智慧河湖管護云平臺系統設計

胡楊，佟旸，張曉嚴

（1.天津市大數據管理中心，天津300221；2.天津市水文水資源管理中心，天津300061；3.天津市水務局，天津300074）

自2016年在全國范圍內推行河長制后，全國大部分省市均開展了河長制管理信息系統的建設，經過幾年的建設和運行，河長制在城鎮村河湖水環境治理方面發揮了巨大的作用。從目前已建的河長制管理信息系統或者成熟的河長制信息化管理產品來看，大多數系統都是針對河湖水質、堤岸水面環境衛生等水環境質量治理方面進行的建設。但要對河湖進行綜合管理與治理，僅包含水環境質量管理是不夠的，至少還需要包括河道工程、水工設施的巡檢養護和涉水事件的執法辦案等。

利用河長制平臺協調性好、執行力強的優勢，在此平臺上搭建水利工程設施巡檢管護系統和水政執法系統，實現對河湖水環境、水利工程設施、水生態文明等全方位的管理，以多部門聯動共治、合作機制作為保障，建設功能全面和通用性、靈活性、擴展性強的河湖智慧化管護平臺，可以為實現河湖綜合管護提供統一的信息化管理平臺。同時，河長制中的河長、巡查員巡查河湖時也會發現涉水事件，將水政執法等納入統一的云平臺中，在同一個標準下進行建設，避免“信息孤島”的產生。通過大數據匯集與分析，在統一的GIS地圖中直觀地展示全市所轄河湖的水環境問題、水利工程運轉維修狀況、水政執法情況、巡查軌跡等，為全市的河湖治理、水利工程設施運轉、水生態文明建設提供數據依據。通過信息化管理手段，做好事前監督預防工作，將危害河湖安全、影響防洪排澇等事件防患于未然。

1 建設目標

（1）依托已建的河長制管理信息系統，在此平臺上建設水利工程設施巡檢管護系統和水政執法系統，統籌規劃，在云設施上搭建統一的智慧河湖管護平臺，避免各單位重復投資、系統開發標準不一、信息無法共享等問題。

（2）在平臺中實現各種靈活設置功能，為不同的使用單位進行管轄范圍設置、水利工程設施設置、業務流程設置等，使全市不同的單位和人員使用同一個移動App、同一個Web平臺，完成河湖巡查、事件處理、水利工程巡檢維修、水政執法辦案等各自的業務，實現上下聯動、協同辦理，同時為各單位的業務擴展提供便利的配置手段。

（3）利用GIS地圖、大數據分析技術，在云平臺中可以直觀地展示河湖污染狀況、高危水利工程、涉水事件頻發點位等分析結果，使上級主管部門和領導在同一個平臺上就能夠實時掌握全市的河湖環境、水利工程運行情況、水政執法狀況等信息，并實時接收預警信息。

（4）在GIS地圖中展示水利工程設施巡檢和執法人員的行動軌跡，顯示涉水事件處理過程和當前處理狀態，實現水利工程巡檢任務管理的網格化、精細化，保證巡檢工作定時間、定路線、定任務、定人員、定責任，做到巡檢有重點、狀況有發現、全程有記錄、反饋要及時，確保巡檢質量，實現監督功能。

2 業務分析

2.1 河長制管理

由于河長制管理信息系統已經是成熟的系統，所以在此文中只做簡述。目前運行的河長制管理信息系統基本是集“電腦端Web應用、移動App、微信公眾號、熱線電話”于一體，功能包括河湖長等基礎信息管理、河長巡河、河湖巡查、事件處理、抽查督導、考核評估、公眾投訴、綜合展示等，實現各級河長和巡查員對負責河湖的巡查，記錄巡河軌跡，上報并處理巡河過程中發現或公眾投訴的水質、堤岸水面環境等河湖水環境質量問題，根據河長履職、河道水質質量與衛生情況等對河長進行考核。

