩定性，通過嚴格系統測試手段，且充分考慮軟硬件的容錯容災，將系統問題降到最低，保障系統在出現問題和故障時能夠及時實現系統和數據恢復[8]。

4.4 創新性與先進性原則

在系統建設中突出業務應用方式創新及重點突破，采用先進成熟的地理信息技術、數據庫技術、國產化適配、數據存儲方案、數據管理方案、軟件開發解決方案和網絡集成方案，確保系統的先進性，使系統具有可持續發展空間。

5 系統結構設計

5.1 總體結構設計

在統一的標準規范體系下，以數據資源庫為基礎，為農田項目的管理、更新、應用提供基礎。在地理信息數據服務、地理信息功能服務、業務服務等服務層的支撐下，以應用功能為窗口，向用戶提供農田建前決策、建中管理、建后管護等工作的信息化應用服務。研發電腦端與移動端系統，實現內業項目全流程信息化管理，外業項目輔助選點、實施進度以及巡查管護信息上報，貫穿縣鄉村三級農田建設管理工作。圖1為總體技術框架圖[9]。

圖1 總體技術框架

5.2 網絡結構設計

部署網絡環境有政務網、互聯網兩種網絡，系統的服務終端及應用終端網絡拓撲見圖2。

圖2 網絡結構圖

5.3 數據結構設計

根據農田選址規則，擇取與農田業務相關的數據，涉及農業、自然資源、水利等多個部門，如歷年高標立項數據、糧食生產功能區等農業部門數據；現狀耕地、生態紅線、永久基本農田等自然資源部門數據；河道紅線、河道藍線等水利部門數據。

梳理各類相關數據資源的基本情況，數據涵蓋自然資源部門、農業部門以及水利部門的多類數據，數據建設遵循行業數據標準，形成統一地理空間參考、統一規范、統一標準的空間數據庫，為系統各項應用奠定基礎[10]，同時結合農田建設管理的業務需求，將系統數據分為空間數據與系統數據，具體見圖3。

圖3 數據結構設計

6 系統功能設計

系統設計分電腦端與移動端[11]兩種應用模式，實現農田建設全過程、多要素、網絡化的數字化管理。同時充分考慮數據應用安全，電腦端又細分為政務內網與互聯網兩個版本，移動端為互聯網系統，其中政務內網可承載所有空間數據，互聯網則只加載與業務相關的數據。

6.1 大數據倉模塊

大數據艙將大數據理念貫穿于農田管理的全過程，直觀展示農田相關的全景情況，實現一屏統覽。

政務內網系統主要展示縣域地圖、地類概況（各種地類情況）、農田建設概況，共3個模塊，通過用戶權限展示不同數據內容，同時縣域或鄉鎮為單位展示各類數據細項信息。

互聯網系統主要展示縣域地圖、建中/建后項目表格、農田建設進度、農田建設概況、任務情況、建中管理情況、建后管護情況、災損保險情況，共8個模塊，通過用戶權限展示不同數據內容，同時縣域或鄉鎮為單位展示各類數據細項信息。

6.2 以圖管田模塊

以空間數據庫為基低，定制地圖瀏覽、圖層控制、對比瀏覽（分屏瀏覽、卷簾瀏覽、影像播放）、空間查詢、通用查詢、空間測量、快速截圖、行政區導航、通用制圖、專題圖切換等功能，直觀掌握各類數據空間分布情況，實現空間化有效管控。

政務網系統內，主要支持項目建前選址，通過直觀查看各類數據，可準確掌握區域內可建資源。支持用戶繪制項目選址范圍或導入項目擬建區域進行立項分析，系統從重復建設、非耕地建設、占用生態紅線、識別耕地質量等多個維度提供默認分析方案，也可按需分析，分析結果以體檢單方式呈現，確保項目優先安排“兩區”，符合國土空間用途管制規則，有力支撐農田建設項目選址立項、勘察設計、申報評審等工作。

移動端互聯網根據用戶權限，在空間應用中控制不同圖層，即監理人員或管護人員只可查看其正在負責或管護區域內的項目相關信息。系統根據GPS 定位，自動定位到任務區，方便用戶執行任務。

6.3 建中管理模塊

實現在互聯網電腦端系統上構建在建農田項目臺賬及監管任務臺賬，通過下發監理進度上報任務，聯動移動端App，接收監理人員上報的當前施工進度和經費投入情況，主管部門可遠程動態監管各項目的實施情況。

下發任務可設置自動定期的單任務或批量任務，通過在線App，監理單位同步接收任務，并現場采集項目實施進度中的現場照片和文字說明等信息進行上報，上報完成后，主管部門可通過在線查看監理上報的相關內容，核查后選擇通過或退回等操作。

移動端App 在監管項目模塊中，支持待辦事項查看，監理人員可隨時查看其負責的項目信息與項目附件，對現場采集的照片自動附帶拍攝時間、坐標、方位角等防偽信息，同時可定制硬性要素，如監理單位采集信息時需要上報3個點位信息與3張現場照片，才能完成現場采集工作并上報。

6.4 建后管護模塊

實現在互聯網電腦端系統上建立管護網格，構建在管農田管護任務臺賬，主管部門可持續跟蹤管護情況，確保各類問題處置到位，做到遠程監管項目管護。

初始化以村為網格，可指定管護人員執行網格管護任務，管護任務由管護人員在移動端自主發起常規巡查任務，也可由管理人員下發專項任務，互聯網端可同步查看相關信息。常規巡查任務分為隨手拍、日常維護、問題上報3 種類型，問題上報任務，須填寫處理意見，處理完成后再下發，由管護人員現場復核提交，最終由管理人員核定。

面向網格管理護員使用的移動端App，擁有代辦事項、管護網格、任務管理3個子模塊。支持待辦事項查看，常規任務采集、巡查，專項任務受理、問題上報復核等。

6.5 災損保險模塊

實現在互聯網電腦端系統上保單臺賬管理與報損臺賬管理。保單臺賬管理支持縣級用戶新增、修改、刪除保單信息，災損保險任務臺賬可查看報損任務基本信息、項目范圍、自主報損情況、保險處理結果等信息，對管護巡查過程中發現災損情況時，發起災損保險任務，由管護人員通過移動端現場采集災損情況上報，主管部門人員線下啟動保險流程，填報保險理賠處理結果，確認管護人員處理核實巡查結果。

6.6 運維管理模塊

該模塊主要針對運維人員使用，主要包括用戶管理、部門管理、權限配置、系統配置等，可實現在系統上設置用戶單位組織信息與用戶賬號信息。通過部門來控制用戶的數據范圍權限。部門主要分為以行政區名稱顯示農田管理部門、監理單位及各網格所在村。通過角色配置權限，使用戶可根據工作職責，賦予一個或多個角色來靈活使用系統功能。支持數據字典記錄的瀏覽、新增、編輯、刪除等常規操作。系統自動記錄系統日常操作，支持日志記錄及系統異常信息的查詢瀏覽，方便運維人員排查、解決系統故障。

7 結語

農田系統是以ArcGIS 作為基礎構建系統，以GPS網絡為位置信息服務，結合WebGIS 技術、OpenLayers技術、Vue前段框架應用技術、Web Service技術以及微服務架構技術，將電腦端與移動端結合的一個綜合應用系統。系統實現農田建設全過程、多要素、網絡化的數字化管理，為農田基層部門的工作提供高效的管理手段和重要的技術支撐，可進一步推廣應用，不僅可應用于高標建設管理、管護，還可應用于耕地保護、非農化非糧化監測、農田提質改造選址與管理等。