基于GIS的精準(zhǔn)扶貧作戰(zhàn)圖管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)—以銅仁市為例

肖小林，張 莉，羅海波

（1．銅仁市國土資源局，貴州 銅仁 554300；2．沿河土家族自治縣環(huán)保局，貴州 沿河 565300）

0．引言

近些年，地理信息系統(tǒng)不斷蓬勃發(fā)展，GIS技術(shù)已廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)。以地理空間數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，開發(fā)基于GIS的精準(zhǔn)扶貧管理信息系統(tǒng)，以現(xiàn)代化手段來管理扶貧決策信息和幫扶措施，能夠精準(zhǔn)展現(xiàn)扶貧攻堅(jiān)現(xiàn)狀，輔助扶貧作戰(zhàn)部署。張曉丹[1]構(gòu)建了基于GIS的達(dá)孜縣精準(zhǔn)扶貧大數(shù)據(jù)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了扶貧對象與其扶貧方式和實(shí)施內(nèi)容的精準(zhǔn)匹配，切實(shí)做到“真扶貧，扶真貧”。滕連澤等[2]人設(shè)計(jì)了基于GIS的扶貧工作決策管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了阿壩州扶貧開發(fā)和綜合防治大骨節(jié)病試點(diǎn)項(xiàng)目的可視化與智能分析。李良毅[3]開發(fā)了基于GIS的精準(zhǔn)扶貧App，將精準(zhǔn)扶貧工作“搬”到了移動(dòng)手機(jī)上，極大方便了工作人員對貧困戶信息的精確了解，提升了扶貧工作效率。施澤杰等[4]提出了基于GIS的扶貧空間數(shù)據(jù)可視化、空間分析以及預(yù)測模型，對扶貧工作進(jìn)行更好的規(guī)劃、決策和預(yù)判。候祥意[5]利用GIS、移動(dòng)端、大數(shù)據(jù)等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對貧困戶等各類貧困對象的圖形化管理及空間查詢分析。

依托地理國情普查成果，以精準(zhǔn)扶貧應(yīng)用為切入點(diǎn)，利用現(xiàn)代測繪地理信息技術(shù)和高分辨率衛(wèi)星影像，開發(fā)基于GIS的精準(zhǔn)扶貧作戰(zhàn)圖的管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)扶貧工作的精確定位。

1．系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

1．1．系統(tǒng)目標(biāo)

扶貧工作細(xì)小而繁雜，環(huán)節(jié)細(xì)致而具體，僅僅依靠政府工作人員以傳統(tǒng)方式很難做到全面把握，統(tǒng)籌兼顧[6]。基于政府職能部門對地理信息“+”精準(zhǔn)扶貧模式的迫切需求而設(shè)計(jì)的精準(zhǔn)扶貧作戰(zhàn)圖管理系統(tǒng)，是以GIS技術(shù)為支持，充分發(fā)揮其基礎(chǔ)性、專業(yè)性、技術(shù)性優(yōu)勢，建立基于空間位置的精準(zhǔn)扶貧數(shù)據(jù)庫，利用地理信息數(shù)據(jù)的強(qiáng)大空間關(guān)聯(lián)性和可視性，將碎片化的各類“扶貧數(shù)據(jù)”以圖片的形象、直觀、且科學(xué)地展現(xiàn)出來，讓各類扶貧信息數(shù)據(jù)走出表格文檔中，為銅仁市扶貧攻堅(jiān)決策部署、項(xiàng)目實(shí)施、成效考核等工作發(fā)揮支撐作用，讓扶貧更高效、更富有針對性。

1．2．系統(tǒng)框架設(shè)計(jì)

系統(tǒng)主要包括應(yīng)用層、服務(wù)層、數(shù)據(jù)層、運(yùn)行支撐層。其結(jié)構(gòu)如圖1所示，各層相互關(guān)聯(lián)，其功能分別有：

