基于數(shù)聯(lián)網(wǎng)的智慧鄉(xiāng)村綜合服務平臺研究

摘" 要：智慧鄉(xiāng)村建設(shè)是鄉(xiāng)村振興的重要平臺也是必經(jīng)階段，構(gòu)建基于數(shù)聯(lián)網(wǎng)的智慧鄉(xiāng)村綜合服務平臺志在為鄉(xiāng)村振興增力賦能。該文以長春市九臺區(qū)為例，基于面向服務架構(gòu)（Service－Oriented Architecture，SOA），采用 Java 語言、MySQL數(shù)據(jù)庫技術(shù)，通過Restful 接口與數(shù)據(jù)層進行安全交互，建設(shè)“星聯(lián)網(wǎng)”“空聯(lián)網(wǎng)”“氣聯(lián)網(wǎng)”“視聯(lián)網(wǎng)”“地聯(lián)網(wǎng)”五網(wǎng)合一的“數(shù)聯(lián)網(wǎng)”智慧鄉(xiāng)村綜合服務平臺。該平臺包括智慧農(nóng)業(yè)、智慧水利、智慧林業(yè)和智慧人居等模塊，融合各種業(yè)務為一整體，可實現(xiàn)九臺區(qū)鄉(xiāng)村“全領(lǐng)域、全流程、全場景、全解析、全價值”的綜合性數(shù)據(jù)服務功能。

關(guān)鍵詞：數(shù)聯(lián)網(wǎng)；智慧鄉(xiāng)村；綜合服務平臺；鄉(xiāng)村振興；九臺區(qū)

中圖分類號：F323 文獻標志碼：A" " " " " 文章編號：2096-9902（2023）15-0006-05

Abstract： The construction of smart village is an important platform and a necessary stage for rural revitalization. The construction of a comprehensive service platform of smart village based on data network is aimed at rural revitalization and empowerment. Taking Jiutai District of Changchun City as an example， based on the Service-Oriented Architecture（SOA）， Java language and MySQL database technology are used to securely interact with the data layer through the Restful interface， building a five-in-one comprehensive rural digital intelligence service platform of \"satellite network\"， \"air network\"， \"meteorological network\"， \"video network\" and \"ground network\". The platform includes modules such as smart agriculture， smart water conservancy， smart forestry and smart human settlements， integrating various businesses as a whole， achieving the comprehensive data service function of \"full field， full process， full scene， full analysis， full value\" in rural areas of Jiutai District.

Keywords： digital networking; smart village; integrated service platform; rural revitalization; Jiutai District

黨的二十大報告中指出，要全面推進鄉(xiāng)村振興，其中重點提到加快建設(shè)農(nóng)業(yè)強國，建設(shè)推動產(chǎn)業(yè)振興、人才振興、文化振興、生態(tài)振興、組織振興五位一體全方位總體布局[1-2]。智慧鄉(xiāng)村建設(shè)可以推動新時代的農(nóng)業(yè)農(nóng)村現(xiàn)代化發(fā)展，可推動鄉(xiāng)村信息化技術(shù)在綜合治理、應急服務等相關(guān)領(lǐng)域發(fā)揮智慧化的重要作用，是深入推動鄉(xiāng)村振興的重要方式舉措，更為下一階段“三農(nóng)”工作重心起到示范指引作用[3-4]。智慧鄉(xiāng)村綜合服務平臺采用大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、機器視覺、衛(wèi)星遙感、地理信息、全球定位和數(shù)字孿生等科技化的手段可實現(xiàn)對區(qū)域內(nèi)鄉(xiāng)村綜合治理、鄉(xiāng)村服務和鄉(xiāng)村管理等能力有效提升[5-6]。隨著衛(wèi)星遙感、視頻監(jiān)控、氣象觀測、物聯(lián)網(wǎng)感知、無人機航拍、AI人工智能、大數(shù)據(jù)及云計算等技術(shù)融合應用發(fā)展，為智慧鄉(xiāng)村綜合服務平臺的設(shè)計提供了有利基礎(chǔ)，智慧鄉(xiāng)村建設(shè)已成為新時代的大勢所趨。

長春市九臺區(qū)作為吉林省重要的糧食產(chǎn)區(qū)，其實施鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略對“三農(nóng)”發(fā)展具有重要意義[7]。本研究以九臺區(qū)為例，基于其功能和特色，針對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實際需求，搭建九臺區(qū)智慧鄉(xiāng)村綜合服務平臺，為九臺打造成長春市鄉(xiāng)村管理數(shù)字化轉(zhuǎn)型的示范城區(qū)提供基礎(chǔ)支撐。研究結(jié)果將為九臺區(qū)政府鄉(xiāng)村環(huán)境治理、鄉(xiāng)村政務管理、鄉(xiāng)村資源規(guī)劃等領(lǐng)域的數(shù)字化、智慧化管理提供科學平臺。

