基于GIS 和无人机遥感的农业“两区”划定的研究与应用

陈 兴，邹 蜜，延艳彬，文 波，刘 东

（重庆地质矿产研究院，重庆 401120）

随着中国全面部署粮食生产功能区和重要农产品生产保护区（以下简称“两区”）的划定和建设工作的开展，新形势下原有监管模式存在着基础信息量大、数据转换难以及数据库标准不统一、外业实地勘察情况复杂、多平台协作困难等问题[1]。利用GIS（Geographic Information System）技术可提高空间信息处理能力和提供强大的决策支持服务，该技术已被广泛应用于多个领域[2]。利用无人机遥感技术可以方便快捷获取国土、资源、环境等的空间遥感信息。本文以无人机遥感影像在“两区”划定项目中的应用为基础，利用传统的桌面端GIS 技术、新一代的移动端GIS技术和Web 端WebGIS 技术，研发出一种自动化程度高、信息化能力强以及多平台协同作业的基于GIS 和无人机遥感影像的农业“两区”划定系统，以期在农业“两区”划定项目过程中提高工作效率，规范管理流程并提供技术支撑。

1 系统分析与设计

1.1 系统目标

基于GIS 和无人机遥感影像的农业“两区”划定系统的构建，旨在通过网络运用GIS 强大的空间分析及管理功能，为“两区”划定提供科学、系统和可视的分析和决策管理工具。用户应能通过网络访问系统，实现基本的GIS 功能，如缩放、漫游、测距、属性信息查询、地理要素查询，授权用户还可通过网络直接使用空间分析、专题图制作等功能。系统应设定权限管理，只有被赋有权限的用户才能对系统进行维护和管理。系统应能支持多用户并发访问时的负载平衡，提供高性能的空间信息服务。

1.2 系统总体设计

农业“两区”划定系统的总体设计分为表示层、业务层和数据层3 部分，按模块划分为桌面端和网络端2 部分。桌面端的表现层采用Winform 实现，并使用WPF 进行页面设计。网络端表现层地图部分由ArcGIS API for JavaScript 实现，业务和后台部分由前端框架实现。服务层由ArcGIS Server 提供，Web 服务由JavaWeb 提供。数据库方面被划分为地理数据库和Web 关系数据库，其中地理数据库存放地理数据等，Web 关系数据库存放用户信息、工作流信息和项目信息等，具体设计如图1所示。

图1 “两区”划定系统总体设计图

1.3 系统功能设计

基于无人机遥感的“两区”划定项目管理信息系统由两区划定管理信息平台、电子政务平台以及外业调绘平台3 大模块构成。包含的功能如下：①桌面端GIS 平台功能为“两区”数据映射导入、“两区”数据编辑、“两区”数据拓扑检查、“两区”公示图自动生成、“两区”成果数据一键导表、外业调绘数据导入；②网络端GIS 平台功能为用户权限控制、WebGIS 模块、工作流模块；③移动端GIS 平台功能为精准定位、用户权限控制、“两区”数据分类加载、“两区”外业数据编辑、“两区”外业调查导出。

1.4 数据库设计

“两区”划定系统的数据库的设计分为空间数据库设计和非空间数据库设计2 方面。空间数据库主要用于桌面GIS 应用和WebGIS 服务，包括项目区的几何属性和属性数据；非空间数据库用于网络端系统的后台权限和上报系统的构建。按照数据内容划分，空间数据库包括矢量数据和栅格数据。栅格数据库主要存放无人机遥感影像，矢量数据库存放宗地信息以及项目区域的属性结构表。空间数据库的内容包括行政区域、坡度图、地类图斑、线状地物、零星地物、基本农田保护区、承包方、流转合同、作物类型及其面积、划定成果等信息。非空间数据主要用于Web 端的权限管理、日志管理、图片管理、文档管理。

