沈雪建，李智廣?，亢慶，盧敬德

(1.水利部水土保持監(jiān)測中心，100053，北京；2.珠江水利科學(xué)研究院，510611，廣州)

基于高分影像和云數(shù)據(jù)管理的生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土保持監(jiān)管系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用

沈雪建1，李智廣1?，亢慶2，盧敬德2

(1.水利部水土保持監(jiān)測中心，100053，北京；2.珠江水利科學(xué)研究院，510611，廣州)

為從數(shù)據(jù)采集的硬件設(shè)備和信息處理分析的軟件上支撐“生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土保持監(jiān)管示范”工作，根據(jù)現(xiàn)代空間技術(shù)、測繪技術(shù)和信息技術(shù)的新發(fā)展，結(jié)合水土保持監(jiān)督檢查工作的新需求，在全面分析生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土保持監(jiān)管工作的數(shù)據(jù)及其管理需求的基礎(chǔ)上，通過監(jiān)管業(yè)務(wù)定制創(chuàng)新、軟件硬件集成創(chuàng)新及其應(yīng)用創(chuàng)新，研制開發(fā)了“基于高分影像和云數(shù)據(jù)管理的生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土保持監(jiān)管系統(tǒng)”，實(shí)現(xiàn)了水土保持監(jiān)督檢查基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理、監(jiān)管信息采集與分析、生產(chǎn)建設(shè)活動合規(guī)性判別與預(yù)警、空間數(shù)據(jù)GP服務(wù)、數(shù)據(jù)一鍵導(dǎo)入與導(dǎo)出以及信息發(fā)布與共享服務(wù)。2年多的測試和推廣應(yīng)用表明，系統(tǒng)為強(qiáng)化生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土保持監(jiān)管內(nèi)業(yè)與外業(yè)工作的流程化和規(guī)范化，開展生產(chǎn)建設(shè)活動的時空合規(guī)性和量質(zhì)合規(guī)性即時分析和監(jiān)督檢查的動態(tài)管理與歷史分析，為實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)建設(shè)活動水土保持情況的網(wǎng)絡(luò)聯(lián)動與交互性可視化提供了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)，對進(jìn)一步提高水土保持監(jiān)督檢查效能、推進(jìn)生產(chǎn)建設(shè)單位積極主動落實(shí)水土保持方案等發(fā)揮了良好作用。

水土保持； 生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目； 監(jiān)管系統(tǒng)； 云數(shù)據(jù)管理； 設(shè)計(jì)開發(fā)； 應(yīng)用

在2014年，水利部印發(fā)《全國水土保持信息化實(shí)施方案(2014—2016年)》，提出“選擇1～2個生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目集中區(qū)，利用國產(chǎn)高分衛(wèi)星影像開展生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目活動的‘天地一體化’動態(tài)監(jiān)測示范”。2015年，水利部印發(fā)《全國水土保持信息化工作2015—2016年實(shí)施計(jì)劃》，提出“開發(fā)水土保持監(jiān)督管理信息移動采集系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)監(jiān)督執(zhí)法信息的快速、準(zhǔn)確獲取、存儲和處理”，要求“全國水土保持監(jiān)督管理系統(tǒng)為數(shù)據(jù)管理平臺進(jìn)行數(shù)據(jù)管理、分析，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目擾動范圍動態(tài)監(jiān)督、檢查、整改落實(shí)等情況信息即時上傳和交換”。按照水利部的安排，水利部水土保持監(jiān)測中心組織編制了《生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目“天地一體化”監(jiān)管實(shí)施方案》(2015年5月)[1]，各流域管理機(jī)構(gòu)和各省(自治區(qū)、直轄市)分別選取1個縣級行政區(qū)作為示范縣，開展預(yù)防監(jiān)督“天地一體化”監(jiān)管示范。經(jīng)過2015年的系統(tǒng)開發(fā)、測試、生產(chǎn)建設(shè)活動高分遙感調(diào)查與實(shí)地試驗(yàn)，2016年的系統(tǒng)完善、生產(chǎn)建設(shè)活動高分遙感調(diào)查結(jié)果年際更新與進(jìn)一步實(shí)地試驗(yàn)，以及相關(guān)單位的用戶級全面測試(實(shí)驗(yàn)測試)，基本形成“基于高分影像和云數(shù)據(jù)管理的生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土保持監(jiān)管系統(tǒng)”。系統(tǒng)具有良好的開放性和兼容性，可以嵌入外設(shè)硬件、接受各類空間數(shù)據(jù)和多媒體數(shù)據(jù)、定制業(yè)務(wù)支撐組件，具備類似GIS軟件GP服務(wù)的能力，可水土保持綜合治理項(xiàng)目管理、生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目評估驗(yàn)收、監(jiān)測監(jiān)理等領(lǐng)域推廣應(yīng)用，也對其他領(lǐng)域相關(guān)業(yè)務(wù)上具有借鑒意義。

