侯 渲 許金朵 林 晨 馬榮華 段學軍 劉寧寧 吳紫靜 陳 曦

0 引言

近些年隨著我國工業(yè)和城市建設的高速發(fā)展，城鄉(xiāng)差距不斷加大，原來的村鎮(zhèn)建設已經(jīng)遠遠不能適應目前發(fā)展的情況。黨的十九大針對于目前鄉(xiāng)村所存在的非農(nóng)化、老弱化、空廢化、污損化和貧困化問題，提出“鄉(xiāng)村振興”戰(zhàn)略，編制了《鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略規(guī)劃（2018—2022年）》（以下簡稱“《規(guī)劃》”），為打造一個和諧宜居的美麗鄉(xiāng)村指出方向[1]。資源環(huán)境要素對鄉(xiāng)村居民而言是重要的生產(chǎn)資料和生活資料，更是鄉(xiāng)村振興的基礎，所以對山水林田湖草等要素資料進行采集、開展土地利用現(xiàn)狀和潛力調(diào)查，結(jié)合當?shù)剜l(xiāng)村特色和村民生產(chǎn)生活需求，才能準確把握鄉(xiāng)村建設方向[2]。在面向資源環(huán)境調(diào)研工作的過程中，需要收集的多源異構(gòu)數(shù)據(jù)內(nèi)容存在數(shù)據(jù)量大、種類繁多和來源不一的問題；在傳統(tǒng)數(shù)據(jù)采集的過程中，需要大量的人力物力，不僅耗時耗力，而且對人員專業(yè)素養(yǎng)的要求較高，難以大范圍同時采集[3-4]。如何借助地理信息在快速、準確處理時空數(shù)據(jù)上的優(yōu)勢，從而高效地實現(xiàn)這些多源異構(gòu)數(shù)據(jù)的管理和分析，是當下亟需解決的問題。

智能終端與移動地理信息系統(tǒng)（Mobile GIS）的結(jié)合，集成了GPS、無線網(wǎng)絡、GIS等技術(shù)，因為便于攜帶、操作較為方便靈活的特性，被廣泛應用于各行各業(yè)：最初在國外用于森林火險調(diào)查、農(nóng)作物種類調(diào)查等[5-6]，在國內(nèi)廣泛用于地質(zhì)勘探、野外調(diào)查及基層調(diào)研中[7-9]，如棉田病蟲害信息采集[10]、生物多樣性的野外調(diào)查[11]、城市建筑的規(guī)劃設計[12]、生態(tài)環(huán)境的核查[13]等。除此之外，移動GIS在空間數(shù)據(jù)的收集整理方面的優(yōu)勢更為突出，包括經(jīng)緯度坐標、高程、方位和水平面等基礎地理信息數(shù)據(jù)采集[14-15]。經(jīng)過不斷的完善改進，已經(jīng)有不少相關的應用在相關行業(yè)投入使用，例如：中科圖新公司所研發(fā)的外業(yè)精靈APP內(nèi)置了大量在線地質(zhì)地圖，便于用戶看圖和采集；吉印信息公司研發(fā)的吉印足跡APP用于外業(yè)實習、野外考察、證據(jù)留存等，使困難又煩瑣的外業(yè)采集變得簡單又高效，提高了數(shù)據(jù)采集效率。由此可見，已有的移動GIS應用主要是通過文本、照片等數(shù)據(jù)形式，對調(diào)研點周邊環(huán)境數(shù)據(jù)（如高程、傾斜角、經(jīng)緯度和氣候等）進行記錄，此方面的應用相對成熟廣泛[16-18]。

但是目前絕大多數(shù)應用產(chǎn)品僅僅關注了周邊環(huán)境數(shù)據(jù)采集的需求，忽略了居民本身需求的意愿表達。然而在有關村鎮(zhèn)尺度的相關調(diào)研和業(yè)務工作中發(fā)現(xiàn)：當研究區(qū)空間尺度越來越小，反而對居民參與度的要求更高。這也和自然資源部頒發(fā)的文件[19]精神相符合，該文件指出：村莊規(guī)劃建設與新型城鎮(zhèn)化建設過程中要聚焦人的需求，村莊規(guī)劃建設要“尊重農(nóng)民意愿”，關注人的需求和意愿，將村民參與納入村莊規(guī)劃決策。如趙杰、趙士洞在研究鄉(xiāng)村小尺度的土地利用變化中就提出參與性農(nóng)村評估方法[20]（Participatory Rural Appraisal,PRA），通過挨家挨戶走訪調(diào)查和拜訪知情人士來獲取“潛藏”在人群中的數(shù)據(jù)[21]；陜西白馬村在鄉(xiāng)村旅游扶貧規(guī)劃中聽取了公眾意愿，還主動關注周邊企業(yè)的訴求[22]等。由此可見，在參與鄉(xiāng)鎮(zhèn)規(guī)劃建設的過程中，居民的生產(chǎn)生活方式、需求意愿調(diào)研是整個工作中非常重要的一部分。將所獲取到的居民需求意愿與調(diào)研獲取到的周邊環(huán)境信息相結(jié)合，才能反映出最真實的鄉(xiāng)鎮(zhèn)建設需求。這些需求意愿信息的獲取和分析，在目前市面上的APP中都沒有被考慮進去。

