董春巖

（農(nóng)業(yè)農(nóng)村部信息中心，北京100125）

0 引言

農(nóng)業(yè)信息化是農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的制高點，已經(jīng)成為國際農(nóng)業(yè)發(fā)展的熱點方向之一［1］，地理信息技術(shù)在農(nóng)業(yè)農(nóng)村領(lǐng)域的應用不斷深入且日益普及，是發(fā)展“數(shù)字農(nóng)業(yè)”“智慧農(nóng)業(yè)”“數(shù)字鄉(xiāng)村”的重要支撐技術(shù)［2］。

GIS作為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的重要支撐技術(shù)和手段，目前已經(jīng)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用［3］，而隨著GIS技術(shù)的不斷發(fā)展，在農(nóng)業(yè)農(nóng)村各領(lǐng)域中的應用將不斷深化［4-5］。然而，農(nóng)業(yè)因其弱質(zhì)性、變量因素多、時空差異大、業(yè)務深度融合難度大、農(nóng)村地理空間范圍廣、數(shù)據(jù)類型多種多樣等原因，對信息技術(shù)需求迫切，農(nóng)業(yè)農(nóng)村需要形成具有自身鮮明特點的信息技術(shù)體系［6］。

近年來，隨著國內(nèi)外地理信息系統(tǒng)技術(shù)的應用［7］，地理信息系統(tǒng)的建設(shè)存在各自為政的問題［8］，部門間“信息孤島”現(xiàn)象凸顯［9］，尚未建立起協(xié)同服務和信息資源共享的業(yè)務運行模式［10］。由于不同的行業(yè)部門采用不同的GIS軟件，各部門數(shù)據(jù)采集和管理的方法不同，基于商業(yè)的GIS軟件又做了不同程度的二次開發(fā)，于是形成了許多獨立、封閉的系統(tǒng)，對數(shù)據(jù)的共享造成了很大的障礙［11］。同樣的問題困擾著農(nóng)業(yè)農(nóng)村管理部門，為了解決這些問題，急需探索和研發(fā)統(tǒng)一的農(nóng)業(yè)農(nóng)村地理信息服務平臺，面向行業(yè)需求快速搭建GIS應用系統(tǒng)［12］。

為實現(xiàn)農(nóng)業(yè)行業(yè)地理空間數(shù)據(jù)和服務共享，搭建跨部門、跨層級的地理信息服務平臺，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部組織搭建了國家農(nóng)業(yè)農(nóng)村地理信息服務平臺，該平臺依托國產(chǎn)化超圖軟件進行開發(fā)設(shè)計，將地理信息技術(shù)與云計算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、移動互聯(lián)等新一代信息技術(shù)融合，結(jié)合農(nóng)業(yè)農(nóng)村業(yè)務實際應用，實現(xiàn)對農(nóng)業(yè)農(nóng)村政務信息資源的可視化發(fā)布、數(shù)據(jù)更新和地圖服務，開展與各省級農(nóng)業(yè)農(nóng)村部門地理信息服務和數(shù)據(jù)的共建共享，全面提升農(nóng)業(yè)農(nóng)村信息化水平，構(gòu)建農(nóng)業(yè)農(nóng)村信息資源一張圖，從而實現(xiàn)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的可視化管理和科學化決策［13-14］。

1 國家農(nóng)業(yè)農(nóng)村地理信息服務平臺架構(gòu)

依托國家農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)中心的軟硬件基礎(chǔ)設(shè)施資源，搭建國家農(nóng)業(yè)農(nóng)村地理信息服務平臺，完成對農(nóng)業(yè)農(nóng)村業(yè)務數(shù)據(jù)空間化展示、地圖發(fā)布及底圖調(diào)用，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)農(nóng)村空間信息資源的共建共享，逐步建成農(nóng)業(yè)農(nóng)村政務信息資源“一張圖”。國家農(nóng)業(yè)農(nóng)村地理信息服務平臺的總體架構(gòu)包括6個層次、3大體系，見圖1。

1.1 6個層次

（1）硬件基礎(chǔ)設(shè)施層

硬件基礎(chǔ)設(shè)施層是將計算資源、存儲資源、網(wǎng)絡(luò)資源、信息安全設(shè)備等物理資源進行整合，按照云服務模式和云架構(gòu)建立共享資源池，形成可按需動態(tài)擴展的高性能計算環(huán)境、大容量存儲環(huán)境，滿足海量農(nóng)業(yè)空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)存儲、高并發(fā)用戶業(yè)務辦理和信息共享查詢以及各分節(jié)點業(yè)務系統(tǒng)接入平臺的需要。