2.2 水利工程設施巡檢管護

泵站、堤防、閘涵等各類水利工程設施的巡檢和養護人員的工作包括日常巡檢、定期檢查、特別檢查、專項檢查等[1]。

（1）巡檢人員按照規定路線對負責區域內的河湖水工設施進行檢查，用移動App上傳巡檢路線、記錄檢查記錄單，當發現異常或損壞等現象時，及時分析原因，提出處理意見，同時將現場情況拍照或錄像上報智慧河湖管護云平臺。

（2）巡檢部門管理人員通過電腦端Web頁面或者移動App可以收到巡檢記錄，當發現有待處理事件且問題較輕時，可以派單給巡檢人員進行處理；當發現問題較重需要維修時，派單給維修養護部門處理。

（3）巡檢人員或維修人員現場維修時，通過移動App上傳現場情況，記錄處理結果。對于超過時效期尚未處理的事件，平臺將有預警提醒，管理人員可以進行催單。

智慧河湖管護云平臺中的“水利工程設施巡檢管護”業務分析流程，如圖1所示。

圖1 智慧河湖管護云平臺中的“水利工程設施巡檢管護”業務分析流程

2.3 水政執法

（1）利用河長制管理信息系統中已建的“河長巡河、河湖巡查員巡查、熱線電話投訴、微信公眾號”等功能，可以實現多渠道采集涉水事件，包括巡河、巡查過程中發現事件后上報，社會公眾通過便民熱線、微信公眾號、河長公示牌上的監督電話進行反饋。

（2）水政執法部門的管理人員通過移動App可以實時接收到事件報警提醒，在App中直接派單給執法部門進行現場核實與處理。

（3）事件處理人員在現場利用移動App進行資料采集、取證，上傳執法路線和佐證材料，處理完成后記錄處理結果。在此過程中，社會公眾可以隨時查看本人反饋事件的處理進度和結果。

智慧河湖管護云平臺中的“水政執法”業務分析流程，如圖2所示。

圖2 智慧河湖管護云平臺中的“水政執法”業務分析流程

3 設計思路

3.1 總體框架

目前已建的河長制管理信息系統實現的主要功能包括：①各級河長、河湖巡查員定時使用移動App巡查負責的河道段，記錄每次的巡河軌跡和巡河日志，上報發現的問題；②社會公眾通過熱線電話或微信公眾號，舉報水質、堤岸水面環境等水環境質量問題；③各級河長辦和委辦單位通過移動App接收水環境問題并現場處理，上傳處理結果；④各級河長辦使用Web網站，可以查看各級河長的履職情況、跟蹤和監督問題處理進度、每個月為各級河長考核評分，同時掌握“一河一檔”“一河一策”等基礎檔案資料。

智慧河湖管護云平臺依托成熟的河長制管理信息系統，在其上搭建水利工程設施巡檢管護系統和水政執法系統，擴展河長制系統中已建的各模塊功能，并增加新的模塊，實現水工設施的巡檢、維修和涉水案件的上報、處理，以達到更加全面的河湖總體信息化管護的目的。智慧河湖管護云平臺的總體框架，如圖3所示。

下邊，主要闡述新增的系統功能。

3.1.1 展示層

以Internet Web網站進行發布，各相關單位巡檢人員、業務處理部門、上級主管部門、各級領導可以通過Internet訪問，進行業務處理、分析統計、GIS地圖展示和信息查詢等。

水工設施的運轉記錄查詢，設施報修、維修進度跟蹤與處理結果，水政執法案件的派單、跟蹤與辦結情況查詢，業務人員的巡檢軌跡等相關業務工作均可以通過該系統完成，根據登錄權限不同，用戶可以處理與查看的內容有所不同。

河長巡河、河湖巡查員巡查過程中，可以通過智能移動終端App上報涉水事件和相關的照片、錄像資料；業務人員進行水工設施巡檢、各類檢查時，可以使用移動App填寫巡檢記錄單；相關人員進行水工設施維修或執法辦案時，使用移動App在現場記錄處理過程、上傳各類佐證材料。

