现代数字技术赋能农田建设系统的研究与探讨

林丽琳

(福建省地质遥感与地理信息服务中心 福建福州 350011)

为认真落实省委省政府和农业农村部关于加快建成农田建设“一张图”和监管系统的要求，实现习近平总书记“农田就是农田，而且必须是良田”的殷切嘱托，保障粮食安全，相关单位和研究者应当应用数字化思维模式，积极探索在粮食安全背景下的数字技术农田建设系统，推动农田高质量发展，进一步聚焦县级部门农田建中管理和建后管护工作。

当前，农田建设信息化管理主要使用农业农村部的全国农田建设综合监测监管系统，该系统主要服务农业农村部，仅实现全国高标准农田项目的统筹管理。县级农田建设管理存在数据不共享、底数不清晰等问题，在建前选址、建中建后管理方面缺少信息化支持，且从业务数据角度，农田建设管理涉及数据类型众多，由于各个部门采用的监测方法、标准规范、标准等存在差异，导致各类数据在描述形式、技术格式、空间尺度、精度准确度、管理方式等方面也存在差异。由于缺少数据共享的平台，各类数据尚未归集并形成统一的农田建设数据资源体系，部门间的数据“藩篱”还未打破，数据之间的关联利用的程度不够。

1 设计目标

基于当前农田管理能力相对较弱的情况，县级农田建设部门急需以现代数字化手段建设智能系统打破各个部门之间的数据壁垒，为农田建前规划、建中管理、建后管护、灾损保险提供数字化管理手段，打造巡田有效、护田有痕、管田有图、考评有据的“数字农田”[1]示范工程，助力乡村振兴发展。系统设计实现：（1）数据聚合，以图管田；（2）辅助建前规划，智能分析；（3）服务建中管理，强化监管；（4）落实建后管护，全程管理；（5）聚焦质量效率，一屏统览。

2 建设内容

2.1 数据资源库建设

打破自然资源和农业农村部门的数据壁垒，融合福建省卫星应用中心多时相、高分辨率遥感影像数据，自然资源部门的现状耕地、永久基本农田、耕地质量等别等相关数据，农业农村部门的高标准农田上图入库、粮食生产功能区、未建高标准农田的耕地等数据，水利部门的河道蓝线、河道红线、河道管理范围线等数据。通过梳理分析现有数据情况，制定统一标准、规范分类，通过数据加工、数据处理、规范化处理等工作，形成涵盖各部门的数据资源库[2-4]，为系统管理平台的各项应用奠定基础。

2.2 平台建设

研发电脑端和移动端两种应用模式的农田建设管理平台。电脑端系统主要支撑县级主管部门，辅助高标准农田建前决策、监管项目建中进度和建后管护情况。移动端系统主要支撑县级主管部门实地开展项目选点，为项目监理、村级管护人员现场上报项目实施进度和管护巡查情况，提供信息化工作平台。两种应用模式各有侧重、相互串联，贯穿县乡村三级农田建设管理工作，实现项目空间展示、建前决策、建中监测、建后管护和汇总统计等功能模块。

3 关键技术

空间海量数据处理与展示技术：瓦片金字塔预处理，结合高速缓存技术即利用静态图片来快速提供地图服务。

（1）WebGIS 技术：更广泛的访问范围、平台独立性、降低系统成本、操作简单。（2）OpenLayers 技术：实现标准格式发布的地图数据访问。（3）Vue前段框架应用技术：采用自底向上增量开发的设计，可以进行组件化开发，数据与结构相分离。（4）Web Service技术：XML和XSD、SOAP、WSDL。（5）微服务架构技术：围绕业务进行创建，其开发、管理和加速可以独立进行[5]。

4 设计原则

系统遵循经济性与实用性、易用性与完整性、安全性与稳定性、创新性与先进性等原则进行建设。

4.1 实用性与经济性原则

系统注重实用性，并在此基础而上同时兼顾经济性，以最小的投入获得最大的产出。同时，最大程度地满足业务应用的需要。充分利用现有存储、网络和计算资源的基础上，保障项目建设要求[6]。

