基于开源GIS的耕地保护信息发布平台设计研究——以江苏省为例.pdf

March,20232023年3 月Modern Surveyingand MappingVol.46第46 卷第2 期绘测现代基于开源GIS的耕地保护信息发布平台设计研究以江苏省为例仇海亮，汪洋，陈圣权（江苏省测绘地理信息局信息中心，江苏南京2 10 0 13）摘要由于城镇化和工业化的不断推进，耕地资源日益减少，给乡村振兴战略的实施带来巨大挑战，利用信息化技术进行全面、系统、协同的耕地保护显得尤为重要。研究了基于网络爬虫的数据采集汇聚与整合技术、基于开源GIS的耕地公示信息与空间位置联动展示技术、信息审核与范围控制技术，设计了基于开源GIS的耕地保护信息发布平台，设置了耕地资讯和耕地保护工作中需依规开展的公示公告栏目，实现了耕地信息采集发布、耕地信息查询与检索、公众信息反馈、耕地数据分析与预测、Web地图服务发布与管理、用户权限管理等功能，为社会公众与政府部门对耕地保护进行监督与管理提供有效途径。关键词同开源；GIS；耕地保护；信息发布中图分类号：S127P208文献标志码：A文章编号：16 7 2-40 9 7(2 0 2 3)0 2-0 0 57-0 40引言耕地是乡村土地的重要组成部分，是粮食生产的主要载体。耕地保护是我国的基本国策。由于城镇化和工业化进程的不断推进，农村耕地质量和生态频遭破坏，虽然政府制定过相应政策支持耕地保护工作，但耕地资源日益减少的趋势暂未得到根本性扭转，对乡村振兴战略的实施带来了巨大挑战，加强耕地保护工作迫在眉睫。2 0 2 2 年中央一号文件提出了更严格的耕地保护要求，明确落实“长牙齿”的耕地保护硬措施，严守18 亿亩耕地红线，把耕地保有量和永久基本农田保护目标任务足额带位置逐级分解下达，由中央和地方签订耕地保护目标责任书。党的二十大报告强调逐步把永久基本农田全部建成高标准农田 2 。2 0 2 3年中央一号文件提出加强耕地保护和用途管控，加强高标准农田建设 3。但目前在耕地保护工作中，仍存在政策宣传力度不够，缺乏信息公开和监督反馈的有效渠道，各部门数据共享不畅，涉及补充、占用、保护的耕地数据尚未落图，无法实现可视化、精准化管理 5。因此，现阶段以耕地保护工作信息公开为切人点，为各级政府部门和社会公众提供更加及时、有效的耕地保护信息化服务显得尤为重要本文提出构建基于开源GIS的耕地保护信息发布平台，以江苏省为例，利用GIS开源框架对耕地属性数据和空间数据进行发布和管理，及时展示耕地资讯、耕地最新动态信息和空间位置、耕地数量变化，调动社会公众监督耕地保护的积极性，促进政府部门提升耕地管理水平和效能。1总体设计1.1建设目标依托开源GIS、Vu e.j s、E Ch a r t s 等技术，从耕地补充、占用、保护信息依规公示需求出发，构建江苏省耕地保护信息发布平台，实现耕地保护信息采集、处理、统计、分析、发布、共享，推动耕地保护公众监督与政府部门管理相结合的工作模式和完整体系的建立。1.2平台架构基于开源GIS的耕地保护信息发布平台（图1）共分为基础支撑层、数据层、服务层和应用层4个层次：底层为基础支撑层，包括服务器虚拟化环境、网络安全系统、网络体系等，提供平台运行所需服务器资源的按需配置、统一的网络数据交换标准以及数据隔离措施，平台通过跨网数据安全交换系统，实现耕地保护数据在政务网与互联网间的双向传输，确保数据交换的安全性和可靠性；数据层通过使用开源数据库，实现对耕地属性和空间数据的存储与管理。耕地资讯、信息公示等结构化数据存储于PostgreSQL中，耕地位置范围等矢量数据通过空间数据引擎PostGIS进行存储，同时将耕地实地照片等非结构化数据直接存储到文件系统中，通过文件路径直接访问，从而提高数据存取速度和查询效率，为平台数据建设提供支撑；服务层利用Web服务器Tomcat与应用层进行通信，基于地图服务器GeoServerRESTAPI发布符合OGC标第一作者简介：仇海亮，高级工程师，研究方向为地图制图学与地理信息工程。58绘测现第46 卷代准的Web地图服务，用于耕地位置范围的数据管理、样式管理、地图发布等，并在平台中对地图服务进行统一管理；顶层为应用层，使用Vue.js作为前端框架，OpenLayers作为Web地图库，Echarts作为数据可视化库，为各级政府部门管理人员、社会公众提供耕地保护信息的直观展示与应用。