張 雪， 周祖煜， 辛華榮， 步永偉

(1.江蘇省水土保持生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站， 江蘇 南京 210029； 2.杭州領(lǐng)見(jiàn)科技有限公司， 浙江 杭州 310004；3.江蘇省水文與水資源勘測(cè)局， 江蘇 南京 210029)

隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，生產(chǎn)建設(shè)活動(dòng)日益增多，生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目規(guī)模不斷擴(kuò)大，給生態(tài)環(huán)境可持續(xù)發(fā)展帶來(lái)較大的壓力，尤其是容易造成較為嚴(yán)重的水土流失危害。據(jù)《中國(guó)水土保持公報(bào)》(2019年)，2019年水利部組織在全國(guó)開(kāi)展了水土保持遙感監(jiān)管工作，共解譯擾動(dòng)圖斑60.16萬(wàn)個(gè)，組織現(xiàn)場(chǎng)復(fù)核認(rèn)定并查處“未批先建”、“未批先棄”等違法違規(guī)項(xiàng)目5.30萬(wàn)個(gè)，水土保持監(jiān)管工作任重道遠(yuǎn)。因此，加強(qiáng)生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土保持監(jiān)管，防止生產(chǎn)建設(shè)人為水土流失及其危害成為當(dāng)前亟待解決的重要問(wèn)題[1-2]。然而在生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目監(jiān)管過(guò)程中面臨著監(jiān)管對(duì)象數(shù)量多、范圍廣、任務(wù)重，項(xiàng)目管理內(nèi)容復(fù)雜、時(shí)效性較差等一系列技術(shù)難題。同時(shí)還存在生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目擾動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)，需要各級(jí)水行政主管部門(mén)共同參與監(jiān)管的實(shí)際情況。因此急需一整套高效率的綜合解決方案實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土保持監(jiān)管的全覆蓋、可操作性、可執(zhí)行性[3]。針對(duì)當(dāng)前生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土保持監(jiān)管的特點(diǎn)和需求，利用3S技術(shù)結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)+具有良好的技術(shù)適配性，打通監(jiān)管過(guò)程的各個(gè)環(huán)節(jié)，形成監(jiān)管閉環(huán)，從而最終實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目的“天地一體化”動(dòng)態(tài)監(jiān)管[4-7]。本文設(shè)計(jì)的生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土保持“天地一體化”監(jiān)管作業(yè)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，可以有效提高生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土保持監(jiān)管工作效率，滿(mǎn)足監(jiān)管工作需求，同時(shí)具備較強(qiáng)的實(shí)用性及可推廣性。

1 生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土保持監(jiān)管分析

生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土保持“天地一體化”監(jiān)管需要通過(guò)對(duì)遙感影像進(jìn)行分析解譯處理，得到監(jiān)管區(qū)域生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目的擾動(dòng)圖斑，同時(shí)通過(guò)對(duì)水土流失防治責(zé)任范圍及擾動(dòng)圖斑的疊置分析，判斷該生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目是否存在未批先建、擾動(dòng)超界等違法行為。通過(guò)遙感監(jiān)測(cè)與實(shí)地復(fù)核，及時(shí)準(zhǔn)確了解生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目在水土保持方面的合規(guī)性，為水土保持監(jiān)管處罰提供確實(shí)證據(jù)，從而有效提高水土保持監(jiān)管工作的時(shí)效性及準(zhǔn)確性。具體而言，針對(duì)公路、鐵路、機(jī)場(chǎng)、房地產(chǎn)等36類(lèi)生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目(表1)，通過(guò)遙感影像調(diào)查面積大于0.1 hm2的生產(chǎn)建設(shè)擾動(dòng)地塊，實(shí)地現(xiàn)場(chǎng)復(fù)核面積大于1 hm2的生產(chǎn)建設(shè)擾動(dòng)地塊等手段[8-9]，跟蹤其實(shí)施情況等。

表1 生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目分類(lèi)

