基于移動GIS的高標農田巡查系統研究與應用

黃碧輝

關鍵詞：管護；高標準農田；GIS；移動端

中圖分類號：F323.211 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8228（2023）11-159-04

0 引言

在《全國高標準農田建設規劃（2021-2030 年）》中農業農村部提出到2030 年中國要建成12 億畝高標準農田的目標。截止2023 年4 月，我國已累計完成高標準農田超過10 億畝[1]。雖然我國高標準農田建設效果顯著，但也面臨諸多問題，如資金后續保障不充足、投資水平不高、建設標準偏低、建設質量不高、維護不可持續性、項目管護機制不健全等問題[2]。目前，相關農業項目監管部門對高標農田項目的過程監管水平低，大多依賴項目評審進行項目監管，形成資料是紙質檔案，經常無法核實項目現場真實建設情況，導致項目建設標準低且質量不高，建設后不可持續性等問題，歸結原因是缺乏有效的監管手段和監管機制。

地理信息系統（Geography information systems，GIS）是對農業土地數據進行有效監管的重要手段，是集數據采集、存儲、查詢、分析、統計、分發為一體的信息管理系統[3]，可以對農業數據起到有效的組織、管理和可視化的效果，因此，借助地理GIS 技術可以來實時分析與土地空間有關信息的大量相關數據，對于研究中國不同的地理空間類型的地理現狀、變化以及土地的動態監測，對于土地資源管理的創新性發展是十分必要的。4G-5G 技術帶來移動通訊網絡的快速發展及基于網絡的GIS 開發使地理資源信息的傳輸、訪問和分發成為可能[4]。因此GIS 在土地開發、土地利用、土地保護和土地治理等多個領域有很多具體的應用。如岳永勝利用監管信息系統，以實現土地利用的可視化管理，降低基層管理人員的技術門檻[5]；劉新平研發國土資源動態巡查監管系統能夠較好地完成移動執法巡查任務，減少外業巡查工作量，提高移動執法的工作效率，系統操作簡單，適合基層執法人員使用[6]。

為解決農業部門缺乏有效的監管手段、項目數據碎片化等問題，本文探討通過基于GIS 技術研發移動高標準農田巡查系統，進行高標項目巡查數據采集，為項目建設前期、中期、后期的監管提供行之有效的監管設備與手段，通過技術手段與移動應用系統的研發來助推相關農業部門完善高標項目的監管機制。系統在多個縣級得到推廣應用，通過對高標項目的巡查與數據采集，形成標準高標農田項目庫，有利于縣級農業監管部門實時了解項目的現狀，有效提高了高標項目的監管效率與監管水平。

1 系統設計

系統以“天地圖·福建”為基礎底圖，以具體業務處室的高標準農田數據作為專題數據，構建基于移動GIS 的高標農田巡查系統，并在此基礎上，實現數據資源的集成展示、查詢與遠程監管等應用，以滿足農業部門對農業數據管理和監管的需求。系統有離線和在線兩種模式，滿足用戶在戶外無移動通訊網絡的情況下全天候地進行高標項目巡查數據采集。

1.1 總體設計框架

系統建立依托于縣級現有機房、存儲、網絡、安全等實體基礎設施或者虛擬云計算平臺設施，建設基于移動GIS 的高標農田巡查系統，系統將部署于政務內網，便于安全管理。在信息安全保障體系和標準規范體系上，為農業監管部門賦能。

系統由基礎設施層、數據層、服務層、應用層、表現層、信息安全保障體系、標準規范體系等五個層次和兩個體系構成[7]，系統總體框架圖，如圖1 所示。

系統研發采用基于自主框架和ArcGIS 平臺進行二次開發。后臺服務端采用SpringBoot 框架，數據庫使用開源的PostgreSQL 數據庫。移動端采用Android原生進行開發，離線數據庫采用SQLite 數據庫，通信采用VPN 專用通道為數據安全提供保障。

1.2 系統功能設計

本系統用戶端是基于移動端，主要實現對高標準農田項目進行任務管理管與護巡查（照片信息、軌跡信息、項目范圍信息、巡查屬性信息）等功能，包括用戶管理模塊、高標項目管理模塊、項目任務管理模塊、管護巡查模塊和離線緩存模塊。為了用戶操作和使用方便，軟件各個模塊形成獨立的功能，將系統劃分為若干個功能模塊。

⑴ 用戶管理模塊

用戶管理模塊包括用戶登錄，用戶密碼更改功能。

用戶登錄，用戶輸入用戶名、密碼登錄系統，即可進行離線登錄，登錄后進行高標項目瀏覽。

用戶密碼更改，用戶可進行密碼修改，提交進行保存。

⑵ 項目管理模塊

用戶登陸后，可瀏覽到自己分配的高標農田項目，項目可按項目類型（規劃期、建中、建后）進行篩選，項目以列表進行展示，同時點擊項目，可在地圖瀏覽項目的位置、范圍及其屬性信息。

⑶ 地圖瀏覽模塊

以福建天地圖為底圖，疊加高標農田項目圖層，實現高標項目地圖瀏覽，可一次性瀏覽整個區/縣的高標項目分布情況，并實現地圖的放大、縮小和漫游，并根據GPS 進行實時定位，定位到自己的位置。

