基于智能平板的基本農(nóng)田劃定外業(yè)調(diào)查平臺開發(fā)與應用

曹加強 周立 唐軍 李麗

摘 要：文章在掌握和深入分析基本農(nóng)田劃定工作的作業(yè)流程和數(shù)據(jù)采集內(nèi)容的基礎(chǔ)上，結(jié)合基本農(nóng)田劃定工作成果數(shù)據(jù)要求和管理方式，研究了基于智能平板設(shè)備開發(fā)野外調(diào)查平臺的主要關(guān)鍵技術(shù)，提出了基于智能平板的基本農(nóng)田劃定外業(yè)調(diào)查平臺的設(shè)計思路、開發(fā)手段。通過開發(fā)研制和應用實踐，在云南省多個縣區(qū)的基本農(nóng)田劃定工作實現(xiàn)了良好的應用效果，也為開展內(nèi)外業(yè)一體化的調(diào)查工作提出了一種新的工作思路。

關(guān)鍵詞：基本農(nóng)田劃定；調(diào)查平臺；智能平板；開發(fā)與應用

引言

基本農(nóng)田是糧食生產(chǎn)的主要依托。保護好基本農(nóng)田，對保障國家糧食安全、維護社會穩(wěn)定、促進經(jīng)濟社會全面、協(xié)調(diào)、可持續(xù)發(fā)展具有十分重要的意義。黨的十七屆三中全會《中共中央關(guān)于推進農(nóng)村改革發(fā)展若干重大問題的決定》中明確提出要劃定基本農(nóng)田，建立保護補償機制，確?；巨r(nóng)田總量不減少、用途不改變、質(zhì)量有提高。

為科學劃定基本農(nóng)田實行永久保護，堅決貫徹落實"切實堅持和完善最嚴格的耕地保護制度、切實實行最嚴格的節(jié)約用地制度、實行最嚴格的土地管理制度"三個"最嚴格"制度，根據(jù)國土資源部、農(nóng)業(yè)部、云南省人民政府、云南省國土資源廳文件精神及技術(shù)規(guī)程和數(shù)據(jù)標準的相關(guān)要求，2012年底，云南省全面開展了基本農(nóng)田劃定工作。根據(jù)《云南省基本農(nóng)田劃定實施細則》的要求，其主要工作內(nèi)容包括，逐一現(xiàn)場落實基本農(nóng)田地塊、建立健全相關(guān)圖表冊、設(shè)立統(tǒng)一標識、落實保護責任、建立基本農(nóng)田數(shù)據(jù)庫等。

1 問題分析

分析基本農(nóng)田劃定工作在技術(shù)層面存在以下幾方面問題：

（1）涉及基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、圖件種類繁多：基本農(nóng)田劃定工作是在土地利用總體規(guī)劃及規(guī)劃完善（2010-2020）基礎(chǔ)上，結(jié)合衛(wèi)星遙感影像、二調(diào)成果、2011年度變更調(diào)查成果、農(nóng)村集體土地所有權(quán)成果、農(nóng)用地分等定級成果等資料，開展底圖制作、現(xiàn)場調(diào)查、數(shù)據(jù)采集工作的。由于數(shù)據(jù)年代跨度大、空間邊界一致性差異大、圖形類型差別大等原因，很難形成一張綜合各類信息的紙質(zhì)底圖。此外，由于屬性信息種類繁多，內(nèi)容結(jié)構(gòu)復雜，也為調(diào)查外業(yè)工作準備和現(xiàn)場調(diào)查的輔助基礎(chǔ)資料的整理、攜帶以及使用等帶來了較大的難度。即使外業(yè)調(diào)查人員攜帶筆記本電腦，在現(xiàn)場通過各種傳統(tǒng)的GIS桌面平臺軟件、文檔表格軟件開展記錄和調(diào)查工作，也將是一個較為復雜的工作過程。因此，如果數(shù)據(jù)能夠有效集成，并便于攜帶和現(xiàn)場使用，將極大提高現(xiàn)場工作速度和效率。

