裘濤　劉克軍　陳漢邦　田剛　王冉　劉夢茹

［關鍵詞］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)實等信息技術，以“11143”為總體框架，即1個統(tǒng)一的工作門戶平臺、1套監(jiān)管制度、1個底層數(shù)據(jù)倉、4大核心業(yè)務應用系統(tǒng)、3個水土保持服務模塊，構建數(shù)字水土保持智慧管理平臺，以實現(xiàn)安吉縣水土保持“一圖管理”、生產(chǎn)建設項目全生命周期“一屏管理”、水土流失動態(tài)監(jiān)測、智慧決策與應用、行業(yè)宣傳服務等業(yè)務場景。

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

水土保持是生態(tài)文明建設的必然要求，涵蓋水土流失治理及生產(chǎn)建設項目監(jiān)管等多業(yè)務場景[1]。黨的十九大提出要加快數(shù)字中國建設，以信息化培育新動能，用新動能推動新發(fā)展。黨的二十大強調(diào)，推動綠色發(fā)展，促進人與自然和諧共生。在數(shù)字化轉(zhuǎn)型和生態(tài)文明建設背景下，水利部及各省、市、縣積極推進數(shù)字化改革，以信息化作為技術支撐，整合多種水土保持資源，實現(xiàn)水土保持智能化模擬和精準化決策，以推動水土保持生態(tài)文明建設。數(shù)字水土保持主要是運用數(shù)字化技術對水保相關信息進行采集、分析、存儲，以及傳輸共享，構建水土保持信息管理平臺，以監(jiān)管生產(chǎn)建設項目水保措施情況，監(jiān)測區(qū)域水土流失狀況，實時預報預警，全面提高水土保持決策能力[2-3]。安吉縣作為全國首個生態(tài)縣、國家水土保持生態(tài)文明縣、“兩山”理論發(fā)源地，為提升水土保持數(shù)字化水平，進一步釋放“兩山銀行”的“磁石效應”，打造縣域數(shù)字生態(tài)，按照“需求牽引、應用至上、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，構建數(shù)字水土保持智慧管理平臺。

1建設基礎

①安吉縣前期數(shù)字化改革成效顯著。2021年，安吉縣重點打造了兩個多跨應用場景數(shù)字化改革項目，分別是城鄉(xiāng)供水安全風險識別與管控、小流域山洪預警及應急聯(lián)動，均列入了全省第一批水利數(shù)字化改革試點。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，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流域，也為平臺建設提供了基礎數(shù)據(jù)支撐。③技術保障。以大數(shù)據(jù)、數(shù)字孿生、人工智能、虛擬現(xiàn)實等為主流的新一代信息技術較成熟，為平臺建設提供了技術保障。④組織和資金保障。該平臺建設由安吉縣水利局牽頭實施，地方專項資金進行建設。

2建設目標

構建滿足水土保持多業(yè)務場景的智慧管理平臺，實現(xiàn)水土保持智慧化、精準化決策。具體建設目標為：①實現(xiàn)水土保持數(shù)據(jù)共享，構建水土保持底層數(shù)據(jù)倉，打破水利部門與其他部門之間的“信息壁壘”。②實現(xiàn)生產(chǎn)建設項目全生命周期“一屏管理”，構建水土保持預防監(jiān)督系統(tǒng)，實現(xiàn)生產(chǎn)建設項目水土保持信息采集、行政審批、過程監(jiān)管、驗收報備等全過程“一體化管理”。③實現(xiàn)水土流失治理向精準化轉(zhuǎn)變，構建水土流失精準治理系統(tǒng)。④借助深度學習算法、數(shù)字孿生和虛擬現(xiàn)實等技術，模擬水土流失情景，構建水土流失監(jiān)測預報系統(tǒng)。⑤挖掘水土保持碳匯潛力，助力生態(tài)文明建設，構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)實等信息技術，輔以遙感解譯、無人機航拍、移動終端等現(xiàn)代手段，以全面提升水土保持數(shù)字化水平為導向，采用穩(wěn)定、簡潔、安全的政務型網(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個統(tǒng)一的工作門戶平臺、1套監(jiān)管制度、1個底層數(shù)據(jù)倉、4大核心業(yè)務應用系統(tǒng)、3個水土保持服務模塊（見圖1）。