如何將居民的需求意愿在村鎮(zhèn)建設決策中體現(xiàn)出來，是問題的關鍵所在。因此，開發(fā)一款面向村鎮(zhèn)建設調(diào)查的APP，實現(xiàn)周邊環(huán)境和居民訪談調(diào)研數(shù)據(jù)的實時、高效采集和管理，更好地服務于當?shù)剜l(xiāng)鎮(zhèn)建設，是本應用需要解決的問題。

1 總體設計

整個APP以環(huán)境信息和需求意愿采集為核心，包括周邊環(huán)境信息數(shù)據(jù)的圖片/音頻/影像數(shù)據(jù)的采集、存儲、上傳和居民需求意愿調(diào)研的問卷數(shù)據(jù)的填寫、上傳下載等。整個應用以Java作為開發(fā)語言，Android Studio為集成開發(fā)環(huán)境，選取MVC（Model-View-Controller）開發(fā)模式，該模式可提高代碼復用性，降低數(shù)據(jù)表達、數(shù)據(jù)描述和應用操作的耦合度，同時軟件的可維護性、可修復性、可擴展性、靈活性和封裝性得到提升。

APP整體設計架構(gòu)主要分為UI表現(xiàn)層、BLL業(yè)務邏輯層和DLL數(shù)據(jù)訪問層3部分，是標準化的3層架構(gòu)設計邏輯，應用結(jié)構(gòu)設計如圖1所示。UI表現(xiàn)層位于整個系統(tǒng)的最外層，用于顯示和接收用戶輸入的數(shù)據(jù)，提供軟件與用戶交互的界面，通過XML頁面布局實現(xiàn)，主要包括用戶登錄、地圖界面、數(shù)據(jù)采集及數(shù)據(jù)和問卷信息的上傳、下載等基本功能；BLL業(yè)務邏輯層位于表示層和數(shù)據(jù)訪問層之間，負責數(shù)據(jù)的處理和傳遞，是表示層和數(shù)據(jù)訪問層之間的橋梁，主要由“應用服務”與“業(yè)務邏輯”組成，前者為各類系統(tǒng)功能提供所需的權(quán)限管理和函數(shù)接口服務，后者通過“客觀（周圍環(huán)境信息）+主觀（需求意愿調(diào)研）”的模式實現(xiàn)應用的核心功能。DLL數(shù)據(jù)訪問層為底層數(shù)據(jù)管理層，實現(xiàn)對屬性和空間數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)進行保存、讀取和更新操作。

圖1 APP系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖Fig.1 System architecture diagram of application

2 功能設計

在國土空間規(guī)劃中，現(xiàn)狀調(diào)研目的是為規(guī)劃編制采集詳細的現(xiàn)狀數(shù)據(jù)和資料，形成詳細的調(diào)研報告支撐規(guī)劃決策，是村莊規(guī)劃編制現(xiàn)狀情況分析中的重要工作內(nèi)容。以《江蘇省村莊規(guī)劃編制指南》[23]為例，在“現(xiàn)狀調(diào)查”中對調(diào)研的內(nèi)容與指標提出詳細要求（見表1）。

表1 村莊規(guī)劃編制現(xiàn)狀調(diào)查指標Tab.1 Village planning status survey indicators

以“基本情況”“意愿調(diào)查”為APP功能設計的目標導向，整個APP在功能設計如圖2所示，分為系統(tǒng)基礎設置、問卷調(diào)研信息采集和環(huán)境信息采集3個模塊。其中，環(huán)境信息采集部分是APP采集工作流程的數(shù)據(jù)基礎，面向客觀環(huán)境信息的采集是系統(tǒng)運行的重要條件；問卷調(diào)研信息采集則是整個應用在進行采集調(diào)研過程中的核心環(huán)節(jié)；主要針對村莊規(guī)劃中的意愿調(diào)查采集，用戶不僅根據(jù)研究需求進行個性化的問卷定制，而且能夠根據(jù)不同側(cè)重角度對問卷進行修改，這是該模塊的亮點。

