基于三维GIS的返贫监测预警系统

叶伟林 姜博辉 房得玉 周自强 安亚鹏

(1. 甘肃省科学院地质自然灾害防治研究所, 甘肃 兰州 730050; 2. 兰州大学 资源环境学院, 甘肃 兰州 730050;3. 成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室, 四川 成都 610059)

0 引言

党的十八大以来,以习近平同志为核心的党中央把贫困人口脱贫作为全面建成小康社会的底线任务和标志性指标,并针对脱贫工作做出了一系列重大部署[1]。2020 年是决胜全面建成小康社会、决战脱贫攻坚之年,通过建立返贫监测和帮扶机制,进一步巩固和发展现有扶贫成果,防止已脱贫人员返贫是当前扶贫工作的重点之一[2]。

荣超提出构建返贫监测预警机制,需要借助现有脱贫攻坚数据库对现有脱贫人口和贫困村边缘户进行动态监管和预警[3]。通过对其家庭状况和收入来源进行风险评估,系统自动识别出需要进一步巩固脱贫成效的脱贫户,通过关注其后续需求,从而制定相应的短期、中期与长期相结合的巩固体系。陈雪提出利用信息化手段,通过现有扶贫数据与乡镇责任人进行记录和走访的实地调查数据,从而构建脱贫大数据库,实现对潜在返贫户的实时动态监测,并采取相应措施干预和处理以阻止返贫发生[4]。章文光指出需要对生产经营性收入占比较高的脱贫户进行重点关注以及关注贫困户的就业情况,特别是从事高危行业的脱贫户。还需要加强对劳动力有限的脱贫户的监测[5]。这些研究主要在理论上对如何建立返贫监测预警机制进行了调查与研究,但对于从技术角度出发构建返贫监测预警系统方面探讨不足。

因此，本文提出一种适用于构建返贫监测预警系统的技术方案。通过调研甘肃省平凉市泾川县太平镇扶贫工作,提出了基于地理信息系统(Geographic Information System,GIS)和倾斜摄影测量技术构建“太平镇返贫监测预警系统”。通过对太平镇地形地貌数据进行高精度三维建模,并结合太平镇扶贫数据,实现了对太平镇全镇人口的动态管理以及对易返贫人员进行监测、预警和地理定位。“太平镇返贫监测预警系统”为太平镇政府工作人员在全镇人员管理、易返贫人员监测预警和完善扶贫政策方面提供了科技支撑。

GIS是以空间地理数据库(Geodatabase)为基础,采用地理模型的分析方法,提供多种空间的和动态的地理信息,为地理研究和地理决策服务的计算机系统[6]。倾斜摄影测量技术[7]是近年来发展起来的一项新的测量技术。通过飞行平台搭载多镜头相机系统,从一个垂直和四个倾斜五个角度同步采集影像,同时通过全球定位系统能实时获得影像精确的地理信息。后期利用专业软件处理成高精三维模型,相较于其他地图影像数据,倾斜摄影测量数据能更加真实地反映实际地物情况[8],并且具有生产周期短、信息多元化等优势[9]。因此,通过倾斜摄影测量技术获取全镇高精度三维地形数据,进一步结合太平镇扶贫数据,可以构建基于GIS的“太平镇返贫监测预警系统”。“太平镇返贫监测预警系统”帮助太平镇政府工作人员实现了对全镇人员进行实时监测,对潜在易返贫人员进行预警，通过修正和完善扶贫政策进一步巩固和发展现有扶贫成果。

1 区域概况与数据源

1.1 区域概况

甘肃省平凉市泾川县(图1)位于国家六盘山集中连片特困地区,属于六盘山特困片区扶贫开发重点县,是甘肃省58 个扶贫重点县之一。全县大多数贫困人口集中在黑梁河流域、泾汭河面山、红河流域、北部干旱山塬区4 个特困片带[10]。

图1 区域概况图

太平镇,是泾川县下辖的一个乡镇级行政单位,也是扶贫工作开展区域之一。从“十三五”以来,全镇贫困人数从2016 年的3 667 人减少到2020 年的73 人,贫困发生率从2016 年的23.87%下降到2020 年的0.48%。精准扶贫取得了显著成果。

1.2 太平镇三维实景数据

由于地图数据无法直观、立体和高精度地呈现实际地物、地貌情况。因此,通过无人机对太平镇当地进行地形数据采集,然后利用大疆制图等软件将无人机采集所得到的数据处理成高精度三维模型[11]。后期通过SuperMap iDesktop.NET 9D(V9.1.2)[12]软件对高精度三维模型中的地理对象(如居民房屋、蔬菜大棚等)进行单体化,并将居民房屋等地理对象与户编号进行关联,从而建立起村民房屋地理数据与村民基础信息之间的联系。相较于其他信息系统,借助地理信息系统可以为政府工作人员提供较为直观、立体的村民位置信息及村民基础信息。为了方便后续在系统中调用,还需要借助SuperMap iServer 9D(V9.0.1)[13]将地理数据发布为地理服务。

1.3 太平镇精准扶贫数据

太平镇精准扶贫数据由太平镇人民政府提供,主要涵盖了精准扶贫的人口、扶贫产业、扶贫项目和一户一策等数据。具体为全镇人口总数、贫困人口总数、未脱贫人口总数、全镇扶贫项目类型、数量与资金以及各村村民的基础信息数据,包括家庭户主信息、家庭人均纯收入、文化程度、健康状况、致贫原因、脱贫属性和劳动技能等数据。

