裘濤　劉克軍　陳漢邦　田剛　王冉　劉夢茹

［關(guān)鍵詞］水土保持；數(shù)字化；智慧管理平臺；安吉縣

［摘要］為全面提升安吉縣水土保持工作數(shù)字化水平，打通水利部門與其他部門間信息共享交互渠道，借助大數(shù)據(jù)、數(shù)字孿生、人工智能、虛擬現(xiàn)實(shí)等信息技術(shù)，以“11143”為總體框架，即1個(gè)統(tǒng)一的工作門戶平臺、1套監(jiān)管制度、1個(gè)底層數(shù)據(jù)倉、4大核心業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)、3個(gè)水土保持服務(wù)模塊，構(gòu)建數(shù)字水土保持智慧管理平臺，以實(shí)現(xiàn)安吉縣水土保持“一圖管理”、生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目全生命周期“一屏管理”、水土流失動態(tài)監(jiān)測、智慧決策與應(yīng)用、行業(yè)宣傳服務(wù)等業(yè)務(wù)場景。

［中圖分類號］ S157［文獻(xiàn)標(biāo)識碼］ C［文章編號］ 1000－0941（2023）08－0057－04

水土保持是生態(tài)文明建設(shè)的必然要求，涵蓋水土流失治理及生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目監(jiān)管等多業(yè)務(wù)場景[1]。黨的十九大提出要加快數(shù)字中國建設(shè)，以信息化培育新動能，用新動能推動新發(fā)展。黨的二十大強(qiáng)調(diào)，推動綠色發(fā)展，促進(jìn)人與自然和諧共生。在數(shù)字化轉(zhuǎn)型和生態(tài)文明建設(shè)背景下，水利部及各省、市、縣積極推進(jìn)數(shù)字化改革，以信息化作為技術(shù)支撐，整合多種水土保持資源，實(shí)現(xiàn)水土保持智能化模擬和精準(zhǔn)化決策，以推動水土保持生態(tài)文明建設(shè)。數(shù)字水土保持主要是運(yùn)用數(shù)字化技術(shù)對水保相關(guān)信息進(jìn)行采集、分析、存儲，以及傳輸共享，構(gòu)建水土保持信息管理平臺，以監(jiān)管生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水保措施情況，監(jiān)測區(qū)域水土流失狀況，實(shí)時(shí)預(yù)報(bào)預(yù)警，全面提高水土保持決策能力[2-3]。安吉縣作為全國首個(gè)生態(tài)縣、國家水土保持生態(tài)文明縣、“兩山”理論發(fā)源地，為提升水土保持?jǐn)?shù)字化水平，進(jìn)一步釋放“兩山銀行”的“磁石效應(yīng)”，打造縣域數(shù)字生態(tài)，按照“需求牽引、應(yīng)用至上、數(shù)字賦能、提升能力”總要求，緊緊圍繞浙江省水利數(shù)字化轉(zhuǎn)型和水土保持智慧化管理工作的核心要求，以數(shù)字賦能水保工作，構(gòu)建數(shù)字水土保持智慧管理平臺。

1建設(shè)基礎(chǔ)

①安吉縣前期數(shù)字化改革成效顯著。2021年，安吉縣重點(diǎn)打造了兩個(gè)多跨應(yīng)用場景數(shù)字化改革項(xiàng)目，分別是城鄉(xiāng)供水安全風(fēng)險(xiǎn)識別與管控、小流域山洪預(yù)警及應(yīng)急聯(lián)動，均列入了全省第一批水利數(shù)字化改革試點(diǎn)。②數(shù)據(jù)支撐。浙江省創(chuàng)新推出“浙里九龍聯(lián)動治水”平臺，加快了數(shù)字孿生流域建設(shè)，集成打造全行業(yè)共享水利大腦。而安吉縣現(xiàn)有的水土保持科技示范園和典型的水土流失觀測試驗(yàn)流域，也為平臺建設(shè)提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐。③技術(shù)保障。以大數(shù)據(jù)、數(shù)字孿生、人工智能、虛擬現(xiàn)實(shí)等為主流的新一代信息技術(shù)較成熟，為平臺建設(shè)提供了技術(shù)保障。④組織和資金保障。該平臺建設(shè)由安吉縣水利局牽頭實(shí)施，地方專項(xiàng)資金進(jìn)行建設(shè)。