1" 研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)來源

1.1" 研究區(qū)概況

九臺區(qū)隸屬于吉林省長春市，處于長春市東部，與吉林市接壤，位于長白山和松遼平原之間的過渡地區(qū)，介于43°50′30″～44°31′30″N，125°24′50″～126°29′50″E之間[7]（圖1）。九臺區(qū)總面積達3 087 km2，該區(qū)域包括下轄15個街道、2個鎮(zhèn)、2個鄉(xiāng)，其中西營城街道和興港街道被劃為長春新區(qū)。九臺區(qū)氣候?qū)儆跍貛Т箨懶约撅L氣候、年均降水量為425～797 mm，年均氣溫為-2～6 ℃。該區(qū)地勢整體呈西部和東北部低、北部和東南部高的特征，地貌多為低山丘陵和平原。該區(qū)土地覆被類型主要包括耕地、林地、濕地和人工表面等，其中耕地面積最多，占比約69%。

1.2" 數(shù)據(jù)采集設(shè)計

構(gòu)建九臺區(qū)智慧鄉(xiāng)村綜合服務平臺主要需要“星聯(lián)網(wǎng)”“空聯(lián)網(wǎng)”“氣聯(lián)網(wǎng)”“視聯(lián)網(wǎng)”“地聯(lián)網(wǎng)”相關(guān)數(shù)據(jù)采集（圖2）。

“星聯(lián)網(wǎng)”數(shù)據(jù)采集主要是指通過遙感衛(wèi)星獲取影像數(shù)據(jù)。所需遙感影像主要包括 Sentinel-2，其空間分辨率為10 m；高分一號衛(wèi)星，其全色數(shù)據(jù)空間分辨率為2 m，多光譜數(shù)據(jù)空間分辨率為8 m；遙感影像主要用于農(nóng)田面積提取、農(nóng)作物長勢監(jiān)測和農(nóng)作物識別等，將所獲取數(shù)據(jù)回傳到平臺，用于展示與報告。

“空聯(lián)網(wǎng)”數(shù)據(jù)采集主要是根據(jù)業(yè)務服務區(qū)域所需，通過使用無人機進行外業(yè)飛行數(shù)據(jù)采集。平臺所用無人機型號為大疆精靈4pro型螺旋翼無人機，所獲取的有效相片均為天氣晴朗時所拍。通過無人機多方位監(jiān)測，實現(xiàn)環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)自動上傳、儲存、查詢、匯總，災情預警、監(jiān)測和評估信息直觀表達與及時發(fā)布，提出科學防災抗旱等技術(shù)措施對策與建議。

“氣聯(lián)網(wǎng)”數(shù)據(jù)采集主要是指通過建立村級智能監(jiān)測站，其搭載氣象采集傳感器包括空氣溫度、空氣濕度、降水、風速、風向、土壤溫度和土壤濕度共計7種要素傳感器，獲取相關(guān)氣象數(shù)據(jù)。平臺通過軟件編程技術(shù)，實現(xiàn)不同站點、不同階段各種氣象要素的統(tǒng)計功能與顯示功能。

“視聯(lián)網(wǎng)”數(shù)據(jù)采集依托中國鐵塔鄉(xiāng)村全覆蓋的通信塔站址，以及自建桿組建數(shù)字鄉(xiāng)村物聯(lián)網(wǎng)，通過建設(shè)的200個高空視頻，實現(xiàn)對所轄區(qū)域以站點3 km半徑范圍的實時近景監(jiān)測能力。其中高空視頻數(shù)據(jù)采集部分，通過360°全景攝像機可實現(xiàn)對各個監(jiān)控區(qū)域圖像的實時采集，視頻監(jiān)控中心將前端采集的視頻圖像流媒體信息通過軟件解碼轉(zhuǎn)化為圖像信號傳送到平臺終端，形成數(shù)字圖像信息并且顯示出來，同時對視頻信息按照存儲策略進行存儲。

“地聯(lián)網(wǎng)”數(shù)據(jù)采集應用自主研發(fā)的“時空拍”拍照技術(shù)，結(jié)合移動端對地面進行精準數(shù)據(jù)采集，形成精準的數(shù)據(jù)采集網(wǎng)，從而對區(qū)域各項服務中時間、空間等時空定位防竄改的地面數(shù)據(jù)精準采樣與智能取證，提升地網(wǎng)數(shù)據(jù)精準服務能力。