2 系统平台设计

2.1 系统平台架构

遵循统一标准、统筹规划,系统整体采用B/S分层架构模式。前端采用HTML、CSS、JavaScript语言构建系统界面,后端采用Python构建系统服务。针对全镇人口总数等这类非地理数据,采用MySQL数据库进行存储与查询。而针对各村采集与获取的倾斜摄影测量数据和遥感影像等地理数据,首先通过SuperMap iDesktop.NET 9D(V9.1.2)进行地理对象单体化、村民房屋及户编号空间属性连接等操作,然后将数据源保存为工作空间，借助SuperMap iServer 9D(V9.0.1)发布为三维服务和数据服务供前端调用。系统平台总体架构如图2所示[14]。

图2 系统总体架构图

2.2 系统功能设计

2.2.1返贫监测预警系统

根据2020 年全面建成小康社会的目标要求,适应我国扶贫开发转入新阶段的形式,中央决定将农民人均收入2 300 元(2010 年不变价)作为新的国家扶贫标准[15]。因此,依据这一新的扶贫指标,将村民的收入和收入变化作为返贫监测预警指标,政府工作人员可通过在系统中设置人均年收入低于2 300元、收入连续两年下降超过1 000元及收入下降幅度超过10%等条件,即可筛选出符合条件的村民。此过程可为政府工作人员监控全镇易返贫人员情况提供便利。返贫监测预警系统的核心在于将全镇人员信息数字化用以构建脱贫数据库,并根据乡镇干部实地调查后的结果对部分村民基本信息进行实时更新。

借助三维GIS技术与倾斜摄影测量技术构建的返贫监测预警系统可以对太平镇建立直观、立体和高精度的三维实景模型,用以呈现易返贫人员所在村的地形地貌以及全镇人员空间分布,以便政府部门从交通、自然环境、地质灾害、水源地等地理因素分析致贫原因,且返贫监测系统同样支持全镇各村易返贫人员占比、收入持续上升人员占比、历年平均收入变化等情况的查看,以便政府部门对太平镇整体的经济情况进行分析。此外,政府工作人员还可从村民自身因素的角度进一步分析造成收入下降的原因。在返贫监测预警系统中通过具体查看村民的家庭成员、家庭劳动力数量、致贫原因、已享受扶贫政策及收入变化曲线等信息,详细了解村民收入下降的真实原因,修改与完善现有扶贫政策,及时调整扶贫工作方向,有针对性地解决村民收入下降的问题,从而实现精准扶贫。如图3和图4所示,政府工作人员可以在系统中点击查看全镇的贫困信息和致贫原因,可以看出2020年崖窑村的贫困人数最多,红崖湾村的贫困人数最少;从致贫原因的角度可以看出技术匮乏占据主导地位,是太平镇致贫的主要原因。以上两方面信息有利于政府工作人员掌握全镇贫困信息情况。此外,返贫监测预警系统还支持易返贫人员的定位与信息查看。如在系统中通过检索今年收入比去年收入减少的信息,可直接定位到具体的村民。如图3所示,系统中通过筛选定位到“孟丽”(模拟数据)这位村民,可以了解到该村民所在的村以及当年该村民的平均收入情况,图4是对该村民信息的具体呈现,在左侧的三维地理模型中可以将这位村民直接精准定位到户,通过查看该村民所在村的地形地貌等信息,初步判断交通等地形因素是否为该村民的致贫原因;在右侧的信息列表中可以查看村民的健康状况、劳动技能、务工状况、致贫原因、平均收入、脱贫属性、贫困识别时间以及历年的人均纯收入变化趋势图等一系列信息,为该村民后续扶贫政策的制定与完善提供有力的数据支撑。

图3 易返贫人员监测

图4 易返贫人员定位与查看

2.2.2外出务工人员管理系统

从当前中国农民的收入结构来看,外出务工的工资性收入是农民重要的收入来源,也是农民脱贫致富的重要途径[16]。通过统计和分析太平镇历年外出务工人员的区域、工作类型和收入情况等数据,发现有部分家庭中劳动力数据量较少,并且这部分劳动力为赚取更多收入则会选择一些风险性较高的职业。从长远角度来看,若这部分劳动力发生意外,丧失劳动能力,则整个家庭极易返贫。因此,政府工作人员可以通过返贫监测预警系统及时发现此类家庭并进行重点监控,综合考虑其家庭劳动力数量、劳动力教育水平等其他因素,协助此类家庭中的劳动力选择合适的职业,减少此类家庭返贫风险。

2.2.3全镇扶贫成果统计

全镇扶贫成果统计主要用于展示2020 年全镇总人口数、贫困人口数以及各村未脱贫人数。通过统计2016—2019 年扶贫项目数目、扶贫投入资金、扶贫产业受惠人数、贫困人数以及年平均收入,可以清晰地看到过去扶贫所取得的成果以及扶贫工作中存在的不足,为剩余贫困人口脱贫和巩固和发展现有扶贫成果政策制定提供参考。

3 结束语

基于地理信息技术和摄影测量技术构建的“太平镇返贫监测预警系统”,实现了对易返贫人员的实时监测和精准定位。政府工作人员可以通过进一步了解和分析易返贫人员家庭劳动力数量、历年平均收入和劳动力教育水平等因素,制定与完善针对易返贫人员的扶贫政策，防止其返贫。通过外出务工人员管理系统,政府工作人员可以对劳动力少且劳动力正在从事高危行业的家庭进行重点监控。通过帮助从事高危职业的劳动力更换职业或向其他家庭成员提供公益岗位,降低此类家庭返贫风险。“返贫监测预警系统”在太平镇扶贫工作中取得了良好的使用效果,为太平镇在巩固和发展现有扶贫成果方面提供了便利。除收入以外,如何构建和使用其他指标实现对易返贫人员的精准监测与预警还需要进一步研究与探讨。