（2）外業(yè)現(xiàn)場調(diào)查工作內(nèi)容多、程序復雜：在基本農(nóng)田劃定工作外業(yè)調(diào)查工作中涉及將基本農(nóng)田圖斑逐一落實到以土地利用現(xiàn)狀圖斑為單位的地塊；逐片（塊）登記基本農(nóng)田地塊邊界、地類、面積、質(zhì)量等級等信息以及片（塊）編號；逐片（塊）調(diào)查核實基本農(nóng)田保護地塊土地承包狀況，確定基本農(nóng)田地塊的基本責任人，明確集體經(jīng)濟組織和農(nóng)戶的保護責任，簽訂或更新基本農(nóng)田保護責任書；逐片（塊）對建設(shè)占用基本農(nóng)田或因其他原因造成基本農(nóng)田減少的要進行補劃；對建設(shè)用地侵占基本農(nóng)田的情況還要進行現(xiàn)場拍照和記錄等，存在復雜的重疊交叉的工作程序。因此，如果能夠在外業(yè)現(xiàn)場實現(xiàn)快速采集和現(xiàn)場確認工作，將極大減少作業(yè)時間成本、交通成本，實現(xiàn)整體降低現(xiàn)場實施難度和降低成本的效果。

（3）數(shù)據(jù)后續(xù)處理工作難度大：傳統(tǒng)的外業(yè)調(diào)查工作大多采用圖、表分離的方式進行標定和記錄工作。由于外業(yè)工作周期長、現(xiàn)場條件惡劣等因素，常常造成采集信息記錄混亂、錯誤、丟失等結(jié)果，為后期的數(shù)據(jù)錄入和編圖等內(nèi)業(yè)工作帶來了極大的不便和成果數(shù)據(jù)錯誤等隱患。因此，如果在外業(yè)調(diào)查工作中，及時發(fā)現(xiàn)并解決在采集過程中出現(xiàn)的錯誤和遺漏，并在現(xiàn)場完成質(zhì)檢和查缺補漏工作，將提高作業(yè)質(zhì)量和現(xiàn)場工作效率。

2 設(shè)計思路

2.1 建立信息豐富、內(nèi)容齊全的調(diào)查數(shù)據(jù)集成數(shù)據(jù)庫

根據(jù)基本農(nóng)田劃定工作現(xiàn)場調(diào)查的內(nèi)容和程序，在調(diào)查過程中涉及的各類基礎(chǔ)數(shù)據(jù)包括：衛(wèi)星遙感影像、土地二調(diào)、最新年度土地變更調(diào)查、土地利用總體規(guī)劃和規(guī)劃完善、農(nóng)用地分等定級、農(nóng)村集體土地所有權(quán)、建設(shè)用地審批數(shù)據(jù)等，涉及圖像、矢量地圖、數(shù)據(jù)庫、文本報告、統(tǒng)計表格、專題圖等多種數(shù)據(jù)格式和類型。

具體包括：

（1）土地利用總體規(guī)劃資料

a.市、縣、鄉(xiāng)三級土地利用總體規(guī)劃（2010-2020年）圖件、數(shù)據(jù)庫、文本及說明；b.涉及基本農(nóng)田的規(guī)劃調(diào)整有關(guān)成果和審批資料。

（2）土地利用現(xiàn)狀調(diào)查資料

a.最新的土地利用現(xiàn)狀調(diào)查（2011年標準時點統(tǒng)一更新調(diào)查）成果；b.最新的年度土地變更調(diào)查成果。

（3）已有基本農(nóng)田保護資料

a.在耕地保護過程中形成的資料：包括現(xiàn)有的目標責任書與實施保護情況、下達的耕地保護指標情況等相關(guān)資料；b.圖件資料：標準分幅基本農(nóng)田保護圖，鄉(xiāng)級基本農(nóng)田保護圖，縣級基本農(nóng)田分布圖、縣級基本農(nóng)田調(diào)整分析圖等；c.表冊資料：基本農(nóng)田面積統(tǒng)計表、匯總表，基本農(nóng)田臺賬等表冊；d.數(shù)據(jù)庫資料：已有的基本農(nóng)田數(shù)據(jù)或數(shù)據(jù)庫；e.文字資料：基本農(nóng)田保護的相關(guān)文字資料。