1 系統(tǒng)數(shù)據(jù)需求特征

為全面了解和準(zhǔn)確掌握生產(chǎn)建設(shè)活動情況，水土保持工作常常從區(qū)域生產(chǎn)建設(shè)活動總體狀況和單個生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目狀況2個層面開展事中監(jiān)管。前者是指采用現(xiàn)代空間技術(shù)手段，快速查清和掌握區(qū)域內(nèi)的生產(chǎn)建設(shè)活動現(xiàn)狀，其中“區(qū)域”可以是一個行政區(qū)(如縣域)，也可以是一個連片的區(qū)域，其基本特征是區(qū)域內(nèi)生產(chǎn)建設(shè)活動的數(shù)量比較集中、擾動與建設(shè)變化比較明顯；后者是指通過內(nèi)業(yè)和外業(yè)的聯(lián)合工作，精準(zhǔn)掌握某個生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目活動的擾動范圍、擾動程度及其造成的水土流失影響等情況。

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)就是針對生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土保持監(jiān)管的上述需求，期望綜合和集成相關(guān)的技術(shù)裝備，形成一個包括數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)管理和數(shù)據(jù)服務(wù)等于一體的“技術(shù)鏈”和“數(shù)據(jù)鏈”，為生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目監(jiān)管提供技術(shù)和數(shù)據(jù)支持。

1.1 生產(chǎn)建設(shè)活動水土保持監(jiān)管數(shù)據(jù)需求

1.1.1 區(qū)域生產(chǎn)建設(shè)活動水土保持監(jiān)管主要數(shù)據(jù) 對一個區(qū)域而言，水土保持監(jiān)管所采集的數(shù)據(jù)應(yīng)能夠全面反映區(qū)域生產(chǎn)建設(shè)活動的數(shù)量、分布、合規(guī)性及其水土流失影響等，為防治生產(chǎn)建設(shè)活動造成人為水土流失提供依據(jù)，主要指標(biāo)包括區(qū)域中每個生產(chǎn)建設(shè)活動的位置、擾動面積，以及基于位置、擾動面積與水土保持方案特征參數(shù)等空間分析得出的項(xiàng)目合規(guī)性、擾動范圍(擾動圖斑)及其合規(guī)性。

1.1.2 單個生產(chǎn)建設(shè)活動水土保持監(jiān)管主要數(shù)據(jù) 對區(qū)域中的單個項(xiàng)目而言，水土保持監(jiān)管所采集的數(shù)據(jù)應(yīng)能夠全面反映該項(xiàng)目的水土流失防治特征，并為后續(xù)的水土保持監(jiān)督檢查與管理執(zhí)法發(fā)揮持續(xù)的作用，主要指標(biāo)包括項(xiàng)目的主要功能單元和主要對象的位置、范圍、水土流失防治特征，以及基于位置、范圍、水土流失防治特征與水土保持方案及其后續(xù)設(shè)計(jì)特征參數(shù)的對比分析得出的水土流失防治措施合規(guī)性。

1.2 生產(chǎn)建設(shè)活動水土保持監(jiān)管數(shù)據(jù)管理需求

為了依法做實(shí)做好生產(chǎn)建設(shè)活動水土保持監(jiān)管工作，其全流程都應(yīng)體現(xiàn)“痕跡化管理”的要求[2-3]，將監(jiān)管流程當(dāng)作產(chǎn)生和采集數(shù)據(jù)、應(yīng)用和發(fā)布信息、產(chǎn)生和發(fā)揮控制的過程。為此，從表現(xiàn)形式和管理應(yīng)用上，監(jiān)管數(shù)據(jù)管理應(yīng)滿足對象信息務(wù)必準(zhǔn)確直觀、數(shù)據(jù)采集務(wù)必及時現(xiàn)勢、各種數(shù)據(jù)務(wù)必有機(jī)銜接的需求[4-6]。

1.2.1 對象信息務(wù)必準(zhǔn)確直觀 反映生產(chǎn)建設(shè)活動及其主要功能單元、主要對象的位置、范圍、規(guī)模等空間信息及其屬性信息務(wù)必直觀、準(zhǔn)確，保證監(jiān)督檢查人員在與生產(chǎn)建設(shè)單位交換意見時有根有據(jù)、定位定量，通過把生產(chǎn)建設(shè)活動及其主要對象看得見、測得準(zhǔn)、說得清，將監(jiān)督管理責(zé)任和水土流失防治主體責(zé)任落到實(shí)處。具有這些特征的數(shù)據(jù)包括空間配位精準(zhǔn)的高分影像、規(guī)格尺寸精確的高清攝像、對象一一對應(yīng)的點(diǎn)位坐標(biāo)。

1.2.2 數(shù)據(jù)采集務(wù)必及時現(xiàn)勢 既然是監(jiān)督檢查、跟蹤檢查，就要了解和掌握當(dāng)下的情況、目前的形勢，最快速地、最方便地采集生產(chǎn)建設(shè)活動的數(shù)據(jù)，能夠分析和預(yù)測動態(tài)變化；否則，就難以達(dá)到現(xiàn)場檢查、跟蹤復(fù)核、督促整改的目的。這就要求監(jiān)管系統(tǒng)具備現(xiàn)場快速采集、當(dāng)場分析處理、當(dāng)時提供核對信息的能力，具備無線在線、移動辦公的功能。

