成都市河長制管理信息系統的設計與實踐*

劉發永姜躍昆馬色伍陳 雨3

(1.成都萬江港利科技股份有限公司，成都，610015； 2.四川大學智能控制研究所，成都，610065； 3.四川大學水利信息化聯合實驗室，成都，610065)

1 引言

為加快成都市水污染防治，加強水資源保護，提供良好的水生態環境保障，成都市委、市政府印發了《關于全面實行河長制管理工作的實施意見》[1]，對江河湖庫治理與管護水平進行了布局，提出在2025年基本建成“宜居水岸、活水成都”水生態體系的目標。成都市屬長江水系岷江及沱江兩大流域，市內河湖分布點多，涉及的面廣，在河湖保護管理時需要各個部門協同理事，導致資源利用率不高，整改不及時，任務落實不到位等現象發生，因此，需要采用科學性的技術手段提升河湖管理的水平。

隨著大數據、云計算、物聯網和移動互聯網等信息技術的發展，組建高密度的溝通網絡成為了可能。物聯網為不同群體、不同事物的信息交換提供了方便；水利大數據為水環境預警預報、水生態評估等提供了重要的參考價值；云計算提供了高效的數據存儲、管理以及挖掘等服務[2]；此外，結合互聯網，開展河長制管理信息化建設能夠有效解決河湖管理面臨的難題。李寶貴[3]從五個方面綜述了全面推行河長制一年來的進展，提出信息化建設成為提高河長制工作效率的抓手。

為此，國內全面開展了河長制信息化的研究和部署工作，如倪娜娜[4]等研究了河長制管理信息系統服務模式，楊雷[5]等指出了信息化推動水環境建設應注意的問題，倪建軍[6]等構建了一套基于水聯網模型的綜合應用體系與框架，以及提出“1+ 5+ n”河湖長制的建設模式，對河湖長制的信息化建設起到了積極的作用，陳建[7]等從基礎信息報送、河長工作支撐、社會宣傳與社會監督、其他水利業務系統信息共享等四個方面梳理了系統建設及應用需求，并提出了各項需求的用戶主體和建設主體。此外，北京、廣州、溫州、重慶等城市根據自身的水資源環境部署了自己的河長制綜合信息管理平臺[8-13]。

考慮到國內河長制的研究進展以及建設現狀，成都市于2017年底，啟動了河長制管理信息系統的建設。力爭實現河湖數據、河長檔案、巡河信息、實時監測數據、政策制度、工作進展、群眾訴求辦理、社會評議等數據的綜合管理，全面推動河長制信息化管理。

2 總體架構

豐景春[14]等從技術層面分析了平臺建設要滿足“三體系”和“五統一”的要求。“三體系”即標準規范體系、安全保障體系和建設與運維體系；“五統一”為統一門戶、統一業務應用、統一應用支撐、統一空間信息服務、統一數據管理。此外，在進行系統架構設計時，應當以技術先進、系統實用、結構合理、低成本、低維護量作為基本建設原則。

2.1 基本組成

根據建設的要點以及建設的基本原則，成都市河長制管理信息系統自下而上由前端基礎設施支撐層、數據支撐層、應用支撐層、業務應用層和門戶層構成，其邏輯關系見圖1。

圖1 河長制信息管理系統架構

(1)基礎設施支撐層：是河長制管理信息系統運行的重要數據來源，包含各種水利監測站以及監控等。

(2)數據支撐層：是支撐河長制管理信息系統運行的主要硬、軟件環境，包含基礎地理信息數據庫、業務數據庫以及配套硬件支撐等，依托現有電子政務云平臺安裝部署。用來存儲河長制相關的基礎信息、動態信息以及其他業務應用系統共享的信息。

(3)應用支撐層：通過生態數據中心和河道網格化GIS中心，為整個系統的數據計算、查詢、統計、分析以及信息展示提供支撐。

(4)業務應用層：用于支撐河長制業務工作的開展，提供工作臺、一張圖、移動巡查等基礎功能，以及智能考評、大數據分析等擴展功能。

(5)門戶層：由信息管理系統、手機APP、門戶網站、微信公眾號和應急指揮及監控中心構成，構建多元化聯合監督管理體系。

2.2 技術路線

河長制管理信息系統應當具有這樣的效能：一方面能夠為水資源管理措施制定、水環境預警預報、水生態健康評估等提供數據支撐；另一方面還可以加強組織領導，健全工作機制，強化考核問責，強化社會監督。因此，需要收集足夠的水利信息數據，并能對數據進行處理、分析、展示等，以便提供不同的服務。