圖2 APP系統(tǒng)功能模塊組成Fig.2 Composition of function modules of APP subsystem

2.1 問卷調(diào)研信息采集

開發(fā)以開放式在線問卷為基礎的村民主觀意愿和感知關鍵信息采集技術(shù)，形成“問卷模版設計—問卷信息更新—表單式答題—實時化傳輸”的一鍵式技術(shù)流程，支持單選、多選、填空、選填組合等多種答題形式（見圖3）。

圖3 各類問卷類型Fig.3 Types of questionnaire questions

問卷調(diào)研信息中包含大量的表單信息，不同的問卷類型涉及不同格式類型的文本數(shù)據(jù)，獲取不同類型問卷相對應的服務ID，返回對應的XML格式結(jié)果，通過在問卷模版中的規(guī)則來管理字段結(jié)構(gòu)類型。同時通過數(shù)據(jù)通信與云計算技術(shù)，以Form表單形式存儲到本地SQLite數(shù)據(jù)庫，同時與遠程數(shù)據(jù)庫同步，實現(xiàn)調(diào)研采用數(shù)據(jù)和問卷數(shù)據(jù)的即時回傳和處理。內(nèi)業(yè)人員通過瀏覽器訪問Web服務查看存儲于服務器端的調(diào)研及問卷數(shù)據(jù)。通過獲取的問卷調(diào)研信息結(jié)合環(huán)境信息采集數(shù)據(jù)，進行數(shù)據(jù)分析及更深層次的挖掘。

2.2 環(huán)境信息采集模塊

基礎環(huán)境信息主要是空間屬性數(shù)據(jù)，一般為采集點的坐標信息。通過移動端數(shù)據(jù)采集和通信技術(shù)，整合移動設備的多傳感器（相機、麥克風、GPS、陀螺儀、方向傳感器、磁場傳感器等），調(diào)用相應的服務接口，得到照片、視頻、音頻等多媒體數(shù)據(jù)和GPS 坐標數(shù)據(jù)（見圖4），以及拍攝方向、高度、傾斜角等一些姿態(tài)數(shù)據(jù)。以PostGIS為空間對象數(shù)據(jù)庫提供空間信息存儲與檢索服務，SQLite為移動端存儲數(shù)據(jù)庫存儲空間信息。

圖4 點位信息獲取及周邊環(huán)境信息采集Fig.4 Location reading and surrounding environment information filling

2.3 系統(tǒng)基礎設置

地圖是地理信息采集的基礎和前提，通過地圖的打開和瀏覽能夠?qū)M采集的區(qū)域信息直觀地反映在屏幕上，為后續(xù)操作奠定基礎；通過移動端地圖渲染引擎技術(shù)，可實時加載本地或在線的矢量、柵格等空間地圖服務，并在移動端實時渲染。同時還可以根據(jù)需求進行放大、縮小、增添、刪除、全屏顯示、地圖屬性更改等相關操作（見圖5），為用戶細化或全面了解采集區(qū)域的具體情況提供有效支撐。

在用戶進行注冊信息時，根據(jù)實際情況選擇不同等級（見圖5）。在整個APP系統(tǒng)中，針對不同的角色設置了不同權(quán)限。

圖5 系統(tǒng)基礎功能Fig.5 Basic functions of the system

3 APP在國土空間規(guī)劃中的應用

村莊規(guī)劃作為我國“五級三區(qū)”國土空間規(guī)劃體系中的詳細規(guī)劃，是開展鄉(xiāng)村建設、推動鄉(xiāng)村振興的重要基礎工作。自2019年自然資源部印發(fā)《關于加強村莊規(guī)劃促進鄉(xiāng)村振興的通知》后，全國各地陸續(xù)出臺村莊規(guī)劃編制指南（導則）[24]。在各地導則文件中，都對深入調(diào)研的時間、內(nèi)容和程序提出明確具體的要求：需要收集村莊現(xiàn)狀的基本情況、基礎數(shù)據(jù)、各類規(guī)劃、審批管理等各方面的資料，還需要調(diào)研村莊社會經(jīng)濟、歷史文化、自然環(huán)境等基本要素，進行入戶調(diào)查，讓村民填寫問卷等。