2" 智慧鄉(xiāng)村綜合服務平臺設(shè)計方法

2.1" 平臺架構(gòu)

建設(shè)數(shù)聯(lián)網(wǎng)智慧鄉(xiāng)村綜合服務平臺，重點考慮通過共享數(shù)據(jù)源的方式實現(xiàn)多項服務的數(shù)據(jù)自動化采集能力[8-9]。該平臺基于Java編程語言開發(fā)，使用Spring Cloud微服務框架，基于Service－Oriented Architecture（SOA）架構(gòu)設(shè)計思想。平臺體系架構(gòu)主要包括數(shù)據(jù)感知層、數(shù)據(jù)傳輸層、數(shù)據(jù)服務層、應用服務層和前端展示層（圖3）；數(shù)據(jù)感知層包括衛(wèi)星遙感、無人機、智能攝像頭、氣象傳感器和地面終端五位一體的數(shù)據(jù)感知；數(shù)據(jù)傳輸層主要以有線網(wǎng)絡(luò)、4G/5G、NB-IoT、ZigBee等傳輸方式；數(shù)據(jù)服務層使用MySQL、PostgreSQL、MinIO存儲，數(shù)據(jù)源涉及結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)；應用服務層主要包含服務接口、服務實現(xiàn)、事務管理等，通過平臺調(diào)用實現(xiàn)數(shù)據(jù)和業(yè)務相結(jié)合的應用服務；展示層采用B/S和C/S架構(gòu)相結(jié)合的方式，實現(xiàn)在移動終端PC端、BI大屏和WEB端管理等多種展現(xiàn)服務方式[10]。

2.2" 系統(tǒng)功能

數(shù)聯(lián)網(wǎng)智慧鄉(xiāng)村綜合服務平臺包括智慧農(nóng)業(yè)、智慧人居、智慧林業(yè)和智慧水利4大服務板塊，各系列服務板塊主要是針對于所提供的功能數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析服務（圖4）。其中，智慧農(nóng)業(yè)板塊包括種植一張圖、作物長勢、特色農(nóng)業(yè)、農(nóng)業(yè)災害和溫室大棚等功能。智慧人居板塊包括：美麗庭院、干凈人家、垃圾治理、玉米樓占道和柴草垛出村等功能。智慧林業(yè)板塊包括林業(yè)防火、動態(tài)林班、林業(yè)盜伐、林業(yè)郁閉度和幼林生長等功能。智慧水利板塊包括防洪抗旱、河道巡查、違法采砂、堤防安全和飲用水安全等功能。該平臺的建成，將為九臺區(qū)政府提供一個智慧化的城鄉(xiāng)綜合管理服務平臺，從而助力數(shù)字九臺由城市向農(nóng)業(yè)、農(nóng)村、農(nóng)民的不斷發(fā)展，擴展數(shù)字九臺的服務能力。

3" 系統(tǒng)應用及運行效果

數(shù)聯(lián)網(wǎng)智慧鄉(xiāng)村綜合服務平臺是一個跨學科、信息化、系統(tǒng)化的綜合工程，涉及多個部門和行業(yè)，統(tǒng)籌多部門、多領(lǐng)域數(shù)據(jù)信息，實現(xiàn)了政府各部門間的數(shù)據(jù)共享和協(xié)同管理，形成了集“信息共享、智能管控、縱橫協(xié)同、全面服務”于一體的系統(tǒng)科學管理格局。平臺的可視化管理服務，是集監(jiān)測、控制、維護及管理功能于一體，實現(xiàn)對區(qū)域內(nèi)農(nóng)業(yè)、林業(yè)、水利及人居等領(lǐng)域政務治理能力的綜合管理和集中控制。

3.1" 智慧農(nóng)業(yè)

農(nóng)業(yè)災害監(jiān)測方面，針對所轄區(qū)域內(nèi)農(nóng)業(yè)種植區(qū)域可能存在的災害進行預測和監(jiān)測，通過衛(wèi)星遙感、氣象要素、視頻監(jiān)控形成天空地一體化的監(jiān)測感知服務，其中氣象要素中溫度、降水、濕度、土壤溫度、土壤濕度、風速和風向根據(jù)不同農(nóng)作物、不同生長階段設(shè)定相應的閾值進行預測感知服務，實現(xiàn)對農(nóng)作物生長災害的提前預測服務，衛(wèi)星遙感和視頻監(jiān)控對農(nóng)作物災害損失評估（圖5）。2020年吉林省遭遇了百年不遇臺風災害，通過智慧農(nóng)業(yè)系統(tǒng)僅用6 h，就能足不出戶完成九臺200多萬畝（1畝約等于667 m2）玉米受災情況的普查，給出帶有受災面積、倒伏率和受災位置等災害監(jiān)測及評估報告。第一時間發(fā)送給政府和農(nóng)民，及時指導開展抗災自救工作，減輕災害損失，充分體現(xiàn)了智慧農(nóng)業(yè)的優(yōu)勢。

