基于高精度GPS的農村土地流轉信息采集終端設計

摘要：在發展以先進的信息技術與裝備技術為支撐的現代化農業過程中，原有的土地經營模式對開展規模化、集約化、現代化農業生產有一定的限制作用。農村土地使用權流轉是解決當前問題的有力手段之一。針對土地流轉過程中對現場信息采集的實際需求，基于高精度GPS技術研制農村土地流轉信息采集設備與數據更新系統，從土地流轉的采集源頭進行信息電子化，為農村土地流轉全過程數字化科學監管提供堅實的數據基礎與技術支撐。

關鍵詞：GPS；手持設備；農村土地流轉；信息采集

中圖分類號： S127文獻標志碼： A文章編號：1002-1302（2014）09-0382-05

收稿日期：2013-11-01

基金項目：國家科技支撐計劃（編號：2012BAJ23B05）。

作者簡介：繆祎晟（1984—），男，江西上饒人，碩士，助理研究員，主要研究方向為農村土地流轉與農業智能系統。Tel：（010）51503620；E-mail：miaoys@nercita.org.cn。

通信作者：吳華瑞，博士，研究員，主要研究方向為農業智能系統。Tel：（010）51503620；E-mail：wuhr@nercita.org.cn。 隨著農業生產力的發展與相關基礎科技水平、工業實力的提高，中國已經進入“以工哺農，以城帶鄉”的發展階段，建立以多功能形態和高新技術發展為支撐的現代農業已經成為農村經濟發展的主要任務[1]。傳統的農業生產方式和相對封閉的小農經濟模式已限制農業發展，而以原有生產方式為基礎的家庭聯產承包責任制的不足也隨之逐漸顯現。農村集體土地流轉是農村經濟發展到一定階段的產物，通過土地流轉，可以開展規模化、集約化、現代化的農業經營模式[2]。具體包括農村集體土地所有者與建設用地使用者之間的土地使用權流轉關系和土地使用者相互之間的土地使用權流轉關系。集體土地使用權流轉客體的建設用地，包括現實的已經被土地使用者合法取得建設用地使用權的土地和已被土地利用總體規劃和鄉（鎮）村建設規劃確定為建設用地的土地。

當前在建立農村土地流轉機制中還存在許多問題，如可流轉集體土地基礎數據不完備、底數不清、產權產籍不明晰、城鄉建設用地增減掛鉤中虛增農用地等。傳統的紙質土地流轉臺賬方式也不便于保存、查找與管理，不符合土地流轉快速發展的要求。土地流轉臺賬的電子化管理，土地流轉信息數字化錄入、審核，建立土地流轉數據庫等已成為當前土地流轉工作中的必然要求[3]。土地流轉數據來源數字化可有效解決上述問題，本研究以高精度GPS定位技術為基礎，研制農村土地流轉成圖設備，完成農村土地流轉過程中的地理信息矢量數據、土地用途、權屬、現場多媒體數據等信息的采集，為土地流轉全過程數字化監管提供良好的技術手段與數據來源。

1基于CORS的高精度GPS定位概述

相對傳統測量技術中的經緯儀、全站儀，GPS測量系統有如下優點：對作業條件要求不高，可單設備工作，測站間無需通視，能夠克服地形、氣候、季節等諸多不利因素的影響，定位精度較高，可提供三維數據測量，數據安全可靠[4]。GPS手持機將先進的嵌入式微處理器技術與嵌入式操作系統技術相結合，相當于一臺集成了GPS功能的掌上小電腦，操作使用方便，數據輸入、處理、存儲能力強，數據導入導出方便快捷，而且可以通過定制軟件直接實現現場矢量圖生成，減少了常規方法的中間環節，速度快、精度高，是當前土地流轉現場信息采集的主要技術手段。

由于衛星運行軌道、衛星時鐘存在誤差，GPS信息傳輸過程又受到大氣對流層、電離層對信號的影響，以及接收機附近產生的多徑效應和其他外部干擾源信號等多種干擾，使得GPS接收機的定位精度受到很大限制。目前一般的GPS接收機的精度在十幾到幾十米，專業的GPS接收機也只能達到2～5米的單機定位精度。為進一步提高GPS的定位精度，采用基站提供的高精度參考數據進行差分運算，盡可能地消除上述因素造成的誤差，通過差分技術GPS設備可將定位精度提高至分米級、厘米級。但自建基站的成本過高，于是利用多基站網絡RTK技術應運而生，建立的連續運行衛星定位服務綜合系統（continuous operational reference system，CORS）已成為GPS應用的熱點之一[5]。

