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)測總站， 江蘇 南京 210029； 2.杭州領(lǐng)見科技有限公司， 浙江 杭州 310004；3.江蘇省水文與水資源勘測局， 江蘇 南京 210029)

隨著我國社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，生產(chǎn)建設活動日益增多，生產(chǎn)建設項目規(guī)模不斷擴大，給生態(tài)環(huán)境可持續(xù)發(fā)展帶來較大的壓力，尤其是容易造成較為嚴重的水土流失危害。據(jù)《中國水土保持公報》(2019年)，2019年水利部組織在全國開展了水土保持遙感監(jiān)管工作，共解譯擾動圖斑60.16萬個，組織現(xiàn)場復核認定并查處“未批先建”、“未批先棄”等違法違規(guī)項目5.30萬個，水土保持監(jiān)管工作任重道遠。因此，加強生產(chǎn)建設項目水土保持監(jiān)管，防止生產(chǎn)建設人為水土流失及其危害成為當前亟待解決的重要問題[1-2]。然而在生產(chǎn)建設項目監(jiān)管過程中面臨著監(jiān)管對象數(shù)量多、范圍廣、任務重，項目管理內(nèi)容復雜、時效性較差等一系列技術(shù)難題。同時還存在生產(chǎn)建設項目擾動時間長，需要各級水行政主管部門共同參與監(jiān)管的實際情況。因此急需一整套高效率的綜合解決方案實現(xiàn)生產(chǎn)建設項目水土保持監(jiān)管的全覆蓋、可操作性、可執(zhí)行性[3]。針對當前生產(chǎn)建設項目水土保持監(jiān)管的特點和需求，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)管過程的各個環(huán)節(jié)，形成監(jiān)管閉環(huán)，從而最終實現(xiàn)對生產(chǎn)建設項目的“天地一體化”動態(tài)監(jiān)管[4-7]。本文設計的生產(chǎn)建設項目水土保持“天地一體化”監(jiān)管作業(yè)網(wǎng)絡平臺，可以有效提高生產(chǎn)建設項目水土保持監(jiān)管工作效率，滿足監(jiān)管工作需求，同時具備較強的實用性及可推廣性。

1 生產(chǎn)建設項目水土保持監(jiān)管分析

生產(chǎn)建設項目水土保持“天地一體化”監(jiān)管需要通過對遙感影像進行分析解譯處理，得到監(jiān)管區(qū)域生產(chǎn)建設項目的擾動圖斑，同時通過對水土流失防治責任范圍及擾動圖斑的疊置分析，判斷該生產(chǎn)建設項目是否存在未批先建、擾動超界等違法行為。通過遙感監(jiān)測與實地復核，及時準確了解生產(chǎn)建設項目在水土保持方面的合規(guī)性，為水土保持監(jiān)管處罰提供確實證據(jù)，從而有效提高水土保持監(jiān)管工作的時效性及準確性。具體而言，針對公路、鐵路、機場、房地產(chǎn)等36類生產(chǎn)建設項目(表1)，通過遙感影像調(diào)查面積大于0.1 hm2的生產(chǎn)建設擾動地塊，實地現(xiàn)場復核面積大于1 hm2的生產(chǎn)建設擾動地塊等手段[8-9]，跟蹤其實施情況等。

表1 生產(chǎn)建設項目分類

按照《全國水土保持監(jiān)管規(guī)劃(2018—2020年)》所明確的目標，要實現(xiàn)重點生產(chǎn)建設項目和重點區(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)建設項目水土保持信息化監(jiān)管工作的開展，需各級水行政部門協(xié)同開展，各級主管部門批復不同的生產(chǎn)建設項目，由各級主管部門分別整理匯總生產(chǎn)建設項目水土保持方案，省級完成遙感監(jiān)測工作內(nèi)容，包括防治責任范圍資料的矢量化處理、影像獲取處理以及擾動解譯。在進行合規(guī)性初步分析后分配全省生產(chǎn)建設項目擾動復核任務。由省、市、縣協(xié)同完成實地復核調(diào)查工作，并逐級匯總、提交調(diào)查成果，由省級完成全省監(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)務系統(tǒng)協(xié)同融合的監(jiān)管作業(yè)網(wǎng)絡平臺為生產(chǎn)建設項目水土保持“天地一體化”監(jiān)管提供技術(shù)保障。

