林麗琳

(福建省地質(zhì)遙感與地理信息服務中心 福建福州 350011)

為認真落實省委省政府和農(nóng)業(yè)農(nóng)村部關(guān)于加快建成農(nóng)田建設“一張圖”和監(jiān)管系統(tǒng)的要求，實現(xiàn)習近平總書記“農(nóng)田就是農(nóng)田，而且必須是良田”的殷切囑托，保障糧食安全，相關(guān)單位和研究者應當應用數(shù)字化思維模式，積極探索在糧食安全背景下的數(shù)字技術(shù)農(nóng)田建設系統(tǒng)，推動農(nóng)田高質(zhì)量發(fā)展，進一步聚焦縣級部門農(nóng)田建中管理和建后管護工作。

當前，農(nóng)田建設信息化管理主要使用農(nóng)業(yè)農(nóng)村部的全國農(nóng)田建設綜合監(jiān)測監(jiān)管系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要服務農(nóng)業(yè)農(nóng)村部，僅實現(xiàn)全國高標準農(nóng)田項目的統(tǒng)籌管理。縣級農(nóng)田建設管理存在數(shù)據(jù)不共享、底數(shù)不清晰等問題，在建前選址、建中建后管理方面缺少信息化支持，且從業(yè)務數(shù)據(jù)角度，農(nóng)田建設管理涉及數(shù)據(jù)類型眾多，由于各個部門采用的監(jiān)測方法、標準規(guī)范、標準等存在差異，導致各類數(shù)據(jù)在描述形式、技術(shù)格式、空間尺度、精度準確度、管理方式等方面也存在差異。由于缺少數(shù)據(jù)共享的平臺，各類數(shù)據(jù)尚未歸集并形成統(tǒng)一的農(nóng)田建設數(shù)據(jù)資源體系，部門間的數(shù)據(jù)“藩籬”還未打破，數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)利用的程度不夠。

1 設計目標

基于當前農(nóng)田管理能力相對較弱的情況，縣級農(nóng)田建設部門急需以現(xiàn)代數(shù)字化手段建設智能系統(tǒng)打破各個部門之間的數(shù)據(jù)壁壘，為農(nóng)田建前規(guī)劃、建中管理、建后管護、災損保險提供數(shù)字化管理手段，打造巡田有效、護田有痕、管田有圖、考評有據(jù)的“數(shù)字農(nóng)田”[1]示范工程，助力鄉(xiāng)村振興發(fā)展。系統(tǒng)設計實現(xiàn)：（1）數(shù)據(jù)聚合，以圖管田；（2）輔助建前規(guī)劃，智能分析；（3）服務建中管理，強化監(jiān)管；（4）落實建后管護，全程管理；（5）聚焦質(zhì)量效率，一屏統(tǒng)覽。

2 建設內(nèi)容

2.1 數(shù)據(jù)資源庫建設

打破自然資源和農(nóng)業(yè)農(nóng)村部門的數(shù)據(jù)壁壘，融合福建省衛(wèi)星應用中心多時相、高分辨率遙感影像數(shù)據(jù)，自然資源部門的現(xiàn)狀耕地、永久基本農(nóng)田、耕地質(zhì)量等別等相關(guān)數(shù)據(jù)，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部門的高標準農(nóng)田上圖入庫、糧食生產(chǎn)功能區(qū)、未建高標準農(nóng)田的耕地等數(shù)據(jù)，水利部門的河道藍線、河道紅線、河道管理范圍線等數(shù)據(jù)。通過梳理分析現(xiàn)有數(shù)據(jù)情況，制定統(tǒng)一標準、規(guī)范分類，通過數(shù)據(jù)加工、數(shù)據(jù)處理、規(guī)范化處理等工作，形成涵蓋各部門的數(shù)據(jù)資源庫[2-4]，為系統(tǒng)管理平臺的各項應用奠定基礎。

2.2 平臺建設

研發(fā)電腦端和移動端兩種應用模式的農(nóng)田建設管理平臺。電腦端系統(tǒng)主要支撐縣級主管部門，輔助高標準農(nóng)田建前決策、監(jiān)管項目建中進度和建后管護情況。移動端系統(tǒng)主要支撐縣級主管部門實地開展項目選點，為項目監(jiān)理、村級管護人員現(xiàn)場上報項目實施進度和管護巡查情況，提供信息化工作平臺。兩種應用模式各有側(cè)重、相互串聯(lián)，貫穿縣鄉(xiāng)村三級農(nóng)田建設管理工作，實現(xiàn)項目空間展示、建前決策、建中監(jiān)測、建后管護和匯總統(tǒng)計等功能模塊。

