高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田時(shí)空數(shù)據(jù)一張圖建設(shè)實(shí)踐

摘要：為推動(dòng)市縣級(jí)高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田家底數(shù)字化管理，文章梳理了地理信息服務(wù)高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田信息化建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，形成了統(tǒng)一的高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)了高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田時(shí)空數(shù)據(jù)一張圖的功能開發(fā)。面向各級(jí)農(nóng)村，農(nóng)業(yè)主管部門提供“1個(gè)平臺(tái)+1套數(shù)據(jù)+N種服務(wù)”的一體化服務(wù)模式，所提方案能夠全面掌握高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田數(shù)量、質(zhì)量、分布、利用狀況和后備資源，實(shí)現(xiàn)“以圖管田”、分類管理、精準(zhǔn)施策，為政府決策提供科學(xué)準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支撐。

關(guān)鍵詞：高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田；地理信息系統(tǒng)；一張圖；時(shí)空數(shù)據(jù)

中圖分類號(hào)：P208文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0引言

高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)是鞏固和提高糧食生產(chǎn)能力、保障國(guó)家糧食安全的關(guān)鍵舉措［1］?！督K省高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)規(guī)劃（2021—2030年）》提出，在“十四五”期間，全省建設(shè)高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田1500萬畝［2］。高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田涉及區(qū)域廣，建設(shè)周期長(zhǎng)。市縣級(jí)農(nóng)業(yè)農(nóng)村管理部門承擔(dān)對(duì)高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田項(xiàng)目實(shí)施和監(jiān)管的具體任務(wù)，除了在管理上采取有力措施，加快補(bǔ)齊建設(shè)和管護(hù)的短板外，亟需推進(jìn)信息化建設(shè)進(jìn)度，轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的資料報(bào)表、人工檔案等管理方式。對(duì)此，國(guó)內(nèi)也有一些機(jī)構(gòu)、公司和個(gè)人開展了相關(guān)的數(shù)據(jù)庫建設(shè)以及系統(tǒng)開發(fā)應(yīng)用，逐步探索運(yùn)用地理信息、互聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)智能分析表達(dá)等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田管理工作信息化、智能化［3-6］。文章在建設(shè)市縣級(jí)高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)上，通過地理信息系統(tǒng)（Geographic Information System，GIS）空間分析、圖表等多種數(shù)字化技術(shù)手段，實(shí)現(xiàn)了高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田資源的數(shù)量、質(zhì)量和時(shí)空分布展現(xiàn)，支持相關(guān)空間與管理數(shù)據(jù)的定位、回溯、查詢分析，有力支撐了高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)與管護(hù)工作的數(shù)字化轉(zhuǎn)型。

1總體設(shè)計(jì)

1.1架構(gòu)設(shè)計(jì)

高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田時(shí)空數(shù)據(jù)一張圖主要依據(jù)相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求，包括依據(jù)《高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)通則》和《基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫基本規(guī)定》進(jìn)行統(tǒng)一架構(gòu)，充分融合地理信息、大數(shù)據(jù)、移動(dòng)通信、云計(jì)算等先進(jìn)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了大規(guī)模多源異構(gòu)數(shù)據(jù)的高效集成管理、應(yīng)用分析。具體而言，系統(tǒng)主要由基礎(chǔ)設(shè)施層、數(shù)據(jù)層、服務(wù)層、應(yīng)用層、表現(xiàn)層構(gòu)成。系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

（1）基礎(chǔ)設(shè)施層：基礎(chǔ)設(shè)施層主要包括網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、服務(wù)器以及操作系統(tǒng)和中間件等基礎(chǔ)支撐軟件，出于集約建設(shè)考慮，盡量利用現(xiàn)有云計(jì)算中心的軟硬件設(shè)施。

（2）數(shù)據(jù)層：數(shù)據(jù)層是整個(gè)架構(gòu)的基礎(chǔ)，主要包括高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田的各類數(shù)據(jù)，如圖斑、項(xiàng)目區(qū)、附件資料及相關(guān)管理數(shù)據(jù)、行業(yè)專題數(shù)據(jù)等。這些數(shù)據(jù)需要按照統(tǒng)一的數(shù)據(jù)入庫標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行整合，形成專業(yè)的高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田數(shù)據(jù)庫。