假設(shè)在用戶用電量確定基礎(chǔ)上，審視各種能源情況，目前核聚變發(fā)電還在試驗階段，產(chǎn)業(yè)化還未排出時間表；核裂變發(fā)電由于安全性及基于核廢料的環(huán)保處理難題的考慮，目前主要在沿海建設(shè)，規(guī)模也不會像原來燃煤電廠那樣大規(guī)模發(fā)展；電能大規(guī)模經(jīng)濟儲存還有困難；風電、光伏發(fā)電受天氣影響，不太穩(wěn)定，同時對電網(wǎng)穩(wěn)定性有一定影響；水電在枯水期或干旱天氣會影響發(fā)電能力。目前上述問題主要由煤電作為調(diào)劑，但煤電被替代為清潔能源后，需要一種不受季節(jié)、天氣影響、能隨時調(diào)峰、具備清潔能源特征的能源作為支撐，以確保全國電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行，而天然氣分布式能源能滿足上述要求。

（2）軟件運行環(huán)境層

軟件運行環(huán)境層是關(guān)系型數(shù)據(jù)系統(tǒng)、非關(guān)系型數(shù)據(jù)系統(tǒng)、GIS軟件、遙感處理軟件、分布式文件系統(tǒng)、應用服務器中間件、目錄服務器等為農(nóng)業(yè)地理信息平臺提供部署和運行所需的基本軟件環(huán)境。

（3）信息資源層

信息資源層是基于分布式信息資源管理模式和統(tǒng)一的信息資源目錄，在農(nóng)業(yè)資源整合的基礎(chǔ)上，對體系內(nèi)的分布式、多比例尺、異構(gòu)、海量的現(xiàn)狀、規(guī)劃、管理等空間地理信息進行整合與綜合管理，實現(xiàn)空間信息的統(tǒng)一組織、無縫銜接、統(tǒng)一服務、高效應用。

圖1 國家農(nóng)業(yè)農(nóng)村地理信息服務平臺架構(gòu)Fig.1 The framework of national agricultural and rural geographic information service platform

（4）應用支撐層

應用支撐層包括“云資源管理”和“開發(fā)與運行支撐”兩部分。云資源管理部分的主要職能有兩個方面：云服務資源的管理，包括服務注冊、服務發(fā)布、服務調(diào)度、服務監(jiān)控等；對云數(shù)據(jù)資源的管理，包括數(shù)據(jù)接入、數(shù)據(jù)資源目錄管理、數(shù)據(jù)調(diào)度、數(shù)據(jù)監(jiān)控等。開發(fā)與運行支撐部分提供成熟的系統(tǒng)開發(fā)和運行框架以及豐富的組件及服務，包括大數(shù)據(jù)管理、服務總線、數(shù)據(jù)總線、PORTAL、統(tǒng)計分析、授權(quán)與訪問控制等。

（5）應用服務層

應用服務層為用戶提供數(shù)據(jù)服務、專題服務、基礎(chǔ)服務、定制服務等4類服務。其中數(shù)據(jù)服務包括數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)瀏覽、信息共享等，基礎(chǔ)服務包括空間分析、統(tǒng)計報表、專題圖制作等，定制服務的功能包括服務接口、API、二次開發(fā)接口等。

（6）業(yè)務應用層

基于多級農(nóng)業(yè)地理信息平臺，支撐分布的業(yè)務應用建設(shè)，主要包括農(nóng)業(yè)地理信息平臺綜合應用系統(tǒng)，大數(shù)據(jù)分析及應用、集成遙感影像分析成果，二三維客戶端，移動端，微信端，大屏端應用等。

1.2 三大體系

（1）安全保障體系

合理評估系統(tǒng)的安全等級，按照國家相關(guān)安全等級保護的要求進行安全保障體系的建設(shè)，確保系統(tǒng)運行過程中的物理安全、網(wǎng)絡(luò)安全、數(shù)據(jù)安全、應用安全、訪問安全。

（2）運維保障體系

分布式體系架構(gòu)的節(jié)點分布較廣，運維管理相對復雜，需要參照ITIL管理規(guī)范進行整個體系的運維管理機制建設(shè)，運用監(jiān)控系統(tǒng)，對體系的硬件、網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)、應用及服務的運行狀況進行綜合監(jiān)控，及時發(fā)現(xiàn)和預見問題，按照流程及時處置，保證體系持久的穩(wěn)定運行。