2建設(shè)目標(biāo)

構(gòu)建滿足水土保持多業(yè)務(wù)場景的智慧管理平臺，實(shí)現(xiàn)水土保持智慧化、精準(zhǔn)化決策。具體建設(shè)目標(biāo)為：①實(shí)現(xiàn)水土保持?jǐn)?shù)據(jù)共享，構(gòu)建水土保持底層數(shù)據(jù)倉，打破水利部門與其他部門之間的“信息壁壘”。②實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目全生命周期“一屏管理”，構(gòu)建水土保持預(yù)防監(jiān)督系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土保持信息采集、行政審批、過程監(jiān)管、驗(yàn)收報(bào)備等全過程“一體化管理”。③實(shí)現(xiàn)水土流失治理向精準(zhǔn)化轉(zhuǎn)變，構(gòu)建水土流失精準(zhǔn)治理系統(tǒng)。④借助深度學(xué)習(xí)算法、數(shù)字孿生和虛擬現(xiàn)實(shí)等技術(shù)，模擬水土流失情景，構(gòu)建水土流失監(jiān)測預(yù)報(bào)系統(tǒng)。⑤挖掘水土保持碳匯潛力，助力生態(tài)文明建設(shè)，構(gòu)建水土保持碳匯管理系統(tǒng)。

3總體框架

基于大數(shù)據(jù)、數(shù)字孿生、人工智能和虛擬現(xiàn)實(shí)等信息技術(shù)，輔以遙感解譯、無人機(jī)航拍、移動終端等現(xiàn)代手段，以全面提升水土保持?jǐn)?shù)字化水平為導(dǎo)向，采用穩(wěn)定、簡潔、安全的政務(wù)型網(wǎng)站框架，搭建安吉縣數(shù)字水土保持智慧管理平臺“11143”總體框架，即1個(gè)統(tǒng)一的工作門戶平臺、1套監(jiān)管制度、1個(gè)底層數(shù)據(jù)倉、4大核心業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)、3個(gè)水土保持服務(wù)模塊（見圖1）。

4建設(shè)內(nèi)容

4.1水土保持事項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)化梳理

該平臺適用于水土保持多業(yè)務(wù)場景，針對安吉縣水土保持業(yè)務(wù)情況，可分為三大類：①=1＼*GB3生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目類，涵蓋項(xiàng)目全生命周期內(nèi)所涉及的水土保持審批、監(jiān)測監(jiān)管和專項(xiàng)驗(yàn)收等業(yè)務(wù)場景；②=2＼*GB3生態(tài)治理類，包括前期管理、建設(shè)管理、效益評價(jià)等業(yè)務(wù)場景；③=3＼*GB3環(huán)境監(jiān)測類，包括對多環(huán)境要素（水質(zhì)、大氣、土壤和固廢等）的測定和監(jiān)控等業(yè)務(wù)場景。

4.2底層數(shù)據(jù)倉的構(gòu)建

數(shù)據(jù)是智慧管理平臺建設(shè)的基礎(chǔ)，底層數(shù)據(jù)倉主要由操作型數(shù)據(jù)存儲區(qū)、數(shù)據(jù)倉庫區(qū)構(gòu)成。操作型數(shù)據(jù)存儲區(qū)由基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫、建設(shè)項(xiàng)目數(shù)據(jù)庫、生態(tài)治理項(xiàng)目數(shù)據(jù)庫和監(jiān)測數(shù)據(jù)庫組成，其中：基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫包括數(shù)字高程、土地利用數(shù)據(jù)及生態(tài)保護(hù)紅線、永久基本農(nóng)田、生態(tài)公益林、飲用水源保護(hù)區(qū)、水土流失重點(diǎn)預(yù)防區(qū)和治理區(qū)等矢量數(shù)據(jù)；建設(shè)項(xiàng)目數(shù)據(jù)庫包括項(xiàng)目的占地、土石方、水土流失防治指標(biāo)、開完工時(shí)間等方案審批信息，項(xiàng)目水土保持監(jiān)測、監(jiān)督檢查等監(jiān)管信息，待驗(yàn)收項(xiàng)目、已驗(yàn)收項(xiàng)目的水土保持設(shè)施驗(yàn)收信息，遙感擾動圖斑信息等；生態(tài)治理項(xiàng)目數(shù)據(jù)庫包括全縣標(biāo)準(zhǔn)小流域矢量數(shù)據(jù)、水土流失動態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)、歷史治理項(xiàng)目信息、在建工程相關(guān)信息等；監(jiān)測數(shù)據(jù)庫包括氣象、土壤、植被、徑流、泥沙、碳排放、碳吸附等監(jiān)測數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)倉庫區(qū)主要用來存放和管理經(jīng)整合后具有分析價(jià)值的歷史數(shù)據(jù)和現(xiàn)狀數(shù)據(jù)。

