高標準農田時空數據一張圖建設實踐

摘要：為推動市縣級高標準農田家底數字化管理，文章梳理了地理信息服務高標準農田信息化建設經驗，形成了統一的高標準農田數據庫，實現了高標準農田時空數據一張圖的功能開發。面向各級農村，農業主管部門提供“1個平臺+1套數據+N種服務”的一體化服務模式，所提方案能夠全面掌握高標準農田數量、質量、分布、利用狀況和后備資源，實現“以圖管田”、分類管理、精準施策，為政府決策提供科學準確的數據支撐。

關鍵詞：高標準農田；地理信息系統；一張圖；時空數據

中圖分類號：P208文獻標志碼：A

0引言

高標準農田建設是鞏固和提高糧食生產能力、保障國家糧食安全的關鍵舉措［1］。《江蘇省高標準農田建設規劃（2021—2030年）》提出，在“十四五”期間，全省建設高標準農田1500萬畝［2］。高標準農田涉及區域廣，建設周期長。市縣級農業農村管理部門承擔對高標準農田項目實施和監管的具體任務，除了在管理上采取有力措施，加快補齊建設和管護的短板外，亟需推進信息化建設進度，轉變傳統的資料報表、人工檔案等管理方式。對此，國內也有一些機構、公司和個人開展了相關的數據庫建設以及系統開發應用，逐步探索運用地理信息、互聯網、數據智能分析表達等技術，實現高標準農田管理工作信息化、智能化［3-6］。文章在建設市縣級高標準農田數據庫基礎上，通過地理信息系統（Geographic Information System，GIS）空間分析、圖表等多種數字化技術手段，實現了高標準農田資源的數量、質量和時空分布展現，支持相關空間與管理數據的定位、回溯、查詢分析，有力支撐了高標準農田建設與管護工作的數字化轉型。

1總體設計

1.1架構設計

高標準農田時空數據一張圖主要依據相關技術標準要求，包括依據《高標準農田建設通則》和《基礎地理信息數據庫基本規定》進行統一架構，充分融合地理信息、大數據、移動通信、云計算等先進技術，實現了大規模多源異構數據的高效集成管理、應用分析。具體而言，系統主要由基礎設施層、數據層、服務層、應用層、表現層構成。系統架構如圖1所示。

（1）基礎設施層：基礎設施層主要包括網絡設備、服務器以及操作系統和中間件等基礎支撐軟件，出于集約建設考慮，盡量利用現有云計算中心的軟硬件設施。

（2）數據層：數據層是整個架構的基礎，主要包括高標準農田的各類數據，如圖斑、項目區、附件資料及相關管理數據、行業專題數據等。這些數據需要按照統一的數據入庫標準進行整合，形成專業的高標準農田數據庫。

（3）服務層：服務層主要負責對上層應用提供所需的數據服務，包括地圖服務、業務數據服務、空間分析服務等。

（4）應用層：在數據層和服務層的基礎上，應用層為用戶提供數據管理、項目及圖斑管理、占用補建、建后管護、系統運維等業務應用。

（5）表現層：即用戶界面。表現層需要設計成用戶友好的方式，使用戶可以進行方便操作和交互。

1.2數據庫設計

根據上級管理部門下發的基礎資料清單，文章匯總數據庫建設數據資料目錄，通過統一的標準規范，以現有項目區、圖斑數據為基礎，結合業務管理、行業共享專題數據，形成高標準農田數據庫。邏輯上具體劃分為如下6個數據子庫。

（1）項目圖斑庫：項目圖斑庫包括項目區、圖斑以及規劃設計、竣工驗收、現場圖片等附件資料。

（2）后備資源庫：后備資源庫分為耕地內后備資源、永農內后備資源，包括圖斑分布及屬性、利用現狀和宜建條件評估等。

（3）種植利用庫：種植利用庫包括種植分布、利用情況和相關屬性以及非農化、非糧化監測數據及分析成果。

（4）占用補建庫：占用補建庫包括被占高標項目區、被占高標圖斑、補建高標項目區、補建高標圖斑、建設項目圖斑和相關屬性以及審批文件、現場圖片、證明材料等附件資料。

（5）建后管護庫：建后管護庫包括責任體系、巡查記錄、問題上報及處置、考核評價等。

（6）專題數據庫：專題數據庫在項目建設中收集農業、資規、發改、水利等行業專題數據，包括第三次國土調查及變更成果、三區三線劃定、河湖劃界、生態保護區、林地、高分影像等，經數據治理后，形成標準化的矢量圖層和屬性數據表，用于支撐業務管理。

1.3功能設計

依據系統需求分析和系統設計目標，在B/S模式下，用戶經登錄驗證后，點擊進入系統的功能主界面。通過建設數據中心、高標準農田、占用補建、建后管護、運維管理5個功能模塊實現數據管理、統計分析、業務應用和地理可視化，摸清建的底數、夯實管的基礎、掌握用的狀態。