2.2.1 數據采集和存儲

數據的來源主要有水利監測站的水情數據，水務部門、氣象部門等水務數據、空間數據、公眾參與數據和基礎數據。建立基礎設施收集水情數據是河長制管理信息系統重要的一環，物理網監控網如圖2所示。

圖2 物理網監控網系統

實時檢測河流的流速、流量以及溫度、pH、溶解度等基礎信息，數據入庫，按需提供給系統調用，為水生態健康評估打好基礎。

來自于水務部門，氣象部門等一些非結構化的數據需要搭建共享平臺，提供交換共享服務，確保各個部門之間互聯互通。這些數據部分涉密，需要進行脫密和脫敏處理，抽取含有客戶信息的表進行脫敏處理并且回寫，如圖3所示。這種方式只處理含有敏感信息的表，處理量小，速度快。

圖3 數據脫密脫敏處理

此外，還有GIS的空間數據，公眾數據和基礎數據等，需要實時采集和存儲這些信息。

河長制信息系統的數據來源復雜，業務場景不同，在進行數據集成時采用以下4種方式：

(1)利用大數據采集平臺對數據進行提取、轉換和加載；

(2)在需要對接的應用系統方部署前置機，通過Web Service接口實現各系統的數據征集提取功能；

(3)通過網絡爬蟲算法，采集互聯網數據；

(4)文件導入。

由于結構化數據和和非結構化數據皆有，存儲和管理這些數據可以通過Apache Hadoop來實現，Hadoop實現了一個分布式文件系統(HDFS)，河長制系統通過HDFS框架，以命令行模式和API模式來操作，無需關心文件究竟存儲在哪個節點上，只要通過API訪問文件即可(流操作)。這樣就實現了系統視頻、圖片、文件的分布式存儲，存儲空間可靈活擴展。

2.2.2 數據庫設計

河長制(湖長制)管理數據庫是支撐河長制管理業務應用的基礎。為了與其他業務應用之間實現信息共享和業務協同，應遵循：①采用面向對象方法；②統一對象代碼編碼規則；③采用全國統一的信息分類與代碼標準；④按照對象生命周期和屬性有效時間設計全時空的數據庫結構，保障各種信息歷史記錄的可追溯性。

依照上述規則并結合河長制的應用需求建立以下四個數據庫：基礎數據庫、動態數據庫、屬性數據庫和空間數據庫。

(1)基礎數據庫：包含河湖(河段)、河長(總河長)、行政區、基礎地理數據等基本信息；河長樹結構、河長辦樹結構等組織體系信息；工作方案、會議制度、激勵制度等制度體系信息；“一河一檔”的水資源動態臺賬、水域岸線動態臺賬等；“一河一策”的問題清單、目標清單、任務清單以及考核評估指標體系與參考值等。

(2)動態數據庫：包括巡河管理、事件處理等工作過程信息；抽查督導的工作方案、工作過程、檢查結果等信息；考核評估指標實測值、考核評估結果等信息；社會監督、衛星遙感、水政執法等監督信息。

(3)屬性數據庫：包含對象表、對象基礎表、主要業務表、對象關系表和元數據庫表。

(4)空間數據庫：包含遙感影像數據、基礎地理數據、河長制對象空間數據等。

2.2.3 系統集成

考慮到河長制系統的業務需求，采用B/S架構，主要事務邏輯在服務器端實現，減輕了客戶端電腦載荷。

另外采用面向服務的體系結構進行應用開發、系統集成，可擺脫面向技術的解決方案的束縛，集中精力于構建業務模型，從而提高軟件復用、加快應用軟件的實施。

在面向服務體系架構(SOA)下，結合數據資源為業務應用提供應用支撐服務，主要提供通用工具和通用服務兩類支撐服務。通用工具主要有：企業服務總線(ESB)、數據庫管理系統(DBMS)、地理信息系統(GIS)、報表工具等；通用服務主要有：統一用戶管理、統一地圖服務、統一目錄服務、統一數據訪問等。

基于應用支撐服務，提供以下業務：信息管理、信息服務、巡河管理、事件處理、抽查督導、考核評估、展示發布、移動服務等，需要其他相關業務應用信息的，通過業務協同實現信息共享。