2農村土地流轉現場成圖設備設計

針對現有GPS地理信息采集設備計算性能及存儲能力有限、集成網絡通訊接口較少等問題，研制適于農村土地流轉現場采集設備，實現土地流轉現場數據的高精度采集、實時處理，全方位多途徑實時數據雙向傳輸，以及提供現場多媒體數據采集，為土地流轉過程中提供現場狀況的有力圖像視頻證明。同時針對土地流轉領域缺乏相關的專業應用軟件支持，部分應用軟件存在操作不便、用戶界面不夠友好等問題，開發農村土地流轉信息采集與數據更新系統，實現數據采集與采集調查業務的高效執行。

2.1系統結構

農村土地流轉信息采集與數據更新設備的使用場景主要為農村戶外條件，主要環境特點為太陽光強烈，雨水、塵土多等。針對以上使用條件，對設備的外觀結構等要求如下：單手持，屏幕7英寸，有部分實體按鍵。采取防摔、防塵、防水三防設計，達到IP54防護標準。硬件架構上以ARM A8嵌入式微處理器為核心，主要集成以下功能模塊：電源轉換及管理模塊，用于將電池輸出電能進行電平轉換，為設備工作提供能源并進行節能管理；數據通訊模塊，用于本裝置與各種網絡的連接交互，主要集成網絡方式有3G、Wi-Fi、藍牙；外圍接口電路模塊，用于連接一些外設，如調試器、存儲、顯示等電路，集成的主要接口有SD/MMC、USB、UART、JTAG；觸摸顯示模塊，用于用戶界面展示以及交互；高精度GPS定位模塊，用于定位采集當前地理位置信息。這些外圍功能模塊均與主芯片連接，并由ARM內核控制進行協同工作及數據通信，系統框如圖1所示。endprint

2.2終端硬件選型與設計

考慮設備硬件的總體需求，結合系統結構設計中各模塊的功能劃分情況，參照主芯片S5PC110的參數對各主要芯片及模塊進行選型。各主要功能模塊、芯片選型如表1所示。

主頻最高可達1 GHz，512 M Flash，512 M SDRAM，集成多種常用接口控制器3G模塊MC8630支持3G、GPRSWi-Fi/BT88W8686WIFI、藍牙網絡接入攝像頭模組OV5630圖像視頻獲取高精度GPSOEMV1獲取高精度GPS定位信息電源轉換MAX8698C電壓轉換，電源管理RTC時鐘DS1302為系統提供實時時鐘觸摸液晶屏AT070TN847寸液晶屏，附帶電容觸摸板

根據上述芯片與模塊選型進行電路板設計。由于主芯片S5PC110頻率高、I/O數量多，設計電路復雜，勢必增加電路板層數，而其余外圍模塊的電路設計相對較為簡單，為降低整體電路設計難度與試制成本，將S5PC110為核心的主控電路單獨設計核心電路板，其余外圍電路設計為底板（母板）。核心板部分電路原理圖如圖2所示。

在電路原理圖設計之后，進行PCB（Printed Circuit Board）的布局布線設計。布局設計應優先考慮主要器件，優先考慮結構位置有特定要求器件，優先考慮接口器件；而布線設計應優先考慮高頻信號尤其是重要的時鐘信號，優先考慮電源及地層的布置以保障電源平面完整。對于本設計，雖然CPU主時鐘頻率為1 GHz，SDRAM接口頻率也超過 300 MHz，已屬于高速信號范疇，但由于S5PC110采用MIP技術，將多顆裸片封裝在一顆芯片內，大大降低了電路板設計的復雜度與要求。在電路板疊層與布線方面，核心板設計采用