2 總體設計

根據(jù)生產(chǎn)建設項目水土保持“天地一體化”監(jiān)管需求，為了利用網(wǎng)絡平臺實現(xiàn)協(xié)同辦公提高監(jiān)管工作效率，同時還為了保障數(shù)據(jù)安全，設計了生產(chǎn)建設項目水土保持監(jiān)管作業(yè)網(wǎng)絡平臺，具體關(guān)鍵技術(shù)包括以下3個方面：(1)系統(tǒng)架構(gòu)設計；(2)業(yè)務流程設計；(3)多源數(shù)據(jù)管理。

2.1 系統(tǒng)架構(gòu)設計

“天地一體化”監(jiān)管是利用衛(wèi)星遙感技術(shù)手段結(jié)合無人機現(xiàn)場調(diào)查以及工作人員實地復核調(diào)查等工作，從不同高度、不同尺度對區(qū)域水土保持工作進行多層次、全方位的監(jiān)管。通過建立水土保持“天地一體化”監(jiān)管作業(yè)平臺，實現(xiàn)對水土保持業(yè)務圖斑與變化數(shù)據(jù)進行采集、存儲、分析和研究應用，建立以圖斑為作業(yè)單元的省、市、縣三級聯(lián)動的協(xié)同監(jiān)管作業(yè)模式，完成水土保持圖斑“天地一體化”動態(tài)監(jiān)管作業(yè)網(wǎng)絡平臺的開發(fā)建設，從而為各級水行政主管部門的生產(chǎn)建設項目水土保持信息化監(jiān)管等工作提供業(yè)務支持，為水土保持預防監(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)設計如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)設計

水土保持“天地一體化”監(jiān)管平臺將各級水行政主管部門通過云上連接，首先是對數(shù)據(jù)的整體管理，然后對存儲的數(shù)據(jù)根據(jù)用戶的身份也就是對應負責的業(yè)務進行對應的數(shù)據(jù)分析和實際應用，從而提高數(shù)據(jù)的價值，進而可以對每個用戶所需要的信息進行分析。同時業(yè)務成果通過上傳至服務器進行云端存儲，實現(xiàn)統(tǒng)一規(guī)范化管理。

另外水土保持“天地一體化”監(jiān)管平臺可以根據(jù)每類圖斑的情況進行分析，各個區(qū)縣也可以根據(jù)每個區(qū)縣所擁有的數(shù)據(jù)進行分析，判斷用戶區(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)管平臺開展監(jiān)管，對監(jiān)管的理解：1.以用戶為主體的一個活動，而對用戶來說每個用戶所需要扮演的角色不同，從而分工也就不同；2.全面掌握達到既定業(yè)務線所需的各種業(yè)務點，而非將業(yè)務定性；3.根據(jù)具體情況采取相應的業(yè)務管理模式，管理程序、方法；4.具有持續(xù)性并能夠根據(jù)情況判斷走勢特征。

2.2 業(yè)務流程設計

在系統(tǒng)中，省、市級用戶具有分配任務、完成任務模塊的權(quán)限，縣級用戶只有完成任務的權(quán)限，省級用戶可將任務下發(fā)至市，也可以直接下發(fā)至縣。

生產(chǎn)建設項目、水土流失動態(tài)監(jiān)測項目和重點工程治理項目通過圖斑分析功能，生成可能存在問題的圖斑?，F(xiàn)場根據(jù)圖斑情況對圖斑數(shù)據(jù)進行核查修正，當完成任務提交審核時，如不通過審核，則返回執(zhí)行者任務列表，進行補充和修正，然后再次提交任務；如通過審核，將實地復核數(shù)據(jù)和任務審核情況按照規(guī)則整理成任務完成報告。