2 系统开发与实现

2.1 关键技术

2.1.1 无人机遥感影像在“两区”划定项目中的应用

将无人机遥感技术应用到“两区”划定项目准备工作、图件编制、公告公示、数据建库、“两区”管护及标志牌设立、检查验收、成果管理共8个关键环节的实际工作中。无人机遥感技术与传统的卫星遥感技术相比优势明显，普通的卫星遥感影像定期下发，且分辨率一般为5～10 m，而无人机航测获取的影像图分辨率可达到10～20 cm，是普通卫星影像分辨率的50倍左右，所以无人机遥感影像能够更加科学准确反映项目区实际情况，它的时效性更强、精度更高，特别是在“两区”片块和地块的内业勾绘工作中免去了大量的外业实地勘测工作。

2.1.2 ArcGIS 二次开发技术

“两区”划定系统采用ArcGIS 二次开发技术，一方面可充分利用GIS 的优点（图形和属性一体化），方便“两区”划定工作人员管理和查看“两区”划定项目信息，并且利用GIS 强大的空间分析能力；另一方面，利用GIS 二次开发技术可以便捷、无耦合地与其他二次技术相结合，实现“两区”划定项目数据的自动导入、分析与导出[3]。

2.1.3 Web 开发分层架构设计

Web 开发技术主要用于电子政务平台的搭建，作为桌面端“两区”划定管理信息平台的补充，电子政务平台主要用于“两区”划定数据的数字化管理和共享，主要实现电子地图服务浏览与查询、“两区”划定成果文档管理、“两区”公示牌信息管理和补贴申请审批功能[4]。

2.2 开发平台

采用WPF 技术设计了“两区”划分管理信息平台的主界面，其主要功能是管理地图服务和管理“两区”数据[5]。采用ArcGIS Engine 技术进行二次开发，系统采用C/S 架构，数据库采用SDE，数据库访问技术采用实体框架，整体采用三层架构。WebGIS 前端开发采用ArcGIS API for JavaScript，业务前端实现采用Boostrap 和MVC[6]。

2.3 系统部分功能和实现

2.3.1 数据编辑功能

数据编辑主要是在内业工作中对“两区”地块（LQDK）、片块（LQPK）范围的勾绘以及属性数据的输入。主要功能包括属性编辑、节点编辑、要素分割、捕捉等要素编辑功能以及地图服务一键同步功能。其实现方式主要为通过遥感图像与“两区”矢量图层的叠加，根据遥感影像上耕地图像信息进行勾绘。在确认所有“两区”图层数据编辑完成后可通过点击地图服务更新按钮同步ArcGIS Server 上的地图服务。数据编辑界面如图2所示。

图2 数据编辑界面

2.3.2 面积计算功能

“两区”面积计算主要功能包括“两区”地块、片块的椭球面积计算、“两区”面积计算。在实际操作过程中只需先点击椭球面积计算过后再点击“两区”面积计算即可，此过程由于算法复杂以及涉及图层较多，因此所花费的时间较长（2.5 h 左右能计算整个项目区所有的地块、片块面积）。面积计算界面如图3所示。

图3 “两区”面积界面

2.3.3 地图数据查询功能

“两区”地图数据查询由点击查询和输入查询组成，其中点击查询通过点击特定“两区”地块进行弹窗查询结果的查询，具体如图4所示。

图4 点击查询界面

2.3.4 外业调绘功能

外业调绘功能模块主要通过提供不同的编辑工具为外业调绘工作人员提供编辑功能。调绘界面如图5所示。

图5 调绘界面

3 结语

本文利用桌面端、网络端、移动端将GIS 开发技术以及企业级Web 开发技术、工作流技术相结合，并应用了“两区”划定项目的重要成果。结合系统截图说明了系统的部分功能以及部分业务流程。结果表明了“两区”划定系统的真实性、可行性与高效性，并取得了不错的效果，系统的实现简化了“两区”划定项目工作流程。但是，研究过程中实测数据和资料数据都有限，数据不够丰富，系统中数据库内容较少；同时，虽然系统能够实现内、外业数据的处理与编辑，提供了信息的查询与管理功能，而在数据的分析处理方面还有一些欠缺，这也是下一阶段需要改进的地方。