朱素華 宋明陽(yáng) 張超凡 汪慧琳 楊明棟 盧 艷

(鄭州大學(xué) 地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院, 河南 鄭州 450000)

0 引言

貧困是人類社會(huì)發(fā)展面臨的重大難題之一,長(zhǎng)期受到社會(huì)各界廣泛關(guān)注,“在世界各地消除一切形式的貧困”是聯(lián)合國(guó)2030年17個(gè)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)中的首要任務(wù)[1]。2015年中共中央國(guó)務(wù)院發(fā)布《關(guān)于打贏脫貧攻堅(jiān)戰(zhàn)的決定》,明確提出精準(zhǔn)扶貧戰(zhàn)略[2],之后以習(xí)近平同志為核心的黨中央堅(jiān)持“精準(zhǔn)扶貧,精準(zhǔn)脫貧”,上下齊心,艱苦奮斗,共同推進(jìn)中國(guó)脫貧事業(yè)取得歷史性新突破：截止到2021年2月我國(guó)已完成消除絕對(duì)貧困的艱巨任務(wù),9 899萬農(nóng)村貧困人口全部脫貧,扶貧工作取得歷史性勝利。盡管如此,中國(guó)的扶貧工作并未結(jié)束,鞏固脫貧攻堅(jiān)成果和守住不發(fā)生規(guī)模性返貧的底線成為日后扶貧工作的首要任務(wù)[3],防止返貧、阻斷返貧也將成為中國(guó)扶貧事業(yè)的長(zhǎng)期使命[4]。

監(jiān)測(cè)返貧人口是防止返貧和阻斷返貧的第一步,在現(xiàn)有扶貧管理系統(tǒng)中,張璞元[5]開發(fā)的劍川縣農(nóng)村扶貧對(duì)象管理系統(tǒng)中設(shè)計(jì)了農(nóng)戶返貧功能,為返貧人口的監(jiān)測(cè)提供了手段;陳柄任[6]開發(fā)的精準(zhǔn)扶貧地理信息管理系統(tǒng)功能完善,具有較高的實(shí)用性;李彤[7]開發(fā)的精準(zhǔn)扶貧管理系統(tǒng)功能完善,涉及面廣,貧困人口的信息完善。但是張璞元和李彤開發(fā)的精準(zhǔn)扶貧系統(tǒng)只有貧困人口的屬性信息,缺乏貧困戶的空間信息,不能直觀地展示返貧人口的空間分布,陳柄任開發(fā)的精準(zhǔn)扶貧地理信息管理系統(tǒng)未涉及返貧人口監(jiān)測(cè)功能。本文基于前人開發(fā)的精準(zhǔn)扶貧系統(tǒng)的基礎(chǔ),結(jié)合返貧監(jiān)測(cè)工作的需要,采用數(shù)據(jù)庫(kù)、地理信息系統(tǒng)(Geographic Information System,GIS)空間位置服務(wù)等技術(shù),以河南省為例,研究開發(fā)精準(zhǔn)扶貧地理信息管理系統(tǒng),為政府鞏固脫貧攻堅(jiān)成果、守住不發(fā)生規(guī)模性返貧的底線提供監(jiān)測(cè)手段。此外，系統(tǒng)引入衛(wèi)星夜晚燈光數(shù)據(jù)和平均夜間燈光指數(shù)(Average Night Light Index,ANLI),旨在從宏觀層面上展示近年來河南省的扶貧質(zhì)量[8]。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)采用客戶端/服務(wù)器 (Client/Server,C/S)架構(gòu)設(shè)計(jì),系統(tǒng)從下到上一共有4個(gè)層次,依次為數(shù)據(jù)層、服務(wù)層、應(yīng)用層和表現(xiàn)層。其中數(shù)據(jù)層用來儲(chǔ)存地圖數(shù)據(jù)和返貧人口的各類信息,如返貧人口基本信息、家庭人員信息、生產(chǎn)條件信息、家庭收支情況等信息。系統(tǒng)管理員可以對(duì)以上數(shù)據(jù)進(jìn)行添加、修改、刪除等操作。服務(wù)層對(duì)數(shù)據(jù)層中的數(shù)據(jù)進(jìn)行操作,將貧困戶地理信息可視化,使用戶可以通過接口在客戶機(jī)端對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行操作。通過對(duì)需求的分析,來設(shè)計(jì)相對(duì)應(yīng)的應(yīng)用層,通過客戶機(jī)端界面對(duì)相關(guān)功能進(jìn)行調(diào)用。應(yīng)用層是該系統(tǒng)中的各項(xiàng)功能整合在一起,形成一個(gè)完整的系統(tǒng),各項(xiàng)功能主要包括地圖縮放、地圖移動(dòng)、成果展示、用戶管理、基礎(chǔ)信息管理、信息查詢等。表現(xiàn)層要實(shí)現(xiàn)用戶與應(yīng)用層的交互,系統(tǒng)中不同的功能模塊對(duì)應(yīng)不同的用戶,能夠根據(jù)不同的需求和用戶權(quán)限響應(yīng)不同的業(yè)務(wù)和信息資源,如只有管理員用戶能夠管理貧困人口信息。該系統(tǒng)將數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)、地理信息技術(shù)應(yīng)用于精準(zhǔn)扶貧工作,提高扶貧工作的科學(xué)性和準(zhǔn)確性[9]。該系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1.2 系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

