基于智能平板的基本农田划定外业调查平台开发与应用

曹加强 周立 唐军 李丽

摘 要：文章在掌握和深入分析基本农田划定工作的作业流程和数据采集内容的基础上，结合基本农田划定工作成果数据要求和管理方式，研究了基于智能平板设备开发野外调查平台的主要关键技术，提出了基于智能平板的基本农田划定外业调查平台的设计思路、开发手段。通过开发研制和应用实践，在云南省多个县区的基本农田划定工作实现了良好的应用效果，也为开展内外业一体化的调查工作提出了一种新的工作思路。

关键词：基本农田划定；调查平台；智能平板；开发与应用

引言

基本农田是粮食生产的主要依托。保护好基本农田，对保障国家粮食安全、维护社会稳定、促进经济社会全面、协调、可持续发展具有十分重要的意义。党的十七届三中全会《中共中央关于推进农村改革发展若干重大问题的决定》中明确提出要划定基本农田，建立保护补偿机制，确保基本农田总量不减少、用途不改变、质量有提高。

为科学划定基本农田实行永久保护，坚决贯彻落实"切实坚持和完善最严格的耕地保护制度、切实实行最严格的节约用地制度、实行最严格的土地管理制度"三个"最严格"制度，根据国土资源部、农业部、云南省人民政府、云南省国土资源厅文件精神及技术规程和数据标准的相关要求，2012年底，云南省全面开展了基本农田划定工作。根据《云南省基本农田划定实施细则》的要求，其主要工作内容包括，逐一现场落实基本农田地块、建立健全相关图表册、设立统一标识、落实保护责任、建立基本农田数据库等。

1 问题分析

分析基本农田划定工作在技术层面存在以下几方面问题：

（1）涉及基础数据、图件种类繁多：基本农田划定工作是在土地利用总体规划及规划完善（2010-2020）基础上，结合卫星遥感影像、二调成果、2011年度变更调查成果、农村集体土地所有权成果、农用地分等定级成果等资料，开展底图制作、现场调查、数据采集工作的。由于数据年代跨度大、空间边界一致性差异大、图形类型差别大等原因，很难形成一张综合各类信息的纸质底图。此外，由于属性信息种类繁多，内容结构复杂，也为调查外业工作准备和现场调查的辅助基础资料的整理、携带以及使用等带来了较大的难度。即使外业调查人员携带笔记本电脑，在现场通过各种传统的GIS桌面平台软件、文档表格软件开展记录和调查工作，也将是一个较为复杂的工作过程。因此，如果数据能够有效集成，并便于携带和现场使用，将极大提高现场工作速度和效率。

（2）外业现场调查工作内容多、程序复杂：在基本农田划定工作外业调查工作中涉及将基本农田图斑逐一落实到以土地利用现状图斑为单位的地块；逐片（块）登记基本农田地块边界、地类、面积、质量等级等信息以及片（块）编号；逐片（块）调查核实基本农田保护地块土地承包状况，确定基本农田地块的基本责任人，明确集体经济组织和农户的保护责任，签订或更新基本农田保护责任书；逐片（块）对建设占用基本农田或因其他原因造成基本农田减少的要进行补划；对建设用地侵占基本农田的情况还要进行现场拍照和记录等，存在复杂的重叠交叉的工作程序。因此，如果能够在外业现场实现快速采集和现场确认工作，将极大减少作业时间成本、交通成本，实现整体降低现场实施难度和降低成本的效果。

（3）数据后续处理工作难度大：传统的外业调查工作大多采用图、表分离的方式进行标定和记录工作。由于外业工作周期长、现场条件恶劣等因素，常常造成采集信息记录混乱、错误、丢失等结果，为后期的数据录入和编图等内业工作带来了极大的不便和成果数据错误等隐患。因此，如果在外业调查工作中，及时发现并解决在采集过程中出现的错误和遗漏，并在现场完成质检和查缺补漏工作，将提高作业质量和现场工作效率。

2 设计思路

2.1 建立信息丰富、内容齐全的调查数据集成数据库

根据基本农田划定工作现场调查的内容和程序，在调查过程中涉及的各类基础数据包括：卫星遥感影像、土地二调、最新年度土地变更调查、土地利用总体规划和规划完善、农用地分等定级、农村集体土地所有权、建设用地审批数据等，涉及图像、矢量地图、数据库、文本报告、统计表格、专题图等多种数据格式和類型。