4.3核心業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)

4.3.1水土保持預(yù)防監(jiān)督系統(tǒng)

該系統(tǒng)應(yīng)用于生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目全生命周期，包含項(xiàng)目審批、監(jiān)測監(jiān)管及驗(yàn)收報(bào)備三大模塊。其中項(xiàng)目審批模塊具備早期預(yù)警、系統(tǒng)自動初審、模塊化評審、審批信息交互、合規(guī)性對比、變更管理等功能，其流程見圖2；監(jiān)測監(jiān)管模塊具備監(jiān)測信息上報(bào)、智能研判分析、監(jiān)督檢查管理、水土保持“天地一體化”動態(tài)監(jiān)管等功能，其流程見圖3；驗(yàn)收報(bào)備模塊具備專項(xiàng)驗(yàn)收、在線公示、報(bào)備核查等功能，其流程見圖4。

4.3.2水土流失精準(zhǔn)治理系統(tǒng)

水土流失精準(zhǔn)治理系統(tǒng)包括前期管理、建設(shè)管理、效益評估三大模塊。

1）前期管理模塊。借助“3S”技術(shù)，以監(jiān)測數(shù)據(jù)庫中水土流失動態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)為依據(jù)，初篩出水土流失面積占比大、侵蝕強(qiáng)度高的小流域，再結(jié)合底層數(shù)據(jù)倉中的數(shù)字高程、土地利用類型、遙感影像、擾動圖斑及水土流失重點(diǎn)預(yù)防區(qū)和治理區(qū)范圍等信息，以及各級水土保持規(guī)劃、往年實(shí)施項(xiàng)目范圍等資料，智選亟待治理的區(qū)域，配合無人機(jī)航拍、現(xiàn)場踏勘、問卷調(diào)查等手段，對水土流失狀況進(jìn)行全過程動態(tài)監(jiān)督管理，建立年度擬實(shí)施項(xiàng)目清單及三年滾動計(jì)劃項(xiàng)目儲備清單。

2）建設(shè)管理模塊。通過高清遙感影像、無人機(jī)傾斜攝影、現(xiàn)場監(jiān)督檢查等手段，對整個(gè)項(xiàng)目建設(shè)過程進(jìn)行遙感監(jiān)管，實(shí)現(xiàn)水土保持信息化、精細(xì)化、智能化監(jiān)管。對重點(diǎn)區(qū)域，借助無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)，生成正射影像，通過智能化判別與精準(zhǔn)量測，針對性制定水土保持措施。通過對比水保措施實(shí)施前后的水土流失圖斑，分析不同水保措施實(shí)施效果。

3）效益評估模塊。借助分布式水文模型，對竣工項(xiàng)目進(jìn)行效益評價(jià)，包括項(xiàng)目實(shí)施效果評估和綜合治理效益評價(jià)兩部分。項(xiàng)目實(shí)施效果評估主要是根據(jù)動態(tài)數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)對項(xiàng)目實(shí)施后的資金使用情況、工程完成情況、工程質(zhì)量情況、進(jìn)度把控情況和實(shí)施效益情況進(jìn)行評估，其結(jié)果可作為下一年度縣級項(xiàng)目資金補(bǔ)助和實(shí)施鄉(xiāng)鎮(zhèn)選擇的重要參考。綜合治理效益評價(jià)是指對項(xiàng)目區(qū)治理措施圖斑進(jìn)行現(xiàn)場核查，通過綜合比對措施圖斑類型、水土流失情況、土地利用情況、遙感影像等數(shù)據(jù)，研判圖斑的合規(guī)性、有效性；同時(shí)，利用分布式水文模型對治理前后的水土流失狀況進(jìn)行智慧化情景模擬，量化水土流失綜合治理產(chǎn)生的水保效益。