耕地信息耕地信息公众信息反馈采集发布应用层查询与检索耕地数据Web地图服务用户权限管理分析与预测发布与管理服务层Web服务器Tomcat地图服务器GeoServer文件系统PostCIS与PostgreSQL数据层个十个ShapeFile格耕地属性实地照片式矢量数据数据服务器虚拟化环境网络安全系统基础支撑层网络体系政务网互联网图1平台架构图1.3安全设计为了保障平台的安全性，对物理、网络、系统、数据、应用及安全管理进行设计，形成多个层面的安全保障体系，达到等级保护相应级别要求，实现平台安全目标。（1物理安全：确保系统硬件和设备的安全、设施防范措施及设备维护。(2)网络安全：部署防火墙、人侵防护、安全审计、漏洞扫描、防病毒等网络安全设备，以避免网络攻击和数据泄露。（3）系统安全：采用密码策略、定期更新操作系统和应用程序补丁、设置访问权限和日志记录等进行系统加固，保护系统不受非法访问和破坏。(4)数据安全：建立基于策略的数据备份与恢复机制，确保平台在发生故障时能快速恢复数据，保障数据安全。（5）应用安全：加强用户身份认证、输入输出合法性检测、SQL注人检查，部署病毒防护、Web应用防火墙等，保障平台能够正常稳定地运行。（6)安全管理：制定安全管理制度，并定期进行安全培训，加强平台安全管控。2关键技术研究2.1基于网络爬虫的数据采集汇聚与整合技术本平台主要涉及资讯动态与信息公示两部分数据，资讯动态包括图片新闻、耕地资讯、地方动态、政策法规等，信息公示包括耕地补充、保有、占用等公示数据。基于网络爬虫技术的数据采集汇聚与整合技术应用于平台基础支撑层和数据层，通过互联网对国务院、自然资源部、省市县政府网站进行网页信息自动化抓取，经过处理并整合到数据库中，辅助平台信息的持续更新。结合Scrapy爬虫框架创建网络爬虫模块 6 ，并集成到耕地信息发布平台中，分析指定网站的网页数据规律，根据设置的爬取规则定期自动采集数据，或自定义采集任务和爬取参数完成网页数据抓取。对采集的结构化和非结构化数据进行数据清洗、抽取、转化、加载，使不同来源和格式的数据归一化到统一格式，具有统一、规整的字段内容，最后将采集的数据存储到数据库中，完成数据采集汇聚与整合，实现平台对数据的调用和管理(图2)。59第2期仇海亮等：基于开源GIS的耕地保护信息发布平台设计研究以江苏省为例网络爬虫定制爬虫数据清洗数据整合数据存储数据采集搭建规则和抽取和规范化和管理图2基于网络爬虫的数据采集汇聚与整合流程2.2基于开源GIS的耕地公示信息与空间位置联动展示为了直观形象地展示耕地保护公示信息，平台应用层和服务层相互协作，实现了耕地公示信息与空间位置联动展示功能。在平台首页设置左右视图区域，左侧为耕地补充、耕地占用、耕地保护等栏目区域，可切换浏览各栏目公示信息标题，右侧为地图显示区域，可基于“天地图江苏”底图叠加展示耕地位置范围。当在首页左侧滑动浏览信息标题时，右侧则同步显示与其一一对应的该地区耕地位置范围；反之，在首页右侧点击耕地位置图形时，左侧信息标题则同步高亮显示。在无须进入二级页面的情况下，实现耕地属性数据与空间数据的双向查询，达到耕地公示信息与空间位置视图联动、直观展示的交互式效果，提高平台页面访问效率。基于 PostGIS、Po s t g r e SQ L、G e o Se r v e r 及 Open-Layers等GIS开源框架实现该交互过程。（1)在PostgreSQL数据库中创建公示信息表，存储信息ID、标题、发布日期、内容、实地照片路径及其他耕地保护相关属性字段；通过PostGIS空间数据引擎创建耕地空间位置表，用于存储耕地空间范围，添加“信息ID”外键，将两表数据建立关联。（2）上传耕地空间范围Shapefile文件压缩包，经过解压缩、解析等转换为PostGIS中的Geometry类型，存储至PostgreSQL数据库中，并调用Ge-oServerRESTAPI将其发布为Web地图服务。（3）通过OpenLayers调用该Web地图服务，将耕地空间范围图形显示到页面上。（4)在页面上点击该空间范围图形，反向查询与之对应的信息ID，可将信息标题高亮显示2.3信息审核与发布范围控制技术信息审核与发布范围控制技术应用于基础支撑层和数据层，实现数据安全控制、访问权限管理等功能。