郭祥琳，王 巖，袁 楠

（河南省水利勘測設計研究有限公司，河南 鄭州 450016）

0 引言

2016 年11 月28 日，中共中央辦公廳、國務院辦公廳印發(fā) 《關(guān)于全面推行河長制的意見》［1］，2018年6 月底，全國31 個?。ㄗ灾螀^(qū)、直轄市）全面建立河長制，河長制的組織體系、制度體系、責任體系初步形成，實現(xiàn)了河長“有名”，全面推行河長制進入新階段［2－3］。河長制是習近平總書記生態(tài)文明思想的重要實踐，是推進綠色生態(tài)文明建設的重要舉措［4］，也是破解“九龍治水”困境的一項有效措施［5］。

隨著智能手機的普及應用， 移動辦公成為無紙化辦公、遠程化辦公之后的新一代辦公形式。利用移動通信、“互聯(lián)網(wǎng)＋”等技術(shù)，針對智能手機，衍生出了很多先進的技術(shù)。如何運用移動信息化、智能化手段提高河長巡河效率， 提升河長制工作信息化水平是圍繞河長制信息化建設的主要課題［6］。 筆者通過對河長巡河的業(yè)務流程梳理， 依托移動端混合開發(fā)技術(shù)、基于移動位置服務（Location Based Services，簡稱LBS）技術(shù)、地理信息系統(tǒng)（Geographic Information Systems，簡稱GIS 技術(shù)）等先進技術(shù)，設計并開發(fā)了河長智能巡河APP 系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)設計方案

在系統(tǒng)設計階段， 通過梳理河長巡河的業(yè)務流程，找出重要環(huán)節(jié)，使系統(tǒng)設計圍繞接受任務、上報問題、完善巡河日志、巡河管理與統(tǒng)計等環(huán)節(jié)展開。通過對業(yè)務的梳理， 簡化巡河流程， 實現(xiàn)過程的監(jiān)督，提高巡河工作的有效性和信息化水平。

1.1 整體架構(gòu)

系統(tǒng)采用多層次架構(gòu)設計模式， 主要分為數(shù)據(jù)資源層、應用支撐層、業(yè)務應用層、用戶層等4 個層級，具體如圖1 所示。

（1）數(shù)據(jù)資源層。該層實現(xiàn)對各類數(shù)據(jù)資源的統(tǒng)一存儲、統(tǒng)一管理，以構(gòu)成業(yè)務應用層的數(shù)據(jù)資源支撐環(huán)境。在利用已知數(shù)據(jù)的基礎上，結(jié)合河長巡河任務的實際需要，建設基礎數(shù)據(jù)庫、業(yè)務數(shù)據(jù)庫、空間數(shù)據(jù)庫和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)庫。

（2）應用支撐層。應用支撐層是一個承上啟下的開放性基礎平臺。它利用通用軟件平臺，實現(xiàn)不同基礎設施層與應用層之間的互通。 在“水利一張圖”基礎服務體系的基礎上，根據(jù)本次系統(tǒng)建設的需要，開發(fā)的河長巡河地圖服務層包括GIS 地理信息服務、數(shù)據(jù)加密服務和應用服務等。

（3）業(yè)務應用層。 該層是包括河長巡河APP 以及支撐巡河APP 應用的后臺管理系統(tǒng)。

（4）用戶層。 根據(jù)業(yè)務流程的需要，用戶層分為各級河長制辦公室（以下簡稱河長辦）用戶和各級巡河河長用戶。

1.2 數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)設計

對于本系統(tǒng)所涉及的河湖數(shù)據(jù)資源， 從邏輯上可將其分為基礎數(shù)據(jù)、業(yè)務數(shù)據(jù)、空間數(shù)據(jù)和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)?；A數(shù)據(jù)為應用系統(tǒng)運行的基礎支撐數(shù)據(jù)，是在系統(tǒng)運行前錄入到系統(tǒng)當中的，當數(shù)據(jù)更新時，由用戶借助系統(tǒng)操作進行數(shù)據(jù)更新。 業(yè)務數(shù)據(jù)為各類業(yè)務系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，部分數(shù)據(jù)來自于人工錄入，部分數(shù)據(jù)是用戶借助系統(tǒng)操作或系統(tǒng)自動分析處理得到的加工后數(shù)據(jù)。 空間數(shù)據(jù)主要是通過對現(xiàn)有數(shù)據(jù)的抽取、轉(zhuǎn)換、處理得到的數(shù)據(jù)。非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)中，部分數(shù)據(jù)來自于人工錄入， 部分是用戶借助系統(tǒng)操作或系統(tǒng)自動分析處理得到的加工后數(shù)據(jù)。

