江蘇省水土保持監測與管理信息系統建設的實踐與探討

張 嬙，郭紅麗，吳 芳，李 盟，張 雪

(江蘇省水文水資源勘測局，江蘇 南京 210029)

當前，全球正處于信息化高速發展的時代，信息化水平已經成為衡量一個國家和地區現代化水平的重要標志[1]。黨的十九大報告要求“增強改革創新本領，保持銳意進取的精神風貌，善于結合實際創造性推動工作，善于運用互聯網技術和信息化手段開展工作”[2]。通過前期水利信息化工作的推進，目前江蘇省水利信息采集、數據存儲管理等設施基本配套，初步形成了對業務應用的支撐，提高了防汛抗旱、水資源和水行政管理水平，在改造傳統水利、發展民生水利、提高管理服務能力等方面發揮了重要作用。

水土保持信息化是水利信息化工作的重要組成部分，更是水土保持工作可持續發展的重要支撐，其對于踐行綠水青山就是金山銀山的理念，推動水土保持高質量發展，統籌山水林田湖草系統治理具有重要作用。江蘇省水土保持監測與管理信息系統于2018年開始建設，2019年開始逐步投入使用，全面提升了水土保持決策、管理和服務水平。

1 系統建設方案

江蘇省水土保持監測與管理信息系統涵蓋了水土保持監測評價、監督管理等核心業務的信息化需求，包括水土保持預防監督信息系統、水土保持監測評價系統、水土保持綜合治理信息系統、移動終端采集處理系統、基礎信息管理系統共5個業務應用子系統，實現了以“云存儲和數據中心”為主要方式的水土保持信息存儲體系，形成了“小流域基本管理單元、區域和流域兩種邏輯”為主要思路的水土保持信息管理體系。

1.1 系統設計原則

江蘇省水土保持監測與管理信息系統力求科學、合理、經濟、系統，以最小的投資獲得完整、準確、及時的水土保持信息，以盡可能少的信息采集站點了解區域水土流失動態。因此，本項目遵循以下原則：

1.1.1 實用與先進

系統設計充分考慮江蘇省水土保持工作的特色和亮點，滿足江蘇省水土保持監測、監督和治理的基本業務管理需求，突出實用性。重點設計了監測數據分析評價、土壤侵蝕計算和監督分析評價等模型化、定量化的全國領先的水土保持分析系統。

1.1.2 可靠與可擴展

系統和數據庫設計遵循國家信息系統開發和水土保持數據庫設計的相關標準規范，保障了系統的穩定可靠。同時，兼顧江蘇省水利信息化建設現狀和國家水土保持信息化建設的相關要求，預留了相關接口。

1.1.3 友好與可操作

系統整體結構清晰、嚴謹、界面友好、形象直觀、易于操作和管理，并能滿足今后數據持續管理的要求。

1.1.4 高效與安全

各類信息自下而上，可逐層提煉、歸納、合并，減少冗余，提高空間信息輸出效率和地理信息表達效果，面向較復雜應用，使系統能夠進行高效和快速的數據傳輸與處理。系統具有完善的安全保密措施，可防止機密資料的丟失和各種越權訪問。

1.1.5 需求與應用

以水土保持業務工作的新需求為導向，選擇實用先進的信息技術，建立可配置和易擴展的應用系統，通過水土保持信息化提高工作效率和成果質量，全面促進水土保持核心業務的信息化應用體系建設。

1.1.6 整合與共享

以江蘇省水利信息化框架為基礎，充分利用水利信息化基礎資源，避免低水平的重復建設，通過統一的信息資源共享平臺，促進資源共享，節約成本，提高水土保持信息的利用效率。

1.2 水土保持預防監督信息系統

實現了對生產建設項目水土保持方案的監管，可對列入監管項目的水土保持方案、動態監督檢查信息進行持續更新和維護，并通過“天地一體化”監管方式開展水土保持遙感監管，便于業務人員全面、及時地掌握生產建設項目水土保持工作的落實情況。

1.2.1 首 頁

省級和縣級通過地圖展示和列表查詢定位聯動方式展示項目全生命周期所有內容，同時鏈接“天地一體化”監管結果，進行影像圖斑對比。基于空間三維地圖、平面二維地圖、統計圖、統計表等多種展現手段，從行政區劃、小流域角度實現了對預防監督數據的綜合展示，對生產建設項目的水保情況做整體信息的展示。

1.2.2 項目方案管理

水土保持監督管理程序一般為：申報—登記—審批—收費—監督檢查—驗收，即首先由生產建設單位或個人在生產建設項目動工之前，向水行政主管部門及其水土保持監督管理機構說明有可能產生水土流失的情況，水行政主管部門根據申報材料的情況，對所有相關的生產建設單位和個人分別登記，對其申報的水土保持方案進行審查批準，依法征收水土流失防治費和水土保持設施補償費，并對管理對象是否遵守法律、行政處理決定、行政處罰決定的情況進行監督和檢查，最后按照技術標準和審批的水土保持方案，對其所建設的水土保持設施進行竣工驗收。