（4）農(nóng)用地分等資料

a.農(nóng)用地分等成果圖件；b.農(nóng)用地分等成果數(shù)據(jù)庫；c.農(nóng)用地分等成果相關(guān)技術(shù)報告。

（5）其他土地管理相關(guān)資料

a.村民小組行政區(qū)劃資料等；b.建設(shè)項目依法占用基本農(nóng)田的用地審批資料；c.涉及基本農(nóng)田的生態(tài)退耕及災毀資料：d.土地整治規(guī)劃（土地整理復墾開發(fā)規(guī)劃）等相關(guān)資料；e.高標準基本農(nóng)田建設(shè)相關(guān)資料；f.壩區(qū)范圍成果資料；g.農(nóng)村集體土地確權(quán)登記發(fā)證相關(guān)成果資料；h.近期內(nèi)的航空或航天遙感資料、水系及交通等基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)資料。

因此，必須通過對多時態(tài)、多尺度、多專業(yè)種類和多數(shù)據(jù)類型的各種調(diào)查基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進行集成，從而為外業(yè)調(diào)查工作的現(xiàn)場開展提供內(nèi)容齊全、信息豐富的調(diào)查數(shù)據(jù)庫。

2.2 建立安全可靠、使用方便快捷的外業(yè)調(diào)查平臺

目前，在野外調(diào)查中大量使用高精度智能數(shù)據(jù)采集器已經(jīng)成為趨勢，在實踐過程中也取得了較為良好的效果。但也暴露出一些亟待解決的問題：（1）GPS數(shù)據(jù)采集器的專業(yè)性、可靠性較強，但屏幕較小，操作局促，對復雜底圖和大范圍數(shù)據(jù)顯示存在明顯不足的現(xiàn)象；（2）專業(yè)GPS平板雖然精度較高，屏幕顯示和可操作能力較強，但單臺造價均在幾萬元以上，成本太高；（3）GPS采集器和專業(yè)GPS平板等設(shè)備，目前均缺乏與軟件應用開發(fā)商的合作，在應用解決方案上只能提供基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)采集功能，無法滿足各類專業(yè)項目數(shù)據(jù)的采集工作。

通過比較和分析，根據(jù)基本農(nóng)田劃定工作的調(diào)查尺度和調(diào)查技術(shù)要求，普通智能平板設(shè)備的性能和可靠性完全滿足要求，而且成本均在千元水平，這使在調(diào)查區(qū)內(nèi)大規(guī)模開展移動式調(diào)查和采集工作成為可能。

此外，在基本農(nóng)田外業(yè)現(xiàn)場調(diào)查工作中，開展的工作內(nèi)容包括：到達現(xiàn)場、識圖定位、實地走界、現(xiàn)場核對、現(xiàn)場記錄、實地拍照、簽字確認等。需要集成基礎(chǔ)數(shù)據(jù)導入功能、地圖瀏覽縮放功能、多圖層實時切換功能、GPS實時定位功能、信息輸入功能、信息查詢顯示功能、現(xiàn)場拍照功能、調(diào)查成果數(shù)據(jù)導出功能等，并通過與基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的集成、現(xiàn)場調(diào)查定位和數(shù)據(jù)采集功能，實現(xiàn)基本農(nóng)田劃定外業(yè)現(xiàn)場一體化調(diào)查平臺。同時，外業(yè)調(diào)查平臺必須具備攜帶方便、操作簡單快捷、數(shù)據(jù)使用和數(shù)據(jù)存儲安全可靠等特點。

3 關(guān)鍵技術(shù)

3.1 多源數(shù)據(jù)集成技術(shù)

在基本農(nóng)田劃定工作中的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)來源、數(shù)據(jù)種類、數(shù)據(jù)格式、數(shù)據(jù)時態(tài)等多種多樣，必須通過對各種數(shù)據(jù)的整理、分析、處理、提取、加工、融合等手段對其進行數(shù)據(jù)集成。通過GIS強大的多數(shù)據(jù)源、多數(shù)據(jù)格式、多數(shù)據(jù)尺度集成功能、空間分析功能、空間提取功能、空間處理功能、空間融合功能、樣式標準化功能等處理手段，可實現(xiàn)基本農(nóng)田劃定工作底圖的制作和生產(chǎn)，并建立外業(yè)調(diào)查基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫。（見圖1）