3 關(guān)鍵技術(shù)

空間海量數(shù)據(jù)處理與展示技術(shù)：瓦片金字塔預處理，結(jié)合高速緩存技術(shù)即利用靜態(tài)圖片來快速提供地圖服務。

（1）WebGIS 技術(shù)：更廣泛的訪問范圍、平臺獨立性、降低系統(tǒng)成本、操作簡單。（2）OpenLayers 技術(shù)：實現(xiàn)標準格式發(fā)布的地圖數(shù)據(jù)訪問。（3）Vue前段框架應用技術(shù)：采用自底向上增量開發(fā)的設計，可以進行組件化開發(fā)，數(shù)據(jù)與結(jié)構(gòu)相分離。（4）Web Service技術(shù)：XML和XSD、SOAP、WSDL。（5）微服務架構(gòu)技術(shù)：圍繞業(yè)務進行創(chuàng)建，其開發(fā)、管理和加速可以獨立進行[5]。

4 設計原則

系統(tǒng)遵循經(jīng)濟性與實用性、易用性與完整性、安全性與穩(wěn)定性、創(chuàng)新性與先進性等原則進行建設。

4.1 實用性與經(jīng)濟性原則

系統(tǒng)注重實用性，并在此基礎而上同時兼顧經(jīng)濟性，以最小的投入獲得最大的產(chǎn)出。同時，最大程度地滿足業(yè)務應用的需要。充分利用現(xiàn)有存儲、網(wǎng)絡和計算資源的基礎上，保障項目建設要求[6]。

4.2 易用性與完整性原則

堅持以用戶為中心的原則，做到盡可能易用，選擇簡潔明了的解決方案和業(yè)務處理方式[6]。在應用上是完整的，未因追求易用而舍棄必要的業(yè)務處理過程，系統(tǒng)能夠全面地實現(xiàn)所需業(yè)務應用功能。

4.3 安全性與穩(wěn)定性原則

安全性是系統(tǒng)建設的重要問題之一，系統(tǒng)在安全方面要實現(xiàn)：（1）系統(tǒng)必須具備足夠的安全權(quán)限，保證數(shù)據(jù)的安全性，保證系統(tǒng)內(nèi)的數(shù)據(jù)不被非法訪問和破壞，保證數(shù)據(jù)不被竊取；（2）系統(tǒng)應該具備應用安全權(quán)限，阻止非法用戶操作，同時為了保證合法用戶操作時不引起系統(tǒng)出錯，系統(tǒng)應具備足夠容錯能力，充分保證系統(tǒng)數(shù)據(jù)的邏輯準確性[7]。

系統(tǒng)可靠運行的基礎條件是穩(wěn)定性，通過嚴格系統(tǒng)測試手段，且充分考慮軟硬件的容錯容災，將系統(tǒng)問題降到最低，保障系統(tǒng)在出現(xiàn)問題和故障時能夠及時實現(xiàn)系統(tǒng)和數(shù)據(jù)恢復[8]。

4.4 創(chuàng)新性與先進性原則

在系統(tǒng)建設中突出業(yè)務應用方式創(chuàng)新及重點突破，采用先進成熟的地理信息技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、國產(chǎn)化適配、數(shù)據(jù)存儲方案、數(shù)據(jù)管理方案、軟件開發(fā)解決方案和網(wǎng)絡集成方案，確保系統(tǒng)的先進性，使系統(tǒng)具有可持續(xù)發(fā)展空間。

5 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設計

5.1 總體結(jié)構(gòu)設計

在統(tǒng)一的標準規(guī)范體系下，以數(shù)據(jù)資源庫為基礎，為農(nóng)田項目的管理、更新、應用提供基礎。在地理信息數(shù)據(jù)服務、地理信息功能服務、業(yè)務服務等服務層的支撐下，以應用功能為窗口，向用戶提供農(nóng)田建前決策、建中管理、建后管護等工作的信息化應用服務。研發(fā)電腦端與移動端系統(tǒng)，實現(xiàn)內(nèi)業(yè)項目全流程信息化管理，外業(yè)項目輔助選點、實施進度以及巡查管護信息上報，貫穿縣鄉(xiāng)村三級農(nóng)田建設管理工作。圖1為總體技術(shù)框架圖[9]。

圖1 總體技術(shù)框架

5.2 網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)設計

部署網(wǎng)絡環(huán)境有政務網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)兩種網(wǎng)絡，系統(tǒng)的服務終端及應用終端網(wǎng)絡拓撲見圖2。