本平台运行于政务网和互联网，主要面向各级政府部门和社会公众两类用户。采用层级审核机制，由具有栏目审核权限的用户依次对待发布的信息进行审核，通过全部审核流程，相关信息才能以开放或共享的方式进行发布。针对政务网和互联网的不同网络应用场景，通过给不同用户设置相应权限和标签，结合栏目类型或栏目唯一标志，精准控制用户数据发布与访问范围，社会公众可通过互联网对资讯动态和信息公示栏目进行受限浏览，各级政府部门也可在政务网对相应浏览权限内的敏感信息进行浏览，从而实现信息发布范围的差异性，保证所发布数据的安全性。3功能设计为实现耕地保护工作的全生命周期管理和信息发布的实际需要，本平台主要包括数据采集发布、耕地信息查询与检索、公众信息反馈、耕地数据分析与预测、Web地图服务发布与管理、用户权限管理等功能（图3）。基于开源CIS的耕地保护信息发布平台耕地信息查询与检索公众信息反馈浏览资讯与信息公示多条件查询在线评论社会公众属性信息与空间位置耕地变化图表展示联动展示全文检索留言个耕地信息发布采集耕地数据分析与预测Web地图服务发布与管理用户权限管理爬虫任务配置网页信息采集面积增减服务创建、发布、管理各级政府权限分配部门信息录人审核与发布位置变化服务共享图3平台功能与使用流程（1)耕地信息采集发布：采用网络爬虫技术对指定网页采集耕地资讯与信息，在人工审核后发布至资讯动态和耕地补充、耕地占用、耕地保护等信息公示栏目中。可自定义爬虫任务计划、修改参数、监控爬虫状态，进行配置与管理。各级政府部门信息维护人员也可手工录人信息，待审核发布后，供公众浏览。（2 耕地信息查询与检索：平台首页提供耕地属性信息与空间信息的双向查询；在详情页，按照行政区划、标题、发布日期查询各栏目详细公示信60测现第46 卷绘代息，包括公示内容、现场照片、位置范围等。可利用关键字进行全文搜索，获取相关信息列表。（3）公众信息反馈：为社会公众提供监督反馈和交流渠道，通过在线评论、留言等方式向政府部门提交耕地保护工作意见与建议。(4)耕地数据分析与预测：通过对耕地类别、分布范围、数量、面积等基本情况进行统计分析，实现对省、市、县、乡、村的耕地面积增减和位置变化预测，并将结果通过图表展示。（5)W e b 地图服务发布与管理：各级政府部门可对平台上传耕地空间位置时自动生成的Web地图服务进行管理，也可自主创建和发布新的地图服务供平台调用，展示各类耕地数据、基本农田保护区、高标准农田建设项目、征地项目等的空间分布，为政府部门间的数据共享、决策支持和公众服务提供支撑。（6)用户权限管理：平台管理员按照角色、部门、权限等维度对用户进行分类管理，并分配相应的权限和数据操作范围，也可查看用户日志、行为记录等信息，以保证平台的安全性和合规性。4结语本文设计了江苏省耕地保护信息发布平台，实现耕地保护信息采集、处理、统计、分析、发布和共享，有效提高耕地保护工作的信息化水平。平台基于免费的GIS开源框架，能够向不同网络、不同用户发布耕地保护资讯及耕地补充、占用、保护等公示信息，实现耕地属性数据与空间数据间的联动、直观展示，为社会公众与政府部门的信息交流提供便捷途径，实现耕地保护工作全过程的协同监督与管理，为保障国家粮食安全和助力乡村振兴提供有力支撑。参考文献中共中央国务院关于做好二二二年全面推进乡村振兴重点工作的意见N.人民日报，2 0 2 2 一0 2 一2 3(001).2 习近平.高举中国特色社会主义伟大旗帜为全面建设社会主义现代化国家而团结奋斗一一在中国共产党第二十次全国代表大会上的报告 门.中华人民共和国国务院公报，2 0 2 2（30）：4一2 7.3中共中央国务院关于做好二二三年全面推进乡村振兴重点工作的意见 NI.人民日报，2 0 2 3一0 2 一14(0 0 1)。4杨晓红.贵州省耕地资源现状与可持续利用对策 J.贵州农业科学，2 0 17，45（9）：12 9-132.5贾晨，齐宁林，夏超，等.以平衡为核心的耕地保护全生命周期管理C/中国城市规划学会城市规划新技术应用学术委员会.夯实数据底座做强创新引擎赋能多维场景一2 0 2 2 年中国城市规划信息化年会论文集.