基于移动GIS的高标农田巡查系统研究与应用

黄碧辉

关键词：管护；高标准农田；GIS；移动端

中图分类号：F323.211 文献标识码：A 文章编号：1006-8228（2023）11-159-04

0 引言

在《全国高标准农田建设规划（2021-2030 年）》中农业农村部提出到2030 年中国要建成12 亿亩高标准农田的目标。截止2023 年4 月，我国已累计完成高标准农田超过10 亿亩[1]。虽然我国高标准农田建设效果显著，但也面临诸多问题，如资金后续保障不充足、投资水平不高、建设标准偏低、建设质量不高、维护不可持续性、项目管护机制不健全等问题[2]。目前，相关农业项目监管部门对高标农田项目的过程监管水平低，大多依赖项目评审进行项目监管，形成资料是纸质档案，经常无法核实项目现场真实建设情况，导致项目建设标准低且质量不高，建设后不可持续性等问题，归结原因是缺乏有效的监管手段和监管机制。

地理信息系统（Geography information systems，GIS）是对农业土地数据进行有效监管的重要手段，是集数据采集、存储、查询、分析、统计、分发为一体的信息管理系统[3]，可以对农业数据起到有效的组织、管理和可视化的效果，因此，借助地理GIS 技术可以来实时分析与土地空间有关信息的大量相关数据，对于研究中国不同的地理空间类型的地理现状、变化以及土地的动态监测，对于土地资源管理的创新性发展是十分必要的。4G-5G 技术带来移动通讯网络的快速发展及基于网络的GIS 开发使地理资源信息的传输、访问和分发成为可能[4]。因此GIS 在土地开发、土地利用、土地保护和土地治理等多个领域有很多具体的应用。如岳永胜利用监管信息系统，以实现土地利用的可视化管理，降低基层管理人员的技术门槛[5]；刘新平研发国土资源动态巡查监管系统能够较好地完成移动执法巡查任务，减少外业巡查工作量，提高移动执法的工作效率，系统操作简单，适合基层执法人员使用[6]。

为解决农业部门缺乏有效的监管手段、项目数据碎片化等问题，本文探讨通过基于GIS 技术研发移动高标准农田巡查系统，进行高标项目巡查数据采集，为项目建设前期、中期、后期的监管提供行之有效的监管设备与手段，通过技术手段与移动应用系统的研发来助推相关农业部门完善高标项目的监管机制。系统在多个县级得到推广应用，通过对高标项目的巡查与数据采集，形成标准高标农田项目库，有利于县级农业监管部门实时了解项目的现状，有效提高了高标项目的监管效率与监管水平。

1 系统设计

系统以“天地图·福建”为基础底图，以具体业务处室的高标准农田数据作为专题数据，构建基于移动GIS 的高标农田巡查系统，并在此基础上，实现数据资源的集成展示、查询与远程监管等应用，以满足农业部门对农业数据管理和监管的需求。系统有离线和在线两种模式，满足用户在户外无移动通讯网络的情况下全天候地进行高标项目巡查数据采集。

1.1 总体设计框架

系统建立依托于县级现有机房、存储、网络、安全等实体基础设施或者虚拟云计算平台设施，建设基于移动GIS 的高标农田巡查系统，系统将部署于政务内网，便于安全管理。在信息安全保障体系和标准规范体系上，为农业监管部门赋能。

系统由基础设施层、数据层、服务层、应用层、表现层、信息安全保障体系、标准规范体系等五个层次和两个体系构成[7]，系统总体框架图，如图1 所示。

系统研发采用基于自主框架和ArcGIS 平台进行二次开发。后台服务端采用SpringBoot 框架，数据库使用开源的PostgreSQL 数據库。移动端采用Android原生进行开发，离线数据库采用SQLite 数据库，通信采用VPN 专用通道为数据安全提供保障。

1.2 系统功能设计

本系统用户端是基于移动端，主要实现对高标准农田项目进行任务管理管与护巡查（照片信息、轨迹信息、项目范围信息、巡查属性信息）等功能，包括用户管理模块、高标项目管理模块、项目任务管理模块、管护巡查模块和离线缓存模块。为了用户操作和使用方便，软件各个模块形成独立的功能，将系统划分为若干个功能模块。

⑴ 用户管理模块

用户管理模块包括用户登录，用户密码更改功能。

用户登录，用户输入用户名、密码登录系统，即可进行离线登录，登录后进行高标项目浏览。

用户密码更改，用户可进行密码修改，提交进行保存。

⑵ 项目管理模块

用户登陆后，可浏览到自己分配的高标农田项目，项目可按项目类型（规划期、建中、建后）进行筛选，项目以列表进行展示，同时点击项目，可在地图浏览项目的位置、范围及其属性信息。

⑶ 地图浏览模块

以福建天地图为底图，叠加高标农田项目图层，实现高标项目地图浏览，可一次性浏览整个区/县的高标项目分布情况，并实现地图的放大、缩小和漫游，并根据GPS 进行实时定位，定位到自己的位置。

