慶陽市水土保持信息化智能管理平臺研發初探

張亞飛，張 棟，余紅兵，趙彥斌，杜子文

(1.慶陽市水土保持生態環境監測分站，甘肅 慶陽 745000；2.武漢卓興創信息技術有限公司，湖北 武漢 430000)

當今全球信息化飛速發展，信息化水平已成為衡量一個國家和地區現代化水平的重要標志。黨的十八大報告中明確提出堅持走中國特色新型工業化、信息化、城鎮化、農業現代化道路，要求實現信息化與新型工業化、城鎮化和農業現代化的深度融合。黨的十九大報告中進一步提出推動新型工業化、信息化、城鎮化、農業現代化同步發展，主動參與和推動經濟全球化進程，發展更高層次的開放型經濟，不斷壯大我國經濟實力和綜合國力。信息化已成為全面建成小康社會和全面深化改革開放總目標的新“四化”之一。2008年以來，水利部先后印發了《全國水土保持信息化發展綱要(2008—2020年)》《全國水土保持信息化規劃(2013—2020年)》《全國水土保持信息化實施方案》《全國水土保持信息化工作2015—2016年實施計劃》《全國水土保持信息化工作2017—2018年實施計劃》，明確了水土保持信息化工作的實施目標、主要任務和進度要求等[1-2]，水土保持信息化工作正在全面快速發展。

目前，依托全國水土保持監測網絡和信息系統建設一、二期工程，水利部建成了全國水土保持信息管理系統，長江水利委員會、黃河水利委員會等流域機構和北京、湖北、貴州等省(市)建成了各自的專業信息化管理系統[3-4]。為了提高慶陽市水土保持信息化管理水平和信息化程度，2015年慶陽市水土保持管理局及時進行安排部署，慶陽市水土保持生態環境監測分站與合作單位武漢卓興創信息技術有限公司進行了大量調查研究，討論制訂了《慶陽市水土保持信息化工作實施計劃》。2016年，慶陽市水土保持信息化智能管理平臺初步建成，該系統由首頁、自然環境、社會經濟、土地利用、監測評價、綜合治理、監督執法、淤地壩建管、機構建設和系統管理等10個模塊構成，隨著模塊不斷優化、系統不斷升級、功能不斷開發，平臺的使用價值將逐步得到體現。

1 應用平臺

慶陽市水土保持信息化智能管理平臺基于Java開發的Web系統，以計算機、前端采集專用設備、智能終端設備為硬件平臺，后臺部署于數據庫服務器和發布服務器上，運行環境為Windows Server版服務器系統。平臺采用B/S架構的方式進行搭建，通過網頁的形式訪問系統[5]。技術路線上采用了界面表示層、業務邏輯層、數據訪問層的三層結構實現業務操作的交互。

2 平臺建設

2.1 平臺框架結構

(1)平臺部署架構。系統平臺采用B/S架構進行搭建，部署架構見圖1。系統部署要求一套發布服務器和一臺數據庫服務器。發布服務器用于存放發布應用程序，為用戶提供應用服務；數據庫服務器用于存放數據及相關資料，為用戶提供項目數據和相關資料。從系統部署成本角度考慮，發布服務器和數據庫服務器可以同時部署在一個服務器上，但是需要做好數據外部設備的備份工作。服務器部署與機房所在的網絡環境一般處于同一個內部網絡，即所謂的內網。在內網訪問系統可以直接通過交換機訪問系統。網絡之外的用戶，則必須經互聯網通過地址映射訪問到內部局域網的發布服務器來訪問系統。

圖1 平臺部署架構

(2)平臺結構框架。平臺組成主要包括服務器設備、平臺數據管理、平臺應用系統、信息查詢管理、外業采集系統和智能移動終端等六大部分。服務器設備部分是平臺建設的基礎，是平臺數據資料存儲和運行的依托，主要由數據庫服務器和發布服務器兩部分組成。用戶通過平臺的數據管理部分對服務器上的數據資料進行集中化管理，在此基礎上用戶可以通過平臺應用系統進行相應業務的分析和應用，一般用戶可以通過信息查詢管理部分訪問系統并進行數據資料查詢。外業采集人員通過外業采集系統部分進行信息的采集和上報，并將數據提交到服務器上進行存儲，決策管理的用戶隨時可以通過智能移動終端設備瀏覽、查詢系統數據。

(3)平臺功能架構。平臺的搭建分為數據庫服務、權限分級控制、業務應用服務、數據信息管理、數據備份管理、系統信息管理、數據查詢統計、數據表樣輸出、數據分析應用、數據資源共享、外業現場采集和智能移動應用等12個功能應用部分。

