甘肃省高效节水灌溉项目信息管理系统开发与应用

马 国 印

(甘肃省农村饮水安全管理办公室 ，兰州 730000)

0 引 言

近年来，在国家有关部委和省级有关部门的大力支持下，甘肃省高效节水灌溉工程建设快速推进，先后实施了中央财政小型农田水利重点县项目、中央财政统筹从土地出让收益中计提农田水利建设资金项目[1]、甘肃省规模化节水灌溉增效示范项目、牧区节水灌溉示范项目和甘肃省河西走廊国家级高效节水灌溉示范区项目、以色列政府贷款农田水利建设等项目，建成了一大批高效节水灌溉工程，为缓解区域水资源短缺造成的供需矛盾，使有限的水资源发挥更大效益，提高农业综合生产能力、增加农民收入、保障粮食安全和促进地方经济的发展做出了突出贡献。

为全面、系统、高效的管理甘肃省节水灌溉工程，转变管理模式，由传统管理模式转变为信息化技术管理，由粗放管理模式转变为精细化管理，由静态管理模式转向动态管理，开发建设了《甘肃省高效节水灌溉项目管理系统》，通过数字化和信息化技术，利用GIS(地理信息系统)平台，对项目实施区进行图斑化处理，完成图、表的有机结合，实现项目区基础资料的编辑、查询和汇总统计等功能，为相关部门提取准确的数据信息及决策分析提供支撑。

1 总体框架设计

1.1 技术定位

甘肃省高效节水灌溉项目管理系统本着满足当前工作，形成连接本辖区行政区划树型结构，依托现有网络，建设结合实际、规范技术标准，以“一张图、一个库”的设计理念，基于GIS系统和WEB模式，建设甘肃省高效节水灌溉项目微云，实现全省高效节水灌溉项目互联互通和信息共享。

1.2 系统框架

系统以全省水利一张图、一个库为目标，基于在线天地图的电子图和影像图，叠加高效节水灌溉项目片区图层，基于互联网实现按行政区划、建成年份、水源类型、节灌形式等，综合管理和展示我省已建高效节水灌溉项目的总体情况、所处位置及各项具体指标。根据应用的需求，用户可参考高精度影像图，远程标绘高效节水灌溉项目片区的位置、范围、面积，并结合项目的属性数据，由系统自动核算图形面积，提高项目片区的数据准确性，实现图表一体化的属性数据和空间数据查询和汇总统计功能。系统总体架构分为三层，即应用层、WEB服务层、数据层，如图1所示。

图1 系统总体架构图

1.3 系统体系

软件体系：在系统体系结构上，采用先进成熟的技术，在设计思路上，采用J2EE架构，SHH框架进行开发，以保证系统在3～5年内具有一定的先进性。

硬件体系：采用核心处理(公共服务处理)服务器，选择适当超前的PC服务器，按照业务要求配置1路、2路或4路以上CPU，内存配置采用CPU数据乘2的经验公式配置。采用LPAR逻辑分区技术在服务器上同时安装应用服务和数据库服务。

2 系统主要功能研究

2.1 高效节水灌溉项目“一张图”信息系统

(1)地图操作功能。基于“一张图”，实现了高效节水灌溉项目分布的在线查看功能。地图在线查看浏览功能是由程序自动调用在线天地图服务，叠加后台高效节水灌溉片区空间数据库服务实现。用户可随意进行地图平移、缩放、面积测量等操作，同时可以任意选择打开或关闭其中任何图层，以便获取想要的信息[2]。

(2)基于Spatial ETL Tool的数据批量处理模型。基于ARC Gis的Spatial ETL Tool，根据片区属性，建立数据处理模型，可将大量通过“四至坐标”采集的高效节水灌溉片区数据表格批量转化为形图，极大降低大量已有数据的图形转化工作。如图2所示。

图2 Spatial ETL Tool数据处理模型

(3)实现远程数据的采集功能。系统以高精度的影像图叠加电子图层作为基础工作底图，县级操作人员可以参考影像图，远程标绘高效节水灌溉项目的片区，同时完成对项目片区属性数据的采集工作；市级操作人员可根据县级操作人员标绘的信息，结合县级上报的高效节水项目建设方案、初设等内容进行相应的图上审核。

图3 远程数据采集功能示意图

2.2 数据搜索查询及分类统计功能

(1)搜索查询功能。搜索查询分为两种不同形式，一种为输入需要查询的文字信息，查询到相关内容后以列表形式列出，用户点击结果列表中相应的信息后，自动跳转至地图对应位置，显示图像信息。另一种方式为用户在浏览专题图的过程中，点击图中相应的信息点，系统将相关查询到的信息以弹出信息框的形式展示出来[3]。

(2)信息分类汇总统计功能。地理信息系统查询仅能对个别工程信息进行直观的查询显示，无法从全局角度对高效节水灌溉项目信息进行一个统计汇总查询。因此本研究开发了信息分类汇总查询功能，可以实现按项目分类、行政区划、建设年份、灌溉类型、水源类型等对数据进行分类汇总显示和导出，该功能可以使决策者从宏观角度把握全省、市州、县区工程情况。