圖2 網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)圖

5.3 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設計

根據(jù)農(nóng)田選址規(guī)則，擇取與農(nóng)田業(yè)務相關(guān)的數(shù)據(jù)，涉及農(nóng)業(yè)、自然資源、水利等多個部門，如歷年高標立項數(shù)據(jù)、糧食生產(chǎn)功能區(qū)等農(nóng)業(yè)部門數(shù)據(jù)；現(xiàn)狀耕地、生態(tài)紅線、永久基本農(nóng)田等自然資源部門數(shù)據(jù)；河道紅線、河道藍線等水利部門數(shù)據(jù)。

梳理各類相關(guān)數(shù)據(jù)資源的基本情況，數(shù)據(jù)涵蓋自然資源部門、農(nóng)業(yè)部門以及水利部門的多類數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)建設遵循行業(yè)數(shù)據(jù)標準，形成統(tǒng)一地理空間參考、統(tǒng)一規(guī)范、統(tǒng)一標準的空間數(shù)據(jù)庫，為系統(tǒng)各項應用奠定基礎[10]，同時結(jié)合農(nóng)田建設管理的業(yè)務需求，將系統(tǒng)數(shù)據(jù)分為空間數(shù)據(jù)與系統(tǒng)數(shù)據(jù)，具體見圖3。

圖3 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設計

6 系統(tǒng)功能設計

系統(tǒng)設計分電腦端與移動端[11]兩種應用模式，實現(xiàn)農(nóng)田建設全過程、多要素、網(wǎng)絡化的數(shù)字化管理。同時充分考慮數(shù)據(jù)應用安全，電腦端又細分為政務內(nèi)網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)兩個版本，移動端為互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，其中政務內(nèi)網(wǎng)可承載所有空間數(shù)據(jù)，互聯(lián)網(wǎng)則只加載與業(yè)務相關(guān)的數(shù)據(jù)。

6.1 大數(shù)據(jù)倉模塊

大數(shù)據(jù)艙將大數(shù)據(jù)理念貫穿于農(nóng)田管理的全過程，直觀展示農(nóng)田相關(guān)的全景情況，實現(xiàn)一屏統(tǒng)覽。

政務內(nèi)網(wǎng)系統(tǒng)主要展示縣域地圖、地類概況（各種地類情況）、農(nóng)田建設概況，共3個模塊，通過用戶權(quán)限展示不同數(shù)據(jù)內(nèi)容，同時縣域或鄉(xiāng)鎮(zhèn)為單位展示各類數(shù)據(jù)細項信息。

互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)主要展示縣域地圖、建中/建后項目表格、農(nóng)田建設進度、農(nóng)田建設概況、任務情況、建中管理情況、建后管護情況、災損保險情況，共8個模塊，通過用戶權(quán)限展示不同數(shù)據(jù)內(nèi)容，同時縣域或鄉(xiāng)鎮(zhèn)為單位展示各類數(shù)據(jù)細項信息。

6.2 以圖管田模塊

以空間數(shù)據(jù)庫為基低，定制地圖瀏覽、圖層控制、對比瀏覽（分屏瀏覽、卷簾瀏覽、影像播放）、空間查詢、通用查詢、空間測量、快速截圖、行政區(qū)導航、通用制圖、專題圖切換等功能，直觀掌握各類數(shù)據(jù)空間分布情況，實現(xiàn)空間化有效管控。

政務網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)，主要支持項目建前選址，通過直觀查看各類數(shù)據(jù)，可準確掌握區(qū)域內(nèi)可建資源。支持用戶繪制項目選址范圍或?qū)腠椖繑M建區(qū)域進行立項分析，系統(tǒng)從重復建設、非耕地建設、占用生態(tài)紅線、識別耕地質(zhì)量等多個維度提供默認分析方案，也可按需分析，分析結(jié)果以體檢單方式呈現(xiàn)，確保項目優(yōu)先安排“兩區(qū)”，符合國土空間用途管制規(guī)則，有力支撐農(nóng)田建設項目選址立項、勘察設計、申報評審等工作。

移動端互聯(lián)網(wǎng)根據(jù)用戶權(quán)限，在空間應用中控制不同圖層，即監(jiān)理人員或管護人員只可查看其正在負責或管護區(qū)域內(nèi)的項目相關(guān)信息。系統(tǒng)根據(jù)GPS 定位，自動定位到任務區(qū)，方便用戶執(zhí)行任務。

6.3 建中管理模塊

實現(xiàn)在互聯(lián)網(wǎng)電腦端系統(tǒng)上構(gòu)建在建農(nóng)田項目臺賬及監(jiān)管任務臺賬，通過下發(fā)監(jiān)理進度上報任務，聯(lián)動移動端App，接收監(jiān)理人員上報的當前施工進度和經(jīng)費投入情況，主管部門可遠程動態(tài)監(jiān)管各項目的實施情況。