社會公眾可以通過微信公眾號上報涉水事件，查詢事件處理進度和結果。

3.1.2 應用層

主要包括智慧河湖管護系統、移動App和微信公眾號。智慧河湖管護系統主要負責有關水利工程設施巡檢維修和水政執法辦案等常規管理工作；移動App主要由水工設施檢修人員進行現場檢查、維修等工作，水政執法人員進行涉水事件核實、執法辦案等現場采集工作；相關部門接收社會公眾通過微信公眾號上報的事件，轉入執法辦案流程。

3.1.3 數據層

需要建立相應的基礎數據庫和業務數據庫，以存貯各級河湖管理機構和人員錄入、采集的各類基礎數據和系統運行過程中產生的各類業務數據，作為查詢、統計和上報數據基礎。

因該系統中運行地理信息系統（GIS），考慮其數據結構的特殊性，需要建立GIS空間數據庫和GIS屬性數據庫。利用河長制系統中已有的河道、湖泊、水庫專題圖層，繼續繪制水利工程等專題圖層，錄入相關的屬性數據。

系統還需要對巡檢、水工設施維修、涉水事件處理、執法辦案過程中采集的各類照片、錄像資料等多媒體文件進行管理。

3.1.4 運行環境

運行環境是系統運行的軟硬件環境，包括云服務器、云存儲設備、數據庫系統、地理信息系統等。

3.1.5 傳輸層

為移動數據的采集、傳輸和用戶對系統的訪問建立數據傳輸通道。巡檢人員、水政執法人員使用的移動終端設備將利用5G/4G信道進行數據傳輸；各級用戶可以通過Internet訪問系統網站。

3.1.6 采集層

包括各類基礎數據、動態信息的采集。可以通過Web網站錄入、導入，移動終端App現場采集、遠程傳輸，無人機巡查，遙感影像圖分析等方式采集各類基礎數據和業務數據，通過傳輸層存入云平臺的數據庫系統中。

3.2 功能實現

以天津市為例，市水務局下轄多家管理單位，分別承擔著各自所轄區域內的水利工程的運行管理、維修養護、安全監測等工作。每個單位都有自己的河道巡查人員定期巡查轄區內的河道、水工設施，他們負責著不同的業務范圍，涉及水環境治理、水利工程巡查檢修、水政執法等，需要向不同的主管部門上報，通過不同的業務流程進行處理。雖然各單位管轄的河湖和負責的水利工程設施各有不同，但工作性質和業務流程類似。所以，需要建設通用性和擴展性強的平臺，通過強大而靈活的系統配置，以實現不同單位和人員的各司其職和各項業務的自動化流轉。

本平臺是在基礎資料管理模塊中實現該項功能。基礎資料管理包括對單位、部門、負責人、執行人、巡檢人員、河道、河段、湖泊、水庫、水利工程、責任段、巡檢內容、涉水事件、水政執法等業務和流程的管理，建立相互之間的關聯關系。

3.2.1 建立字典庫

錄入單位、部門、負責人、執行人、巡檢人員、執法人員的基本信息，均以主鍵ID值作為唯一標識，用于業務流程處理的每個環節。

河道、河段、湖泊、水庫、水工設施（包括GPS位置信息）、巡檢內容的數據錄入，同樣以不同的ID值來標識。

3.2.2 建立關聯關系

將單位、巡檢人員、河湖責任段、水工設施、巡檢內容通過ID值相互綁定，以上內容出現變化時變更ID值即可。

最后，配置水工設施維修和涉水事件處理流程，為不同的流程設置每個環節進行處理的部門和人員。如此設置后，當有維修申請或涉水事件上報時，系統會自動流轉給相關的處理部門和人員，每個環節處理后由系統自動流轉到下一個環節。