2數據建庫與系統實現

2.1數據建庫

2.1.1時空基準

（1）數據庫坐標統一采用3分帶投影的CGCS 2000坐標系，帶號為40。

（2）時間基準采用公歷紀元，以北京時間為基準。

2.1.2數據匯集

根據總體架構及數據庫邏輯設計，文章分類匯集各類空間與非空間圖文數據。

文章按照共建共享的原則建設基礎空間數據。數據庫的大比例尺數字線劃地圖（Digital Line Graphic，DLG）、影像數據、三區三線管理數據、國土調查及年度變更數據等來源于自然資源部門，水源地保護范圍線、河湖岸線來源于水利部門，自然保護地數據來源于生態環境部門，既節約了項目經費，最大化實現共享，又確保了時空數據的一致性。

農業農村管理部門按照清單收集整合竣工圖紙、工程設施定點定位表、工程設施矢量數據等基礎資料。

2.1.3數據處理

文章對收集的資料開展整合處理，消除冗余、不一致和矛盾的內容。

（1）數據清洗。

文章首先進行數據清洗，將收集多源異構的數據按照業務需求，去除異常數據、查找數據值錯誤、數據不一致、數據缺失等數據異常情況，轉換成目標數據要求的形式，并對錯誤、不一致的數據進行清洗和加工，對于數據缺失的情況則進行補充收集或外業調查。

（2）坐標統一。

為了統一空間基準，文章通過專業GIS軟件進行坐標系統轉換，確保各數據源坐標與高程基準一致。

（3）統一數據結構。

在數據庫建設過程中，文章首先統一各類成果的數據結構，對不同數據進行屬性相似度分析、地類映射等操作，進行屬性結構的規整，形成結構統一、標準統一的數據庫。

2.1.4數據質檢

文章依據數據檢查驗收與質量評定相關規定的要求對入庫數據進行質量檢查，以確保數據符合規范要求，并按照數據入庫的技術要求，開展入庫前的內容屬性、拓撲和相互關系合理性檢查，確保每一條記錄能夠按照數據庫模型的要求完整入庫。主要檢查內容包括：（1）檢查要素類名稱是否符合標準；（2）檢查要素類型是否正確；（3）檢查字段名稱是否存在；（4）檢查空間參考；（5）檢查幾何圖形是否有效；（6）檢查幾何圖形是否包含碎線；（7）檢查幾何圖形是否包含碎面；（8）檢查幾何圖形是否為多部件；（9）檢查幾何圖層是否自相交；（10）檢查必填字段屬性；（11）檢查編碼值是否符合要求；（12）檢查編碼值域。

2.1.5數據入庫

（1）地理數據入庫。

地理空間數據以專題類型為單位整合入庫，按照組織模型以要素數據集形式存儲管理。

（2）元數據錄入。

當各個數據庫中的原始數據入庫時，研究者需要錄入元數據信息。為了提高元數據查詢檢索的效率，研究者將元數據存儲到Riak分布式存儲系統中，在前端基于Riak實現元數據檢索。在空間地理大數據管理系統中，研究者對元數據模板進行管理，將元數據信息錄入對應的元數據模版，并與實體數據進行掛接。

2.1.6數據服務化

所有空間數據入庫后，研究者按統一的地理空間信息服務接口規范，經GIS軟件進行數據配圖后，發布符合OGC規范的要素服務、矢量切片服務等。

2.2系統實現

2.2.1數據中心

基于遙感影像、行政區劃等基礎數據，所建數據中心系統主要以數據指標、地圖、表格和統計圖等方式綜合展示高標準農田數量、質量、分布和利用等情況以及各類專題數據，形成統一的高標準農田數據中心，滿足不同要素圖斑和屬性數據的查看需求，實現不同類型、不同年度數據對比分析。例如：管理人員可以將農田圖斑與地面坡度大于25°的區域疊加分析并計算重疊面積，推送到街道社區進行整改。

2.2.2高標準農田

所建高標準農田系統基于地圖界面，以項目區為基本單元，管理分析高標準農田圖斑以及建設項目區，支持多種方式對所有上圖的圖斑、項目區進行查詢分析。

（1）數據總覽模塊：該模塊用于展示項目區總數、建成面積、投資數額等主要數據指標，按年度、政區、地類、質量等級、投資額等單個條件或多個條件制作統計圖表，快速反映高標建設總體情況和年度變化。

（2）項目圖斑模塊：該模塊綜合展示項目區、圖斑的幾何圖形、屬性表和附件資料，按年度、項目區名稱、主管部門、質量等級等條件快速查詢，實現圖表聯動、地圖定位和屬性查看。