3.2" 智慧水利

九臺區(qū)建設(shè)了智能水利監(jiān)測系統(tǒng)，系統(tǒng)中的各項監(jiān)測指標是根據(jù)3公里網(wǎng)格氣象站點搭載的氣象傳感器要素獲取的，如果平臺檢測到傳感器回傳的數(shù)據(jù)超過預警指標的上下限值時，系統(tǒng)會立即觸發(fā)形成自動預警和告警通知。同時，通過水位尺、視頻和氣象傳感器可以實時感知到水位變化情況，實現(xiàn)了對區(qū)域內(nèi)水利安全情況的實時監(jiān)測。該系統(tǒng)也可協(xié)助水利部門管理轄區(qū)內(nèi)江河湖泊水庫，通過遙感底圖進行可視化管理，并結(jié)合人工智能監(jiān)測轄區(qū)內(nèi)水域相關(guān)的違法行為，結(jié)合河長執(zhí)法終端使水利政務管理有據(jù)可查，快捷執(zhí)法（圖6）。

3.3" 智慧林業(yè)

森林防火服務可對區(qū)域內(nèi)林場區(qū)域內(nèi)的火情風險進行模擬預測，當林火風險等級達到閾值時，可通過移動終端對林場內(nèi)的相關(guān)工作人員進行提前預警，便于提前針對性地進行預防及應對林火處置情況提前準備等。還可以通過智能視頻監(jiān)測對林場范圍內(nèi)的煙火情況實時監(jiān)測，智能視頻終端設(shè)備實時進行視頻監(jiān)測識別，可在第一時間內(nèi)將火情發(fā)生情況推送至森林消防終端，并立即生成到達林火發(fā)生地的最優(yōu)路徑，便于快速抵達現(xiàn)場進行滅火處置工作。現(xiàn)場處置后進行案件完結(jié)回傳記錄，形成完整的案件閉環(huán)流程（圖7）。

3.4" 智慧人居

在人居環(huán)境治理方面，通過“自動巡查、三級聯(lián)動、同步在線”工作機制，實現(xiàn)了對九臺區(qū)全域鄉(xiāng)村街道、庭院、農(nóng)田環(huán)境衛(wèi)生的智能化管理。當平臺檢測到垃圾外溢情況時，系統(tǒng)會自動抓拍并報警。報警信息同步推送到各級工作人員的手機上，通過導航定位功能趕到現(xiàn)場進行處理，將處理結(jié)果拍照上傳。整個過程從巡查、報警、推送到處理、核查和存檔完全實現(xiàn)了全閉環(huán)、全智能的管理（圖8）。同時，平臺提供了垃圾治理情況系統(tǒng)智能排名功能，各鄉(xiāng)村通過排名橫向?qū)Ρ?，有效地激勵了工作開展。九臺全區(qū)310個村完成一次全面環(huán)境巡查工作，至少需要幾百人幾天時間，通過平臺的立體感知監(jiān)測服務實現(xiàn)了僅需要1個人1小時就完成了全面的環(huán)境巡查工作，該平臺提升了鄉(xiāng)村治理效率，降低了鄉(xiāng)村治理成本，從而讓美麗鄉(xiāng)村時刻保持美麗。

4" 結(jié)束語

本研究基于長春市九臺區(qū)新型智慧城市總體規(guī)劃和框架，搭建了面向長春市九臺區(qū)全區(qū)性的鄉(xiāng)村管理平臺，對于實現(xiàn)全區(qū)鄉(xiāng)村運行信息資源的整合與共享、實現(xiàn)九臺區(qū)鄉(xiāng)村管理和民生服務的高效協(xié)同具有重要意義。構(gòu)建“數(shù)字九臺”數(shù)聯(lián)網(wǎng)·智慧鄉(xiāng)村建設(shè)工程，是九臺產(chǎn)業(yè)發(fā)展、綜合治理、應急服務等提質(zhì)增效，也是提高城鄉(xiāng)管理水平和服務能力，改變公共服務水平的必然趨勢。

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