1.2.3 各種數(shù)據(jù)務(wù)必有機(jī)銜接 鑒于生產(chǎn)建設(shè)活動水土保持監(jiān)管涉及的數(shù)據(jù)量大、形式多樣、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，涉及的分析、應(yīng)用和存儲設(shè)備包括智能移動終端、計(jì)算機(jī)、服務(wù)期、云服務(wù)及嵌入的其他硬件設(shè)備，這就要求數(shù)據(jù)既能夠被快速交換和處理、又不發(fā)生損失與丟失，以便全面滿足監(jiān)管工作可以在任何地點(diǎn)、任何場景下順利實(shí)施[7]。

2 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

2.1 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

系統(tǒng)是指全面支撐生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土保持監(jiān)管工作整個業(yè)務(wù)過程的軟件和硬件體系。水土保持監(jiān)管工作的整個業(yè)務(wù)過程開始于基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的獲取與分析處理，貫穿于現(xiàn)場監(jiān)督檢查、檢查意見反饋，落腳于對違法違規(guī)行為的依法處理上。為了做到各環(huán)節(jié)分別采集數(shù)據(jù)，全過程協(xié)調(diào)應(yīng)用數(shù)據(jù)，測與管協(xié)同提高效能[6，8]，系統(tǒng)功能包括如下4方面。

2.1.1 全領(lǐng)域全過程數(shù)據(jù)管理 系統(tǒng)可以對監(jiān)管工作全領(lǐng)域的數(shù)據(jù)進(jìn)行全過程管理，所有數(shù)據(jù)可以被各個環(huán)節(jié)實(shí)時獲取和應(yīng)用?！叭I(lǐng)域”是指管理數(shù)據(jù)的全面性，涉及如前所述的所有空間信息和屬性信息，如區(qū)域高分遙感影像、地形圖等基礎(chǔ)地理信息，水土保持方案及后續(xù)設(shè)計(jì)信息，監(jiān)理監(jiān)測信息，監(jiān)管過程中生產(chǎn)的信息(如監(jiān)督檢查計(jì)劃、現(xiàn)場采集的主要功能單元和主要對象信息、交換意見與整改要求等)。

2.1.2 現(xiàn)場實(shí)時采集監(jiān)管數(shù)據(jù) 這是系統(tǒng)最具特征的功能，即：現(xiàn)場采集數(shù)據(jù)，即時提供監(jiān)督檢查信息。通過嵌入系統(tǒng)的測繪設(shè)備、GIS軟件以及輸出設(shè)備等構(gòu)成的現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集平臺，獲取諸如對象的位置、范圍、規(guī)模以及視頻音頻等數(shù)據(jù)，為分析建設(shè)活動合規(guī)性、查找水土流失隱患、督導(dǎo)水土流失防治措施實(shí)施等提供“可以說話”的數(shù)據(jù)，為落實(shí)生產(chǎn)建設(shè)單位水土流失防治主體責(zé)任提供“現(xiàn)場說法”的第一手資料。

2.1.3 無線即時發(fā)送監(jiān)管信息 系統(tǒng)具備全面準(zhǔn)確地保存每一次的監(jiān)管信息、并能夠?yàn)楹罄m(xù)監(jiān)管中提供歷史信息這一性能，即在只有信息覆蓋、而沒有有線網(wǎng)絡(luò)的區(qū)域，通過現(xiàn)場采集設(shè)備，即時把監(jiān)管信息發(fā)送到管理服務(wù)平臺。

2.1.4 建設(shè)活動合規(guī)性定義 這是系統(tǒng)又一特征性功能，即：現(xiàn)場分析建設(shè)活動合規(guī)性，即時發(fā)現(xiàn)違法違規(guī)行為。如前所述，合規(guī)性包括項(xiàng)目合規(guī)性、擾動圖斑合規(guī)性和防治措施合規(guī)性等3個層面。

項(xiàng)目合規(guī)性是從水土保持方案是否獲得批復(fù)來分析其合規(guī)性，若生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土保持方案已經(jīng)相關(guān)部門批復(fù)，則判定為“合規(guī)”(即已批在建)，否則，為“不合規(guī)”(即未批先建)。擾動圖斑合規(guī)性是從擾動圖斑是否超出批復(fù)的水土流失防治責(zé)任范圍(紅線圖斑)來分析其合規(guī)性，若生產(chǎn)建設(shè)活動實(shí)際擾動圖斑完全位于批復(fù)的紅線圖斑內(nèi)，則判定為“合規(guī)”，否則，為“不合規(guī)”，包括超出紅線圖斑和建設(shè)地點(diǎn)未經(jīng)批準(zhǔn)發(fā)生變化的2種情況。防治措施合規(guī)性是從實(shí)際擾動分布、水土保持措施建設(shè)與批復(fù)方案的一致性來分析其合規(guī)性，若各類水土保持設(shè)施的配置與批復(fù)的布局一致，且數(shù)量足、質(zhì)量好、位置準(zhǔn)、進(jìn)度及時，則判定為“合規(guī)”，否則，為“不合規(guī)”[1-2]。前2個層面的實(shí)質(zhì)是將生產(chǎn)建設(shè)活動實(shí)際擾動的時間范圍和空間范圍(擾動圖斑及其發(fā)生時間)與水土保持方案批復(fù)時間及其后續(xù)設(shè)計(jì)確定和設(shè)計(jì)的水土流失防治責(zé)任范圍進(jìn)行關(guān)聯(lián)和對比分析，根據(jù)二者的時間差異與空間差異判斷擾動圖斑的合規(guī)性，進(jìn)而分析項(xiàng)目的合規(guī)性。此處，把這種突出反映時間與空間的合規(guī)性稱為“時空合規(guī)性”。第3個層面的實(shí)質(zhì)是將生產(chǎn)建設(shè)活動實(shí)際造成的水土流失及其隱患、防治措施實(shí)施情況與水土保持方案及其后續(xù)設(shè)計(jì)提出的防治措施、防治標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對比分析，根據(jù)二者的時間、數(shù)量與質(zhì)量的差異判斷防治措施實(shí)施的合規(guī)性。此處，把這種突出反應(yīng)數(shù)量與質(zhì)量的合規(guī)性稱為“量質(zhì)合規(guī)性”。