4.3.3水土流失監(jiān)測預(yù)報(bào)系統(tǒng)

水土流失監(jiān)測預(yù)報(bào)系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)管理模塊和水土流失預(yù)報(bào)預(yù)警模塊。

1）數(shù)據(jù)管理模塊。通過水土流失坡面徑流場和試驗(yàn)小流域的自動觀測感知設(shè)備，監(jiān)測降水、土壤、植被、水土保持措施和徑流泥沙等參數(shù)，監(jiān)測數(shù)據(jù)直接傳輸至底層數(shù)據(jù)倉。

2）水土流失預(yù)報(bào)預(yù)警模塊。借助深度學(xué)習(xí)算法和虛擬現(xiàn)實(shí)等技術(shù)，基于底層數(shù)據(jù)倉數(shù)據(jù)和土壤侵蝕模型，對水土流失風(fēng)險(xiǎn)狀況進(jìn)行智慧化模擬，構(gòu)建預(yù)報(bào)預(yù)警模型，通過對現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)模擬分析，科學(xué)地預(yù)判潛在的風(fēng)險(xiǎn)，并及時(shí)做出預(yù)報(bào)預(yù)警，強(qiáng)化水土流失風(fēng)險(xiǎn)管控。

4.3.4水土保持碳匯管理系統(tǒng)

水土保持碳匯管理系統(tǒng)包括碳匯監(jiān)測、碳匯核算和碳匯交易模塊。

1）碳匯監(jiān)測模塊。采用衛(wèi)星遙感和地面觀測設(shè)備等立體化監(jiān)測手段，對土壤、作物、森林等環(huán)境要素進(jìn)行數(shù)字化采集、存儲和分析，實(shí)現(xiàn)碳排放和碳吸收全面監(jiān)測；通過集成系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對植物生長的全方位觀察、對自然生態(tài)系統(tǒng)碳匯潛力變化的監(jiān)測。

2）碳匯核算模塊。碳匯核算是以觀測和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)開展的。目前浙江省碳匯核算方法主要有植被凈生態(tài)系統(tǒng)碳交換量和水域碳吸收[4]，其中植被凈生態(tài)系統(tǒng)碳交換量主要包括森林、草地和城市綠地等的碳交換量，水域碳吸收主要包括水域和灘涂的碳吸收量。不同水土保持措施的碳匯能力不同，而數(shù)據(jù)基礎(chǔ)、核算方法等的差異也會導(dǎo)致碳匯評估結(jié)果差異較大，因此采用大數(shù)據(jù)技術(shù)，統(tǒng)一碳匯標(biāo)準(zhǔn)，解決目前碳匯數(shù)據(jù)平臺坐標(biāo)體系、數(shù)據(jù)內(nèi)容、數(shù)據(jù)格式等不統(tǒng)一的問題，可精準(zhǔn)反映水土流失治理對碳中和的貢獻(xiàn)。

3）碳匯交易模塊。打造碳匯數(shù)字交易平臺，可解決碳匯市場總體規(guī)模小、運(yùn)作不規(guī)范、市場間難以對接、碳匯交易形式單一等諸多問題，還可增加風(fēng)險(xiǎn)評估能力、產(chǎn)品創(chuàng)新能力、綠色金融衍生品的開發(fā)能力，推動碳匯價(jià)值的實(shí)現(xiàn)和價(jià)格機(jī)制的形成。

4.4水土保持服務(wù)模塊

4.4.1水土保持流程服務(wù)模塊

投資主體，尤其是民營投資主體，往往缺乏項(xiàng)目建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，對生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土保持工作要求不熟悉。建設(shè)單位通過平臺輸入占地、土石方量、開完工時(shí)間等參數(shù)后，系統(tǒng)將自動形成項(xiàng)目全過程水土保持工作開展告知單，明確在什么時(shí)段開展什么水土保持工作，具體要求是什么；同時(shí)對接省水土保持中介服務(wù)平臺，向建設(shè)單位提供中介咨詢單位清單。