6層電路板，從頂層到底層依次為元件層、地層、布線層1、布線層2、電源層、底層，布線間距最小為0.13 mm，最小線寬 0.13 mm，過孔大小0.13/0.25 mm；底板設計采用4層電路板，從頂層到底層依次為元件層、地層、電源層、底層，布層最小間距0.2 mm，最小線寬0.2 mm，過孔大小0.2/0.3 mm。

除卻以上基本注意事項，對于高精度GPS采集設備重點是如何減小設備本身對定位精度造成的影響。其中主要考慮的是設備的電磁兼容性問題，因為GPS信號由衛星發射，經過大氣層的衰減，到達地面接收機時標準幅度僅有幾個毫伏，如此微小的信號很容易被周邊的其他電磁噪聲所淹沒。GPS的信號頻段為1.23 GHz和1.57 GHz，與CPU主頻以及GPRS的頻率相仿，非常容易受到干擾。對于這一問題，在PCB設計方面，盡可能減小所有走線的長度，對于CPU、GPRS模塊等關鍵區域大面積鋪銅，確保信號回流路徑的完整、低阻抗，減小輻射產生。同時對于CPU、GPRS等易產生輻射的高頻區域，采取接地屏蔽殼方式，減小各模塊輻射對其他電路造成的影響，提高設備的電磁兼容性能。

2.3終端應用軟件設計

采用安卓操作系統，開發土地信息采集與數據更新系統。使用操作系統的好處在于，便于對底層硬件資源如顯示屏、串口、觸摸輸入、存儲器、文件系統等進行管理和調度，應用軟件設計就可以專注于業務流程等應用功能。針對農村土地流轉的實際應用需求，土地信息采集與數據更新系統按照業務流程主要包括現狀采集、復墾驗收、多級聯運巡查3個部分；GIS相關功能包括圖形采集與編輯、屬性采集與編輯、地圖縮放瀏覽、圖層管理、雙向查詢等；其他基本功能還包括用戶管理、數據庫管理、文件管理、圖像采集、通信管理與數據同步等。按照系統前后臺的詳細功能劃分如圖3所示。

從業務流程來說，在用戶成功登錄后，可在用戶管理菜單的任務管理項中查看和管理當前用戶的任務及執行情況，點選任務類別后可查看任務列表以及執行情況，點擊任務可跳轉到任務執行界面。任務數據通過XML格式進行數據同步，地圖文件或矢量數據通過拷貝方式獲取。各功能模塊主要數據包類定義如表2所示。表2主要功能模塊類說明

包名稱包含的子包包含的類類功能地圖包地圖顯示子包com.land.transfer.mapshowMapShow地圖顯示類地圖編輯子包com.land.transfer.mapeditMapEdit地圖編輯類現狀調查包 現狀調查信息子包 com.land.transfer.survey MySurvey 現狀調查類 復墾驗收包復墾驗收信息子包com.land.transfer. reclamationMyReclamation復墾驗收類多級聯動巡查包 多級巡查信息子包 com.land.transfer. multistage MyMultistage 多級巡查類 用戶信息包 用戶信息子包 com.land.transfer.user UserTasks 用戶任務類 配置信息包 配置信息子包 com.land.transfer.ini IniInfo 配置信息類

以復墾驗收為例，該環節主要功能是對接受的復墾驗收任務進行現場確認，采集記錄任務地塊的地理位置信息，基于下發的復墾驗收任務與復墾矢量數據，確認復墾地塊是否存在，地塊位置與面積是否與任務一致，其他權屬、用途等屬性是否屬實，并將相應結果與數據回傳上報。主要軟件界面如圖4所示。

3結論

本研究針對農村土地流轉中對現場數據的電子化采集需求，集成高精度GPS技術、嵌入式微處理器技術等，研制開發了農村土地流轉信息采集與數據更新設備與系統。解決了現有設備采集精度不高，設備計算、存儲能力不強，網絡通信方

式單一，數據同步困難等問題。實現了現場地理信息數據的精確、快捷采集，從土地流轉的采集源頭進行了信息電子化，為土地流轉全過程科學監管打下了堅實的數據基礎。通過任務的下發與執行，實現了農村土地流轉中的過程控制，同時結合地塊屬性、現場圖像采集等，建立了全方位的土地流轉現場資料，必將為農村土地流轉全程監管的進一步深入推進起到積極作用。endprint

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