（3）后備資源模塊：該模塊是耕地和永久基本農田內的后備資源面積綜合展示，反映高標準農田宜建情況，以行政區為單位，實現項目區外的耕地和永久基本農田空間分布與數量的統計分析和專題圖制作。

（4）種植利用模塊：該模塊綜合展示農田種植利用情況，按糧化、非糧、拋荒、非農等利用情況和谷類、薯類、豆類等種植分類進行分級管理和統計分析，制作耕地“非農化”、耕地“非糧化”專題地圖和統計圖表。

2.2.3占用補建

所建占用補建系統綜合展示了高標準農田被占、補建的項目區、圖斑和審批文件、現場照片等附件資料，建立占用補建的關聯分析，摸清占在哪里、補在哪里，實現“占補平衡”，在保障地方經濟發展的同時，切實守住耕地保護底線。

2.2.4建后管護

所建建后管護系統以縣域為劃分單元，建立縣鄉村三級責任體系，明確各級責任單位管護范圍，確定責任人和聯系方式。通過責任體系、檢查巡查、年度考核3個模塊統籌落實建后管護工作。該系統可定位每一個街道或社區管轄的項目區、圖斑信息，展示圖斑對應地塊詳細信息，可以查閱任意項目檢查巡查的具體信息，對各級街道社區年度考核信息進行統一管理。

2.2.5運維管理

所建運維管理系統硬件設施的運維主要依托云計算中心，軟件系統的運維管理主要是對用戶、角色、功能等進行管理，包括用戶和部門的增刪改查等操作以及用戶的賬號、密碼及對應角色數據訪問權限控制。

3系統應用

文章開發的高標準農田時空數據一張圖系統已在江蘇數個區縣投入應用。

（1）一張圖建設系統能夠摸清高標準農田的家底，實現了“以圖管田”，形成了支撐管理工作的一張底版、一套數據和一個平臺。

（2）一張圖建設系統通過建立高標準農田管理工作與自然資源管理部門業務的對接工作，實現耕地占補平衡、城鄉建設用地增減掛鉤、執法監察等共享數據的融合分析，動態掌握耕地變化和違規占用情況，摸清了后備資源及動態變化。

（3）一張圖建設系統通過數字化管理手段，嚴格落實占用補建，確保占一補一，強化全要素建后管護，確保農田及設施管護到位，切實提升了管理質效。

4結語

研究者后續將持續深入應用大數據、人工智能、物聯網等信息技術，構建動態監測監管體系，為高標準農田管理工作提供更精準、實時的數據分析和決策支持［7-8］，例如：通過多期高分辨率遙感影像自動化分類和解譯分析，動態監測高標準農田建設過程；通過變化圖斑與規劃圖/竣工圖的套合對比分析，生成監測分析報告，實現對建設工程的完成情況進行動態監測，提升高標準農田建設綜合監管效能。未來，研究者可進一步結合自然資源、生態、水利部門共享數據，開展工程設施數量核查與管護狀態評估、地力信息采集與評估、糧食產量調查與產能評估、未建區域宜建條件評估等核查評估工作［9］，夯實管理部門“以圖管田”的數據基礎。

參考文獻

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［2］江蘇省農業農村.江蘇省高標準農田建設規劃2021—2030年［EB/OL］.（2022-04-21）［2024-04-30］.http：//nynct.jiangsu.gov.cn/art/2022/4/21/art_51418_10422577.html.

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［8］劉曉.基于信息融合的農田智能化管理系統應用研究［J］.農機化研究，2023（5）：215-219.

［9］江蘇省農業農村廳.我省啟動高標準農田全面檢查評估工作［EB/OL］.（2024-03-19）［2024-04-30］.http：//nynct.jiangsu.gov.cn/art/2024/3/19/art_12433_11181009.html.

（編輯王永超編輯）

Practice of constructing one map of high standard farmland spatio-temporal data

SONG" Faqi， YAN" Wangbo， LU" Fanfan

（Provincial Research Institute of Surveying and Mapping， Nanjing 210013， China）

Abstract： In order to promote the digital management of high standard farmland projects at city and county level， this article summarizes the experience of geographic information service high standard farmland informatization construction. Through the centralized management of high standard farmland related data， a unified high standard farmland database is formed， and the development of the function of a map of high standard farmland spatio-temporal data is realized. By providing an integrated service model of “1 platform + 1 set of data + N services” to agricultural and rural departments and industry users at all levels， the proposed scheme can fully grasp the quantity， quality， distribution， utilization status， and reserve resources of high standard farmland， achieving the effect of “managing fields with pictures”， classified management， and precise policy implementation.At the same time， it provides scientific and accurate data support for government decision-making.

Key words： high standard farmland; geographic information system; one map; spatio-temporal data