2.2 技術難點

平臺建設技術難點：一是現代信息技術與水土保持業務的有效集成，平臺程序設計與水保業務數據的有機融合；二是不同縣(區)用戶通過無償共享和有償共享兩種模式實現對水土保持數據的共享交互；三是移動終端設備的信息采集技術、GPS定位技術、移動終端設備與服務器的通信技術、移動終端設備之間數據實時通信和交換共享技術、離線數據的壓縮和組織管理等。

2.3 建設目標

(1)通過信息技術與水土保持業務的研究開發和有機融合，建立慶陽市水土保持信息化智能管理平臺，實現各縣(區)水土保持數據集中存儲、統一管理、高效應用，解決因時間久遠造成數據資料丟失或保存不全、各類數據資料存放分散、查找使用不方便的問題。

(2)通過建立平臺實現縣(區)用戶數據的快速統計分析匯總，報表及時定制輸出，解決統計口徑不一、工作效率低下、準確率不高、成果分析匯總緩慢的問題。

(3)利用平臺高效強大的功能，通過建立數據資源共享機制，實現各縣(區)用戶之間數據資源共享交互。解決各縣(區)之間整體工作掌握不夠、信息交流不暢、資源不能共享、造成重復工作等問題。

(4)通過平臺智能移動終端系統應用，實現水土保持數據外業現場采集、實時上報和應用查詢。

2.4 實施原則

(1)標準化原則。平臺建設的一個主要任務是對慶陽市水土保持各類信息數據進行標準化整理和錄入。整理和錄入需按照規定的格式、標準代碼進行，符合國家標準和業務需求[6]，尤其必須遵從《水土保持數據庫表結構及標識符標準》(SL 513—2011)、《水土保持信息管理技術規程》(SL 341—2006)等相關規定。

(2)急用先行原則。由于資金有限，平臺建設不可能一步到位，因此根據基礎和業務工作需要，將平臺建設分幾個階段進行。依據急用先行的原則，第一階段是完成平臺服務器設備的搭建、水土保持各項基礎數據的管理、用戶信息的管理、權限的分配控制管理、數據的查詢統計及分析輸出等功能，第二階段將對平臺的應用系統、外業采集、智能移動終端應用進行建設。

(3)實用性原則。平臺建設以服務水土保持信息化管理業務為根本目的，在操作和使用上必須以實用性和靈活性為原則，讓用戶操作實現可見即可得。

3 數據庫設計

水土保持數據庫將水土保持信息主要劃分為基礎信息數據庫、業務信息數據庫、管理信息數據庫、成果數據庫?；A信息數據庫主要包括系統應用所涉及的行政區劃信息、流域信息等；業務信息數據庫主要包括系統中所涉及的各項業務數據信息；管理信息數據庫包括系統使用過程中涉及的部門信息、用戶信息、權限信息等；成果數據庫主要包括進行年度統計分析匯總的數據。

4 功能設計

4.1 權限控制

平臺要能夠體現出權限控制對于組織架構的支撐，提供基于部門、用戶、角色的權限控制及設置。需要提供如下幾點的管理功能。

(1)提供部門管理功能，可以配置部門所管轄的區域信息和部門下屬的人員信息，通過部門所管轄的區域，確定部門人員錄入和訪問的數據范圍。

(2)提供用戶管理功能，可配置用戶安全性要求，如密碼長度、有效期、用戶狀態等。根據需要可配置用戶系統訪問安全級別、用戶基本信息(姓名、地址、電話等)，以及用戶的公司屬性等。

(3)提供基于角色的安全管理。系統需要針對不同登錄用戶的角色進行不同的安全管理，如可使用的模塊、可查看的信息、可操作的功能等。這個管理功能將影響用戶對于系統的操作權限。

4.2 系統配置

系統配置主要包括角色配置、部門配置、用戶配置、權限配置。按照前后順序，首先需要確定的是系統使用中需要配置幾種角色，不同的角色做的事情不同，系統提供的功能模塊也有所不同；其次是確定使用系統的部門，以及部門所涉及的管轄區域信息，據此系統可以對部門所訪問的數據進行控制；再次配置各部門使用系統的用戶信息，并由管理員把用戶信息錄入到相應的部門下；最后就是給各用戶分配相對應的使用權限，實現不同的用戶完成不同的業務內容。

4.3 信息錄入

信息錄入功能包含自然環境、社會經濟、土地利用、監測評價、綜合治理、監督執法和淤地壩建管等模塊中的數據信息錄入。

4.4 信息編輯

如果錄入的業務信息有誤，那么可以通過一定的流程由專人進行信息的編輯和修改，具體操作流程可以進行定制。

4.5 信息查詢統計

統計分析模塊是系統的主要應用模塊，數據錄入并編輯無誤后，可以按照行政區、項目、流域、時間等分別進行數據的統計、分析與查詢。查詢過程中查詢字段可以任意選取和組合，以滿足各種查詢要求。