按照《全國(guó)水土保持監(jiān)管規(guī)劃(2018—2020年)》所明確的目標(biāo)，要實(shí)現(xiàn)重點(diǎn)生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目和重點(diǎn)區(qū)域信息化監(jiān)管全覆蓋，全面掌握人為造成水土流失狀況。全省生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土保持信息化監(jiān)管工作的開(kāi)展，需各級(jí)水行政部門(mén)協(xié)同開(kāi)展，各級(jí)主管部門(mén)批復(fù)不同的生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目，由各級(jí)主管部門(mén)分別整理匯總生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土保持方案，省級(jí)完成遙感監(jiān)測(cè)工作內(nèi)容，包括防治責(zé)任范圍資料的矢量化處理、影像獲取處理以及擾動(dòng)解譯。在進(jìn)行合規(guī)性初步分析后分配全省生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目擾動(dòng)復(fù)核任務(wù)。由省、市、縣協(xié)同完成實(shí)地復(fù)核調(diào)查工作，并逐級(jí)匯總、提交調(diào)查成果，由省級(jí)完成全省監(jiān)管成果的匯總。以云技術(shù)為支撐的遙感、地理信息系統(tǒng)、監(jiān)管業(yè)務(wù)系統(tǒng)協(xié)同融合的監(jiān)管作業(yè)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)為生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土保持“天地一體化”監(jiān)管提供技術(shù)保障。

2 總體設(shè)計(jì)

根據(jù)生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土保持“天地一體化”監(jiān)管需求，為了利用網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)協(xié)同辦公提高監(jiān)管工作效率，同時(shí)還為了保障數(shù)據(jù)安全，設(shè)計(jì)了生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土保持監(jiān)管作業(yè)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，具體關(guān)鍵技術(shù)包括以下3個(gè)方面：(1)系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)；(2)業(yè)務(wù)流程設(shè)計(jì)；(3)多源數(shù)據(jù)管理。

2.1 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

“天地一體化”監(jiān)管是利用衛(wèi)星遙感技術(shù)手段結(jié)合無(wú)人機(jī)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查以及工作人員實(shí)地復(fù)核調(diào)查等工作，從不同高度、不同尺度對(duì)區(qū)域水土保持工作進(jìn)行多層次、全方位的監(jiān)管。通過(guò)建立水土保持“天地一體化”監(jiān)管作業(yè)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)水土保持業(yè)務(wù)圖斑與變化數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、存儲(chǔ)、分析和研究應(yīng)用，建立以圖斑為作業(yè)單元的省、市、縣三級(jí)聯(lián)動(dòng)的協(xié)同監(jiān)管作業(yè)模式，完成水土保持圖斑“天地一體化”動(dòng)態(tài)監(jiān)管作業(yè)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的開(kāi)發(fā)建設(shè)，從而為各級(jí)水行政主管部門(mén)的生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土保持信息化監(jiān)管等工作提供業(yè)務(wù)支持，為水土保持預(yù)防監(jiān)督、水土保持遙感監(jiān)管等提供數(shù)據(jù)支撐。

具體系統(tǒng)設(shè)計(jì)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

水土保持“天地一體化”監(jiān)管平臺(tái)將各級(jí)水行政主管部門(mén)通過(guò)云上連接，首先是對(duì)數(shù)據(jù)的整體管理，然后對(duì)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)根據(jù)用戶(hù)的身份也就是對(duì)應(yīng)負(fù)責(zé)的業(yè)務(wù)進(jìn)行對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)分析和實(shí)際應(yīng)用，從而提高數(shù)據(jù)的價(jià)值，進(jìn)而可以對(duì)每個(gè)用戶(hù)所需要的信息進(jìn)行分析。同時(shí)業(yè)務(wù)成果通過(guò)上傳至服務(wù)器進(jìn)行云端存儲(chǔ)，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一規(guī)范化管理。

