农用地信息化管理研究与开发

金山区是上海的农业大区，近年来随着经济社会的快速发展和城市化进程的不断加快，金山区农用地日益紧缩，农用地供需矛盾加剧，耕地保护任务艰巨。因此，了解金山区农用地利用现状，调整用地结构，优化空间配置对金山区农业经济发展和社会稳定显得尤为重要。近年来，以3S（GIS、GPS和RS）[1]、物联网（IoT，nternetofthings）[2]、大数据（bigdata）[3，4]等为代表的新一代信息技术逐渐被广泛地应用于各行各业，成为推动农业现代化发展的重要力量。本文以金山农用地信息化管理为研究目标，基于GIS技术手段，针对空间数据的分析与管理环节，探讨了物联网监测数据、GIS空间数据与计算机软件系统的融合研究与应用，建立了金山区农用地信息化管理系统，以期为农业生产管理提供更便捷的应用服务。

一、系统的总体设计

（一）系统目标

（1）全面查清金山区范围内的农用地利用状况，建立和完善农用地调查、统计和登记制度，满足经济社会发展及农用地资源管理的需要。（2）采用数据“通存通取”机制，整合金山区农业用地的分类、使用信息以及种植养殖业务所涉及的相关资料，建立高精度“数字基础地形数据库”“农业用地分布数据库”“农业专题业务数据库”等。（3）基于B/S框架，实现基于金山区农业用地信息化管理平台为统一信息门户的“一站式”登陆和应用服务。（4）开发金山区农业用地田块的管理功能，实现各农用地项目成果在地图上的准确定位、准确分析并动态了解金山区农业规划发展趋势。（5）开发金山区农用地用途及种植、养殖的管理功能，实现农用地用途及种植品种填报、统计功能，为各级业务部门监督农用地利用及建设情况提供直观的图形化分析工具，为农用地建设项目提供决策依据。（6）建立灵活的组织机构、角色、权限配置管理。系统采用灵活的、可伸缩的组织机构、角色、权限配置管理，使用户可以根据当前组织架构配置系统的实体使用环境，也支持当现有组织架构发生变化后根据新环境重新配置实体使用系统。

（二）系统总体架构

系统总体逻辑结构框架可分为三个层次：数据服务层、应用分析层和人机交互层（图1）。应用分析层通过人机接口与决策分析人员和决策者交互，在数据服务层的数据、模型和应用分析层众多功能的支持下，完成信息编辑、查询、统计、分析等各种需求。

二、系统实现

（一）系统建设原则

金山区农用地信息化管理平台是一项覆盖金山全区、专业性极强的系统工程。系统建设遵循统一、可扩展、稳定、安全、可维护、易用的设计原则。在平台开发过程中，不仅要实现在建平台与已有系统的应用集成，同时也要考虑到未来工作中可能出现的新业务和新变化。因此，在满足现有业务需要的前提下，可灵活扩展本系统，使平台具备较强的适应能力；实现7×24小时的99%在线数据服务，数据库服务器、应用服务器的CPU、内存等关键参数应避免产生剧烈波动，数据库连接池、线程池应保持稳定，避免死锁和长时间排队；网络安全与现有机房环境的安全设备兼容，关键数据进行加密传输，利用现有的备份机制、身份验证、角色权限进行控制，对关键业务的关键操作进行日志记录；使系统管理员集中方便地配置、监视、控制、诊断整个平台，并且能够监视和控制用户情况，通过专用的系统管理工具实现对平台各功能模块的配置、控制、监视、诊断等；考虑到平台的使用者计算机操作水平参差不齐，界面设计应做到简洁、友好、符合用户工作习惯，并提供充分的即时、在线帮助等智能服务，方便用户使用。所有输入输出界面应满足用户办公需求，按用户要求定制；在数据建库与平台设计和开发过程中，遵循国家、农业部及地方的标准规范，严格遵守信息系统标准化与规范化要求，保证信息系统的规范性和实用性。