4建設內(nèi)容

4.1水土保持事項標準化梳理

該平臺適用于水土保持多業(yè)務場景，針對安吉縣水土保持業(yè)務情況，可分為三大類：①=1＼*GB3生產(chǎn)建設項目類，涵蓋項目全生命周期內(nèi)所涉及的水土保持審批、監(jiān)測監(jiān)管和專項驗收等業(yè)務場景；②=2＼*GB3生態(tài)治理類，包括前期管理、建設管理、效益評價等業(yè)務場景；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)務場景。

4.2底層數(shù)據(jù)倉的構建

數(shù)據(jù)是智慧管理平臺建設的基礎，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)構成。操作型數(shù)據(jù)存儲區(qū)由基礎數(shù)據(jù)庫、建設項目數(shù)據(jù)庫、生態(tài)治理項目數(shù)據(jù)庫和監(jiān)測數(shù)據(jù)庫組成，其中：基礎數(shù)據(jù)庫包括數(shù)字高程、土地利用數(shù)據(jù)及生態(tài)保護紅線、永久基本農(nóng)田、生態(tài)公益林、飲用水源保護區(qū)、水土流失重點預防區(qū)和治理區(qū)等矢量數(shù)據(jù)；建設項目數(shù)據(jù)庫包括項目的占地、土石方、水土流失防治指標、開完工時間等方案審批信息，項目水土保持監(jiān)測、監(jiān)督檢查等監(jiān)管信息，待驗收項目、已驗收項目的水土保持設施驗收信息，遙感擾動圖斑信息等；生態(tài)治理項目數(shù)據(jù)庫包括全縣標準小流域矢量數(shù)據(jù)、水土流失動態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)、歷史治理項目信息、在建工程相關信息等；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)整合后具有分析價值的歷史數(shù)據(jù)和現(xiàn)狀數(shù)據(jù)。

4.3核心業(yè)務應用系統(tǒng)

4.3.1水土保持預防監(jiān)督系統(tǒng)

該系統(tǒng)應用于生產(chǎn)建設項目全生命周期，包含項目審批、監(jiān)測監(jiān)管及驗收報備三大模塊。其中項目審批模塊具備早期預警、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、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；驗收報備模塊具備專項驗收、在線公示、報備核查等功能，其流程見圖4。

4.3.2水土流失精準治理系統(tǒng)

水土流失精準治理系統(tǒng)包括前期管理、建設管理、效益評估三大模塊。

1）前期管理模塊。借助“3S”技術，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、侵蝕強度高的小流域，再結合底層數(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預防區(qū)和治理區(qū)范圍等信息，以及各級水土保持規(guī)劃、往年實施項目范圍等資料，智選亟待治理的區(qū)域，配合無人機航拍、現(xiàn)場踏勘、問卷調(diào)查等手段，對水土流失狀況進行全過程動態(tài)監(jiān)督管理，建立年度擬實施項目清單及三年滾動計劃項目儲備清單。

2）建設管理模塊。通過高清遙感影像、無人機傾斜攝影、現(xiàn)場監(jiān)督檢查等手段，對整個項目建設過程進行遙感監(jiān)管，實現(xiàn)水土保持信息化、精細化、智能化監(jiān)管。對重點區(qū)域，借助無人機傾斜攝影技術，生成正射影像，通過智能化判別與精準量測，針對性制定水土保持措施。通過對比水保措施實施前后的水土流失圖斑，分析不同水保措施實施效果。

3）效益評估模塊。借助分布式水文模型，對竣工項目進行效益評價，包括項目實施效果評估和綜合治理效益評價兩部分。項目實施效果評估主要是根據(jù)動態(tài)數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)對項目實施后的資金使用情況、工程完成情況、工程質(zhì)量情況、進度把控情況和實施效益情況進行評估，其結果可作為下一年度縣級項目資金補助和實施鄉(xiāng)鎮(zhèn)選擇的重要參考。綜合治理效益評價是指對項目區(qū)治理措施圖斑進行現(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，利用分布式水文模型對治理前后的水土流失狀況進行智慧化情景模擬，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)測預報系統(tǒng)

水土流失監(jiān)測預報系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)管理模塊和水土流失預報預警模塊。

1）數(shù)據(jù)管理模塊。通過水土流失坡面徑流場和試驗小流域的自動觀測感知設備，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）水土流失預報預警模塊。借助深度學習算法和虛擬現(xiàn)實等技術，基于底層數(shù)據(jù)倉數(shù)據(jù)和土壤侵蝕模型，對水土流失風險狀況進行智慧化模擬，構建預報預警模型，通過對現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)實時模擬分析，科學地預判潛在的風險，并及時做出預報預警，強化水土流失風險管控。