⑷ 高标项目巡查任务模块

新建巡查任务，用户新建巡查任务，并编辑巡查任务相关信息，如任务巡查内容、巡查日期等。

上报巡查任务，进行巡查任务采集的数据上传至服务器。

⑸ 管护巡查模块

管护巡查模块，包括巡查采集信息浏览及信息采集功能，巡查采集信息包括照片信息、轨迹信息、属性记录信息、项目几何范围信息，并实现采集数据的上传。

照片拍摄采集，进行项目现场照片拍摄采集，并在照片上添加水印信息，水印信息有经纬度、方位角和日期等信息。

几何范围信息采集，用户可以根据项目现场实际范围进行项目范围绘制，计算绘制范围，并可与项目范围进行比对。

轨迹记录采集，移动端可记录用户携带其运动经纬度信息，计算轨迹路径长度及轨迹运动时长。

巡查信息采集，如在项目现场有任何信息有价值信息皆可进行信息记录保存。

⑹ 离线缓存模块

当用户需要进行户外测量时，用户根据项目位置自行判断是否进行离线数据缓存，缓存数据下载到移动本地端。同时为了减轻移动端负担，原则上只下载缓存该用户负责项目巡检的相关任务数据。

离线缓存模块，包含用户表缓存、高标项目缓存、项目巡查任务缓存，管护数据缓存（包括项目巡查信息记录数据、项目巡查照片数据、项目巡查几何标绘信息数据、项目巡查轨迹信息记录数据）。用户持巡查设备到无移动通讯信号地区前，可提前缓存用户数据、高标项目数据、项目巡查任务数据到设备端，进行巡查任务新建及巡查数据采集，并进行缓存保存到本地存储中，待有网络情况下进行缓存数据同步到服务器端。

用户通过移动设备的完成相关业务流程，实现高标农田项目的全过程监管，包括项目规划前期，项目实施期，项目建设后期三个阶段。系统有两种模式：离线模式和在线模式。在线模式是指移动终端设备具有移动通讯网络，巡查数据可以实时与后台传递交互。离线模式是指当用户在户外处于无网络接收不到移动信号的情况下，可以实现巡查采集的数据离线缓存，当处于有网络情况，可将离线缓存的数据上传到数据后台，实现数据同步功能。

1.3 数据库建设

由农业农村部门牵头，根据系统需求收集高标准农田数据，通过GIS 数据处理技术，按照统一的空间数学基础，经ArcMap 软件进行高标准农田数据梳理、要素抽取、整理整合、图面处理与切片、质量检查等技术处理后上图入库，形成高标准农田图层数据，同时结合项目巡查任务业务表单数据（用户表、高标项目巡查任务表、项目巡查照片信息表、项目巡查轨迹表、项目巡查几何范围表、项目巡查信息记录表），构建高标农田巡查数据库，为系统的各项应用奠定基础。

2 GIS 关键技术研究

2.1 GIS技术

GIS 是集地图数据采集、处理、存储、查询、分析、统计、分发、显示为一体的信息管理系统。本系统有高标准农田项目数据和影像数据，需要对数据进行处理再发布为相应的地图服务应用于系统。按GIS 的数据分类标准，高标准农田项目数据和影像数据这两种数据分别为矢量地图数据与栅格数据，两种数据处理与发布各不同，矢量数据发布为WMS 地图服务，影像数据发布为WMTS 瓦片地图服务。数据处理中生产发布流程，如图2 所示。

2.2 地圖数据处理与发布自动化研究

利用GIS 的各类地理处理工具进行建模，实现数据处理和数据发布的自动化，其模型如图3，部分脚本代码如图4 所示。

3 系统实现及运行结果

本系统基于移动GIS 技术研发高标准农田巡查系统。系统后端采用后台服务端采用SpringBoot 框架进行研发，移动端基于Android 进行研发，兼容华为鸿蒙系统在内的所有国产手机。系统支持两种模式：在线模式、户外离线模式。在线模式下，可实时加载在线数据库与影像数据，并且对实现项目管护数据实时上报。离线模式下，加载移动的本地数据库和离线地图，保存采集数据的存储于本地。在有网络的情况下，可实现数据上传同步，支持了野外无通讯网络情况数据采集与系统的运行。

系统部分功能运行结果，界面如图5、图6 所示。

4 结论

基于移动GIS 的高标农田巡查系统的建立，解决高标准农田项目的过程管理中数据碎片化问题，实现了高标农田项目在规划、建中、建后的全生命周期的数据采集与监管，形成的高标项目数字档案，使得监管部门便于查阅、统计与浏览。系统的应用，探索了农村农业相关部门高标准农田项目监管工作模式，提高了项目管护水平。系统在多个县区进行推广，取得很好的应用效果与反馈，后期结合web 端应用联合开发应用，有助于系统管理与可视化展示。同时，系统也为电力、水利、交通等领域的相关项目监管提供了很好的借鉴参考。