4.6 報表輸出

用戶可以根據檢索出來的數據生成相應格式的報表，如按年份查詢數據生成報表功能、按縣(區)查詢生成報表功能、按單項措施查詢生成報表功能等。

4.7 數據備份恢復

系統錄入的數據必須做到定時備份，以防止因服務器崩潰而造成的數據丟失。因為在建設過程中必須充分考慮數據的安全性，所以數據備份和恢復模塊是系統所必須的。

5 平臺后期建設規劃目標

平臺第一階段的建設內容是搭建慶陽市水土保持信息數據庫系統，完成對開發的各模塊數據庫的建設和管理工作，對數據庫中的數據按照安全權限分級情況進行錄入、編輯、查詢、統計、輸出等操作，并對數據庫中的數據進行手動備份。經過平臺的試運行和正式發布使用，第二階段的工作主要有兩部分：一是平臺的運行維護，現有功能的完善升級；二是平臺應用系統的建設。

5.1 平臺運行維護，功能完善升級

在系統平臺運行過程中，需要提供技術支撐、系統運行維護等工作，以確保平臺運行的穩定性。在實際應用中，可能存在著實際與設計不相符的情況，需要按照實際業務需求進行修改和完善，不斷提升系統現有功能的全面性和實用性，確保平臺更好地服務于業務工作。維護完善升級工作主要包括以下幾個方面：

(1)平臺的技術支持。對平臺在運行過程中出現的各類問題給予技術上的支持。

(2)平臺的運行維護。對平臺在運行中出現的各類問題及時開展相關的運行維護工作，確保平臺運行的穩定性。

(3)平臺業務功能完善。針對平臺中現有業務功能，在各縣(區)實際數據資料錄入過程中發現的功能不足問題，進行及時的修改完善。

(4)業務表格數據的完善。對業務表格數據中存在的業務指標項不全、冗余等問題及時進行調整。

(5)操作界面的優化。對系統操作頁面不人性化的地方，或操作不靈活的流程進行進一步的修改和升級。

(6)權限控制的完善。對各縣(區)用戶的權限控制不到位或權限涉及范圍不足的地方進行調整，以便各縣(區)用戶更靈活地調取數據。

(7)數據輸出的優化。隨著業務工作的不斷變化，不同階段對數據輸出的格式有不同要求，這就需要在平臺實際運行中及時調整，以確保輸出數據格式滿足業務應用的要求。

(8)數據庫備份機制的優化升級。由于數據庫的備份工作采用人工手動配備，因此可能出現數據丟失的情況。將數據庫的備份機制升級為系統自動定時備份，同時有工作人員采取異地數據備份的雙重備份機制。

5.2 平臺應用系統的建設

在平臺基礎數據管理的基礎上，第二階段的建設工作將啟動對平臺應用系統的建設，通過平臺的功能架構設計，主要建設內容為數據應用分析、數據資源共享、外業現場采集、智能移動終端應用。

(1)數據應用分析。對系統數據資料的統計分析，主要是各縣(區)數據資料的匯總分析、各項目指標的統計分析、各年度數據的統計分析匯總，以圖表的形式展示，并將分析結果以成果表的形式輸出。

(2)數據資源共享。為滿足各縣(區)用戶對系統中各數據資源的共享使用，具體操作中可以是有償使用、無償使用兩種模式，同時為了提高用戶的使用積極性，可以對各用戶采用積分獎勵的形式，根據各自積分獲取相對應的共享數據權限。

(3)外業現場采集。利用移動終端設備的多樣化數據采集手段，按照水土保持業務工作的數據采集要求，現場實時采集圖像、坐標位置等信息，繪制區域形狀并實時錄入調查信息，在互聯網暢通的情況下，可隨時將采集的數據上傳到后臺系統服務器上。

(4)智能移動終端應用。通過安卓手機端或平板電腦等設備，實時訪問系統中各縣(區)的項目資料信息，并查看項目各項指標的統計匯總信息，為相關人員提供便捷高效的系統訪問形式。

6 結 語

利用互聯網技術、4G網絡技術、中央存儲技術，結合慶陽市水土保持業務實際需求，搭建一套適合慶陽市水土保持工作要求的信息化管理平臺，為水土保持規劃、治理、監督和監測等提供有力支持，可以形成以下技術成果：①符合水利部、黃河水利委員會水土保持信息化數據建庫標準，滿足實際工作需求的慶陽市水土保持數據庫；②探索形成慶陽市水土保持信息化平臺數據資料收集、整理和錄入的規范化操作流程；③探索建立一套慶陽市水土保持數據資源共享機制，實現各縣(區)用戶之間的數據資源共享交互；④通過慶陽市水土保持信息化智能管理平臺建設，利用移動互聯網技術，實現數據標準化錄入、集中統一存儲、高性能應用統計分析、數據資源共享使用和移動終端外業采集系統應用。