2.2 系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)

主要從系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)、主要功能、監(jiān)管核心業(yè)務(wù)算法等設(shè)計(jì)，以及應(yīng)用支撐開發(fā)、軟硬件選擇配置與集成等方面闡述系統(tǒng)的功能實(shí)現(xiàn)。

2.2.1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)(系統(tǒng)數(shù)據(jù)及其流程) 系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)，是基于高分影像和云數(shù)據(jù)管理的生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土保持監(jiān)管的全流程業(yè)務(wù)的形象反映，涉及主要功能的實(shí)現(xiàn)及其相關(guān)軟硬件的綜合集成。其中：監(jiān)管業(yè)務(wù)全流程包括獲取監(jiān)管基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、現(xiàn)場開展監(jiān)督檢查、當(dāng)場交流實(shí)測數(shù)據(jù)、反饋檢查整改意見等4個環(huán)節(jié)；主要功能包括必需數(shù)據(jù)采集、重要信息生產(chǎn)、后續(xù)活動管控、結(jié)果信息服務(wù)等；軟硬件集成涉及管理服務(wù)平臺、移動采集平臺、嵌入的相關(guān)設(shè)備以及無線與有線網(wǎng)絡(luò)等。

系統(tǒng)總體上由管理服務(wù)平臺(安裝有“全國水土保持監(jiān)督管理系統(tǒng)”)和移動采集平臺構(gòu)成。其中，管理服務(wù)平臺主要承擔(dān)著系統(tǒng)的所有數(shù)據(jù)管理、基礎(chǔ)設(shè)備管理、業(yè)務(wù)操作支撐、信息發(fā)布及系統(tǒng)自學(xué)習(xí)等功能，是整個系統(tǒng)數(shù)據(jù)管理與綜合分析的主體，是移動采集平臺的基礎(chǔ)支撐。管理服務(wù)平臺基于JAVA EE平臺、采用MVC架構(gòu)思路設(shè)計(jì)和開發(fā)，數(shù)據(jù)庫基于oracle開發(fā)的，地圖服務(wù)、影像存儲服務(wù)等基于DTGIS(流域地理信息服務(wù)平臺)開發(fā)。

移動智能采集平臺主要作用包括3方面：一是通過嵌入的相關(guān)外設(shè)硬件，采集野外監(jiān)督檢查數(shù)據(jù)，分析產(chǎn)生監(jiān)管信息，并管理自身生產(chǎn)的數(shù)據(jù)；二是將分析產(chǎn)生的監(jiān)管信息[2,8]及其支撐數(shù)據(jù)(如從管理服務(wù)平臺或云服務(wù)獲取的高分影像、無人機(jī)當(dāng)時拍攝的影像)當(dāng)場即時輸出(打印、信息發(fā)送、微信群交換)，提供予生產(chǎn)建設(shè)單位交換意見使用；三是既從管理服務(wù)平臺獲取支持開展現(xiàn)場監(jiān)督檢查的基本數(shù)據(jù)，又把現(xiàn)場采集的監(jiān)管數(shù)據(jù)傳輸回管理服務(wù)平臺。系統(tǒng)總體如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖Fig.1 System structure diagram

2.2.2 移動智能采集平臺設(shè)計(jì)(監(jiān)管信息采集與交流) 移動智能采集平臺將移動智能終端、現(xiàn)代野外量測設(shè)備、成像系統(tǒng)、數(shù)據(jù)輸出設(shè)備等硬件設(shè)備集成起來，并通過自主開發(fā)的“水土保持監(jiān)督管理信息移動采集軟件”(已申請軟件著作權(quán)登記證書，登記號2016SR092387。簡稱“水保監(jiān)管APP”)實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)深度集成與有機(jī)融合，形成了定制式的現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。其中，移動智能終端可以是智能手機(jī)、PDA智能終端、平板電腦等，現(xiàn)代野外量測設(shè)備包括激光測距儀、高精度GPS、方位傳感器等，成像系統(tǒng)包括無人機(jī)、照相機(jī)、攝影儀等，數(shù)據(jù)輸出設(shè)備可以是藍(lán)牙打印機(jī)、便攜式打印機(jī)等。在實(shí)際的開發(fā)和應(yīng)用中，移動智能采集平臺由離線數(shù)據(jù)傳輸與管理、地圖操作、監(jiān)督檢查現(xiàn)場辦公、輔助設(shè)備(傳感器)連接等模塊組成。移動智能采集平臺主要由基礎(chǔ)軟件開發(fā)工具包(Android SDK)和移動空間開發(fā)工具包(ArcGIS SDK for Android)組成。這就保證了運(yùn)行Android系統(tǒng)的移動智能終端都可以安裝該APP，可支撐如下野外數(shù)據(jù)采集工作[5]。