4.4.2土石方智能供需模塊

通過土石方智能供需模塊可智能匹配土石方供給和需求，提高項(xiàng)目建設(shè)過程中的土石方利用率，增加縣域內(nèi)土石方綜合利用量，減少棄渣總量。該模塊初步設(shè)想有兩個(gè)信息錄入模塊，一個(gè)是建設(shè)單位自行發(fā)布信息錄入模塊，另一個(gè)是從審批后的報(bào)告中提取關(guān)鍵參數(shù)錄入模塊，相關(guān)數(shù)據(jù)錄入后，系統(tǒng)會自動根據(jù)土石方的材質(zhì)、數(shù)量、運(yùn)距等參數(shù)進(jìn)行匹配，并發(fā)送相關(guān)信息給供需方。

4.4.3水土保持?jǐn)?shù)字科普館

利用數(shù)字技術(shù)對水土保持知識進(jìn)行處理和存儲，形成圖文并茂、聲像結(jié)合的科普作品，傳輸給公眾。

1）水土保持3D展示功能?；跀?shù)字高程、土地利用、遙感影像等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，采用三維建模軟件生成三維數(shù)字模型，并進(jìn)行精細(xì)化處理，最后將三維數(shù)字模型按照地理坐標(biāo)依次導(dǎo)入U(xiǎn)nity3D中，通過虛擬技術(shù)將現(xiàn)實(shí)場景以1∶1還原，直觀、真實(shí)地展現(xiàn)水土流失、小流域綜合治理、土壤侵蝕過程。

2）水土保持游戲交互功能。在3D展示中內(nèi)嵌動漫小游戲，涵蓋土壤侵蝕類型辨別、水土流失災(zāi)害防治、水土流失觀測等水保知識，以動漫結(jié)合圖文的方式進(jìn)行交互游戲，實(shí)現(xiàn)寓教于樂。

5預(yù)期成果

5.1形成一體化水土保持服務(wù)新樣板

厘清安吉縣水土保持工作，以平臺底層數(shù)據(jù)倉為數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，完成生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土保持事前、事中、事后的閉環(huán)管理，實(shí)現(xiàn)水保監(jiān)管的“機(jī)器代人”。制約水行政主管部門行為，為行政審批設(shè)定“尺子”，減少審批、執(zhí)法行為中的自由裁量。完成水土保持服務(wù)模式變革，提高安吉縣水土保持服務(wù)水平，簡化水土保持工作流程，形成符合水利數(shù)字化改革精神的一體化水土保持智慧管理平臺。

5.2塑造水土保持?jǐn)?shù)字化轉(zhuǎn)型新典范

安吉縣作為國家水土保持示范縣、“兩山”理論的發(fā)源地，在水利部智慧水利先行先試工作方案的指導(dǎo)下，以浙江省數(shù)字化轉(zhuǎn)型為重要抓手，聚焦水土保持治理的痛點(diǎn)和難點(diǎn)，發(fā)揮數(shù)字化在水土流失治理中的智慧賦能作用，實(shí)現(xiàn)全過程、全周期、精準(zhǔn)化監(jiān)管縣域內(nèi)在建生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目。安吉縣擁有完善的水土保持基礎(chǔ)監(jiān)測數(shù)據(jù)及典型的水土流失觀測試驗(yàn)流域，加上虛擬現(xiàn)實(shí)、深度學(xué)習(xí)及數(shù)字孿生等新興技術(shù)不斷成熟，可為區(qū)域水土保持工作提供科學(xué)依據(jù)，以期將該平臺塑造成水土保持?jǐn)?shù)字化轉(zhuǎn)型新典范。

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收稿日期： 2023-02-10

基金項(xiàng)目： 生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土保持全過程信息化管控關(guān)鍵技術(shù)研究（RB2023）；浙江省水利廳科技計(jì)劃項(xiàng)目（RC2044）

第一作者： 裘濤（1981—），男，浙江寧波人，高級工程師，學(xué)士，主要從事水土保持科研、咨詢與設(shè)計(jì)、數(shù)字化等工作。

通信作者： 劉克軍（1975—），男，浙江湖州人，高級工程師，學(xué)士，主要從事水土保持綜合治理、監(jiān)督和數(shù)字化管理等工作。

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（責(zé)任編輯張緒蘭）