（3）標準規(guī)范體系

建立統(tǒng)一的技術(shù)標準、管理規(guī)范，指導整個工程的開發(fā)建設(shè)和運行管理。

2 農(nóng)業(yè)農(nóng)村地理信息數(shù)據(jù)資源庫建立

農(nóng)業(yè)農(nóng)村覆蓋的業(yè)務領(lǐng)域廣，數(shù)據(jù)來源多樣、格式不同，需要對多源、異構(gòu)的各專題數(shù)據(jù)按照統(tǒng)一的標準規(guī)范進行同構(gòu)化，建立統(tǒng)一的農(nóng)業(yè)農(nóng)村地理信息數(shù)據(jù)資源庫，確保實現(xiàn)數(shù)據(jù)的互聯(lián)互通與共享共用。農(nóng)業(yè)農(nóng)村地理信息數(shù)據(jù)資源庫的建立，是國家農(nóng)業(yè)農(nóng)村地理信息服務平臺的基礎(chǔ)與核心組成部分，為農(nóng)業(yè)農(nóng)村的分析、評估與決策提供重要的數(shù)據(jù)支撐［15］。

2.1 建立統(tǒng)一農(nóng)業(yè)農(nóng)村空間數(shù)據(jù)資源框架

采用統(tǒng)一的面向?qū)ο蟮霓r(nóng)業(yè)農(nóng)村數(shù)據(jù)模型對基礎(chǔ)、業(yè)務數(shù)據(jù)進行整合，實現(xiàn)對空間數(shù)據(jù)、屬性、關(guān)系和元數(shù)據(jù)的一體化管理，統(tǒng)一對象編碼，統(tǒng)一數(shù)據(jù)字典，為各類業(yè)務應用提供規(guī)范的數(shù)據(jù)標準。

（1）統(tǒng)一的數(shù)據(jù)對象模型

按照面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)模型，對各業(yè)務系統(tǒng)中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)資源進行管理，解決數(shù)據(jù)對象描述及語義屬性的一致性問題，確保數(shù)據(jù)共享得以實現(xiàn)。

（2）統(tǒng)一的數(shù)據(jù)目錄體系

數(shù)據(jù)資源目錄是實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享的重要手段和途徑，結(jié)合已梳理的資源目錄和已掛接的數(shù)據(jù)資源，保證目錄和數(shù)據(jù)的一致性。

（3）統(tǒng)一的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

基礎(chǔ)數(shù)據(jù)是指數(shù)據(jù)中用來標識農(nóng)業(yè)農(nóng)村對象個體以及農(nóng)業(yè)農(nóng)村對象關(guān)系的數(shù)據(jù)集合，是將離散的農(nóng)業(yè)農(nóng)村對象數(shù)據(jù)變成有機整體，包括農(nóng)業(yè)農(nóng)村全局應用的對象基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、農(nóng)業(yè)農(nóng)村對象空間和業(yè)務關(guān)系數(shù)據(jù)。

（4）統(tǒng)一的數(shù)據(jù)共享

按照“一數(shù)一源”的原則，每個維度的數(shù)據(jù)來源應唯一，按照目錄體系和唯一標識，實現(xiàn)空間數(shù)據(jù)的共享。

2.2 農(nóng)業(yè)農(nóng)村地理信息數(shù)據(jù)資源類型

信息資源主要包括農(nóng)業(yè)政務、政策法規(guī)、科技教育、種植業(yè)、畜牧養(yǎng)殖、水產(chǎn)養(yǎng)殖、農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量、農(nóng)業(yè)機械化、獸醫(yī)管理、農(nóng)村能源生態(tài)、農(nóng)業(yè)氣候、土壤肥力、動物防疫、涉農(nóng)市場、農(nóng)副產(chǎn)品及農(nóng)資信息等。在上述農(nóng)業(yè)信息資源中，有大量與空間位置相關(guān)的信息資源，總結(jié)起來可以分為三大類［16］。

（1）基礎(chǔ)地理空間信息，包括行政區(qū)劃、地形地貌、居民地、水系、道路交通、居民點、遙感影像等。

（2）農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)地理空間信息，包括農(nóng)業(yè)土地、基本農(nóng)田空間分布及保護區(qū)區(qū)劃、農(nóng)業(yè)氣候、農(nóng)業(yè)土壤、農(nóng)業(yè)農(nóng)村人口、農(nóng)業(yè)農(nóng)村社會經(jīng)濟、農(nóng)業(yè)管理和研究機構(gòu)空間分布數(shù)據(jù)等。

（3）農(nóng)業(yè)專題空間信息，包括畜牧業(yè)專題地理信息、種植業(yè)專題地理信息、漁業(yè)漁政專題地理信息、農(nóng)機管理專題地理信息、獸醫(yī)管理專題地理信息、農(nóng)村生態(tài)環(huán)境專題地理信息、農(nóng)資產(chǎn)品及涉農(nóng)市場專題地理信息、農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全專題地理信息、國際合作專題地理信息等。