圖1 多源數(shù)據(jù)集成示例

3.2 圖形柵格化切片技術(shù)

隨著互聯(lián)網(wǎng)和智能化應用的迅速推廣和普及，傳統(tǒng)的矢量化數(shù)據(jù)應用模式也開始廣泛地向柵格化數(shù)據(jù)應用模式拓展，矢量數(shù)據(jù)的圖形柵格化切片技術(shù)正是這個轉(zhuǎn)化過程中的關(guān)鍵技術(shù)。其原理是對矢量數(shù)據(jù)進行多級比例尺圖形柵格化，并通過切片手段，將巨大的柵格化圖像轉(zhuǎn)換為如256×256像素甚至更小的瓦片式圖像。通過這項技術(shù)，可以有效解決大數(shù)據(jù)量的有效存儲和使用問題，同時可以消除矢量數(shù)據(jù)坐標安全保密問題。為移動設(shè)備野外作業(yè)的數(shù)據(jù)可靠性和安全性奠定了基礎(chǔ)。（見圖2）

3.3 智能設(shè)備應用開發(fā)技術(shù)

移動互聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)是目前當前社會的熱點話題和社會發(fā)展新趨勢，隨著智能手機、智能平板、輕便電腦的不斷推出，移動智能設(shè)備正在改變著我們的生活方式和工作方式。這些設(shè)備已經(jīng)不再是運行傳統(tǒng)電視機、DVD等電子設(shè)備固化的程序，而是可以隨時更新、動態(tài)化、開放式的智能操作系統(tǒng)。通過智能操作系統(tǒng)，軟件設(shè)計師和開發(fā)人員可以對智能設(shè)備的操作方式、行為、處理過程和結(jié)果進行控制和不斷的提升，從而發(fā)掘智能設(shè)備的最大性能和功能潛力，為生活和工作帶來便利。正是這場正在進行的變革，讓我們可以采用可視化、可編程、可存儲、可控制的移動平板應用開發(fā)技術(shù)，讓智能平板和手機等成為在基本農(nóng)田外業(yè)調(diào)查工作中開展集成圖形化、可錄入、可拍照、可定位、可存儲功能，實現(xiàn)快速采集和成果管理的工具（見圖3）。

4 外業(yè)調(diào)查平臺開發(fā)與應用

4.1 數(shù)據(jù)體系建設(shè)

4.1.1 基礎(chǔ)底圖

（1）地名；（2）行政區(qū)劃（縣、鄉(xiāng)、村、小組）界線；（3）道路；（4）河流；（5）地形地貌；（6）農(nóng)用地等級；（7）地類圖斑（年度變更調(diào)查）；（8）遙感影像。

4.1.2 基本農(nóng)田基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

（1）基本農(nóng)田圖斑；（2）基本農(nóng)田片塊；（3）建設(shè)用地審批圖斑。

4.1.3 基本農(nóng)田調(diào)查數(shù)據(jù)

（1）調(diào)查表；（2）實地照片；（3）責任人資料；（4）現(xiàn)場情況記錄。

4.2 外業(yè)調(diào)查平臺構(gòu)建

外業(yè)調(diào)查平臺建設(shè)包括構(gòu)建平臺運行所必需的基礎(chǔ)軟件、硬件和運行環(huán)境，主要的設(shè)備和技術(shù)配備情況如下。

（1）運行設(shè)備選用聯(lián)想A3000平板電腦；（2）智能操作系統(tǒng)選用Android 4.0；（3）地理信息平臺軟件選用自主研發(fā)的Geofly Smart Map；（4）數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)軟件選用SQLite數(shù)據(jù)庫；（5）開發(fā)工具采用Eclipse結(jié)合Java語言。

4.3 應用系統(tǒng)模塊建設(shè)