4.2 易用性与完整性原则

坚持以用户为中心的原则，做到尽可能易用，选择简洁明了的解决方案和业务处理方式[6]。在应用上是完整的，未因追求易用而舍弃必要的业务处理过程，系统能够全面地实现所需业务应用功能。

4.3 安全性与稳定性原则

安全性是系统建设的重要问题之一，系统在安全方面要实现：（1）系统必须具备足够的安全权限，保证数据的安全性，保证系统内的数据不被非法访问和破坏，保证数据不被窃取；（2）系统应该具备应用安全权限，阻止非法用户操作，同时为了保证合法用户操作时不引起系统出错，系统应具备足够容错能力，充分保证系统数据的逻辑准确性[7]。

系统可靠运行的基础条件是稳定性，通过严格系统测试手段，且充分考虑软硬件的容错容灾，将系统问题降到最低，保障系统在出现问题和故障时能够及时实现系统和数据恢复[8]。

4.4 创新性与先进性原则

在系统建设中突出业务应用方式创新及重点突破，采用先进成熟的地理信息技术、数据库技术、国产化适配、数据存储方案、数据管理方案、软件开发解决方案和网络集成方案，确保系统的先进性，使系统具有可持续发展空间。

5 系统结构设计

5.1 总体结构设计

在统一的标准规范体系下，以数据资源库为基础，为农田项目的管理、更新、应用提供基础。在地理信息数据服务、地理信息功能服务、业务服务等服务层的支撑下，以应用功能为窗口，向用户提供农田建前决策、建中管理、建后管护等工作的信息化应用服务。研发电脑端与移动端系统，实现内业项目全流程信息化管理，外业项目辅助选点、实施进度以及巡查管护信息上报，贯穿县乡村三级农田建设管理工作。图1为总体技术框架图[9]。

图1 总体技术框架

5.2 网络结构设计

部署网络环境有政务网、互联网两种网络，系统的服务终端及应用终端网络拓扑见图2。

图2 网络结构图

5.3 数据结构设计

根据农田选址规则，择取与农田业务相关的数据，涉及农业、自然资源、水利等多个部门，如历年高标立项数据、粮食生产功能区等农业部门数据；现状耕地、生态红线、永久基本农田等自然资源部门数据；河道红线、河道蓝线等水利部门数据。

梳理各类相关数据资源的基本情况，数据涵盖自然资源部门、农业部门以及水利部门的多类数据，数据建设遵循行业数据标准，形成统一地理空间参考、统一规范、统一标准的空间数据库，为系统各项应用奠定基础[10]，同时结合农田建设管理的业务需求，将系统数据分为空间数据与系统数据，具体见图3。

图3 数据结构设计

6 系统功能设计

系统设计分电脑端与移动端[11]两种应用模式，实现农田建设全过程、多要素、网络化的数字化管理。同时充分考虑数据应用安全，电脑端又细分为政务内网与互联网两个版本，移动端为互联网系统，其中政务内网可承载所有空间数据，互联网则只加载与业务相关的数据。

6.1 大数据仓模块

大数据舱将大数据理念贯穿于农田管理的全过程，直观展示农田相关的全景情况，实现一屏统览。

政务内网系统主要展示县域地图、地类概况（各种地类情况）、农田建设概况，共3个模块，通过用户权限展示不同数据内容，同时县域或乡镇为单位展示各类数据细项信息。

互联网系统主要展示县域地图、建中/建后项目表格、农田建设进度、农田建设概况、任务情况、建中管理情况、建后管护情况、灾损保险情况，共8个模块，通过用户权限展示不同数据内容，同时县域或乡镇为单位展示各类数据细项信息。

6.2 以图管田模块

以空间数据库为基低，定制地图浏览、图层控制、对比浏览（分屏浏览、卷帘浏览、影像播放）、空间查询、通用查询、空间测量、快速截图、行政区导航、通用制图、专题图切换等功能，直观掌握各类数据空间分布情况，实现空间化有效管控。