以本APP為工具，參與某村莊關于村莊規(guī)劃編制調(diào)研工作為例，展開下列工作。

3.1 環(huán)境信息采集

到達目的地后，打開應用“調(diào)研采集”，頁面自動加載在線地圖和獲取當前設備所在位置的經(jīng)緯度、行政區(qū)劃、方位角等基礎信息。通過觀察，可以對周邊的自然資源、土地利用、農(nóng)房建設、村莊設施、環(huán)境風貌等現(xiàn)狀進行采集，點擊“調(diào)研”進入環(huán)境信息的采集工作中：上列村鎮(zhèn)名稱、所屬行政區(qū)劃、經(jīng)緯度坐標、調(diào)研員姓名和調(diào)研時間已自動獲取填充；點擊“拍攝”開始對村域內(nèi)的“山水林田湖草”等自然資源要素、農(nóng)村地籍、宅基地、農(nóng)村公共基礎設施、歷史文化名跡等要素拍照取證，并配以相關的文字描述。在權(quán)屬現(xiàn)狀、農(nóng)經(jīng)權(quán)等無法通過照片形式表達的情況下，調(diào)研員通過拍攝視頻資料便能直觀地加以展示，通過錄制音頻對當前耕地的實際情況進行更加具體的描述。調(diào)研員完成當前環(huán)境信息采集任務后，點擊界面右上角“提交”便將當前調(diào)研信息即時回傳到數(shù)據(jù)庫中。

調(diào)研數(shù)據(jù)回傳到后臺數(shù)據(jù)庫中，內(nèi)業(yè)人員通過后臺查看調(diào)研采集記錄，在對該地區(qū)的村域環(huán)境的評估方面能夠有一定的參考，還能通過地圖瀏覽的方式在后臺查看相應位置的調(diào)研記錄，掌握不同位置的環(huán)境信息，從而對該地區(qū)有整體的了解（見圖6）。

圖6 周邊環(huán)境信息采集技術(shù)流程Fig.6 Technical process of surrounding environment information collection

3.2 問卷信息采集

村莊規(guī)劃中的現(xiàn)狀調(diào)研主要是通過部門座談、駐村摸查、入戶調(diào)研和文件調(diào)查等形式，了解村民對規(guī)劃的意見和建議，提出目前村莊發(fā)展中存在的問題和未來發(fā)展的建議。整個過程以開放式在線問卷為基礎，對村民主觀意愿信息進行采集，形成“問卷模版設計—問卷信息更新—表單式答題—實時化傳輸”的一鍵式技術(shù)流程，支持單選、多選、填空、選填組合等多種答題形式（見圖7）。

3.2.1 問卷模版設計

調(diào)研員厘清所需調(diào)研的內(nèi)容，設計一套面向該村莊規(guī)劃實際需求的詳細調(diào)研問卷，其中包括村莊社會經(jīng)濟、人口產(chǎn)業(yè)、產(chǎn)業(yè)類型與規(guī)模、村莊規(guī)劃建議等調(diào)研指標（見圖7a）。將需要的調(diào)研內(nèi)容導入后臺管理平臺后，設計題目類型、問題選項等必要信息（見圖7b）。

3.2.2 問卷信息更新

在另外一處村莊進行村莊規(guī)劃編制前期調(diào)研工作過程中發(fā)現(xiàn)，當?shù)禺a(chǎn)業(yè)布局情況比較混亂，是影響村莊未來發(fā)展的一個重要因素。該調(diào)研員就該村莊的產(chǎn)業(yè)規(guī)模、產(chǎn)業(yè)類型、產(chǎn)業(yè)資源等指標對居民展開更加深入的調(diào)研，通過后臺管理系統(tǒng)在原有產(chǎn)業(yè)類型調(diào)研問卷的基礎上增加了關于產(chǎn)業(yè)發(fā)展多指標的調(diào)研內(nèi)容。在更新發(fā)布完問卷后，便可以在APP中得到適用于該地區(qū)的調(diào)查問卷（見圖7c）。

圖7 問卷信息采集技術(shù)流程Fig.7 Technical process of questionnaire collection

3.2.3 表單式答題

刷新APP問卷信息后，出現(xiàn)關于調(diào)研指標的調(diào)研問卷，表單式問卷結(jié)構(gòu)簡潔明了。調(diào)研員前往居民家中或借助村委會配合將調(diào)研問卷通過APP在線答題、分發(fā)答題二維碼和鏈接的方式，請各位村民填寫關于調(diào)查當?shù)赝恋刭Y源承載力的問卷（見圖7d）。