3.3 智慧移動App設計

在河長制系統中已經設計了移動App用于河長和河湖巡查員巡河，本平臺繼續增加水工設施的巡檢、定期檢查、特別檢查、專項檢查、維修養護和水政執法。

移動App業務流程，如圖4所示。

圖4 移動App業務流程

3.3.1巡檢軌跡精準定位

對于有條件的省市，可以在GIS地圖中繪制出巡檢路線，巡檢人員使用App巡檢時打開手機GPS定位功能，在巡檢過程中如果巡檢員超過距離既定路線5 m的范圍，App會自動報警提示巡檢員沿規定路線巡檢，實現精準定位功能。

在沒有條件繪制巡檢路線的情況下，由系統管理員設定GPS坐標上傳的時間間隔，App每隔既定時間上傳一次GPS坐標，在巡檢結束后即可從Web端的GIS地圖上查看到巡檢員的巡檢軌跡圖，通過與GIS地圖的比對，可以實現對巡檢人員的考核。

3.3.2 自動填報提醒

根據水工設施的GPS坐標，當巡檢員到達其附近時，移動App自動變換為該水工設施的巡檢單，巡檢員只需進行挑勾等簡單的操作即可完成巡檢任務，實現智能管理。

3.3.3 自動預警

當巡檢員發現有違法、違章現象或水工設施損壞、安全隱患等現象發生時，通過App上報，下一個環節的處理人員的手機中能夠自動接收到提示信息，進行事件處理或派單操作，可加速事件辦理速度。

與此同時，利用智能語音交互技術實現語音錄入[2]，即可轉換為文字存貯，減少巡檢員、各項業務處理人員的手工錄入工作量，提高工作效率。

4 新技術應用

4.1 GIS技術的應用

通過統一云平臺的搭建，避免了“信息孤島”的產生，實現了大數據的匯集。通過大數據分析技術，借助數學模型，可以在全市同一張GIS地圖中直觀地展示以下信息。

（1）計算每個水工設施出現問題的頻次、時間間隔，通過各類數據的同比、環比，預估水利工程設施的運轉狀況，在GIS地圖上標識出高危工程，為下一年度的項目規劃提供依據。

（2）統計并顯示不同時間段內各類涉水事件的發生比例，在GIS地圖中用不同的顏色進行標識，直觀地展示出問題點位和最易發生的涉水事件類型，為決策者制定或調整管理辦法提供依據。

（3）通過分析不同時間段內的不同類型涉水事件的出現頻率，設定警戒點，當事件連續發生次數超過警戒點，在GIS地圖上通過顏色閃爍進行預警提醒，同時將預警信息發送到相關人員的手機中。

（4）通過自定義不同的查詢、統計條件，在GIS地圖或Web頁面中可以查詢各類事件的處理過程和結果、水利工程維修養護狀況、水政執法情況、巡檢人員的巡檢軌跡等，還可以在GIS地圖上直觀展示河湖、水質類別、各類水利工程的分布和建設運轉信息，包括視頻接入信息等。

4.2 無人機的應用

采用無人機，配備可見光、紅外等多光譜相機，利用4G/5G移動通信，實現對巡查人員無法到達的河段等地進行自動化巡查，可以自行設定1個月內的巡查次數，快速發現涉水事件等問題，接收存儲巡查過程中采集的遙測數據，并對采集數據進行展示和分析。

5 結論

在信息化快速發展的今天，各種大數據分析技術為各行業的管理提供了便利的高科技手段，但各自建設、彼此不通的“信息孤島”等現象制約了大數據的匯集和共享。通過智慧河湖管護云平臺的建設，為水利各單位和相關單位提供一個標準和流程均統一的信息化管理系統，既避免了資金浪費，又為大數據的匯集共享提供了平臺。相關領導和主管部門在同一個平臺上就可以掌握全市河湖水環境、水利工程、水政執法情況，做到了對河湖情況的整體掌控。同時，智慧河湖管護云平臺為各相關單位人員進行簡單的培訓即可使用，實現了智能操作，在充分利用河長制系統已有的河長巡河、河湖巡查員巡查功能的基礎上，使得同一批巡查人員運行同一個手機App即可處理不同的業務，降低了工作人員的操作復雜度，提高了涉水事件的處理速度。