為了提高系統(tǒng)的訪問速度與靈活性,系統(tǒng)選取輕量級(jí)、零配置的數(shù)據(jù)庫(kù)SQLite建設(shè)[10],將返貧人口基本信息、家庭人員信息、生產(chǎn)條件信息、生活條件信息、家庭收支情況、用戶表等信息存儲(chǔ)在不同的關(guān)系表中。其中基本信息表包括戶主姓名、身份證號(hào)碼、聯(lián)系電話、識(shí)別標(biāo)準(zhǔn)、是否建檔立卡、貧困戶屬性、開戶銀行、房屋經(jīng)度、房屋緯度、致貧原因、家庭現(xiàn)住址戶籍地等信息;家庭人員包括姓名、性別、身份證號(hào)碼、與戶主關(guān)系、文化程度、健康狀況、工作、參加居民基本醫(yī)療保險(xiǎn)情況、是否參加城鄉(xiāng)居民養(yǎng)老保險(xiǎn)、幫扶需求情況等信息;生產(chǎn)條件包括耕地面積、林地面積、水面等信息;生活條件包括住房面積、是否危房、是否有衛(wèi)生廁所、住房結(jié)構(gòu)、是否通電、飲水是否困難、飲水類型、飲水是否安全等信息;家庭收支情況包括家庭總收入、家庭主要收入來源、家庭支出、家庭人均純收入等信息;用戶表包括用戶名、用戶名Id、用戶類型。其中返貧人口基本信息表的設(shè)計(jì)見表1。

1.3 系統(tǒng)模塊設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)是以數(shù)據(jù)庫(kù)為基礎(chǔ),以地理信息系統(tǒng)為核心開發(fā)而成的一套精準(zhǔn)扶貧系統(tǒng)。與傳統(tǒng)扶貧系統(tǒng)相比,該系統(tǒng)將貧困數(shù)據(jù)與脫貧成果可視化,使其更加清晰直觀。并且該系統(tǒng)將重點(diǎn)放在返貧人口上,能夠幫助用戶及時(shí)發(fā)現(xiàn)返貧人口,管理和幫扶返貧人口,進(jìn)而鞏固脫貧成果。普通用戶可通過該系統(tǒng)與扶貧工作人員進(jìn)行交互,實(shí)現(xiàn)扶貧數(shù)據(jù)和扶貧工作的透明性、實(shí)時(shí)性和可監(jiān)督性[11]。該系統(tǒng)的模塊功能設(shè)計(jì)見圖2。

圖2 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)主要分為兩大類用戶,分別是普通用戶和管理員用戶,不同的用戶有不同的用戶權(quán)限,系統(tǒng)能夠根據(jù)不同的用戶權(quán)限,業(yè)務(wù)請(qǐng)求和能訪問的信息資源有所區(qū)別。其中普通用戶能夠使用信息錄入、地圖展示、脫貧成果、扶貧新聞、互動(dòng)交流功能模塊;管理員能夠使用互動(dòng)交流、群眾訴求管理、貧困信息管理等功能模塊。

2 關(guān)鍵技術(shù)與理論

2.1 關(guān)鍵技術(shù)

為保證系統(tǒng)的安全性,該精準(zhǔn)扶貧信息管理系統(tǒng)基于C/S模式建立,客戶端與服務(wù)端直接相連,響應(yīng)速度較快,且不依賴于政府外網(wǎng)環(huán)境,具有較強(qiáng)的事務(wù)處理能力,可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的業(yè)務(wù)流程。