1)現(xiàn)場監(jiān)督檢查信息調(diào)查。

通過該平臺，采集生產(chǎn)建設(shè)活動水土保持監(jiān)督檢查必需的信息，如水土保持工作組織情況，水土保持方案變更、水土保持措施重大變更審批、水土保持后續(xù)設(shè)計(jì)情況，表土剝離、保護(hù)和利用情況，取、棄土場選址及防護(hù)情況，水土保持措施落實(shí)情況，水土保持補(bǔ)償費(fèi)繳納情況，水土保持監(jiān)測監(jiān)理情況，歷次檢查整改落實(shí)情況等[1,8]。

2)擾動狀況調(diào)查與復(fù)核。

基于高分遙感影像提取的生產(chǎn)建設(shè)活動擾動情況及其合規(guī)性分析結(jié)果，通過GIS、GPS技術(shù)實(shí)現(xiàn)擾動圖斑的位置、面積等的復(fù)核，以及新發(fā)現(xiàn)擾動圖斑的現(xiàn)場勾繪，并采集相關(guān)屬性信息與照片、音頻視頻等多媒體數(shù)據(jù)。

3)監(jiān)督管理重點(diǎn)調(diào)查。

實(shí)現(xiàn)對水土保持設(shè)施、取土(石、料)場、棄土(石、渣)場等監(jiān)管重點(diǎn)對象的長度、坡度、面積、體積等的量測及屬性信息、照片、音頻視頻等多媒體數(shù)據(jù)快速采集。

4)數(shù)據(jù)現(xiàn)場輸出與業(yè)務(wù)辦理。

實(shí)現(xiàn)移動公文流轉(zhuǎn)、移動審批、移動電子簽章、移動輸出等現(xiàn)場辦公功能，如：通過藍(lán)牙打印機(jī)，即時輸出當(dāng)場采集的空間數(shù)據(jù)、監(jiān)督檢查信息以及影像、照片；通過輸出導(dǎo)入“全國水土保持監(jiān)督管理系統(tǒng)”，支持及時更新網(wǎng)絡(luò)發(fā)布數(shù)據(jù)。

5)數(shù)據(jù)導(dǎo)入導(dǎo)出與管理。

通過網(wǎng)絡(luò)連接，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目基本信息、矢量數(shù)據(jù)、圖件的下載、上傳和自動導(dǎo)入；通過數(shù)據(jù)線連接，實(shí)現(xiàn)遙感影像數(shù)據(jù)導(dǎo)入。

2.2.3 生產(chǎn)建設(shè)活動合規(guī)性判別算法(監(jiān)管核心信息分析)

1)時空合規(guī)性判別。

生產(chǎn)建設(shè)活動“時空合規(guī)性”判別其實(shí)就是GIS中的圖斑空間關(guān)系分析，即：在某一時刻，對擾動圖斑與紅線圖斑的空間拓?fù)潢P(guān)系和空間距離關(guān)系進(jìn)行分析。擾動圖斑的合規(guī)性可通過GIS的空間疊加分析、幾何求交等技術(shù)進(jìn)行判別，確定多邊形與多邊形的空間關(guān)系，由系統(tǒng)預(yù)警后分析確定。分析結(jié)果包括表1所列出的7種情況，凡是擾動圖斑超出紅線圖斑、只有擾動圖斑的，表明擾動活動為“未批先建”、“超出防治責(zé)任范圍”、“地點(diǎn)變更”等，擾動圖斑均判定為“不合規(guī)”；凡是擾動圖斑包含在紅線圖斑內(nèi)、與紅線圖斑重疊相等、只有紅線圖斑的，表明擾動活動“在規(guī)定范圍內(nèi)”、“項(xiàng)目已建成”或“已批未開工”等，擾動圖斑均判定為“合規(guī)”。對初步判定為“不合規(guī)”的擾動圖斑，經(jīng)現(xiàn)場監(jiān)督檢查復(fù)核，對圖斑進(jìn)行修正或重新勾繪，最終確定合規(guī)性，并通過不同標(biāo)識在GIS數(shù)據(jù)上標(biāo)記。[1，9]

表1生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目擾動圖斑與水土流失防治責(zé)任范圍圖斑空間分析結(jié)果

Tab.1Spatial analysis of disturbance range and responsibility range of soil erosion prevention and control of production and construction projects