另外水土保持“天地一體化”監(jiān)管平臺(tái)可以根據(jù)每類(lèi)圖斑的情況進(jìn)行分析，各個(gè)區(qū)縣也可以根據(jù)每個(gè)區(qū)縣所擁有的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，判斷用戶(hù)區(qū)域的水土保持監(jiān)管情況等。

基于水土保持“天地一體化”監(jiān)管平臺(tái)開(kāi)展監(jiān)管，對(duì)監(jiān)管的理解：1.以用戶(hù)為主體的一個(gè)活動(dòng)，而對(duì)用戶(hù)來(lái)說(shuō)每個(gè)用戶(hù)所需要扮演的角色不同，從而分工也就不同；2.全面掌握達(dá)到既定業(yè)務(wù)線(xiàn)所需的各種業(yè)務(wù)點(diǎn)，而非將業(yè)務(wù)定性；3.根據(jù)具體情況采取相應(yīng)的業(yè)務(wù)管理模式，管理程序、方法；4.具有持續(xù)性并能夠根據(jù)情況判斷走勢(shì)特征。

2.2 業(yè)務(wù)流程設(shè)計(jì)

在系統(tǒng)中，省、市級(jí)用戶(hù)具有分配任務(wù)、完成任務(wù)模塊的權(quán)限，縣級(jí)用戶(hù)只有完成任務(wù)的權(quán)限，省級(jí)用戶(hù)可將任務(wù)下發(fā)至市，也可以直接下發(fā)至縣。

生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目、水土流失動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目和重點(diǎn)工程治理項(xiàng)目通過(guò)圖斑分析功能，生成可能存在問(wèn)題的圖斑?，F(xiàn)場(chǎng)根據(jù)圖斑情況對(duì)圖斑數(shù)據(jù)進(jìn)行核查修正，當(dāng)完成任務(wù)提交審核時(shí)，如不通過(guò)審核，則返回執(zhí)行者任務(wù)列表，進(jìn)行補(bǔ)充和修正，然后再次提交任務(wù)；如通過(guò)審核，將實(shí)地復(fù)核數(shù)據(jù)和任務(wù)審核情況按照規(guī)則整理成任務(wù)完成報(bào)告。

圖2 系統(tǒng)功能流程設(shè)計(jì)

2.3 多源數(shù)據(jù)管理

根據(jù)對(duì)生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土保持監(jiān)管內(nèi)容的分析與梳理，將監(jiān)管工作涉及的多源數(shù)據(jù)抽象成5種類(lèi)型：(1)生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；(2)文檔數(shù)據(jù)；(3)照片數(shù)據(jù)；(4)空間數(shù)據(jù)；(5)影像數(shù)據(jù)。為此，本文設(shè)計(jì)了一種分布式關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)對(duì)不同類(lèi)型的多源數(shù)據(jù)進(jìn)行有效存儲(chǔ)和管理，并通過(guò)生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)為總索引庫(kù)，以單個(gè)生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目ID(唯一標(biāo)識(shí))為總索引鍵，鏈接其他數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)海量數(shù)據(jù)的分類(lèi)管理及高效查詢(xún)。由于采用了分類(lèi)型的分布式關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)，各數(shù)據(jù)庫(kù)只存儲(chǔ)同一類(lèi)型的數(shù)據(jù)，使得單一生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目可以方便的索引連接至多個(gè)文檔數(shù)據(jù)、多個(gè)照片數(shù)據(jù)、多個(gè)空間數(shù)據(jù)及多個(gè)影像數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土保持動(dòng)態(tài)監(jiān)管過(guò)程的多時(shí)相監(jiān)管節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)再現(xiàn)。

生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)：存儲(chǔ)項(xiàng)目名稱(chēng)、地點(diǎn)、類(lèi)型、責(zé)任單位、聯(lián)系人等基本信息。