客戶端層的開發(fā)技術(shù)主要是Qt+Openlayers+JS+SQLite。Qt是一款強(qiáng)大的跨平臺(tái)的C++圖形用戶界面應(yīng)用程序框架開發(fā)平臺(tái)，它具有良好的面向?qū)ο筇匦?，擴(kuò)展起來十分容易，同時(shí)它也允許真正地組件編程。Openlayers是一個(gè)WebGIS前端開發(fā)的JavaScript包,為互聯(lián)網(wǎng)客戶端提供強(qiáng)大的地圖展示功能。JS作為一種相對(duì)安全的腳本語(yǔ)言,不被允許訪問本地的硬盤且不會(huì)將數(shù)據(jù)存入服務(wù)器,允許對(duì)網(wǎng)絡(luò)文檔進(jìn)行修改,從而有效防止數(shù)據(jù)的丟失或?qū)ο到y(tǒng)的非法訪問。SQLite為關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù),用來存儲(chǔ)數(shù)據(jù),作為輕量級(jí)嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù),實(shí)現(xiàn)了自給自足、無服務(wù)器、零配置的、事務(wù)性的SQL數(shù)據(jù)庫(kù)引擎。

在客戶端層,需要使用Openlayers技術(shù)來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的可視化,通過遠(yuǎn)程調(diào)用的方式,將地圖數(shù)據(jù)加載到系統(tǒng)中,將空間位置信息點(diǎn)及扶貧數(shù)據(jù)與地圖相關(guān)聯(lián),從而實(shí)現(xiàn)GIS功能。對(duì)于非GIS端功能的實(shí)現(xiàn),則采用Qt+JS+SQLite技術(shù),保證了該系統(tǒng)的安全性。

服務(wù)器端通過unix域套接字和客戶端進(jìn)行通信。客戶端和服務(wù)器端通信時(shí),使用QCopChannel類,該類允許一個(gè)進(jìn)程的信號(hào)連接另一個(gè)信號(hào)的槽,從而實(shí)現(xiàn)客戶端與服務(wù)器端的多對(duì)多通信,提高系統(tǒng)使用效率。

2.2 平均夜間燈光指數(shù)

夜光遙感數(shù)據(jù)能夠反映人類社會(huì)活動(dòng)。李德仁在《論夜光遙感數(shù)據(jù)挖掘》中指出,夜光遙感影像能夠表征區(qū)域內(nèi)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平,因而能夠?qū)^(qū)域的貧困程度進(jìn)行測(cè)度[12]?；诖?部分學(xué)者深度開發(fā)利用夜光遙感數(shù)據(jù),建模研究夜光遙感數(shù)據(jù)與區(qū)域內(nèi)的貧困程度、扶貧質(zhì)量等的關(guān)系。斯麗娟等[8]通過構(gòu)建平均夜間燈光指數(shù) (Average Nighttime Light Index，ANLI),并將ANLI和區(qū)域扶貧質(zhì)量指數(shù)進(jìn)行回歸,發(fā)現(xiàn)兩者存在明顯的線性關(guān)系并呈現(xiàn)正相關(guān),即平均夜間燈光指數(shù)越大,區(qū)域扶貧質(zhì)量就越高。本系統(tǒng)引入河南省2000，2013和2020年夜光遙感影像，并計(jì)算其區(qū)域平均夜間燈光指數(shù),科學(xué)客觀展示河南省近年來的扶貧質(zhì)量及脫貧成果,ANLI計(jì)算如公式(1)所示：

(1)

式(1)中,P為河南省行政單元像元的個(gè)數(shù);IANL為區(qū)域平均夜間燈光指數(shù);NP為第P個(gè)像元的屬性值。

本文采用的夜光遙感影像包含兩個(gè)數(shù)據(jù)源,2000和2013年夜光遙感影像采用中國(guó)科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)數(shù)據(jù)中心已處理好的美國(guó)國(guó)防氣象衛(wèi)星計(jì)劃/線性掃描業(yè)務(wù)系統(tǒng)(Defense Meteorological Satellite Program/Operational Linescan System，DMSP/OLS)衛(wèi)星數(shù)據(jù),NP值范圍為0～63。2020年夜光遙感影像采用美國(guó)科羅拉多礦業(yè)學(xué)院地球觀測(cè)組織(EARTH OBSERVATION GROUP)官網(wǎng)(https:∥payneinstitute.mines.edu/eog/)原始衛(wèi)星數(shù)據(jù),并對(duì)其進(jìn)行預(yù)處理,以實(shí)現(xiàn)兩類數(shù)據(jù)的一致性。通過計(jì)算我們得到河南省2000，2013和2020年的IANL值,分別為4.246 8，9.084 3和12.235 5,表明河南省的扶貧質(zhì)量呈現(xiàn)上升的趨勢(shì)。