將生產建設項目水土保持方案編報和水土流失監測、水土保持監理及設施驗收等信息分階段錄入系統管理，實現水土保持管理機構、方案編制單位、監測單位和監理單位4類用戶共同參與，實現水土保持方案審批、事中監測監管、驗收評估、規費征收等水土保持項目管理階段的要求和網絡化、實時化管理，有效提高了生產建設項目水土保持行政管理效率、動態監管能力和社會服務水平。

1.2.3 項目監管

設計資料矢量化是對生產建設項目設計資料(所有項目均有水土流失防治責任范圍圖，重點項目除水土流失防治責任范圍圖外，還包括水土保持措施布局圖及水土流失防治分區圖等設計圖件)進行管理，支持對其空間地理坐標信息和屬性信息的瀏覽、查詢、編輯和刪除等。

1.2.4 區域監管

對特定區域開展生產建設項目水土保持監管工作，利用遙感開展區域內生產建設項目擾動狀況監管，獲取區域生產建設項目空間分布、建設狀態和整體擾動狀況，同時可將省、市、縣三級用戶審批生產建設項目防治責任范圍及時入庫，包括遙感影像、解譯標志、擾動圖斑、合規性判斷成果、現場復核和成果整理審核成果等，實現生產建設項目合規性的分析評價，實現省、市、縣三級用戶對生產建設項目水土保持工作的實時監控，為水行政主管部門開展監管工作、查處“未批先建”“未驗先投”等違法行為提供依據。

1.3 水土保持監測評價系統

水土保持監測評價系統主要借助自動監測設備、遙感衛星、監測評價移動終端，實現對定點監測數據、區域動態監測數據管理，形成水土保持監測成果報告。

1.3.1 定點監測

定點監測是為水土保持業務人員提供監測點數據查詢與管理的工具，可為區域動態監測提供數據支撐和成果校正等：實現監測站運行維護、儀器設備工況信息和監測數據的管理需求，包括徑流小區和控制站的徑流泥沙數據、降雨、氣溫、蒸發等氣象數據；實現省、市兩級水土保持管理機構對各點采集數據的審核管理，包括坡面徑流場(含徑流小區)、小流域控制站、雨量站等監測點空間分布信息、設備設施信息、多媒體與管護等信息整理入庫管理；對監測點上報的徑流、泥沙、降水、氣溫、蒸發等數據的查詢、統計和審核；自動獲取灌區類監測、水文類監測和工程類水情站網的觀測數據，與水土保持定點監測數據有機融合，輔助水土保持管理工作。

1.3.2 區域監測

實現動態監測數據處理、動態監測數據管理、野外調查單元原始數據管理、野外調查單元空間數據管理等功能；實現省、市兩級水土保持監測管理機構對水土流失年度動態監測數據的管理、分析應用等功能，包括地形、降雨、植被、土壤K值、水土保持措施等水土流失影響因子，年度土壤侵蝕模數等數據和矢量圖的管理；實現水土流失動態監測數據的查詢、統計、分析、應用等基本功能，滿足各級水土保持管理部門決策需求。

1.4 水土保持綜合治理信息系統

以治理項目和生態清潔小流域全周期管理為設計理念，實現綜合治理規劃、計劃及實施方案等項目檔案資料的管理和施工進度的監管，為開展規劃設計復核和檢查驗收等日常管理工作提供數據支撐；同時，以設計圖斑為單元，輔助無人機、移動終端等信息化技術，對設計復核、在建核查、竣工驗收等多維度以“精細化”的方式進行監管，提升水土流失綜合治理工程的管理水平和效率。

1.4.1 項目管理

小流域綜合治理項目流程數據管理主要對縣級上報的規劃、計劃、設計等階段的信息進行查詢、統計、導出，并可對上報的實施方案等信息進行審核。

1.4.2 信息化監管

基于高分遙感影像，形成治理措施空間位置和范圍數據。實現在初步設計階段，將治理項目區初步設計圖以“圖斑”為最小單位上圖定位管理，支持“圖斑”與同期遙感影像定性對比分析，協助設計方案審查工作；實現在項目實施過程中，按階段以“圖斑”為最小單位顯示上圖項目實施進度圖，支持項目實施進度圖與項目初步設計圖定量對比分析，支持項目實施進度圖與同期遙感影像定量對比分析，協助項目實施過程進度和質量監管；實現在項目驗收階段，利用同期遙感影像，定性對比初步設計階段影像，定量對比分析初步設計圖，協助項目驗收工作。最終實現治理工程以“圖斑—小流域—項目區—縣—市—省”為主線的項目全周期精細化管理。