3.2.4 實時化傳輸

村民填寫完調(diào)研問卷后，點擊提交結(jié)果即時傳輸?shù)胶笈_數(shù)據(jù)庫中。通過對村民問卷調(diào)研信息的分析與處理，結(jié)合傳回的環(huán)境信息數(shù)據(jù)，項目組能夠?qū)Ξ斍案氐耐恋爻休d力有較為客觀準確的認知（見圖7e）。

3.3 后臺數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)

在調(diào)研工作完成后，把通過APP采集到的周邊環(huán)境數(shù)據(jù)及調(diào)研問卷信息實時上傳到后臺管理系統(tǒng)并生成調(diào)研記錄。通過后臺管理系統(tǒng)“調(diào)研數(shù)據(jù)列表查看”功能，可按條件篩查調(diào)研列表，查看包括調(diào)研員、村鎮(zhèn)名稱、調(diào)研地點、調(diào)研時間等詳細信息（見圖8a），點擊“詳情”可以查看詳細的調(diào)研數(shù)據(jù)信息。“調(diào)研數(shù)據(jù)地圖瀏覽”將每條調(diào)研記錄數(shù)據(jù)加載于在線地圖上，通過地圖瀏覽的方式在后臺查看不同位置的調(diào)研記錄（見圖8b），使用戶的調(diào)研數(shù)據(jù)在空間表達上更加直觀簡潔。

圖8 問卷調(diào)研后臺管理平臺Fig.8 Questionnaire survey background management platform

每一位用戶的問卷調(diào)研信息在回傳到數(shù)據(jù)庫后，按照不同問卷記錄在對應的數(shù)據(jù)表中（見圖8c），調(diào)研員可以按照不同的時間段、調(diào)研地點、調(diào)研編號和調(diào)研組別，篩選導出調(diào)研問卷信息表單，進行橫向?qū)Ρ确治龅妊芯俊?/p>

4 結(jié)論與討論

本文介紹的是一款面向村鎮(zhèn)資源環(huán)境調(diào)查的多源信息采集移動客戶端——“村鎮(zhèn)資源環(huán)境調(diào)研”APP。在市場中的調(diào)研采集類APP，通常都只關注客觀環(huán)境信息的采集需求，而基于居民本身需求表達的主觀意愿信息采集很少被考慮進去。因此，“村鎮(zhèn)資源環(huán)境調(diào)研”APP的設計提出“多源調(diào)研信息采集與信息實時傳輸”的理念。在這一設計理念下，本應用的創(chuàng)新可以歸結(jié)為兩個方面:（1）開發(fā)以居民主觀意愿信息采集為主的個性化定制在線問卷功能，結(jié)合傳統(tǒng)調(diào)研采集APP的客觀環(huán)境信息采集功能，在調(diào)研過程中所遇到的客觀環(huán)境信息和主觀調(diào)研信息都可以通過“村鎮(zhèn)資源環(huán)境調(diào)研”APP同時進行采集，極大提升了調(diào)研信息采集的工作效率。（2）調(diào)研采集結(jié)果可以在前端界面和后臺管理系統(tǒng)中通過數(shù)據(jù)列表、地圖瀏覽等多種方式展示，增強了數(shù)據(jù)可視化效果。

“村鎮(zhèn)資源環(huán)境調(diào)研”APP應用已在APP Store和安卓應用市場正式發(fā)布近兩年。在參與村鎮(zhèn)建設規(guī)劃工作的過程中，調(diào)研數(shù)據(jù)都是通過“統(tǒng)計圖表”和“調(diào)查圖集”的形式供團隊參考部署。如何利用APP的“多源調(diào)研信息采集”功能結(jié)合實際調(diào)研指標需求，開發(fā)更加高效的智能問卷系統(tǒng)來實現(xiàn)調(diào)研臺賬“一鍵式”操作，即在“現(xiàn)狀調(diào)查圖集”基礎上，結(jié)合鄉(xiāng)村數(shù)據(jù)“統(tǒng)計圖表”，總結(jié)村莊規(guī)劃需要解決的主要問題和規(guī)劃方案的目標導向，實現(xiàn)決策報告“一鍵式”操作，為調(diào)研團隊節(jié)省時間成本，這是本應用在未來開發(fā)過程中應該思考的問題。

（感謝國家科技基礎條件平臺—國家地球系統(tǒng)科學數(shù)據(jù)中心—湖泊—流域分中心（http://lake.geodata.cn）、中國科學院“十四五”網(wǎng)信專項課題（http://data.niglas.ac.cn）、中國湖泊科學數(shù)據(jù)庫（http://www.lakesci.csdb.cn/）提供的數(shù)據(jù)支撐。）