（1）應(yīng)用層 應(yīng)用層即系統(tǒng)客戶端，是利用豐富的測繪地理信息數(shù)據(jù)資源，運(yùn)用可視化的表現(xiàn)手法，在一張“工作底圖”基礎(chǔ)上，將貧困現(xiàn)狀、致貧原因、幫扶措施、作戰(zhàn)部署、脫貧成效等五大方面的內(nèi)容加入到扶貧攻堅(jiān)的思想和方法中，編制精準(zhǔn)扶貧專題作戰(zhàn)圖，將精準(zhǔn)扶貧數(shù)據(jù)的空間位置信息可視化，實(shí)現(xiàn)扶貧攻堅(jiān)“掛圖作戰(zhàn)”。

（2）服務(wù)層 服務(wù)層為支撐系統(tǒng)運(yùn)行的數(shù)據(jù)服務(wù)及功能服務(wù)，以國土資源“一張圖”為基礎(chǔ)，運(yùn)用瀏覽器/服務(wù)器（B/S）體系結(jié)構(gòu)模式，依托良好的大數(shù)據(jù)硬件環(huán)境和專業(yè)的軟件環(huán)境，充分發(fā)揮其優(yōu)勢，制作可視化作戰(zhàn)圖，實(shí)現(xiàn)銅仁市域內(nèi)扶貧專題信息可視化表達(dá)，實(shí)現(xiàn)扶貧開發(fā)精準(zhǔn)展現(xiàn)、扶貧專題信息可視化動(dòng)態(tài)發(fā)布和黨政幫扶人員動(dòng)態(tài)管理等功能。

（3）數(shù)據(jù)層 數(shù)據(jù)層包括DEM、DOM、衛(wèi)星遙感影像數(shù)據(jù)、地理國情數(shù)據(jù)等基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)、貧困數(shù)據(jù)、以及黨員扶貧責(zé)任人數(shù)據(jù)及相關(guān)政策文件等，其中，大部分基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)為CAD文件，應(yīng)用CASS軟件數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，轉(zhuǎn)化為ArcGIS能夠識(shí)別的shp格式數(shù)據(jù)，用ArcGIS Server作為數(shù)據(jù)服務(wù)器端進(jìn)行地圖信息的發(fā)布和展示；用文件文檔的格式將其它專題數(shù)據(jù)以存放于數(shù)據(jù)庫中，方便讀取信息。

（4）運(yùn)行支持層 良好的運(yùn)行環(huán)境是系統(tǒng)得以穩(wěn)定運(yùn)行的前提，運(yùn)行支持層包括網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)器、存儲(chǔ)備份設(shè)備、安全保密系統(tǒng)、機(jī)房設(shè)備等軟硬件環(huán)境和標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)規(guī)范與管理辦法等軟環(huán)境，所有設(shè)備與標(biāo)準(zhǔn)均符合國家規(guī)定。

1．3．?dāng)?shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

根據(jù)系統(tǒng)管理數(shù)據(jù)特點(diǎn)和功能應(yīng)用需求，數(shù)據(jù)庫數(shù)學(xué)基礎(chǔ)采用1980西安坐標(biāo)系和1985國家高程基準(zhǔn)，由適合實(shí)際數(shù)據(jù)生產(chǎn)、數(shù)據(jù)管理維護(hù)和數(shù)據(jù)產(chǎn)品開發(fā)組成。系統(tǒng)涉及數(shù)據(jù)內(nèi)容多，數(shù)據(jù)量大，從分類上講，包括基礎(chǔ)空間數(shù)據(jù)庫、國土專題數(shù)據(jù)庫和扶貧專題數(shù)據(jù)庫三個(gè)數(shù)據(jù)庫。基礎(chǔ)空間數(shù)據(jù)庫主要為影像數(shù)據(jù)、地理國情要素、地表覆蓋要素等地理國情普查成果數(shù)據(jù)。將扶貧精準(zhǔn)建檔立卡的貧困村、貧困戶進(jìn)行實(shí)地采集、精確空間定位至高清影像圖上[7]，根據(jù)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，建立基于空間位置的精準(zhǔn)扶貧數(shù)據(jù)庫，以地圖符號(hào)的形式加以體現(xiàn)。