本系統邏輯上分為Web表示層、業務構件層、基礎服務層、數據訪問層(DAO)、JavaEE層、存儲層。

(1)Web表示層：封裝了用來服務訪問本系統的所有客戶端的表示層邏輯。

(2)業務構件層：提供業務服務，包括業務數據和業務邏輯，集中了系統大多數業務處理。

(3)基礎服務層：提供業務過程使用的一些技術服務接口，比如系統發送短信時需要連接到獨立的短信系統、調用CA服務、身份認證服務，審計服務、日志服務、消息服務、調度服務等。

(4)DAO層：主要實現與關系數據庫的交道，每個關系數據庫可能互相分開，業務層訪問數據庫數據，必須通過DAO層的程序邏輯統一進行訪問，有效地控制數據庫讀寫效率。使用JFinal Db + Record模式開發，可以很方便地切換到不同的數據庫版本進行工作，并且具有更好的橫向擴展性支持更大的數據量存儲。開啟分布式的數據緩存功能可以大量地減少數據庫的工作負荷，同時也方便地支持群集擴展應用程序服務器。

(5)存儲層：主要負責數據的存儲和組織、數據庫的分布式管理等。存儲方式采取數據庫的存儲管理，由數據庫軟件統一管理所有關系數據庫的存儲。對于PDF文檔、掃描文檔、以及申報系統的原始資料，存儲于磁盤陣列的文件系統中，文件系統采取LVM邏輯盤卷管理。

3 系統功能應用與實踐效果

3.1 河長制管理信息系統的組成

河長制管理信息系統主要由四個部分構成：河長制管理信息系統PC端、手機APP端、微信公眾號、門戶網站，四個模塊互相關聯，互相補充，如圖4所示。

圖4 成都市河長制信息系統在線功能

3.1.1 河長管理信息系統PC端

PC端包含系統的所有功能，主要由河長、河長辦及成員單位使用，功能主要包括首頁、基礎信息、河湖庫信息“一張圖”、巡河管理等。主要功能結構如圖5所示。

PC端的界面如圖6所示。

圖 5 PC端主要功能結構

圖 6 河長制管理信息系統PC端界面展示

PC端包含了河長制信息管理系統最主要的功能，匯集各類監測及管理數據，實現在線監督、日常管理、地圖瀏覽、數據統計分析、分級考核、問題督辦處理、通知公告等功能。

3.1.2 河長管理APP

河長APP主要由河長使用，功能主要包括首頁、河道信息“一張圖”、公眾投訴受理、問題處理、事件流轉、移動巡查、統計分析、個人設置等功能模塊。

河長通過APP進行智能巡河，系統根據GPRS定位數據自動生成巡河軌跡，巡河過程中可通過選擇水體、排口、河床、堤岸、公共設施、違章行為和其他等要素進行依次巡查，并填寫巡河記錄，通過文字、照片、視頻上傳，實現工作日志的電子化管理。

3.1.3 微信公眾號

微信公眾號支持公眾查詢河道基本信息、水質狀況，搭建河長與公眾間的橋梁，公眾可以隨時將投訴建議、問題水域照片等上傳至平臺；通過微社交形式以區域進行護河大使評選和排名公示，提高參與積極性；展示查看河長發布的整改反饋、治水成效、治水百科等相關信息。圖7為微信公眾號的主要功能結構。

圖7 微信公眾號主要功能結構

3.2 應用成效

成都市河長制管理信息系統按照“3月16日，啟用系統第一期試點，選取青羊區、新都區、新津縣、崇州市、蒲江縣開展試用工作；5月7日，啟用系統第二期試點，全市22個區(市)縣全部開展系統試用工作。

圖8 應用成效

截至2018年5月30日，全市巡河總數27805人次，問題上報4535個，到7月24日，全市巡河總數134018人次，問題上報12716，全市問題處理率為33.45%。各個區縣的問題處理如圖9所示。

圖 9 問題處理柱狀圖

應用效果主要體現在以下幾個方面：

(1)實現智慧辦公，督促河長履職盡責；

(2)實現遠程扁平化指揮，提供遠程可視化指揮調度的技術保障；

(3)推動智慧監管，考核評價公開透明；

(4)完善聯動機制，實現數據信息共享。

4 結語

成都市河長制信息管理系統依托“互聯網+河長制”的解決方式，實現河長巡河、信息通報、巡查督導、考核評比等工作信息化、客觀化以及公開化。本套系統覆蓋了PC端，門戶網站，手機APP以及微信公眾號，解決了河長制工作中人員組織管理的問題、人員工作考核的問題、環境事件處理的問題、群眾參與問題以及政府工作中的相關問題，全方位滿足經濟社會發展對水務行業的需要，對城市生態的轉型升級和成都綠色發展起到積極的推動作用。