文檔數(shù)據(jù)庫(kù)：存儲(chǔ)項(xiàng)目所涉及的水土保持保持方案、組織管理文檔、繳費(fèi)憑證等文檔數(shù)據(jù)。

照片數(shù)據(jù)庫(kù)：存儲(chǔ)項(xiàng)目所涉及的實(shí)地拍攝照片數(shù)據(jù)。

空間數(shù)據(jù)庫(kù)：存儲(chǔ)項(xiàng)目所涉及的水土保持防治范圍、擾動(dòng)圖斑等矢量多邊形空間數(shù)據(jù)。

影像數(shù)據(jù)庫(kù)：存儲(chǔ)項(xiàng)目所涉及的遙感影像、無(wú)人機(jī)航拍影像等影像數(shù)據(jù)。

本系統(tǒng)具備以下3個(gè)特點(diǎn)：

(1)兼容包含地理數(shù)據(jù)等多種數(shù)據(jù)格式，實(shí)現(xiàn)空間分析。業(yè)務(wù)中的地理數(shù)據(jù)成果多為矢量數(shù)據(jù)格式，空間分析主要是矢量數(shù)據(jù)的分析；

(2)保證任務(wù)鏈條的完備性和可用性；完成任務(wù)生命周期是本系統(tǒng)重點(diǎn)實(shí)現(xiàn)的功能之一，確保系統(tǒng)流程符合實(shí)際業(yè)務(wù)邏輯，此外需適用業(yè)務(wù)中可能存在的各種情況，確保系統(tǒng)可用；

(3)保證系統(tǒng)的安全性。

3 技術(shù)預(yù)期

根據(jù)本文設(shè)計(jì)思想，擬采用開(kāi)源GIS 框架和組件包Mapserver，開(kāi)源數(shù)據(jù)庫(kù)Post-GIS、開(kāi)源地圖緩存工具TileCache 和開(kāi)源地圖客戶(hù)端框架OpenLayers，以.NET 為開(kāi)發(fā)平臺(tái)，采用C#和C++后臺(tái)編程語(yǔ)言，開(kāi)發(fā)水土保持“天地一體化”監(jiān)管作業(yè)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，面向水土保持監(jiān)管工作人員及相關(guān)部門(mén)使用。預(yù)期實(shí)現(xiàn)基于云平臺(tái)的生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目相關(guān)信息管理、水土保持動(dòng)態(tài)監(jiān)管信息管理，任務(wù)分配下發(fā)以及生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目及其水土保持相關(guān)數(shù)據(jù)的查詢(xún)與統(tǒng)計(jì)報(bào)表輸出。

4 結(jié)論與展望

本文針對(duì)生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目監(jiān)管過(guò)程中面臨的監(jiān)管對(duì)象數(shù)量多、范圍廣、任務(wù)重，現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)督檢查效率低、難度大，項(xiàng)目管理內(nèi)容復(fù)雜、時(shí)效性較差等問(wèn)題，提出了一種針對(duì)生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土保持監(jiān)管工作特點(diǎn)的云平臺(tái)系統(tǒng)。該系統(tǒng)基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的審核更新機(jī)制，利用分布式關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)現(xiàn)了對(duì)生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土保持動(dòng)全過(guò)程動(dòng)態(tài)監(jiān)管信息管理。以此為設(shè)計(jì)思想，開(kāi)發(fā)水土保持“天地一體化”監(jiān)管作業(yè)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，預(yù)期該云平臺(tái)可有效提高生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土保持監(jiān)管工作效率，具有良好的實(shí)用性及可擴(kuò)展性。

關(guān)于生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土保持天地一體化監(jiān)管云平臺(tái)系統(tǒng)，還將進(jìn)一步在開(kāi)放數(shù)據(jù)接口，數(shù)據(jù)及接口標(biāo)準(zhǔn)化方面展開(kāi)研究，使得更多的自動(dòng)化設(shè)備、傳感器、智能設(shè)備能夠便捷地接入該系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)云平臺(tái)向物聯(lián)網(wǎng)擴(kuò)展，進(jìn)一步提高水土保持動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)工作的時(shí)效性、準(zhǔn)確性及自動(dòng)化程度。