生產建設項目動態監管信息移動采集和管理技術與應用

盧敬德，伍容容，羅志東，孫 云

(1.珠江水利科學研究院，廣東 廣州 510611; 2.水利部 水土保持監測中心，北京 100053)

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生產建設項目動態監管信息移動采集和管理技術與應用

盧敬德1，伍容容1，羅志東2，孫 云2

(1.珠江水利科學研究院，廣東 廣州 510611; 2.水利部 水土保持監測中心，北京 100053)

水土保持；生產建設項目；動態監管信息；移動采集終端；云端數據管理

根據“天地一體化”動態監管技術對地面現場調查的支撐技術及設備提出的新要求，提出了一套生產建設項目水土保持“天地一體化”動態監管信息移動采集與管理解決方案，并結合生產建設項目監管示范任務，開發了一套集移動空間數據管理、高精度定位、遠距離測繪、移動輸出、無線數據傳輸通信、云端數據管理等先進技術為一體的水土保持監管信息移動采集系統，可有效提高現場信息采集工作效率，滿足內外業實時數據互動、全國數據共享、歷史數據統一管理等需求。

“天地一體化”動態監管技術以區域和項目為監管對象，針對典型項目，在無人機、移動采集系統支持下，通過地面調查，可全面掌握項目水土保持方案落實情況；針對典型區域，通過遙感解譯、成果下發、各級協同調查[1]，可實現生產建設項目水土保持狀況的全覆蓋和準實時監管。該技術的提出，對地面現場調查的支撐技術及設備提出了新的要求，主要體現在：

(1)要有準確直觀的空間信息展示和快速采集的輔助工具。現場調查工作是在遙感監測發現疑似違規建設目標的基礎上進行的，工作人員在項目現場需要直觀查看遙感影像、項目防治責任范圍、擾動圖斑和自身位置等俯視信息，然后結合地面觀察情況，對項目的水土保持合規性作出判斷；對于在項目現場發現新增違規擾動地塊的情況，通過該工具可快速進行擾動圖斑勾繪[2]、擾動記錄等。

(2)要有支撐現場辦公的電子化工具[3]。辦公前移是水土保持信息化改革的一個內在技術要求，為支撐這一需求，現場復核/監督檢查時工作人員所配備的電子移動終端系統應具備移動公文流轉、移動審批、移動電子簽章、移動輸出等現場辦公功能。

(3)監管業務、空間數據在各類終端設備間可無縫銜接。動態監管新技術涉及的數據成果存儲量大、數據結構復雜，而且所涉及的數據存儲和數據應用終端包括了服務器、計算機、智能移動終端等。這就要求這些結構復雜、體積龐大的數據能在不同的終端設備上無縫銜接和轉移，以滿足不同場合的監管工作需求和數據共享需求。

針對生產建設項目動態監管對支撐技術和設備提出的上述新要求，我們提出了一套生產建設項目水土保持“天地一體化”動態監管信息移動采集與管理解決方案，并在此基礎上運用軟件工程的方法設計了對應的水土保持監管信息移動采集系統軟件。該軟件在生產建設項目監管示范期間得到了用戶不錯的評價，具有一定的推廣價值。

1 水土保持監管信息移動采集與管理平臺設計

在分析前述問題的基礎上，我們提出了一套生產建設項目水土保持“天地一體化”動態監管信息移動采集與管理解決方案，該方案由現場信息采集集成平臺、云端數據管理平臺兩部分組成，兩者之間通過計算機廣域網或無線通信網進行數據交換[4](圖1)。

圖1 平臺總體架構

1.1 平臺構成及原理

1.1.1 現場信息采集集成平臺

現場信息采集集成平臺可將激光測距儀、便攜式藍牙打印機、照相機、高精度GPS、方位傳感器等現場信息采集設備集成，并通過深度業務定制與現場信息采集工作有機融合，簡化現場信息采集工作。現場信息采集集成平臺由“離線數據管理及數據傳輸”“地圖操作”“監督管理現場辦公”“輔助設備/輔助傳感器連接”等模塊組成，并支撐以下地面調查需求：

(1)生產建設項目水土保持現場監督檢查信息調查。通過現場信息采集集成平臺，采集“水土保持工作組織情況”“水土保持方案變更、水土保持措施重大變更審批、水土保持后續設計情況”“表土剝離及保護和利用情況”“取、棄土場選址及防護情況”“水保措施落實情況”“水土保持補償費繳納情況”“水土保持監測監理情況”“歷次檢查整改落實情況”等項目信息。