疊加分析結(jié)果SpatialanalysisresultDR與SR空間關(guān)系示意DR&SRspatialrelationship合規(guī)性分析初步結(jié)論P(yáng)reliminaryconclusionsofcomplianceanalysis預(yù)警與現(xiàn)場復(fù)核要求Warningandsitereviewrequirements只有DR,沒有SR:代表只有擾動發(fā)生OnlyDR,noSR:onlydisturbanceoccur-ring疑似未批先建,或地點(diǎn)變化,均判別為“不合規(guī)”Suspectednotap-provedbeforeconstructionorconstructionsitechanged.Distin-guish:“illegal”“預(yù)警”,重點(diǎn)復(fù)核水土保持方案報批情況“Earlywarning”,pri-orityreviewofsoilandwaterconservationprogramapproval沒有DR,只有SR:代表防治責(zé)任范圍內(nèi)無擾動NoDR,onlySR:thereisnodis-turbancewithintheresponsibilityrangeofsoilerosionpreventionandcontrol已批未建,或已批建成,均判別為“合規(guī)”Notbuilt,orbuiltinafterapproved.Distinguish:“l(fā)egal”“不預(yù)警”:不復(fù)核“Noearlywarning”:noneedtoreviewDR包含于SR內(nèi)DRcontainedinSR判別為“合規(guī)”Distinguish:“l(fā)e-gal”“不預(yù)警”:不復(fù)核“Noearlywarning”:noneedtoreviewDR包含SRDRcontainsSR疑似超出防治責(zé)任范圍,判別為“不合規(guī)”Suspectedbeyondtheresponsibilityrangeofsoilero-sionpreventionandcontrol.Dis-tinguish:“illegal”“預(yù)警”:重點(diǎn)復(fù)核擾動是否超出防治責(zé)任范圍“Earlywarning”:focusoncheckingwhetherthedisturbanceexceedsthescopeofresponsibilityforpreventionandcontrol有DR,有SRBothDR&SRDR與SR相交DR&SRintersect判別為“不合規(guī)”Distinguish:“il-legal”“預(yù)警”:重點(diǎn)復(fù)核擾動是否超出防治責(zé)任范圍“Earlywarning”:focusoncheckingwhetherthedisturbanceexceedsthescopeofresponsibilityforpreventionandcontrolDR與SR相等DR&SRcoincide判別為“合規(guī)”Distinguish:“l(fā)e-gal”“不預(yù)警”:不復(fù)核“Noearlywarning”:noneedtoreviewDR與SR相離DR&SRdisjoint疑似建設(shè)地點(diǎn)變化,或者DR為未批先建、SR為已批未見或已批建成,判別為“不合規(guī)”Suspectednotapprovedbeforeconstructionorconstructionsitechanged,ornotbuilt,orbuiltin.Distin-guish:“illegal”“預(yù)警”:重點(diǎn)復(fù)核變更報備情況“Earlywarning”:focusonrevie-wingofchangingandpreparation

注：DR代表生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目擾動范圍圖斑(擾動圖斑)，SR代表水土流失防治責(zé)任范圍圖斑(紅線圖斑)。Note：DR stands for disturbance range of production and construction projects (disturbance polygon in map), SR stands for responsibility range of soil erosion prevention and control (red polygon in map).

2)量質(zhì)合規(guī)性判別。

生產(chǎn)建設(shè)活動“量質(zhì)合規(guī)性”判別是通過現(xiàn)場監(jiān)督檢查，結(jié)合項(xiàng)目建設(shè)施工圖設(shè)計(jì)、監(jiān)理監(jiān)測資料，分析水土保持設(shè)施建設(shè)的時間、數(shù)量、規(guī)模和質(zhì)量等是否符合水土保持方案及其后續(xù)設(shè)計(jì)，分析是否存在水土流失隱患、是否造成了水土流失，若各類水土保持設(shè)施的配置與批復(fù)的布局一致，且數(shù)量足、質(zhì)量好、位置準(zhǔn)、進(jìn)度及時，既未造成水土流失又不存在水土流失隱患，則判定為“合規(guī)”；否則，為“不合規(guī)”。對判定為“不合規(guī)”的水土保持設(shè)施及其圖斑，作為整改對象在GIS數(shù)據(jù)上進(jìn)行標(biāo)識，并現(xiàn)場拍攝數(shù)字照片、在其屬性數(shù)據(jù)中記錄為“不合規(guī)”。現(xiàn)場拍攝的數(shù)字照片上附有拍攝對象的坐標(biāo)信息和時間信息，這些信息被系統(tǒng)設(shè)置為只能由GPS直接賦值，而人為無法自行設(shè)置也無法更改。系統(tǒng)的這些設(shè)置，為在后續(xù)監(jiān)督檢查中跟蹤復(fù)查、依法采取行政措施(甚至行政處罰)提供了剛性的技術(shù)手段，為保證限期整改到位、及時消除水土流失隱患提供了剛性的數(shù)據(jù)支撐。

2.2.4 監(jiān)管信息傳輸與管理應(yīng)用(監(jiān)管發(fā)揮效能)

1)管理服務(wù)平臺數(shù)據(jù)庫管理與服務(wù)設(shè)計(jì)。

在管理服務(wù)平臺上，管理著系統(tǒng)必需的數(shù)據(jù)、移動采集平臺獲得的數(shù)據(jù)以及系統(tǒng)自身生產(chǎn)的數(shù)據(jù)，并對外提供和發(fā)布監(jiān)管信息。按照水土保持監(jiān)管涉及數(shù)據(jù)的類型特征、數(shù)據(jù)的生產(chǎn)環(huán)節(jié)，設(shè)計(jì)了數(shù)據(jù)庫及其存儲和管理的數(shù)據(jù)項(xiàng)，如遙感數(shù)據(jù)庫、空間數(shù)據(jù)庫、水土保持方案與設(shè)計(jì)等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫、多媒體數(shù)據(jù)庫等。