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)圖Fig.1 System architecture

根據(jù)河長巡河業(yè)務流程的需要， 數(shù)據(jù)庫設計遵循實用性、可靠性的原則，采用結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)庫和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)庫相結(jié)合的形式存儲相應數(shù)據(jù)。 河長巡河的歷史記錄、 巡河任務及巡河過程中填寫的巡河日志等數(shù)據(jù)存儲在結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)庫中， 巡河過程的軌跡存儲在非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)庫中。

1.3 功能設計

河長智能巡河APP 應用在手機端，采用React－Native 技術(shù)與Android 原生開發(fā)技術(shù)， 通過混合開發(fā)的形式，實現(xiàn)巡河過程中實時定位、拍照上傳、查看、上報日志、自動獲取天氣等功能，方便巡河人員智能化填報巡河記錄。河長智能巡河APP 主要包括巡河模塊、 上傳模塊、 巡河管理模塊和巡河統(tǒng)計模塊，其業(yè)務處理流程如圖2 所示。

（1）巡河模塊。河長巡河需要由河長辦工作人員制訂巡河計劃，包括各級河長的巡河周期。不同級別的河長辦繪制相應的巡河河段， 系統(tǒng)會自動匹配每個河段對應的系統(tǒng)用戶。在河長點擊“開始巡河”后，地圖上就展示出他所處的位置， 隨后記錄河長每一刻的位置，并及時上傳至后臺，即在地圖上實時展示巡河軌跡。

（2）上傳模塊。該模塊包括上傳巡河過程中發(fā)現(xiàn)的問題和上傳巡河結(jié)束時的巡河日志兩個子模塊。上報問題時， 除上傳現(xiàn)場拍攝的照片和填報基本信息外，系統(tǒng)還會自動獲取問題點坐標。如果可以自行處理，還需把自行處理的結(jié)果一起上報至系統(tǒng)，最終在地理信息服務平臺上展示出問題的具體位置。 上報日志時，除上報系統(tǒng)自動獲取的天氣、巡河時間段及河長基本信息外， 還需要上傳巡河照片及巡河描述等基本信息。

（3）巡河管理模塊。各級河長辦工作人員可以根據(jù)各級河長巡河任務的執(zhí)行情況， 查看轄區(qū)內(nèi)當天的及歷史的巡河情況， 還可以對未執(zhí)行巡河任務的河長發(fā)出“巡河提醒”，督促河長執(zhí)行巡河任務。

（4）巡河統(tǒng)計模塊。 根據(jù)各轄區(qū)的巡河情況，對本周、 本轄區(qū)各級河長和本轄區(qū)下級行政區(qū)域的巡河狀況進行統(tǒng)計，便于河長辦工作人員匯總統(tǒng)計，并根據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)進行后期的監(jiān)督和考核管理。

2 關(guān)鍵技術(shù)在系統(tǒng)中的應用

2.1 負載均衡與容器技術(shù)

河長智能巡河APP 針對的是各級巡河河長，每天有數(shù)萬人需將巡河數(shù)據(jù)上傳至系統(tǒng)。 如此大的使用量及數(shù)據(jù)交互量，普通的單一應用無法滿足需求，需采取負載均衡的策略。河長智能巡河APP 系統(tǒng)采用Nginx 做負載均衡［7］，后面連接多個Web 服務，Web服務連接各個數(shù)據(jù)庫，共同分擔系統(tǒng)壓力，即可以保證系統(tǒng)訪問的速度，又能解決高并發(fā)問題。

圖2 巡河流程圖Fig.2 River patrol flow

采用負載均衡的網(wǎng)絡策略時， 普通的虛擬化技術(shù)配置復雜、服務發(fā)布時間長、應用交付困難，所以本系統(tǒng)采用容器技術(shù)解決負載均衡這一難題。 容器技術(shù)具有運行速度快、靈活等優(yōu)點［8］。使用容器技術(shù)之后，可以輕松完成應用服務集群部署、遷移。同時，服務集群的啟動時間也大大縮短， 短時間內(nèi)就能完成整個集群的更新與部署。

2.2 LBS 與GIS 技術(shù)

常規(guī)GPS 定位技術(shù)難以滿足局部室內(nèi)定位的需求。 河長在巡河過程中，若經(jīng)行橋下或涵洞，常規(guī)GPS 定位技術(shù)可能會造成局部位置信息丟失， 不利于保存完成的巡河路徑信息。 LBS 是基于位置的定位服務技術(shù)，它通過電信移動運營商的無線電通訊網(wǎng)絡或外部定位方式，獲取移動終端用戶的位置信息，能夠?qū)崿F(xiàn)精準定位［9］。對于河長巡河過程中經(jīng)行橋下或涵洞的情形，采用LBS 技術(shù)可以避免位置信息丟失的情況，滿足系統(tǒng)的實際需求。GIS 是一個用于描繪地球和其他地理信息要素， 并突出其特征，從而顯示和分析經(jīng)空間配準的信息的技術(shù)。