圖1 系統(tǒng)總體架構(gòu)Fig 1 Overall Architecture of the system

2．關(guān)鍵技術(shù)

系統(tǒng)是基于ArcGIS系列軟件的二次開發(fā)系統(tǒng)，充分考慮系統(tǒng)的易用性、兼容性、穩(wěn)定性和表達(dá)效果等因素后，選用以下幾個(gè)軟件（框架）來構(gòu)建。

2．1．ArcGIS Server

ArcGIS Server提供了豐富的GIS功能，ArcGIS Server是一個(gè)用于構(gòu)建集中管理、支持多用戶的企業(yè)級GIS應(yīng)用平臺(tái)，地圖服務(wù)利用 ArcGIS Server可便捷地發(fā)布地圖數(shù)據(jù)，ArcGIS Server的管理由ArcGIS Desktop負(fù)責(zé)，后者可通過局域網(wǎng)或Internet進(jìn)行訪問，亦可直接使用 ArcGIS Desktop對數(shù)據(jù)進(jìn)行編輯、配圖，然后發(fā)布服務(wù)。

2．2．Oracle

Oracle是甲骨文公司的一款關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，是目前世界上使用最為廣泛的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，系統(tǒng)可移植性好、使用方便、功能強(qiáng)，適用于各類大、中、小、微機(jī)環(huán)境，具有完整的數(shù)據(jù)管理功能和分布式處理功能；是一種高效率、可靠性好的適應(yīng)高吞吐量的數(shù)據(jù)庫解決方案；作為一個(gè)關(guān)系數(shù)據(jù)庫，可以很好地與ArcGIS適配，通過 ArcGIS Desktop在圖形化界面管理空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)。

2．3．Bootstrap

Bootstrap是目前很受歡迎的前端框架。Bootstrap是基于HTML、CSS、JavaScript開發(fā)的，是一個(gè)CSS/HTML框架，簡潔靈活。Bootstrap提供了優(yōu)雅的HTML和CSS規(guī)范，使系統(tǒng)開發(fā)更加快捷，通過Bootstrap，可快速構(gòu)建前端頁面，減輕開發(fā)負(fù)擔(dān)。

2．4．Echarts

Echarts是一個(gè)純 Java Script的圖表庫，可以適配Oracle、SQL sever、DB2、My SQL等主流的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫，兼容當(dāng)前絕大部分瀏覽器，在移動(dòng)設(shè)備上和PC端流暢運(yùn)行，經(jīng)過改造，可將數(shù)據(jù)個(gè)性化定制為可視化圖表，與多類地圖和圖表直觀地關(guān)聯(lián)起來。

2．5．地圖框架

地圖框架Arc GIS API for Java Script是 Esri公司發(fā)布的一個(gè)優(yōu)秀的地圖二次開發(fā)框架，支持二維和三維地圖的開發(fā)，可快速創(chuàng)建交互式的地圖應(yīng)用、調(diào)用ArcGIS Server的GP服務(wù)，提供專業(yè)的分析結(jié)果、使用ArcGIS Server的REST API，提供顯示、查詢、分析等功能，還可同時(shí)調(diào)用多個(gè)ArcGIS Server的服務(wù)，輕松實(shí)現(xiàn)服務(wù)聚合。

3．功能實(shí)現(xiàn)

3．1．扶貧專題數(shù)據(jù)庫建設(shè)

系統(tǒng)建設(shè)，要滿足數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化、最低冗余度、較高的程序與數(shù)據(jù)獨(dú)立性、易于擴(kuò)充和編制等特點(diǎn)[8]。為使系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫各類數(shù)據(jù)能更好地整合在一起，根據(jù)系統(tǒng)管理的數(shù)據(jù)特點(diǎn)和應(yīng)用需求，扶貧專題數(shù)據(jù)庫的空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)運(yùn)用大型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)Oracle 11g來管理，方便數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、檢索和管理，用ArcSDE10.0作為中間層服務(wù)進(jìn)行空間數(shù)據(jù)管理，實(shí)現(xiàn)多源數(shù)據(jù)的無縫集成。系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的規(guī)范模式采用第三范式，這種范式要求降低數(shù)據(jù)的重復(fù)率[9]。