2)移動采集平臺云端數(shù)據(jù)管理與應(yīng)用設(shè)計(jì)。

為保證移動采集平臺既能夠即時共享管理服務(wù)平臺的數(shù)據(jù)與服務(wù)、又能夠即時把采集的信息發(fā)送到管理服務(wù)平臺，保證及時從其他公用平臺獲取必要的數(shù)據(jù)，系統(tǒng)利用云計(jì)算技術(shù)，構(gòu)建了從現(xiàn)場信息采集到云端存儲的一體化平臺?；谙嚓P(guān)基礎(chǔ)設(shè)施云，通過集群應(yīng)用、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及分布式文件系統(tǒng)等功能，將網(wǎng)絡(luò)中大量各種類型的存儲設(shè)備通過應(yīng)用軟件集合起來、協(xié)同工作，共同對水土保持監(jiān)管工作提供數(shù)據(jù)存儲和業(yè)務(wù)訪問服務(wù)，在技術(shù)方面，可利用Geoprocessing服務(wù)技術(shù)(GP服務(wù))，實(shí)現(xiàn)空間成果數(shù)據(jù)的導(dǎo)入導(dǎo)出，大大方便了各類系統(tǒng)及桌面端應(yīng)用軟件交互數(shù)據(jù)和應(yīng)用服務(wù)；在經(jīng)濟(jì)方面，用戶無需購買和運(yùn)維大量的數(shù)據(jù)存儲軟硬件及網(wǎng)絡(luò)，只需分擔(dān)云端資源運(yùn)行維護(hù)成本，大大節(jié)約了物力財力和人力[5]。

3 系統(tǒng)示范應(yīng)用與發(fā)展前景

本系統(tǒng)的研發(fā)與應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了水土保持監(jiān)督檢查基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理、監(jiān)管信息采集與分析、生產(chǎn)建設(shè)活動合規(guī)性判別與預(yù)警、空間數(shù)據(jù)GP服務(wù)、數(shù)據(jù)一鍵導(dǎo)入與導(dǎo)出、信息發(fā)布與共享服務(wù)的一體化，進(jìn)一步強(qiáng)化了生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土保持監(jiān)管工作的流程化和規(guī)范化，為開展監(jiān)督檢查的動態(tài)管理提供了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。

自“生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土保持監(jiān)管示范”工作開展以來，系統(tǒng)于2015年在珠江流域以及廣東、河南、安徽、貴州、重慶、西藏等省份試用，于2016年在水利部水土保持監(jiān)測中心、7大流域機(jī)構(gòu)監(jiān)測中心站和31個省級監(jiān)測總站部署，并對地市級監(jiān)測分站及相關(guān)技術(shù)單位進(jìn)行推廣應(yīng)用。從各類用戶反饋情況可知：使用系統(tǒng)后，普遍提高了現(xiàn)場到達(dá)效率(智能移動采集平臺提供目標(biāo)搜索與導(dǎo)航服務(wù))、實(shí)地監(jiān)測與數(shù)據(jù)采集效率、簡化了數(shù)據(jù)存儲和共享難度，顯著提升監(jiān)督檢查現(xiàn)場說法效果，使得生產(chǎn)建設(shè)單位不得不重視監(jiān)督檢查“數(shù)據(jù)”及整改意見，積極落實(shí)水土保持方案。

本系統(tǒng)具有良好的開放性和兼容性，可以嵌入外設(shè)硬件、接受各類空間數(shù)據(jù)和多媒體數(shù)據(jù)、定制業(yè)務(wù)支撐組件，具備類似GIS軟件GP服務(wù)的能力。因此，系統(tǒng)可以在綜合治理項(xiàng)目管理、生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目評估驗(yàn)收、監(jiān)測監(jiān)理等水土保持業(yè)務(wù)領(lǐng)域推廣應(yīng)用。只要通過相關(guān)的業(yè)務(wù)定制與信息處理程序開發(fā)，就可形成一套完備的水土保持監(jiān)管系列產(chǎn)品，極大地推進(jìn)水土保持現(xiàn)代化和信息化。

本系統(tǒng)的開發(fā)思路及所應(yīng)用的技術(shù)，也對其他領(lǐng)域相關(guān)業(yè)務(wù)上具有借鑒意義。這些相關(guān)業(yè)務(wù)的主要特征體現(xiàn)在基礎(chǔ)數(shù)據(jù)獲取的即時性、業(yè)務(wù)定制與應(yīng)用的規(guī)范性、監(jiān)管對象數(shù)據(jù)采集的即時性、信息生產(chǎn)與應(yīng)用的現(xiàn)勢性以及技術(shù)裝備的先進(jìn)性。

[1] 李智廣，王敬貴．生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目“天地一體化”監(jiān)管示范總體實(shí)施方案[J]．中國水土保持，2016(2)：14.

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[2] 牛崇桓，季玲玲．新時期水土保持監(jiān)督管理的重點(diǎn)任務(wù)和措施[J]．中國水土保持，2016(4)：5.

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WANG Jiayu. Make solid efforts in the trace management of safety supervision and management according to law[J]. China Occupational Safety and Health, 2016(7): 36.

[4] 水利部辦公廳關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)流域機(jī)構(gòu)水土保持監(jiān)督檢查工作的通知:辦水保[2016]211號[R].2016年11月17日.