(2)區域擾動狀況調查。基于擾動狀況合規性分析成果，針對區域擾動狀況，通過GIS、GPS技術實現位置、面積等指標的復核及其圖斑的現場勾繪，并采集現場的水土保持業務屬性信息和多媒體數據。

(3)水土保持監督管理重點調查。實現對水保措施、取土(石、料)場、棄土(石、渣)場等水土保持監管重點對象的長度、坡度、面積、體積量測和業務屬性信息及多媒體數據進行快速采集。①長度測量。現場長度測量有兩種方案，一是利用移動采集設備GPS進行打點，并在系統中實現坐標投影轉換，把地理球面坐標轉換成平面投影坐標，從而計算出長度；二是直接利用集成的外設——激光測距儀，測量得到對象長度。②坡度測量。坡度測量是在長度測量的基礎上，利用反余弦函數求得。③面積測量。利用移動采集設備GPS進行打點得到多邊形圖斑，并在系統中實現坐標投影轉換，把地理球面坐標轉換成平面投影坐標；將多邊形分割成多個三角形并將每一個三角形頂點坐標代入海倫公式得出三角形面積，通過求和得到圖斑面積。④體積測量。在面積測量的基礎上，利用反距離權重法及插值算法計算高程，求得體積。⑤多媒體數據采集。在地面調查中常用的多媒體數據是照片，在采集現場照片的同時，自動同步采集拍攝地點(取自GPS)、拍攝方向(取自陀螺儀傳感器)、拍攝時間(取自GPS)。

(4)現場辦公。實現移動公文流轉、移動審批、移動電子簽章、移動輸出等現場辦公功能。

(5)數據管理。通過數據線連接，實現生產建設項目基本信息入移動庫；生產建設項目矢量數據入移動庫；生產建設項目圖件自動批量入移動庫。通過網絡連接，實現生產建設項目基本信息在線下載、入移動庫；生產建設項目矢量數據在線下載、入移動庫；生產建設項目圖件自動批量下載管理。

1.1.2 云端數據管理平臺

生產建設項目動態監管工作涉及的數據包括業務數據和空間數據，數據量大、數據結構復雜[5]，需要專業的技術人員通過專業設備、軟件在后臺處理。云技術應用目的是把業務人員從這些繁雜的后臺工作中脫離，使業務人員專注于業務本身[6]。利用云計算技術，構建從現場信息采集到云端存儲的一體化平臺，實現即時數據共享。該方案不僅可以在監測監管現場即時發送采集信息至管理部門，消除上報數據的滯后性，而且可大大提高信息共享能力及歷史數據管理能力。

(1)海量遙感影像數據的存儲與管理。“天地一體化”動態監管技術需要解決多期、多版本各種分辨率遙感影像及無人機航攝影像等海量數據的存儲與快速調用、快速瀏覽展示等問題。通過在各級水土保持監管部門或其所在單位部署服務器、存儲陣列、大型遙感數據管理軟件及光纖網絡，雖然可以在技術層面解決上述問題，但需要投入巨額經費，不利于在全國范圍內推廣。為了同時解決“天地一體化”動態監管技術體系中產生的海量遙感數據管理問題及經濟適用問題，我們提出了云端數據存儲管理服務的解決方案。本方案利用水利部基礎設施云，通過集群應用、網絡技術或分布式文件系統等功能，將網絡中大量各種不同類型的存儲設備通過應用軟件集合起來協同工作，共同對水土保持監管部門提供數據存儲和業務訪問功能。在此方案下，用戶無需購買、管理大量與遙感存儲管理相關的軟硬件及網絡，只需要共同承擔云端資源運行維護的成本。

(2)生產建設項目水土保持監管信息存儲與管理。在“天地一體化”動態監管技術體系中，為了突出監管對象的位置信息，生產建設項目水土保持監管信息是以空間化對象的形式存儲的。與遙感影像數據類似，生產建設項目水土保持監管對象也具有版本多、結構復雜、數據存儲量大、需要專業地理信息服務軟硬件支撐的特點。因此，云端數據管理平臺也是實現生產建設項目水土保持監管信息管理的優化解決方案。

(3)數據導入導出。為了方便與各類型系統及桌面端應用軟件交互數據，云端數據管理平臺可利用GP服務技術，實現空間成果數據的導入導出[7]。

1.2 平臺優勢

方案充分發揮云計算與云存儲技術的優勢，集成激光測距儀、GPS、無線藍牙打印機、陀螺儀等外設，簡化了現場采集工作，提高了工作效率；集成云存儲、云計算等技術，降低了遙感和空間數據管理技術門檻，降低了技術普及難度(表1)。