3．2．扶貧專題作戰(zhàn)圖制作

貧困的產(chǎn)生與社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展以及地理?xiàng)l件惡劣兩大方面具有很大的關(guān)聯(lián)，地理信息技術(shù)在處理自然資源要素與社會(huì)經(jīng)濟(jì)要素相結(jié)合方面具有明顯的優(yōu)勢[10]。系統(tǒng)用戶群體主要是面向扶貧工作相關(guān)的政府職能部門，用戶最直接的需求是在一張“工作底圖”的基礎(chǔ)上，將碎片化的各類“扶貧數(shù)據(jù)”形象地展現(xiàn)出來。利用地理信息數(shù)據(jù)強(qiáng)大的空間關(guān)聯(lián)性和可視性，通過疊加各類扶貧專題數(shù)據(jù)做到項(xiàng)目精準(zhǔn)到點(diǎn)、信息精準(zhǔn)到戶，讓各類扶貧信息數(shù)據(jù)從表格文檔中走出來，科學(xué)準(zhǔn)確地落到圖上（圖2），真正實(shí)現(xiàn)掛圖作戰(zhàn)，為相關(guān)職能部門如何科學(xué)治貧、精準(zhǔn)扶貧、有效脫貧的戰(zhàn)略提供技術(shù)支撐。

圖2 脫貧成效精準(zhǔn)對比圖Fig.2 The Accurate Comparison of Poverty Reduction

3．3．貧困戶定位與查詢

找準(zhǔn)最需要扶持的貧困對象是實(shí)施精準(zhǔn)扶貧工作的關(guān)鍵和前提，也是防止扶貧工作在最后一個(gè)環(huán)節(jié)“脫靶”的關(guān)鍵步驟[11]。貧困戶的定位和查詢功能，將采集的貧困戶屬性信息、空間信息和多媒體信息導(dǎo)入，將貧困戶所居住的房子在高清影像上精準(zhǔn)定位，扶貧對象精準(zhǔn)到人，人是誰、在哪里、因何而貧、貧困程度，做到精準(zhǔn)定位。

3．4．貧困信息空間表達(dá)

由于貧困戶分布比較集中，通過GIS技術(shù)進(jìn)行可視化表達(dá)的貧困信息專題圖時(shí)，為避免堆疊現(xiàn)象發(fā)生，運(yùn)用聚類分析并宏觀展現(xiàn)貧困戶分布的情況，這些貧困戶信息就會(huì)放射性地發(fā)散顯示，隨著地圖比例的變化，影像逐漸清晰，貧困戶位置更加精確，最終會(huì)精準(zhǔn)到點(diǎn)、到戶，減輕了服務(wù)器荷載，縮短了地圖響應(yīng)時(shí)間。在微觀尺度下，還可查詢出貧困戶詳細(xì)建檔立卡信息。將原來108個(gè)屬性項(xiàng)科學(xué)分為基本信息、經(jīng)濟(jì)情況、家庭人口信息、生產(chǎn)生活條件等四類；并制作每個(gè)貧困戶的加密二維碼，通過手機(jī)App就能獲取貧困戶的詳細(xì)信息。

4．結(jié)論

以測繪地理信息大數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，結(jié)合GIS技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)，開發(fā)了銅仁市精準(zhǔn)扶貧作戰(zhàn)圖管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了全市扶貧項(xiàng)目的可視化、信息動(dòng)態(tài)查詢、及智能分析。通過對貧困戶的空間位置、居住現(xiàn)狀進(jìn)行監(jiān)測，根據(jù)數(shù)據(jù)變化和脫貧前后不同時(shí)期衛(wèi)星影像在房屋新增、道路、溝渠等方面的變化情況進(jìn)行分析，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)精確、底圖精致、施策精準(zhǔn)、管理精細(xì)。可直觀地跟蹤項(xiàng)目進(jìn)展、檢查扶貧成效。

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