具体包括：

（1）土地利用总体规划资料

a.市、县、乡三级土地利用总体规划（2010-2020年）图件、数据库、文本及说明；b.涉及基本农田的规划调整有关成果和审批资料。

（2）土地利用现状调查资料

a.最新的土地利用现状调查（2011年标准时点统一更新调查）成果；b.最新的年度土地变更调查成果。

（3）已有基本农田保护资料

a.在耕地保护过程中形成的资料：包括现有的目标责任书与实施保护情况、下达的耕地保护指标情况等相关资料；b.图件资料：标准分幅基本农田保护图，乡级基本农田保护图，县级基本农田分布图、县级基本农田调整分析图等；c.表册资料：基本农田面积统计表、汇总表，基本农田台账等表册；d.数据库资料：已有的基本农田数据或数据库；e.文字资料：基本农田保护的相关文字资料。

（4）农用地分等资料

a.农用地分等成果图件；b.农用地分等成果数据库；c.农用地分等成果相关技术报告。

（5）其他土地管理相关资料

a.村民小组行政区划资料等；b.建设项目依法占用基本农田的用地审批资料；c.涉及基本农田的生态退耕及灾毁资料：d.土地整治规划（土地整理复垦开发规划）等相关资料；e.高标准基本农田建设相关资料；f.坝区范围成果资料；g.农村集体土地确权登记发证相关成果资料；h.近期内的航空或航天遥感资料、水系及交通等基础地理数据资料。

因此，必须通过对多时态、多尺度、多专业种类和多数据类型的各种调查基础数据进行集成，从而为外业调查工作的现场开展提供内容齐全、信息丰富的调查数据库。

2.2 建立安全可靠、使用方便快捷的外业调查平台

目前，在野外调查中大量使用高精度智能数据采集器已经成为趋势，在实践过程中也取得了较为良好的效果。但也暴露出一些亟待解决的问题：（1）GPS数据采集器的专业性、可靠性较强，但屏幕较小，操作局促，对复杂底图和大范围数据显示存在明显不足的现象；（2）专业GPS平板虽然精度较高，屏幕显示和可操作能力较强，但单台造价均在几万元以上，成本太高；（3）GPS采集器和专业GPS平板等设备，目前均缺乏与软件应用开发商的合作，在应用解决方案上只能提供基础的数据采集功能，无法满足各类专业项目数据的采集工作。

通过比较和分析，根据基本农田划定工作的调查尺度和调查技术要求，普通智能平板设备的性能和可靠性完全满足要求，而且成本均在千元水平，这使在调查区内大规模开展移动式调查和采集工作成为可能。

此外，在基本农田外业现场调查工作中，开展的工作内容包括：到达现场、识图定位、实地走界、现场核对、现场记录、实地拍照、签字确认等。需要集成基础数据导入功能、地图浏览缩放功能、多图层实时切换功能、GPS实时定位功能、信息输入功能、信息查询显示功能、现场拍照功能、调查成果数据导出功能等，并通过与基础数据的集成、现场调查定位和数据采集功能，实现基本农田划定外业现场一体化调查平台。同时，外业调查平台必须具备携带方便、操作简单快捷、数据使用和数据存储安全可靠等特点。

3 关键技术

3.1 多源数据集成技术

在基本农田划定工作中的基础数据的数据来源、数据种类、数据格式、数据时态等多种多样，必须通过对各种数据的整理、分析、处理、提取、加工、融合等手段对其进行数据集成。通过GIS强大的多数据源、多数据格式、多数据尺度集成功能、空间分析功能、空间提取功能、空间处理功能、空间融合功能、样式标准化功能等处理手段，可实现基本农田划定工作底图的制作和生产，并建立外业调查基础数据库。（见图1）

圖1 多源数据集成示例

3.2 图形栅格化切片技术

随着互联网和智能化应用的迅速推广和普及，传统的矢量化数据应用模式也开始广泛地向栅格化数据应用模式拓展，矢量数据的图形栅格化切片技术正是这个转化过程中的关键技术。其原理是对矢量数据进行多级比例尺图形栅格化，并通过切片手段，将巨大的栅格化图像转换为如256×256像素甚至更小的瓦片式图像。通过这项技术，可以有效解决大数据量的有效存储和使用问题，同时可以消除矢量数据坐标安全保密问题。为移动设备野外作业的数据可靠性和安全性奠定了基础。（见图2）