政务网系统内，主要支持项目建前选址，通过直观查看各类数据，可准确掌握区域内可建资源。支持用户绘制项目选址范围或导入项目拟建区域进行立项分析，系统从重复建设、非耕地建设、占用生态红线、识别耕地质量等多个维度提供默认分析方案，也可按需分析，分析结果以体检单方式呈现，确保项目优先安排“两区”，符合国土空间用途管制规则，有力支撑农田建设项目选址立项、勘察设计、申报评审等工作。

移动端互联网根据用户权限，在空间应用中控制不同图层，即监理人员或管护人员只可查看其正在负责或管护区域内的项目相关信息。系统根据GPS 定位，自动定位到任务区，方便用户执行任务。

6.3 建中管理模块

实现在互联网电脑端系统上构建在建农田项目台账及监管任务台账，通过下发监理进度上报任务，联动移动端App，接收监理人员上报的当前施工进度和经费投入情况，主管部门可远程动态监管各项目的实施情况。

下发任务可设置自动定期的单任务或批量任务，通过在线App，监理单位同步接收任务，并现场采集项目实施进度中的现场照片和文字说明等信息进行上报，上报完成后，主管部门可通过在线查看监理上报的相关内容，核查后选择通过或退回等操作。

移动端App 在监管项目模块中，支持待办事项查看，监理人员可随时查看其负责的项目信息与项目附件，对现场采集的照片自动附带拍摄时间、坐标、方位角等防伪信息，同时可定制硬性要素，如监理单位采集信息时需要上报3个点位信息与3张现场照片，才能完成现场采集工作并上报。

6.4 建后管护模块

实现在互联网电脑端系统上建立管护网格，构建在管农田管护任务台账，主管部门可持续跟踪管护情况，确保各类问题处置到位，做到远程监管项目管护。

初始化以村为网格，可指定管护人员执行网格管护任务，管护任务由管护人员在移动端自主发起常规巡查任务，也可由管理人员下发专项任务，互联网端可同步查看相关信息。常规巡查任务分为随手拍、日常维护、问题上报3 种类型，问题上报任务，须填写处理意见，处理完成后再下发，由管护人员现场复核提交，最终由管理人员核定。

面向网格管理护员使用的移动端App，拥有代办事项、管护网格、任务管理3个子模块。支持待办事项查看，常规任务采集、巡查，专项任务受理、问题上报复核等。

6.5 灾损保险模块

实现在互联网电脑端系统上保单台账管理与报损台账管理。保单台账管理支持县级用户新增、修改、删除保单信息，灾损保险任务台账可查看报损任务基本信息、项目范围、自主报损情况、保险处理结果等信息，对管护巡查过程中发现灾损情况时，发起灾损保险任务，由管护人员通过移动端现场采集灾损情况上报，主管部门人员线下启动保险流程，填报保险理赔处理结果，确认管护人员处理核实巡查结果。

6.6 运维管理模块

该模块主要针对运维人员使用，主要包括用户管理、部门管理、权限配置、系统配置等，可实现在系统上设置用户单位组织信息与用户账号信息。通过部门来控制用户的数据范围权限。部门主要分为以行政区名称显示农田管理部门、监理单位及各网格所在村。通过角色配置权限，使用户可根据工作职责，赋予一个或多个角色来灵活使用系统功能。支持数据字典记录的浏览、新增、编辑、删除等常规操作。系统自动记录系统日常操作，支持日志记录及系统异常信息的查询浏览，方便运维人员排查、解决系统故障。

7 结语

农田系统是以ArcGIS 作为基础构建系统，以GPS网络为位置信息服务，结合WebGIS 技术、OpenLayers技术、Vue前段框架应用技术、Web Service技术以及微服务架构技术，将电脑端与移动端结合的一个综合应用系统。系统实现农田建设全过程、多要素、网络化的数字化管理，为农田基层部门的工作提供高效的管理手段和重要的技术支撑，可进一步推广应用，不仅可应用于高标建设管理、管护，还可应用于耕地保护、非农化非粮化监测、农田提质改造选址与管理等。