在統(tǒng)一的農(nóng)業(yè)農(nóng)村空間數(shù)據(jù)資源框架下，整合多要素、多時相和多區(qū)域的基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)和業(yè)務專題數(shù)據(jù)；通過空間要素關(guān)聯(lián)，整合各類動態(tài)多維的農(nóng)業(yè)農(nóng)村數(shù)據(jù)資源，建設(shè)一個涵蓋種植業(yè)、畜牧獸醫(yī)、漁業(yè)漁政、農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全監(jiān)管、科技教育、資源環(huán)境、國際合作、農(nóng)業(yè)氣象等統(tǒng)一的農(nóng)業(yè)農(nóng)村地理信息數(shù)據(jù)庫。

圖2 國家農(nóng)業(yè)農(nóng)村地理信息數(shù)據(jù)資源庫Fig.2 National agricultural and rural geographic information data resource base

3 建立農(nóng)業(yè)農(nóng)村云端一體化的技術(shù)應用體系

國家農(nóng)業(yè)農(nóng)村地理信息服務平臺構(gòu)建了云端互聯(lián)、一云多端的農(nóng)業(yè)農(nóng)村云端一體化應用體系。通過云端一體化計算資源的集約利用，實現(xiàn)跨終端的GIS應用開發(fā)和資源訪問、多端互聯(lián)、協(xié)同共享的GIS應用模式。

云端互聯(lián)：國家農(nóng)業(yè)農(nóng)村地理信息服務平臺以云計算和云GIS技術(shù)為支撐，實現(xiàn)服務的提供與集中管理，依托高性能跨平臺、微內(nèi)核多進程、多層次智能集群、分布式并行切圖、并行空間分析、異構(gòu)云環(huán)境管理運維等技術(shù)，可集約利用計算資源面向應用端提供高可用的數(shù)據(jù)和功能服務。

一云多端：構(gòu)建多樣化的國家農(nóng)業(yè)農(nóng)村地理信息服務平臺的資源展示應用端，包括二維客戶端、三維客戶端、移動端等，采用統(tǒng)一的服務接口連接云端共享云服務，實現(xiàn)跨終端的GIS業(yè)務應用開發(fā)與GIS資源訪問。

圖3 國家農(nóng)業(yè)農(nóng)村地理信息服務平臺“云端一體化”技術(shù)應用體系Fig.3 Application system of “cloud integration” technology in national agricultural and rural geographic information service platform

4 結(jié)論與討論

國家農(nóng)業(yè)農(nóng)村地理信息服務平臺是實現(xiàn)國家—省—市各級農(nóng)業(yè)農(nóng)村地理信息服務全流程管理的重要基礎(chǔ)性支撐平臺，平臺實現(xiàn)了地理信息服務注冊、服務在線發(fā)布、服務全程監(jiān)控、資源管理、運維管理、開發(fā)支持、在線制圖、數(shù)據(jù)洞察等功能，通過對地理信息服務的組織管理，將更好地為農(nóng)業(yè)農(nóng)村部各司局各單位和省級農(nóng)業(yè)農(nóng)村部門提供高效便捷、靈活多樣的地理信息服務，通過部、省兩級共建共享，從而實現(xiàn)地圖服務和數(shù)據(jù)的互聯(lián)互通。

利用移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，結(jié)合土地確權(quán)、農(nóng)業(yè)執(zhí)法、農(nóng)機作業(yè)監(jiān)管等業(yè)務，開發(fā)農(nóng)業(yè)農(nóng)村地理信息移動端應用，寓管理于服務之中，讓地理信息服務向基層延伸。綜合利用衛(wèi)星遙感、航空遙感、無人機、地面近距遙感等多種手段，在地理信息服務平臺上集成遙感數(shù)據(jù)，形成“天—空—地”一體化的農(nóng)業(yè)遙感信息綜合獲取技術(shù)體系，利用遙感監(jiān)測及評估對比，實現(xiàn)多時相多尺度的比較分析；結(jié)合農(nóng)業(yè)氣象資源，開發(fā)農(nóng)業(yè)災害及保險等輔助決策應用。

我國是一個農(nóng)業(yè)大國，隨著鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略的深入推進，3S作為快速發(fā)展的技術(shù)手段，利用其解決農(nóng)業(yè)農(nóng)村生產(chǎn)生活問題潛力巨大，國家農(nóng)業(yè)農(nóng)村地理信息服務平臺將以地理空間為載體實現(xiàn)農(nóng)業(yè)農(nóng)村數(shù)據(jù)集成，以空間語義關(guān)聯(lián)實現(xiàn)數(shù)據(jù)的深度融合，將逐步打造成一個開放共享的平臺、一個協(xié)作共建的平臺、一個可視化的農(nóng)業(yè)農(nóng)村空間數(shù)字平臺，助力鄉(xiāng)村振興。