本系統(tǒng)通過LBS 技術(shù)每6 s 記錄一次河長坐標位置，并計算該點與上一點坐標之間的距離，然后上傳至后臺。 為了精準地展示河長巡河軌跡，系統(tǒng)采用蓄水池算法與滑動窗口相結(jié)合的方法進行數(shù)據(jù)縮減糾偏［10］，并將坐標數(shù)組動態(tài)地展示在GIS 地圖上，將各點用實線連接在一起，形成河長的巡河軌跡。

2.3 移動端混合開發(fā)技術(shù)

Android 原生開發(fā)技術(shù)是使用最多、應用最廣的移動端開發(fā)技術(shù)，但由于存在應用門檻高、系統(tǒng)更新較繁瑣的弊端， 該技術(shù)的應用受到一定的限制。開源式移動應用程序框架使用JavaScript 和React開發(fā)跨平臺的移動應用技術(shù)，既擁有Native 的用戶體驗，又保留了React 的開發(fā)效率，并且還支持與原生技術(shù)混合開發(fā)。 比如，在巡河開始時，可利用原生開發(fā)技術(shù)實現(xiàn)語音播報，提醒巡河河長。 因此，本系統(tǒng)采用React Native 框架進行開發(fā)， 特殊功能使用“原生＋React Native”的方式實現(xiàn)。

3 系統(tǒng)在河長巡河中的應用

3.1 應用概況

河長智能巡河APP 于2019 年7 月在河南省開始使用。經(jīng)過一年多的實踐，證明該系統(tǒng)運行穩(wěn)定，性能達到河長制信息化管理規(guī)定的技術(shù)指標。 目前，該系統(tǒng)已在河南省范圍內(nèi)得到推廣應用，涉及近5 萬余名河長和相關(guān)工作人員，每日巡河次數(shù)達到萬余次。在系統(tǒng)推廣的第一個自然年， 全省累計巡河超過200 萬次， 通過河長巡河發(fā)現(xiàn)并上報巡河事件6 萬多起。

3.2 應用效果

實踐證明，河長智能巡河APP 系統(tǒng)的應用增強了各級河長特別是村級河長對河長制工作重要性的認識， 也保障了各級河長辦實時掌握轄區(qū)內(nèi)河流的基本狀況，產(chǎn)生了很好的社會效益。

（1）有助于加強水資源保護。各級河長的巡河結(jié)果將為水資源的合理利用和優(yōu)化調(diào)度提供依據(jù)，從而有助于保護水資源、提高水資源可持續(xù)利用水平。

（2）有助于河湖水域岸線管理保護。河長智能巡河APP 系統(tǒng)的推廣使用有助于加強自然生態(tài)空間的開發(fā)保護，嚴格水生態(tài)空間管控；有利于落實規(guī)劃岸線保護區(qū)、保留區(qū)、控制利用區(qū)和開發(fā)利用區(qū)管理要求；有利于岸線保護，節(jié)約集約利用土地和對涉河建設項目進行嚴格管理；有助于加強河道采沙管理，健全采沙管理工作機制，嚴格落實管理責任制；有助于恢復河湖水域岸線的生態(tài)功能。

（3）有助于執(zhí)法監(jiān)管。 通過較為完善的監(jiān)控監(jiān)測設施， 可以有效提升對河湖水域管理保護的監(jiān)管能力，建立健全部門聯(lián)合執(zhí)法體制，從而促進行政執(zhí)法與刑事司法銜接體制的完善。 通過建立河湖日常監(jiān)管巡查制度， 可以實現(xiàn)對河湖水域的動態(tài)監(jiān)管，從而有效打擊非法排污、設障、捕撈、養(yǎng)殖、采沙、采礦、圍墾、侵占水域岸線等涉河湖水域的違法活動。

4 結(jié)語

河長智能巡河APP 系統(tǒng)的開發(fā)充分利用了“互聯(lián)網(wǎng)＋”、GIS、LBS、移動終端開發(fā)等先進技術(shù)。 該系統(tǒng)在河南省推廣使用中，服務于省、市、縣、鄉(xiāng)、村五級河長巡河體系及各級河長辦工作人員， 實現(xiàn)了對河流信息化管理的工作目標。目前，該系統(tǒng)已正式運行一年多，運行穩(wěn)定、效果良好。

隨著河長智能巡河APP 系統(tǒng)的廣泛使用，河長在巡河過程中上報問題的數(shù)量將越來越多。 后期可以根據(jù)這些大量的問題數(shù)據(jù)，運用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，對問題進行深入分析。通過對問題的剖析，進行共性問題的集中整治， 避免同一區(qū)域、 同一問題反復出現(xiàn)，從而不斷推進河長巡河的智能化、河長制工作的信息化進程。