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備等立體化監(jiān)測手段，對土壤、作物、森林等環(huán)境要素進行數(shù)字化采集、存儲和分析，實現(xiàn)碳排放和碳吸收全面監(jiān)測；通過集成系統(tǒng)，實現(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驗數(shù)據(jù)為基礎開展的。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、核算方法等的差異也會導致碳匯評估結果差異較大，因此采用大數(shù)據(jù)技術，統(tǒng)一碳匯標準，解決目前碳匯數(shù)據(jù)平臺坐標體系、數(shù)據(jù)內(nèi)容、數(shù)據(jù)格式等不統(tǒng)一的問題，可精準反映水土流失治理對碳中和的貢獻。

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，還可增加風險評估能力、產(chǎn)品創(chuàng)新能力、綠色金融衍生品的開發(fā)能力，推動碳匯價值的實現(xiàn)和價格機制的形成。

4.4水土保持服務模塊

4.4.1水土保持流程服務模塊

投資主體，尤其是民營投資主體，往往缺乏項目建設經(jīng)驗，對生產(chǎn)建設項目水土保持工作要求不熟悉。建設單位通過平臺輸入占地、土石方量、開完工時間等參數(shù)后，系統(tǒng)將自動形成項目全過程水土保持工作開展告知單，明確在什么時段開展什么水土保持工作，具體要求是什么；同時對接省水土保持中介服務平臺，向建設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，提高項目建設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。該模塊初步設想有兩個信息錄入模塊，一個是建設單位自行發(fā)布信息錄入模塊，另一個是從審批后的報告中提取關鍵參數(shù)錄入模塊，相關數(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、運距等參數(shù)進行匹配，并發(fā)送相關信息給供需方。

4.4.3水土保持數(shù)字科普館

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

1）水土保持3D展示功能?；跀?shù)字高程、土地利用、遙感影像等基礎數(shù)據(jù)，采用三維建模軟件生成三維數(shù)字模型，并進行精細化處理，最后將三維數(shù)字模型按照地理坐標依次導入Unity3D中，通過虛擬技術將現(xiàn)實場景以1∶1還原，直觀、真實地展現(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、水土流失災害防治、水土流失觀測等水保知識，以動漫結合圖文的方式進行交互游戲，實現(xiàn)寓教于樂。

5預期成果

5.1形成一體化水土保持服務新樣板

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，完成生產(chǎn)建設項目水土保持事前、事中、事后的閉環(huán)管理，實現(xiàn)水保監(jiān)管的“機器代人”。制約水行政主管部門行為，為行政審批設定“尺子”，減少審批、執(zhí)法行為中的自由裁量。完成水土保持服務模式變革，提高安吉縣水土保持服務水平，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塑造水土保持數(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和難點，發(fā)揮數(shù)字化在水土流失治理中的智慧賦能作用，實現(xiàn)全過程、全周期、精準化監(jiān)管縣域內(nèi)在建生產(chǎn)建設項目。安吉縣擁有完善的水土保持基礎監(jiān)測數(shù)據(jù)及典型的水土流失觀測試驗流域，加上虛擬現(xiàn)實、深度學習及數(shù)字孿生等新興技術不斷成熟，可為區(qū)域水土保持工作提供科學依據(jù)，以期將該平臺塑造成水土保持數(shù)字化轉(zhuǎn)型新典范。

[參考文獻]

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[3] 李智廣，羅志東，趙院，等.我國數(shù)字水土保持建設基本思路[J].中國水土保持科學，2009，7（3）：1-5.

[4] 紀榮婷，黃言秋，程虎，等.“綠水青山就是金山銀山”實踐創(chuàng)新基地碳匯量核算及碳排放影響因素研究：以浙江省寧?？h為例[J].生態(tài)與農(nóng)村環(huán)境學報，2022，38（8）：1002-1009.

收稿日期： 2023-02-10

基金項目： 生產(chǎn)建設項目水土保持全過程信息化管控關鍵技術研究（RB2023）；浙江省水利廳科技計劃項目（RC2044）

第一作者： 裘濤（1981—），男，浙江寧波人，高級工程師，學士，主要從事水土保持科研、咨詢與設計、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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（責任編輯張緒蘭）