3.3 智能设备应用开发技术

移动互联网已经是目前当前社会的热点话题和社会发展新趋势，随着智能手机、智能平板、轻便电脑的不断推出，移动智能设备正在改变着我们的生活方式和工作方式。这些设备已经不再是运行传统电视机、DVD等电子设备固化的程序，而是可以随时更新、动态化、开放式的智能操作系统。通过智能操作系统，软件设计师和开发人员可以对智能设备的操作方式、行为、处理过程和结果进行控制和不断的提升，从而发掘智能设备的最大性能和功能潜力，为生活和工作带来便利。正是这场正在进行的变革，让我们可以采用可视化、可编程、可存储、可控制的移动平板应用开发技术，让智能平板和手机等成为在基本农田外业调查工作中开展集成图形化、可录入、可拍照、可定位、可存储功能，实现快速采集和成果管理的工具（见图3）。

4 外业调查平台开发与应用

4.1 数据体系建设

4.1.1 基础底图

（1）地名；（2）行政区划（县、乡、村、小组）界线；（3）道路；（4）河流；（5）地形地貌；（6）农用地等级；（7）地类图斑（年度变更调查）；（8）遥感影像。

4.1.2 基本农田基础数据

（1）基本农田图斑；（2）基本农田片块；（3）建设用地审批图斑。

4.1.3 基本农田调查数据

（1）调查表；（2）实地照片；（3）责任人资料；（4）现场情况记录。

4.2 外业调查平台构建

外业调查平台建设包括构建平台运行所必需的基础软件、硬件和运行环境，主要的设备和技术配备情况如下。

（1）运行设备选用联想A3000平板电脑；（2）智能操作系统选用Android 4.0；（3）地理信息平台软件选用自主研发的Geofly Smart Map；（4）数据库系统软件选用SQLite数据库；（5）开发工具采用Eclipse结合Java语言。

4.3 应用系统模块建设

外业调查平台的应用系统模块建设包括：

（1）基础数据管理模块，主要功能包括：a.基础数据导入；b.图层配置管理；c.调查数据导出；d.系统参数配置。

（2）调查采集管理模块，主要功能包括：a.地图装载显示；b.地图浏览控制；c.图层切换控制；d.比例尺显示控制；e.查询定位；f.GPS定位；g.调查录入；h.数据保存；i.现场拍照。

（3）质量检查管理模块，主要功能包括：a.完成情况统计；b.质量检查分析；c.错误情况对照。

4.4 总体技术架构

系统基于Android 4.0智能操作系统，使用Eclipse开发平台结合Java语言，应用SQLite数据，集成数据导入、地图浏览、地图定位、数据录入、现场拍照、质量检查、数据导出等功能，实现了基本农田划定工作外业现场调查工作的采集、定位、拍照、记录等一体化过程（见图4）。

4.5系统应用功能界面

4.5.1 系统主界面与地图浏览（见图5）

4.5.2 查询定位与信息查看（见图6）

4.5.3数据采集与数据录入（见图7）

4.5.4质量检查与参数配置（见图8）

5 结束语

目前，基于智能平板的基本农田划定外业调查平台已经在云南省三个县区的外业调查工作中实际使用，为项目工作的顺利开展和实施完成起到了关键性的作用。

（1）提供外业调查采集工作的新方式：创新性地采用智能平板为载体开展基本农田划定外业工作，为类似的野外调查、野外实测等数据采集任务，开展现场记录、现场拍照、现场质检工作，提供了新的技术手段和工作方式。

（2）提高野外调查应用技术水平：通过地理信息空间数据集成方法，结合智能平板开发技术、数据库开发技术，为野外现场调阅基础地理图件、空间属性信息和空间位置信息，并及时开展数据采集工作创造了可能，改进并提高了野外调查方法和技术水平。

（3）降低外业调查工作难度和成本：通过优化外业作业流程和步骤，集成基础数据和操作功能，在满足技术要求并快速完成调查工作的同时，简化了基础资料准备、数据采集、数据整理等工作实施内容和难度，极大的减轻了外业劳动强度，降低了工作成本。

（4）提高了野外调查工作成果的质量：贯彻任务过程管理思路，在现场调查工作中，将质检环节贯穿于数据采集工作的各个步骤，将采集工作的错、漏、丢、忘等各种成果质量隐患彻底杜绝，为后期的图、表、册和数据建库工作打下了坚实的基础。

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*通讯作者：周立（1976-），男，浙江临海人，硕士，测绘高级工程师，信息系统项目管理师，信息系统监理师，主要从事地理信息系统及3S技术的软件开发和应用研究工作。