图4 数据汇总统计功能示意图

2.3 高效节水灌溉项目信息与图形的核准功能

动态计算每个灌溉片在图上的面积的功能，便于用户进行标绘后，与实际面积进行比较。由于图上面积动态计算采用的投影面积，根据甘肃省的地形条件看，河西平原地区，两者之间的误差较小，而河东及中部山区丘陵地区，两者之间的误差会较大。

图5 图形的核准功能示意图

2.4 移动端数据查询采集功能

基于安卓系统，在移动端实现地图定位及数据查询功能，通过手机定位，查询当前处置的高效节水灌溉片区是否属实及相应的属性数据资料；通过手机移动位置，采集高效节水灌溉片区的“四至坐标”并输入基本的属性完成片区数据的采集；通过手机拍照上传完成高效节水灌溉片区的现状照片采集。

图6 移动端数据查询采集功能示意图

3 系统的创新性

3.1 采用树型结构的高效节水灌溉项目管理模式

根据甘肃省已实施的高效节水灌溉项目，按照市(州)-县(市区)-高效节水灌溉项目-灌溉片区共四层的树型结构管理模式，实现了全省高效节水灌溉项目区图斑化四至坐标管理，图斑属性具有选中、导入未审核、采集未审核、审核通过、验收通过、验收未通过等多种属性，并以不同的颜色区分具体的属性类别。

3.2 LRU缓存和卡马克缓存算法的应用

采用高精度影像图，使用LRU缓存和卡马克缓存算法优化地图显示，把探索和确定性因子分析法拓展到全省高效节水灌溉项目片区空间数据上，以在线天地图的影像图和电子图基础工作地图，采用云服务的模式，使用自动更新后的底图做参考，相比离线地图则减少了大量的地图更新的工作量和费用；使用LRU缓存和卡马克缓存算法，极大地提高了地图显示的速度；把探索和确定性因子分析法拓展到高效节水灌溉项目与片区的属性数据和空间数据的对应关系上，使得灌溉片区与隶属的项目产生了较好的关联；图斑化的管理方法直观方便地使项目片区落地实施，有效防止了同一块地多个项目实施和无耕地进行高效节水灌溉项目的套取国家投资和重复建设行为。

3.3 移动端空间聚类算法的应用

将空间聚类算法(moran's i, general G 等基于平面的算法)应用至android移动平台，实现了移动端高效节水灌溉项目片区图斑的远程标绘及信息采集功能。移动端系统脱离了移动GIS服务，将空间聚类算法应用至android移动平台，较大的节省了每个客户端需要安装时，首先得购买移动GIS服务的费用；具有定位、点选、标绘、属性数据输入、拍照上传、查询等功能。

3.4 基于Spatial ETL技术的高效节水灌溉项目片区位置数据处理模型

采用Spatial ETL技术，建立高效节水灌溉项目片区位置数据处理模型，通过对整理好的海量地理坐标信息进行可视化图形转换运算操作，实现了批量数据的自动图斑化生成功能[4]。

4 系统推广应用价值

自2014年起，甘肃省水利厅将高效节水项目审批权限下放至市州水务部门，并对项目申报、实施、检查、验收提出更高要求。一是确定了“不新打机井、不新增灌溉面积、不新增用水量”、支持贫困地区、支持特色农业发展和扶贫攻坚相结合的项目立项审批原则。二是根据不同水源和不同灌溉形式，实行资金差别化补助。三是将农业经济合作组织、农民用水者协会、土地流转大户、农场企业等新型农业生产经营主体纳入高效节水灌溉项目的申报范围。四是把土地规模集中经营、农业种植结构调整、群众意愿作为项目立项的先决条件，优先选择在土地流转规模大、作物种植结构统一、群众积极性高的区域实施。五是推行“四至坐标”定位管理，实行开工前和竣工后两公示制，主动公开项目建设规模、资金来源、实施地点、目标任务、建设主体、施工工期等信息，公布举报电话和信箱，接受社会监督。

开发建立“甘肃省高效节水灌溉项目信息管理系统”，县级可远程上报高效节水灌溉项目建设内容、拟实施的位置、实施面积等基本信息；市级可通过系统，远程进行项目审核，为项目的立项、验收、管理提供直观的方法；省级可通过电子图、影像图等基础属性，直观、快捷的对全省分年度、分项目类型、水源类型等对高效节水灌溉项目实现管理；项目核查时，可通过定位，查看高效节水片区的基本属性，并可通过移动端采集片区节点坐标并上图，实现拍照上传功能，直观反映当前片区的实施效果。从而使高效节水灌溉项目初始申报更加严格，项目审批速度更加快捷，项目建设和运行管理更加透明，建设管理由粗放式管理转为精细化管理。

5 结 语

本研究目的是响应国家对高效节水灌溉项目管理的政策规划，为全面、系统、高效的管理我省节水灌溉工程，转变管理模式，由传统管理模式转变为信息化技术管理，由粗放管理模式转变为精细化管理，由静态管理模式转向动态管理转变，实现项目区基础资料的编辑、查询和汇总统计等功能，为相关部门提取快速准确的数据信息及决策分析提供支撑。本研究探索的管理模式和技术方法对全省其他水利项目的管理也有很好的参考和借鉴意义。

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