下發(fā)任務可設置自動定期的單任務或批量任務，通過在線App，監(jiān)理單位同步接收任務，并現(xiàn)場采集項目實施進度中的現(xiàn)場照片和文字說明等信息進行上報，上報完成后，主管部門可通過在線查看監(jiān)理上報的相關(guān)內(nèi)容，核查后選擇通過或退回等操作。

移動端App 在監(jiān)管項目模塊中，支持待辦事項查看，監(jiān)理人員可隨時查看其負責的項目信息與項目附件，對現(xiàn)場采集的照片自動附帶拍攝時間、坐標、方位角等防偽信息，同時可定制硬性要素，如監(jiān)理單位采集信息時需要上報3個點位信息與3張現(xiàn)場照片，才能完成現(xiàn)場采集工作并上報。

6.4 建后管護模塊

實現(xiàn)在互聯(lián)網(wǎng)電腦端系統(tǒng)上建立管護網(wǎng)格，構(gòu)建在管農(nóng)田管護任務臺賬，主管部門可持續(xù)跟蹤管護情況，確保各類問題處置到位，做到遠程監(jiān)管項目管護。

初始化以村為網(wǎng)格，可指定管護人員執(zhí)行網(wǎng)格管護任務，管護任務由管護人員在移動端自主發(fā)起常規(guī)巡查任務，也可由管理人員下發(fā)專項任務，互聯(lián)網(wǎng)端可同步查看相關(guān)信息。常規(guī)巡查任務分為隨手拍、日常維護、問題上報3 種類型，問題上報任務，須填寫處理意見，處理完成后再下發(fā)，由管護人員現(xiàn)場復核提交，最終由管理人員核定。

面向網(wǎng)格管理護員使用的移動端App，擁有代辦事項、管護網(wǎng)格、任務管理3個子模塊。支持待辦事項查看，常規(guī)任務采集、巡查，專項任務受理、問題上報復核等。

6.5 災損保險模塊

實現(xiàn)在互聯(lián)網(wǎng)電腦端系統(tǒng)上保單臺賬管理與報損臺賬管理。保單臺賬管理支持縣級用戶新增、修改、刪除保單信息，災損保險任務臺賬可查看報損任務基本信息、項目范圍、自主報損情況、保險處理結(jié)果等信息，對管護巡查過程中發(fā)現(xiàn)災損情況時，發(fā)起災損保險任務，由管護人員通過移動端現(xiàn)場采集災損情況上報，主管部門人員線下啟動保險流程，填報保險理賠處理結(jié)果，確認管護人員處理核實巡查結(jié)果。

6.6 運維管理模塊

該模塊主要針對運維人員使用，主要包括用戶管理、部門管理、權(quán)限配置、系統(tǒng)配置等，可實現(xiàn)在系統(tǒng)上設置用戶單位組織信息與用戶賬號信息。通過部門來控制用戶的數(shù)據(jù)范圍權(quán)限。部門主要分為以行政區(qū)名稱顯示農(nóng)田管理部門、監(jiān)理單位及各網(wǎng)格所在村。通過角色配置權(quán)限，使用戶可根據(jù)工作職責，賦予一個或多個角色來靈活使用系統(tǒng)功能。支持數(shù)據(jù)字典記錄的瀏覽、新增、編輯、刪除等常規(guī)操作。系統(tǒng)自動記錄系統(tǒng)日常操作，支持日志記錄及系統(tǒng)異常信息的查詢?yōu)g覽，方便運維人員排查、解決系統(tǒng)故障。

7 結(jié)語

農(nóng)田系統(tǒng)是以ArcGIS 作為基礎構(gòu)建系統(tǒng)，以GPS網(wǎng)絡為位置信息服務，結(jié)合WebGIS 技術(shù)、OpenLayers技術(shù)、Vue前段框架應用技術(shù)、Web Service技術(shù)以及微服務架構(gòu)技術(shù)，將電腦端與移動端結(jié)合的一個綜合應用系統(tǒng)。系統(tǒng)實現(xiàn)農(nóng)田建設全過程、多要素、網(wǎng)絡化的數(shù)字化管理，為農(nóng)田基層部門的工作提供高效的管理手段和重要的技術(shù)支撐，可進一步推廣應用，不僅可應用于高標建設管理、管護，還可應用于耕地保護、非農(nóng)化非糧化監(jiān)測、農(nóng)田提質(zhì)改造選址與管理等。