外業(yè)調(diào)查平臺的應用系統(tǒng)模塊建設(shè)包括：

（1）基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理模塊，主要功能包括：a.基礎(chǔ)數(shù)據(jù)導入；b.圖層配置管理；c.調(diào)查數(shù)據(jù)導出；d.系統(tǒng)參數(shù)配置。

（2）調(diào)查采集管理模塊，主要功能包括：a.地圖裝載顯示；b.地圖瀏覽控制；c.圖層切換控制；d.比例尺顯示控制；e.查詢定位；f.GPS定位；g.調(diào)查錄入；h.數(shù)據(jù)保存；i.現(xiàn)場拍照。

（3）質(zhì)量檢查管理模塊，主要功能包括：a.完成情況統(tǒng)計；b.質(zhì)量檢查分析；c.錯誤情況對照。

4.4 總體技術(shù)架構(gòu)

系統(tǒng)基于Android 4.0智能操作系統(tǒng)，使用Eclipse開發(fā)平臺結(jié)合Java語言，應用SQLite數(shù)據(jù)，集成數(shù)據(jù)導入、地圖瀏覽、地圖定位、數(shù)據(jù)錄入、現(xiàn)場拍照、質(zhì)量檢查、數(shù)據(jù)導出等功能，實現(xiàn)了基本農(nóng)田劃定工作外業(yè)現(xiàn)場調(diào)查工作的采集、定位、拍照、記錄等一體化過程（見圖4）。

4.5系統(tǒng)應用功能界面

4.5.1 系統(tǒng)主界面與地圖瀏覽（見圖5）

4.5.2 查詢定位與信息查看（見圖6）

4.5.3數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)錄入（見圖7）

4.5.4質(zhì)量檢查與參數(shù)配置（見圖8）

5 結(jié)束語

目前，基于智能平板的基本農(nóng)田劃定外業(yè)調(diào)查平臺已經(jīng)在云南省三個縣區(qū)的外業(yè)調(diào)查工作中實際使用，為項目工作的順利開展和實施完成起到了關(guān)鍵性的作用。

（1）提供外業(yè)調(diào)查采集工作的新方式：創(chuàng)新性地采用智能平板為載體開展基本農(nóng)田劃定外業(yè)工作，為類似的野外調(diào)查、野外實測等數(shù)據(jù)采集任務，開展現(xiàn)場記錄、現(xiàn)場拍照、現(xiàn)場質(zhì)檢工作，提供了新的技術(shù)手段和工作方式。

（2）提高野外調(diào)查應用技術(shù)水平：通過地理信息空間數(shù)據(jù)集成方法，結(jié)合智能平板開發(fā)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫開發(fā)技術(shù)，為野外現(xiàn)場調(diào)閱基礎(chǔ)地理圖件、空間屬性信息和空間位置信息，并及時開展數(shù)據(jù)采集工作創(chuàng)造了可能，改進并提高了野外調(diào)查方法和技術(shù)水平。

（3）降低外業(yè)調(diào)查工作難度和成本：通過優(yōu)化外業(yè)作業(yè)流程和步驟，集成基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和操作功能，在滿足技術(shù)要求并快速完成調(diào)查工作的同時，簡化了基礎(chǔ)資料準備、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)整理等工作實施內(nèi)容和難度，極大的減輕了外業(yè)勞動強度，降低了工作成本。

（4）提高了野外調(diào)查工作成果的質(zhì)量：貫徹任務過程管理思路，在現(xiàn)場調(diào)查工作中，將質(zhì)檢環(huán)節(jié)貫穿于數(shù)據(jù)采集工作的各個步驟，將采集工作的錯、漏、丟、忘等各種成果質(zhì)量隱患徹底杜絕，為后期的圖、表、冊和數(shù)據(jù)建庫工作打下了堅實的基礎(chǔ)。

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*通訊作者：周立（1976-），男，浙江臨海人，碩士，測繪高級工程師，信息系統(tǒng)項目管理師，信息系統(tǒng)監(jiān)理師，主要從事地理信息系統(tǒng)及3S技術(shù)的軟件開發(fā)和應用研究工作。