3 功能實(shí)現(xiàn)

3.1 信息錄入

信息錄入模塊用來記錄返貧人員的基本信息情況,用戶登錄后,點(diǎn)擊上方導(dǎo)航欄“信息錄入”按鈕,即可輸入相關(guān)信息,包括基本信息、家庭人員、生產(chǎn)條件、生活條件、家庭收支5個(gè)信息表。所有信息輸入完成并點(diǎn)擊確認(rèn)提交后,普通用戶輸入的數(shù)據(jù)將存入數(shù)據(jù)庫(kù)中,管理員可以在后臺(tái)管理普通用戶輸入的數(shù)據(jù),普通用戶可以查看自己之前輸入的信息并加以修改,見圖3。

圖3 信息錄入

3.2 地圖展示

項(xiàng)目人員通過應(yīng)用程序接口(Application Programming Interface，API)接口調(diào)用百度地圖,并將其與本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行連接,將空間信息與屬性信息聯(lián)系在一起,使貧困數(shù)據(jù)更直觀清晰地展示出來。地圖上的點(diǎn)表示返貧人口的地理位置,當(dāng)鼠標(biāo)移到標(biāo)注點(diǎn)就會(huì)顯示對(duì)應(yīng)貧困戶的詳細(xì)信息。管理員能夠直觀地看到每個(gè)地區(qū)的返貧人口及數(shù)量,實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)返貧人口數(shù)量和分布,見圖4。

3.3 脫貧成果

通過對(duì)河南省2000，2013，2020年的夜光遙感影像進(jìn)行處理計(jì)算得到每年的ANLI,其值分別為4.246 8，9.084 3和12.235 5。結(jié)果顯示,隨著年份的增加,河南省的ANLI值不斷上升,這說明河南省扶貧質(zhì)量呈現(xiàn)上升的趨勢(shì)。扶貧成果展示模塊通過向用戶展示2000，2013，2020年的ANLI值和衛(wèi)星夜晚燈光影像，宏觀地展示脫貧成果,見圖5。

圖5 夜光遙感影像與ANLI

3.4 其他模塊

在“互動(dòng)交流”模塊中,普通用戶可與管理員用戶進(jìn)行動(dòng)態(tài)交互,并對(duì)扶貧工作進(jìn)行監(jiān)督,該模塊中普通用戶可以查看對(duì)應(yīng)幫扶人姓名、辦公室地址、辦公室電話等信息,并對(duì)幫扶人進(jìn)行考核,用戶還可以向管理員提出訴求并查看訴求完成進(jìn)程;群眾訴求模塊僅服務(wù)于管理員,管理員在進(jìn)入“群眾訴求管理”模塊后可看到用戶提交的訴求,并能及時(shí)更改訴求狀態(tài),用戶端實(shí)時(shí)更新訴求進(jìn)程;另外,該系統(tǒng)還具有扶貧新聞模塊,該模塊包含扶貧動(dòng)態(tài)和扶貧英雄,主要用于扶貧進(jìn)程中扶貧新聞和扶貧先進(jìn)人物的展示;最后，在貧困戶信息管理模塊中,管理員用戶可以查看普通用戶填寫的各類信息,包括基本信息、家庭人員、生產(chǎn)條件、生活條件、家庭收支等信息；此外，管理員用戶也可以添加、刪除和修改返貧人口的各類信息。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)開發(fā)的精準(zhǔn)扶貧地理信息管理系統(tǒng)適用于對(duì)返貧人口的監(jiān)測(cè)和管理,通過地理信息技術(shù)建立起統(tǒng)一的信息平臺(tái),可以對(duì)返貧人口的地理位置、信息、空間關(guān)系進(jìn)行多維度展現(xiàn)與分析,幫助政府守住不發(fā)生規(guī)模性返貧的底線。另外普通用戶可與管理員用戶實(shí)時(shí)交流溝通,普通用戶提出可行性建議,對(duì)扶貧負(fù)責(zé)人進(jìn)行監(jiān)督,使扶貧工作更透明高效。該系統(tǒng)將返貧數(shù)據(jù)及成果與地理信息系統(tǒng)結(jié)合起來,充分發(fā)揮地理信息系統(tǒng)的精準(zhǔn)定位、可視化、數(shù)字化等優(yōu)勢(shì),實(shí)現(xiàn)返貧人口的信息查詢、位置展示等功能,提升精準(zhǔn)扶貧工作的效率,為鞏固脫貧成果、返貧人口監(jiān)測(cè)和堅(jiān)守返貧底線提供支持。