圖2 系統(tǒng)功能流程設計

2.3 多源數(shù)據(jù)管理

根據(jù)對生產(chǎn)建設項目水土保持監(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種類型：(1)生產(chǎn)建設項目基礎數(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，本文設計了一種分布式關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)實現(xiàn)對不同類型的多源數(shù)據(jù)進行有效存儲和管理，并通過生產(chǎn)建設項目基礎數(shù)據(jù)庫為總索引庫，以單個生產(chǎn)建設項目ID(唯一標識)為總索引鍵，鏈接其他數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)對海量數(shù)據(jù)的分類管理及高效查詢。由于采用了分類型的分布式關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)，各數(shù)據(jù)庫只存儲同一類型的數(shù)據(jù)，使得單一生產(chǎn)建設項目可以方便的索引連接至多個文檔數(shù)據(jù)、多個照片數(shù)據(jù)、多個空間數(shù)據(jù)及多個影像數(shù)據(jù)，實現(xiàn)了生產(chǎn)建設項目水土保持動態(tài)監(jiān)管過程的多時相監(jiān)管節(jié)點數(shù)據(jù)再現(xiàn)。

生產(chǎn)建設項目基礎數(shù)據(jù)庫：存儲項目名稱、地點、類型、責任單位、聯(lián)系人等基本信息。

文檔數(shù)據(jù)庫：存儲項目所涉及的水土保持保持方案、組織管理文檔、繳費憑證等文檔數(shù)據(jù)。

照片數(shù)據(jù)庫：存儲項目所涉及的實地拍攝照片數(shù)據(jù)。

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

影像數(shù)據(jù)庫：存儲項目所涉及的遙感影像、無人機航拍影像等影像數(shù)據(jù)。

本系統(tǒng)具備以下3個特點：

(1)兼容包含地理數(shù)據(jù)等多種數(shù)據(jù)格式，實現(xiàn)空間分析。業(yè)務中的地理數(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)保證任務鏈條的完備性和可用性；完成任務生命周期是本系統(tǒng)重點實現(xiàn)的功能之一，確保系統(tǒng)流程符合實際業(yè)務邏輯，此外需適用業(yè)務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)預期

根據(jù)本文設計思想，擬采用開源GIS 框架和組件包Mapserver，開源數(shù)據(jù)庫Post-GIS、開源地圖緩存工具TileCache 和開源地圖客戶端框架OpenLayers，以.NET 為開發(fā)平臺，采用C#和C++后臺編程語言，開發(fā)水土保持“天地一體化”監(jiān)管作業(yè)網(wǎng)絡平臺，面向水土保持監(jiān)管工作人員及相關(guān)部門使用。預期實現(xiàn)基于云平臺的生產(chǎn)建設項目相關(guān)信息管理、水土保持動態(tài)監(jiān)管信息管理，任務分配下發(fā)以及生產(chǎn)建設項目及其水土保持相關(guān)數(shù)據(jù)的查詢與統(tǒng)計報表輸出。

4 結(jié)論與展望

本文針對生產(chǎn)建設項目監(jiān)管過程中面臨的監(jiān)管對象數(shù)量多、范圍廣、任務重，現(xiàn)場監(jiān)督檢查效率低、難度大，項目管理內(nèi)容復雜、時效性較差等問題，提出了一種針對生產(chǎn)建設項目水土保持監(jiān)管工作特點的云平臺系統(tǒng)。該系統(tǒng)基于數(shù)據(jù)驅(qū)動的審核更新機制，利用分布式關(guān)系數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)了對生產(chǎn)建設項目水土保持動全過程動態(tài)監(jiān)管信息管理。以此為設計思想，開發(fā)水土保持“天地一體化”監(jiān)管作業(yè)網(wǎng)絡平臺，預期該云平臺可有效提高生產(chǎn)建設項目水土保持監(jiān)管工作效率，具有良好的實用性及可擴展性。

關(guān)于生產(chǎn)建設項目水土保持天地一體化監(jiān)管云平臺系統(tǒng)，還將進一步在開放數(shù)據(jù)接口，數(shù)據(jù)及接口標準化方面展開研究，使得更多的自動化設備、傳感器、智能設備能夠便捷地接入該系統(tǒng)中，實現(xiàn)云平臺向物聯(lián)網(wǎng)擴展，進一步提高水土保持動態(tài)監(jiān)測工作的時效性、準確性及自動化程度。