（二）采用技术及建设内容

考虑到在整个软件设计的过程中必须遵守多层体系设计模式，因此采用组件技术实现基础模块，具有可复用性、灵活性、开发性和扩展性等特点。本系统采用SOA架构思想，以通用性、稳定性为主导，进行分层设计和开发，横向以功能类别为导向，纵向以服务内容为导向，逐级设计，逐步细化各组件的颗粒度。系统包含8个组成部分（图2），其中系统管理机制、系统安全机制、信息分类与编码体系、数据更新与维护机制贯串于系统始终。前两者为系统的运行管理与安全提供保障；后两者为数据库的更新维护提供保障。系统管理机制：为整个系统提供一个统一的管理功能，包括用户管理、授权管理、应用管理、数据备份等。系统安全机制：安全性是系统和数据库建设的一个重要原则。安全隐患可能存在于构成系统的各个要素上，包括网络、服务器、存储、操作系统、数据库、中间件、组件平台、应用系统、人员等。因此，系统需要一个全面的安全机制。信息分类与编码体系：在系统建设之初就建立信息分类与编码体系标准，并且在系统的整个生命周期中贯彻执行，保证数据的共享与交换。数据更新与维护机制：在系统建设之初搞清各类数据的来源，并在此基础上明确数据更新与维护的责任单位以及数据更新的周期，形成一套完善的数据更新与维护机制。系统平台：提供数据库建设与系统运行的软硬件系统环境。数据库：按照信息的类型，将信息资源分为空间数据库、非空间数据库和多媒体文档三个逻辑组成部分。空间数据库由空间数据库引擎管理，保存空间数据信息；非空间数据库与地理位置无关的信息数据，包括各专业部门必要的办公和业务的信息、部门信息、人员信息、元数据信息等；多媒体文档保存各种非结构化的信息，包括扫描图纸、声音、录像等，并建立必要的全文检索引擎，它在实现上可以基于关系数据库或文件系统。应用服务平台：提供一系列的工具和通用系统，使得各业务单位能够比较快速地建立上层应用系统。应用系统：建立在应用服务平台之上，实现具体的应用功能的部分。另外在进行农用地信息数据采集填报之时，通过具体的地理位置以及用途分类建立农用地地块唯一编码，提高数据采集的效率以及准确度。

三、系统应用

金山区农用地信息化管理系统包括地图管理基本模块、数据填报模块、综合查询模块、综合统计模块的开发、数据字典管理维护、接口开发以及区域特色功能开发等。（1）地图管理基本模块。该模块包含GIS基础应用操作，如地图浏览、地图漫游。（2）田块管理模块。该模块提供田块信息的编辑、变更、信息更新、新建田块、田块编码生成、图形修改、田块删除、田块拆分、合并等功能。（3）数据填报模块。该模块包括农用地用途、使用信息及种养殖信息的录入、修改、删除以及数据的逻辑校验等功能。（4）综合查询模块。该模块包括农用地现状查询、农用地历史记录查询、农用地养殖户查询分析、农用地种养殖查询分析等。根据地区、年份及属性查询基表，根据地区、年份及属性查询综表，根据自定义条件组合查询基表。对符合条件的农用地在地图上显示。（5）综合统计模块。该模块能根据行政区域及年份生成各类总表，按用途、使用信息、种养殖品种进行对比、汇总，统计结果以农用地统计专题图形式呈现。（6）数据字典管理。根据土地类型[包括粮田（设施粮田、一般粮田），菜田（设施菜田、一般菜田），规模化畜禽养殖场，经济果林，水产养殖，花卉，苗木，林地等]；使用状况，种植养殖标准和类型等类别分类构建数据字典，同时建立对应的数据库进行存放，可以对已有类别进行编辑、删除操作，也可以添加全新的农用地分类标准，在不同标准下同样设置新增、编辑以及删除功能，可以进行数据元素的管理。（7）接口开发。系统与现有的“上海市涉农补贴资金监管平台”“农村土地承包经营信息管理系统”“农用地综合管理平台”“上海农业云平台”“金山现代农业大数据平台（在建）”等实现业务和数据层面的互联互通、无缝对接，并采用统一的技术标准、统一的编码规范、统一的数据结构、统一的网络环境进行建设开发。（8）区域特色功能。完成了粮食功能区、设施菜田功能区、畜禽水产、休闲农业、农业研发中心（研究所）、“鑫品美”草莓加盟户等区域特色空间数据入库，信息查询，相关的信息统计功能等。

四、结论与讨论

农业土地资源是人类赖以生存的不可再生资源，是人民生活和国家经济建设的物质基础，农业用地资源的合理配置和科学管理是保证农业生产可持续发展和农村社会稳定的重要因素。本文通过GIS技术联系物联网智能监测与计算机软件系统，建设了一套针对金山区农用地信息化的数字管理工具（图3~图5），有效整合了金山区农用地信息。而且基于高效的数据维护和管理机制，展示了金山区农用地使用信息，满足了各级农业管理部门及时掌握农用地现状信息，便于科学管理和规参考文献划。然而，由于时间仓促，技术水平等限制，系统目前还存在着统计、导出功能尚待进一步开发，系统界面、色块需优化等问题，但随着系统的运行和不断完善，该系统必将对上海市及全国范围内的农用地管理起到积极作用。

作者:冯连芳 邱永炜 杨 昕 单位:1.上海市金山区农业信息服务中心 2.上海农易信息技术有限公司