（3）服務(wù)層：服務(wù)層主要負(fù)責(zé)對(duì)上層應(yīng)用提供所需的數(shù)據(jù)服務(wù)，包括地圖服務(wù)、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)服務(wù)、空間分析服務(wù)等。

（4）應(yīng)用層：在數(shù)據(jù)層和服務(wù)層的基礎(chǔ)上，應(yīng)用層為用戶提供數(shù)據(jù)管理、項(xiàng)目及圖斑管理、占用補(bǔ)建、建后管護(hù)、系統(tǒng)運(yùn)維等業(yè)務(wù)應(yīng)用。

（5）表現(xiàn)層：即用戶界面。表現(xiàn)層需要設(shè)計(jì)成用戶友好的方式，使用戶可以進(jìn)行方便操作和交互。

1.2數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

根據(jù)上級(jí)管理部門下發(fā)的基礎(chǔ)資料清單，文章匯總數(shù)據(jù)庫建設(shè)數(shù)據(jù)資料目錄，通過統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，以現(xiàn)有項(xiàng)目區(qū)、圖斑數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，結(jié)合業(yè)務(wù)管理、行業(yè)共享專題數(shù)據(jù)，形成高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田數(shù)據(jù)庫。邏輯上具體劃分為如下6個(gè)數(shù)據(jù)子庫。

（1）項(xiàng)目圖斑庫：項(xiàng)目圖斑庫包括項(xiàng)目區(qū)、圖斑以及規(guī)劃設(shè)計(jì)、竣工驗(yàn)收、現(xiàn)場(chǎng)圖片等附件資料。

（2）后備資源庫：后備資源庫分為耕地內(nèi)后備資源、永農(nóng)內(nèi)后備資源，包括圖斑分布及屬性、利用現(xiàn)狀和宜建條件評(píng)估等。

（3）種植利用庫：種植利用庫包括種植分布、利用情況和相關(guān)屬性以及非農(nóng)化、非糧化監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及分析成果。

（4）占用補(bǔ)建庫：占用補(bǔ)建庫包括被占高標(biāo)項(xiàng)目區(qū)、被占高標(biāo)圖斑、補(bǔ)建高標(biāo)項(xiàng)目區(qū)、補(bǔ)建高標(biāo)圖斑、建設(shè)項(xiàng)目圖斑和相關(guān)屬性以及審批文件、現(xiàn)場(chǎng)圖片、證明材料等附件資料。

（5）建后管護(hù)庫：建后管護(hù)庫包括責(zé)任體系、巡查記錄、問題上報(bào)及處置、考核評(píng)價(jià)等。

（6）專題數(shù)據(jù)庫：專題數(shù)據(jù)庫在項(xiàng)目建設(shè)中收集農(nóng)業(yè)、資規(guī)、發(fā)改、水利等行業(yè)專題數(shù)據(jù)，包括第三次國(guó)土調(diào)查及變更成果、三區(qū)三線劃定、河湖劃界、生態(tài)保護(hù)區(qū)、林地、高分影像等，經(jīng)數(shù)據(jù)治理后，形成標(biāo)準(zhǔn)化的矢量圖層和屬性數(shù)據(jù)表，用于支撐業(yè)務(wù)管理。

1.3功能設(shè)計(jì)

依據(jù)系統(tǒng)需求分析和系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)，在B/S模式下，用戶經(jīng)登錄驗(yàn)證后，點(diǎn)擊進(jìn)入系統(tǒng)的功能主界面。通過建設(shè)數(shù)據(jù)中心、高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田、占用補(bǔ)建、建后管護(hù)、運(yùn)維管理5個(gè)功能模塊實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)管理、統(tǒng)計(jì)分析、業(yè)務(wù)應(yīng)用和地理可視化，摸清建的底數(shù)、夯實(shí)管的基礎(chǔ)、掌握用的狀態(tài)。

2數(shù)據(jù)建庫與系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

2.1數(shù)據(jù)建庫

2.1.1時(shí)空基準(zhǔn)