广西科学技术出版社，2 0 2 2：17 4一18 0.6 霍英，李小帆，丘志敏，等.基于大数据的网络数据采集研究与实践J.软件工程，2 0 2 3，2 6（4）：2 8 一32.7 王重阳.基于Openlayers和ECharts的网络空间数据获取及可视化一以沈阳市主城区为例 J.北京测绘，2 0 2 0,34（1)：6 97 2.8汪鹏，李爱光.基于Geoserver和Leaflet的地理信息服务构建与调用 J.测绘与空间地理信息，2 0 17，40(3):122124,127.9韩文龙.基于WebGIS的乱占耕地建房管理系统研究与开发 D.西安：长安大学，2 0 2 2.10王志敏，邓宏，康博闻.基于遥感监测“一张图”的云南省耕地保护信息化管理探索与应用J.国土资源信息化，2 0 18(5）：2 7 31.Design and Research of Farmland Protection Information Distribution PlatformBased on Open Source GISAs Jiangsu for ExampleQIU Hai-liang,WANG Yang,CHEN Sheng-quan(Information Center of Jiangsu Provincial Bureau of Surveying Mapping andGeoinformation,Nanjing Jiangsu 210013,China)AbstractDue to the continuous advancement of urbanization and industrialization,farmland resources are increasinglyreduced,posing great challenges to the implementation of rural revitalization strategies.It is particularly important tocomprehensively,systematically,and collaboratively protect farmland using information technology.This paper researches ondata collection,aggregation and integration techniques based on web crawlers,linkage display technology of farmland publicityinformation and spatial location based on open source GIS,information review and scope control techniques,designs anfarmland protection information publishing platform based on open source GIS,sets up farmland information andannouncement columns that comply with regulations in farmland protection work,and achieves functions such as farmlandinformation collection and publication,search and retrieval,public feedback,analysis and prediction,Web map servicepublication and management,and user permission management.It provides an effective way for government departments andthe public to supervise and manage farmland protection.Key wordsopen source;GIS;farmland protection;information distribution