General Office of the Ministry of Water Resources: notification on further strengthening the supervision and inspection of soil and water conservation for river basin management institutions: Banshuibao[2016] No.211[R]. 2016-03-18.

[5] 盧敬德，伍容容，羅志東，等．生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目動態(tài)監(jiān)管信息移動采集和管理技術(shù)與應(yīng)用[J]．中國水土保持，2016(11)：32.

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JIANG Dewen, KANG Qing, ZHAO Yongjun, et al. Soil and water conservation techniques of “Space and Land Integration” of production and construction projects[J]. Soil and Water Conservation in China, 2016(11): 1.

[7] 水利部辦公廳關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土保持方案審批信息公開工作的通知[R]．北京：水利部，2016.

General Office of the Ministry of Water Resources: notification on further strengthening the the information disclosure of examination and approval of soil and water conservation schemes for production and construction projects[R]. Beijing: the Ministry of Water Resources, 2016.

[8] 水利部辦公廳關(guān)于印發(fā)《水利部流域管理機(jī)構(gòu)生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目監(jiān)督檢查辦法(試行)》的通知：辦水保[2015]132號[R]. 2015年6月11日.

General Office of the Ministry of Water Resources: notification on the supervision and inspection measures for production and construction projects by river basin management institutions of the Ministry of Water Resources (for trial implementation): Banshuibao[2015]No.132[R]. 2015-06-11.

[9] 尹斌，姜德文，李嵐斌，等．生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目擾動范圍合規(guī)性判別與預(yù)警技術(shù)[J]．中國水土保持，2016(11)：20.

YIN Bin, JIANG Dewen, LI Lanbin, et al. Compliance discrimination of disturbance range and early-warning techniques of production and construction projects[J]. Soil and Water Conservation in China. 2016(11): 20.

Designandapplicationofsupervisionandmanagementsystemforsoilandwaterconservationinproductionandconstructionprojectsbasedonhighresolutionremotesensingimagesandclouddatamanagement

SHEN Xuejian1, LI Zhiguang1, KANG Qing2, LU Jingde2

(1.Water and Soil Monitoring Center, The Ministry of Water Resources, 100053, Beijing, China;2.Pearl River Water Conservancy Science Institute, 510611, Guangzhou, China)

BackgroundIn 2015, the Ministry of Water Resources of the People's Republic of China began to organize the exemplary work: Air-ground Integration of Supervision in production and construction projects. It demands each basin institution and each province to choose a county that contains various forms of ground disturbance to carry out the exemplary work. In order to support the exemplary work on the supervision and management of soil and water conservation in production and construction projects with the aid of data-collecting hardware device and information processing and analysis software, the Water and Soil Conservation Monitoring Center of the Ministry of Water Resources led to develop “the Supervision and Management System for Soil and Water Conservation in Production and Construction Projects Based on High Resolution Remote Sensing Images and Cloud Data Management”.MethodsThe above system was developed based on the new developments of modern space technology, surveying and mapping, information technology, in combination with the new demands in the supervision and inspection of soil and water conservation. First we completely analyzed the relevant data and management requirements, and then built the system via innovations on tailored design for supervision and management work, integration of hardware and software, and application.ResultsThe system may offer a series of services including management of basic data on the supervision and inspection of soil and water conservation, collection and analysis of supervision and inspection information, compliance recognition and early warning of production and construction activities, positioning of spatial data, one-click upload and download of data, information distribution and sharing. More than 2 years’ test and promotion showed that this system strengthened the streamlining and standardization of indoor and outdoor supervision and management of soil and water conservation of production and construction projects. It supports instant compliance analysis of production and construction activities from spatial and temporal, quality and quantity dimensions. Also, it enables the dynamic management and historical analysis of supervision and inspection. As a result, this system provides strong technical foundation for the network interaction and interactive visualization of soil and water conservation of production and construction projects. It does a solid job in further contribution to the efficacy of supervision and inspection of soil and water conservation, promoting the owners of production and construction projects to actively implement the soil and water conservation programs.ConclusionsThis system has fine openness and compatibility, can embed peripheral hardware and accept all kinds of spatial data and multimedia data, customized business support components, and has the ability to publish GP services. It can be used as references in the fields of comprehensive management of soil and water conservation, project management, production and construction, project evaluation, acceptance, monitoring and supervision and other related fields.

soil and water conservation; production and construction projects; supervision and management system; cloud data management; design and development; application

S157

A

2096-2673(2017)05-0127-08

10.16843/j.sswc.2017.05.016

2017-03-29

2017-07-07

項(xiàng)目名稱： 全國水土流失動態(tài)監(jiān)測與公告項(xiàng)目(126216229000150001)；高分水利遙感應(yīng)用示范系統(tǒng)(一期)(08-Y30B07-9001-1315)；水土保持監(jiān)督監(jiān)測現(xiàn)場定量信息采集移動平臺推廣應(yīng)用(SF-201606)

沈雪建(1969—)，男，碩士，高級工程師。主要研究方向：水土保持監(jiān)測和信息化。E-mail：651389070@qq.com

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李智廣(1966—)，男，博士，教授級高級工程師。主要研究方向：水土保持監(jiān)測和信息化。E-mail：lizhiguang@mwr.gov.cn