（1）數(shù)據(jù)庫坐標(biāo)統(tǒng)一采用3分帶投影的CGCS 2000坐標(biāo)系，帶號(hào)為40。

（2）時(shí)間基準(zhǔn)采用公歷紀(jì)元，以北京時(shí)間為基準(zhǔn)。

2.1.2數(shù)據(jù)匯集

根據(jù)總體架構(gòu)及數(shù)據(jù)庫邏輯設(shè)計(jì)，文章分類匯集各類空間與非空間圖文數(shù)據(jù)。

文章按照共建共享的原則建設(shè)基礎(chǔ)空間數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)庫的大比例尺數(shù)字線劃地圖（Digital Line Graphic，DLG）、影像數(shù)據(jù)、三區(qū)三線管理數(shù)據(jù)、國(guó)土調(diào)查及年度變更數(shù)據(jù)等來源于自然資源部門，水源地保護(hù)范圍線、河湖岸線來源于水利部門，自然保護(hù)地?cái)?shù)據(jù)來源于生態(tài)環(huán)境部門，既節(jié)約了項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)，最大化實(shí)現(xiàn)共享，又確保了時(shí)空數(shù)據(jù)的一致性。

農(nóng)業(yè)農(nóng)村管理部門按照清單收集整合竣工圖紙、工程設(shè)施定點(diǎn)定位表、工程設(shè)施矢量數(shù)據(jù)等基礎(chǔ)資料。

2.1.3數(shù)據(jù)處理

文章對(duì)收集的資料開展整合處理，消除冗余、不一致和矛盾的內(nèi)容。

（1）數(shù)據(jù)清洗。

文章首先進(jìn)行數(shù)據(jù)清洗，將收集多源異構(gòu)的數(shù)據(jù)按照業(yè)務(wù)需求，去除異常數(shù)據(jù)、查找數(shù)據(jù)值錯(cuò)誤、數(shù)據(jù)不一致、數(shù)據(jù)缺失等數(shù)據(jù)異常情況，轉(zhuǎn)換成目標(biāo)數(shù)據(jù)要求的形式，并對(duì)錯(cuò)誤、不一致的數(shù)據(jù)進(jìn)行清洗和加工，對(duì)于數(shù)據(jù)缺失的情況則進(jìn)行補(bǔ)充收集或外業(yè)調(diào)查。

（2）坐標(biāo)統(tǒng)一。

為了統(tǒng)一空間基準(zhǔn)，文章通過專業(yè)GIS軟件進(jìn)行坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換，確保各數(shù)據(jù)源坐標(biāo)與高程基準(zhǔn)一致。

（3）統(tǒng)一數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

在數(shù)據(jù)庫建設(shè)過程中，文章首先統(tǒng)一各類成果的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，對(duì)不同數(shù)據(jù)進(jìn)行屬性相似度分析、地類映射等操作，進(jìn)行屬性結(jié)構(gòu)的規(guī)整，形成結(jié)構(gòu)統(tǒng)一、標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫。

2.1.4數(shù)據(jù)質(zhì)檢

文章依據(jù)數(shù)據(jù)檢查驗(yàn)收與質(zhì)量評(píng)定相關(guān)規(guī)定的要求對(duì)入庫數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)量檢查，以確保數(shù)據(jù)符合規(guī)范要求，并按照數(shù)據(jù)入庫的技術(shù)要求，開展入庫前的內(nèi)容屬性、拓?fù)浜拖嗷リP(guān)系合理性檢查，確保每一條記錄能夠按照數(shù)據(jù)庫模型的要求完整入庫。主要檢查內(nèi)容包括：（1）檢查要素類名稱是否符合標(biāo)準(zhǔn)；（2）檢查要素類型是否正確；（3）檢查字段名稱是否存在；（4）檢查空間參考；（5）檢查幾何圖形是否有效；（6）檢查幾何圖形是否包含碎線；（7）檢查幾何圖形是否包含碎面；（8）檢查幾何圖形是否為多部件；（9）檢查幾何圖層是否自相交；（10）檢查必填字段屬性；（11）檢查編碼值是否符合要求；（12）檢查編碼值域。

2.1.5數(shù)據(jù)入庫

（1）地理數(shù)據(jù)入庫。

地理空間數(shù)據(jù)以專題類型為單位整合入庫，按照組織模型以要素?cái)?shù)據(jù)集形式存儲(chǔ)管理。

（2）元數(shù)據(jù)錄入。

當(dāng)各個(gè)數(shù)據(jù)庫中的原始數(shù)據(jù)入庫時(shí)，研究者需要錄入元數(shù)據(jù)信息。為了提高元數(shù)據(jù)查詢檢索的效率，研究者將元數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到Riak分布式存儲(chǔ)系統(tǒng)中，在前端基于Riak實(shí)現(xiàn)元數(shù)據(jù)檢索。在空間地理大數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)中，研究者對(duì)元數(shù)據(jù)模板進(jìn)行管理，將元數(shù)據(jù)信息錄入對(duì)應(yīng)的元數(shù)據(jù)模版，并與實(shí)體數(shù)據(jù)進(jìn)行掛接。