⑷ 高標項目巡查任務模塊

新建巡查任務，用戶新建巡查任務，并編輯巡查任務相關信息，如任務巡查內容、巡查日期等。

上報巡查任務，進行巡查任務采集的數據上傳至服務器。

⑸ 管護巡查模塊

管護巡查模塊，包括巡查采集信息瀏覽及信息采集功能，巡查采集信息包括照片信息、軌跡信息、屬性記錄信息、項目幾何范圍信息，并實現采集數據的上傳。

照片拍攝采集，進行項目現場照片拍攝采集，并在照片上添加水印信息，水印信息有經緯度、方位角和日期等信息。

幾何范圍信息采集，用戶可以根據項目現場實際范圍進行項目范圍繪制，計算繪制范圍，并可與項目范圍進行比對。

軌跡記錄采集，移動端可記錄用戶攜帶其運動經緯度信息，計算軌跡路徑長度及軌跡運動時長。

巡查信息采集，如在項目現場有任何信息有價值信息皆可進行信息記錄保存。

⑹ 離線緩存模塊

當用戶需要進行戶外測量時，用戶根據項目位置自行判斷是否進行離線數據緩存，緩存數據下載到移動本地端。同時為了減輕移動端負擔，原則上只下載緩存該用戶負責項目巡檢的相關任務數據。

離線緩存模塊，包含用戶表緩存、高標項目緩存、項目巡查任務緩存，管護數據緩存（包括項目巡查信息記錄數據、項目巡查照片數據、項目巡查幾何標繪信息數據、項目巡查軌跡信息記錄數據）。用戶持巡查設備到無移動通訊信號地區前，可提前緩存用戶數據、高標項目數據、項目巡查任務數據到設備端，進行巡查任務新建及巡查數據采集，并進行緩存保存到本地存儲中，待有網絡情況下進行緩存數據同步到服務器端。

用戶通過移動設備的完成相關業務流程，實現高標農田項目的全過程監管，包括項目規劃前期，項目實施期，項目建設后期三個階段。系統有兩種模式：離線模式和在線模式。在線模式是指移動終端設備具有移動通訊網絡，巡查數據可以實時與后臺傳遞交互。離線模式是指當用戶在戶外處于無網絡接收不到移動信號的情況下，可以實現巡查采集的數據離線緩存，當處于有網絡情況，可將離線緩存的數據上傳到數據后臺，實現數據同步功能。

1.3 數據庫建設

由農業農村部門牽頭，根據系統需求收集高標準農田數據，通過GIS 數據處理技術，按照統一的空間數學基礎，經ArcMap 軟件進行高標準農田數據梳理、要素抽取、整理整合、圖面處理與切片、質量檢查等技術處理后上圖入庫，形成高標準農田圖層數據，同時結合項目巡查任務業務表單數據（用戶表、高標項目巡查任務表、項目巡查照片信息表、項目巡查軌跡表、項目巡查幾何范圍表、項目巡查信息記錄表），構建高標農田巡查數據庫，為系統的各項應用奠定基礎。

2 GIS 關鍵技術研究

2.1 GIS技術

GIS 是集地圖數據采集、處理、存儲、查詢、分析、統計、分發、顯示為一體的信息管理系統。本系統有高標準農田項目數據和影像數據，需要對數據進行處理再發布為相應的地圖服務應用于系統。按GIS 的數據分類標準，高標準農田項目數據和影像數據這兩種數據分別為矢量地圖數據與柵格數據，兩種數據處理與發布各不同，矢量數據發布為WMS 地圖服務，影像數據發布為WMTS 瓦片地圖服務。數據處理中生產發布流程，如圖2 所示。

2.2 地圖數據處理與發布自動化研究

利用GIS 的各類地理處理工具進行建模，實現數據處理和數據發布的自動化，其模型如圖3，部分腳本代碼如圖4 所示。

3 系統實現及運行結果

本系統基于移動GIS 技術研發高標準農田巡查系統。系統后端采用后臺服務端采用SpringBoot 框架進行研發，移動端基于Android 進行研發，兼容華為鴻蒙系統在內的所有國產手機。系統支持兩種模式：在線模式、戶外離線模式。在線模式下，可實時加載在線數據庫與影像數據，并且對實現項目管護數據實時上報。離線模式下，加載移動的本地數據庫和離線地圖，保存采集數據的存儲于本地。在有網絡的情況下，可實現數據上傳同步，支持了野外無通訊網絡情況數據采集與系統的運行。

系統部分功能運行結果，界面如圖5、圖6 所示。

4 結論

基于移動GIS 的高標農田巡查系統的建立，解決高標準農田項目的過程管理中數據碎片化問題，實現了高標農田項目在規劃、建中、建后的全生命周期的數據采集與監管，形成的高標項目數字檔案，使得監管部門便于查閱、統計與瀏覽。系統的應用，探索了農村農業相關部門高標準農田項目監管工作模式，提高了項目管護水平。系統在多個縣區進行推廣，取得很好的應用效果與反饋，后期結合web 端應用聯合開發應用，有助于系統管理與可視化展示。同時，系統也為電力、水利、交通等領域的相關項目監管提供了很好的借鑒參考。