表1 解決方案與傳統模式特點比對

2 “天地一體化”監管技術體系在生產建設項目水土保持監管示范中的應用

根據水利部的總體部署，2015—2016年7個流域管理機構和31個省(自治區、直轄市)采用“天地一體化”監管技術體系開展了生產建設項目監管示范工作[8]。示范工作的其中一項任務是開發水土保持監管信息移動采集系統軟件。

水土保持監管信息移動采集系統軟件圍繞水土保持“天地一體化”動態監管示范工作的需求而開發，具備在線新建/編輯防治責任范圍及擾動圖斑等重要對象，一鍵導入項目數據(防治責任范圍、擾動圖斑等)，一鍵導出成果數據，數據屬性/空間查詢、統計分析等功能，可支撐生產建設項目水土保持監督檢查內外業的流程化、規范化作業；同時，其動態便捷的歷史版本管理功能，能夠有效地提供完備的數據服務，如多樣的數據分析功能及聯動遙感影像、Web網絡技術的交互性可視化設計等，能夠為用戶提供快速而可靠的決策支持，從而進一步推動全國生產建設項目水土保持監管的信息化建設。

2.1 水土保持監管信息移動采集系統技術框架

系統由表現層、應用邏輯層和數據層構成(圖2)。

圖2 水土保持監管信息移動采集系統技術體系結構

表現層負責界面顯示及響應用戶的操作事件，應用邏輯層負責處理系統業務邏輯，數據層負責管理系統數據。各層之間采用成熟的通用接口連接。分層方案的優點是各層相對獨立，層內內聚，層間耦合，便于優化部署和維護。

2.2 系統功能

水土保持監管信息移動采集系統由“監督檢查主要信息采集”“重要對象信息采集模塊”“輔助傳感器連接”“離線(移動)數據庫管理”等4個二級模塊組成，其功能及采集信息對象見表2、3。

2.3 水土保持監管信息移動采集系統應用情況

2015年生產建設項目監管示范工作開展以后，本系統在深圳市寶安區、廣州市花都區、南陽市淅川縣、重慶市渝北區等地做了第一批示范推廣應用， 共實地調查防治責任范圍719個、擾動圖斑1 167個。從系統的第一批示范地推廣應用反饋情況看，使用系統后，普遍提高了現場到達效率和調查效率，簡化了數據存儲和共享的技術難度；同時，由于系統科學直觀的特點，也使得項目建設方的重視度和配合度大大加強，從而提高了調查了解項目各項水保指標的效率。

表2 水土保持監管信息移動采集系統移動端功能詳情

表3 水土保持監管信息移動采集系統數據采集對象

目前，該系統在水利部水土保持監測中心、長江水利委員會、黃河水利委員會、河南省水土保持監督監測總站、廣州市水土保持監測站等200多個單位得到了應用。

3 結 語

根據“天地一體化”動態監管技術對地面現場調查的支撐技術及設備提出的新要求，提出了一套生產建設項目水土保持“天地一體化”動態監管信息移動采集與管理解決方案，并結合生產建設項目監管示范任務，開發了一套集移動空間數據管理、高精度定位、遠距離測繪、移動輸出、無線數據傳輸通信、云端數據管理等先進技術的水土保持監管信息移動采集系統，有效提高了現場信息采集工作效率，滿足了內外業實時數據互動、全國數據共享、歷史數據統一管理的需求，取得了良好的推廣應用效果。此外，該技術在水土保持監測、評估驗收[9]、綜合治理等其他水土保持業務方向上也具有一定的借鑒意義。通過橫向拓展，可形成一套完備的水土保持移動信息采集系列產品，將水土保持信息資源進行更深更廣的整合與共享，從而達到深化落實水土保持信息化整體戰略的目標。

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[9] 賈國興，付新紅，楊斌.手持GPS在土地治理中的應用初探[J].內蒙古農業科技，2007(6)：111-112.

(責任編輯 張培虎)

水利部科技推廣項目(SF-201606)；水利部綜合事業局拔尖人才培養專項資金研究項目(20150608-01)

S157

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1000-0941(2016)11-0032-04

盧敬德(1982—)，男，廣東廣州市人，工程師，碩士，主要從事水利行業遙感地理信息系統設計研發。

2016-09-27