2.1.6數(shù)據(jù)服務(wù)化

所有空間數(shù)據(jù)入庫后，研究者按統(tǒng)一的地理空間信息服務(wù)接口規(guī)范，經(jīng)GIS軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)配圖后，發(fā)布符合OGC規(guī)范的要素服務(wù)、矢量切片服務(wù)等。

2.2系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

2.2.1數(shù)據(jù)中心

基于遙感影像、行政區(qū)劃等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，所建數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)主要以數(shù)據(jù)指標(biāo)、地圖、表格和統(tǒng)計(jì)圖等方式綜合展示高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田數(shù)量、質(zhì)量、分布和利用等情況以及各類專題數(shù)據(jù)，形成統(tǒng)一的高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田數(shù)據(jù)中心，滿足不同要素圖斑和屬性數(shù)據(jù)的查看需求，實(shí)現(xiàn)不同類型、不同年度數(shù)據(jù)對(duì)比分析。例如：管理人員可以將農(nóng)田圖斑與地面坡度大于25°的區(qū)域疊加分析并計(jì)算重疊面積，推送到街道社區(qū)進(jìn)行整改。

2.2.2高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田

所建高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田系統(tǒng)基于地圖界面，以項(xiàng)目區(qū)為基本單元，管理分析高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田圖斑以及建設(shè)項(xiàng)目區(qū)，支持多種方式對(duì)所有上圖的圖斑、項(xiàng)目區(qū)進(jìn)行查詢分析。

（1）數(shù)據(jù)總覽模塊：該模塊用于展示項(xiàng)目區(qū)總數(shù)、建成面積、投資數(shù)額等主要數(shù)據(jù)指標(biāo)，按年度、政區(qū)、地類、質(zhì)量等級(jí)、投資額等單個(gè)條件或多個(gè)條件制作統(tǒng)計(jì)圖表，快速反映高標(biāo)建設(shè)總體情況和年度變化。

（2）項(xiàng)目圖斑模塊：該模塊綜合展示項(xiàng)目區(qū)、圖斑的幾何圖形、屬性表和附件資料，按年度、項(xiàng)目區(qū)名稱、主管部門、質(zhì)量等級(jí)等條件快速查詢，實(shí)現(xiàn)圖表聯(lián)動(dòng)、地圖定位和屬性查看。

（3）后備資源模塊：該模塊是耕地和永久基本農(nóng)田內(nèi)的后備資源面積綜合展示，反映高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田宜建情況，以行政區(qū)為單位，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目區(qū)外的耕地和永久基本農(nóng)田空間分布與數(shù)量的統(tǒng)計(jì)分析和專題圖制作。

（4）種植利用模塊：該模塊綜合展示農(nóng)田種植利用情況，按糧化、非糧、拋荒、非農(nóng)等利用情況和谷類、薯類、豆類等種植分類進(jìn)行分級(jí)管理和統(tǒng)計(jì)分析，制作耕地“非農(nóng)化”、耕地“非糧化”專題地圖和統(tǒng)計(jì)圖表。

2.2.3占用補(bǔ)建

所建占用補(bǔ)建系統(tǒng)綜合展示了高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田被占、補(bǔ)建的項(xiàng)目區(qū)、圖斑和審批文件、現(xiàn)場(chǎng)照片等附件資料，建立占用補(bǔ)建的關(guān)聯(lián)分析，摸清占在哪里、補(bǔ)在哪里，實(shí)現(xiàn)“占補(bǔ)平衡”，在保障地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時(shí)，切實(shí)守住耕地保護(hù)底線。

2.2.4建后管護(hù)

所建建后管護(hù)系統(tǒng)以縣域?yàn)閯澐謫卧?，建立縣鄉(xiāng)村三級(jí)責(zé)任體系，明確各級(jí)責(zé)任單位管護(hù)范圍，確定責(zé)任人和聯(lián)系方式。通過責(zé)任體系、檢查巡查、年度考核3個(gè)模塊統(tǒng)籌落實(shí)建后管護(hù)工作。該系統(tǒng)可定位每一個(gè)街道或社區(qū)管轄的項(xiàng)目區(qū)、圖斑信息，展示圖斑對(duì)應(yīng)地塊詳細(xì)信息，可以查閱任意項(xiàng)目檢查巡查的具體信息，對(duì)各級(jí)街道社區(qū)年度考核信息進(jìn)行統(tǒng)一管理。

2.2.5運(yùn)維管理

所建運(yùn)維管理系統(tǒng)硬件設(shè)施的運(yùn)維主要依托云計(jì)算中心，軟件系統(tǒng)的運(yùn)維管理主要是對(duì)用戶、角色、功能等進(jìn)行管理，包括用戶和部門的增刪改查等操作以及用戶的賬號(hào)、密碼及對(duì)應(yīng)角色數(shù)據(jù)訪問權(quán)限控制。

3系統(tǒng)應(yīng)用

文章開發(fā)的高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田時(shí)空數(shù)據(jù)一張圖系統(tǒng)已在江蘇數(shù)個(gè)區(qū)縣投入應(yīng)用。

（1）一張圖建設(shè)系統(tǒng)能夠摸清高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田的家底，實(shí)現(xiàn)了“以圖管田”，形成了支撐管理工作的一張底版、一套數(shù)據(jù)和一個(gè)平臺(tái)。

（2）一張圖建設(shè)系統(tǒng)通過建立高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田管理工作與自然資源管理部門業(yè)務(wù)的對(duì)接工作，實(shí)現(xiàn)耕地占補(bǔ)平衡、城鄉(xiāng)建設(shè)用地增減掛鉤、執(zhí)法監(jiān)察等共享數(shù)據(jù)的融合分析，動(dòng)態(tài)掌握耕地變化和違規(guī)占用情況，摸清了后備資源及動(dòng)態(tài)變化。

（3）一張圖建設(shè)系統(tǒng)通過數(shù)字化管理手段，嚴(yán)格落實(shí)占用補(bǔ)建，確保占一補(bǔ)一，強(qiáng)化全要素建后管護(hù)，確保農(nóng)田及設(shè)施管護(hù)到位，切實(shí)提升了管理質(zhì)效。

4結(jié)語

研究者后續(xù)將持續(xù)深入應(yīng)用大數(shù)據(jù)、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)等信息技術(shù)，構(gòu)建動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)監(jiān)管體系，為高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田管理工作提供更精準(zhǔn)、實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)分析和決策支持［7-8］，例如：通過多期高分辨率遙感影像自動(dòng)化分類和解譯分析，動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)過程；通過變化圖斑與規(guī)劃圖/竣工圖的套合對(duì)比分析，生成監(jiān)測(cè)分析報(bào)告，實(shí)現(xiàn)對(duì)建設(shè)工程的完成情況進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，提升高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)綜合監(jiān)管效能。未來，研究者可進(jìn)一步結(jié)合自然資源、生態(tài)、水利部門共享數(shù)據(jù)，開展工程設(shè)施數(shù)量核查與管護(hù)狀態(tài)評(píng)估、地力信息采集與評(píng)估、糧食產(chǎn)量調(diào)查與產(chǎn)能評(píng)估、未建區(qū)域宜建條件評(píng)估等核查評(píng)估工作［9］，夯實(shí)管理部門“以圖管田”的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

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（編輯王永超編輯）

Practice of constructing one map of high standard farmland spatio-temporal data

SONG" Faqi， YAN" Wangbo， LU" Fanfan

（Provincial Research Institute of Surveying and Mapping， Nanjing 210013， China）

Abstract： In order to promote the digital management of high standard farmland projects at city and county level， this article summarizes the experience of geographic information service high standard farmland informatization construction. Through the centralized management of high standard farmland related data， a unified high standard farmland database is formed， and the development of the function of a map of high standard farmland spatio-temporal data is realized. By providing an integrated service model of “1 platform + 1 set of data + N services” to agricultural and rural departments and industry users at all levels， the proposed scheme can fully grasp the quantity， quality， distribution， utilization status， and reserve resources of high standard farmland， achieving the effect of “managing fields with pictures”， classified management， and precise policy implementation.At the same time， it provides scientific and accurate data support for government decision-making.

Key words： high standard farmland; geographic information system; one map; spatio-temporal data