1.4.3 生態清潔小流域

實現江蘇省生態清潔小流域項目管理、治理效果評估及其他生態清潔小流域相關業務功能。圍繞治理項目不同階段(規劃—計劃—初設—招投標—實施—驗收)，針對縣級用戶，實現業務圖件及屬性數據在線入庫、管理功能，能夠對業務信息進行查詢、統計、分析；實現生態清潔小流域治理和驗收圖斑的入庫、查詢、管理功能；實現生態清潔小流域水土流失監測數據和自查報告的導入功能。針對省級用戶，實現水土流失監測數據查詢、分析功能；實現小流域治理效益分析計算、評價評估及縣級自查報告評價，為江蘇省生態清潔小流域“以獎代補”制度實施提供技術支撐。

1.5 移動終端采集處理系統

本項目共涉及三個移動終端開發的工作，分別是水土保持監測評價、水土保持預防監督和水土流失綜合治理。為了方便統一管理，針對以上三個移動平臺，開發統一集成平臺，根據權限控制為不同類型用戶提供支持。移動終端采集系統實現了水土保持管理業務的在線同步監控和離線數據處理、信息采集。

1.6 基礎信息管理系統

該系統主要實現小流域信息的查詢管理，包括多區域、多時相的土地利用、植被類型、土壤類型、社會經濟、區劃規劃、坡度坡長等，實現以小流域為單元統一對自然條件、社會經濟、基礎地理和遙感影像數據進行空間化管理，實行行政與流域兩種邏輯管理數據。

2 系統應用開發重點和難點分析

2.1 重點及應對策略

2.1.1 重點分析

一方面，水土保持信息化正處在高速發展的階段，近幾年來水利部以《水利部關于加強水土保持監測工作的通知》(水保〔2017〕36號)、《水利部辦公廳關于印發〈全國水土保持信息化工作2017—2018年實施計劃〉的通知》(辦水保〔2017〕39號)、《水利部辦公廳關于推進水土保持監管信息化應用工作的通知》(辦水保〔2019〕198號)等指導性文件不斷推進全國信息化工作發展，信息化工作內容和要求日新月異，給省級信息化建設工作增加了難度。本項目建設時間較長，將來會有新的算法、模型、組件等接入到江蘇省水土保持監測與管理信息系統，來為各應用系統服務。因此，如何預留足夠的擴展空間，保證所建設的江蘇省水土保持監測與管理信息系統有足夠高的擴展性，來滿足今后新的業務需求、新的業務系統、新的數據標準的不斷充實和接入，是應用開發過程中的一個重點。

另一方面，江蘇省水土保持監測與管理信息系統涉及的用戶包括江蘇省水利廳農水處、江蘇省水利廳信息中心、江蘇省水土保持生態環境監測總站、各設區市(縣、區)水行政主管部門、各市水土保持監測分站、各監測點及社會各類從事水土保持相關業務的單位7類用戶，數據平臺和業務系統如何根據不同用戶級別和業務需求設置不同的顯示、查詢、統計、分析等內容的權限，是保障系統安全性和實用性的重要因素。

2.1.2 應對策略

為了保障所建設的江蘇省水土保持監測與管理信息系統有足夠高的擴展性，本項目在傳統架構基礎上局部采用微服務技術架構。微服務架構風格是一種使用一套小服務來開發單個應用的途徑[3]，每個服務運行在自己的進程中，并使用輕量級機制通信，通常是HTTP、API。這些服務基于業務能力構建，并能夠通過自動化部署機制來獨立部署，使用不同的編程語言和數據存儲技術實現，并保持最低限度的集中式管理。

為保障功能可配置性及數據權限控制，本項目擬采用以下兩種措施：

(1)面向用戶的功能配置及權限控制。當用戶需求發生變化時，管理用戶可以使用軟件系統中的配置功能修改指定用戶的功能菜單及數據權限，修改完畢后，該指定用戶將在設置的權限內使用系統。針對性、個性化的權限設置進一步保證了系統數據的安全性，同時，也方便對不同類別用戶的分類管理。

(2)面向開發人員的功能配置及權限控制。將系統常用的功能集成形成系統框架，開發人員無需考慮底層的技術細節，可以完全專注于業務邏輯的設計，不必再為底層技術系統勞神費力，從而提高開發效率。

2.2 難點及應對策略

(1)江蘇省水土保持監測與管理信息系統包含大量使用空間矢量地圖、二維遙感影像的功能，此類數據量較大、加載較慢，很容易影響系統訪問速度，用戶體驗差，如何保障地圖資源使用加載速度，以保證系統長期、有序、高效地運行是個難點。為保證涉及地圖、影像功能的訪問速度，將通過切片地圖服務和矢量切片方式來提高效率，即創建地圖緩存時，服務器會在若干個不同的比例級別上繪制整個地圖并存儲地圖的副本[4]，然后服務器可在用戶請求使用地圖時分發這些圖像。對于服務器來說，每次請求使用地圖時，返回緩存的圖像要比繪制地圖快得多。

(2)江蘇省水土保持監測與管理信息系統是全省水土保持工作的信息化平臺，需要為監管審批、領導決策、科學規劃提供可靠的數據支撐。為保障決策分析的可靠性、多樣性和直觀性，采用基于多維分析模型的數據組織讓數據的展示更加直觀，通過對數據進行聚合、細分和選取，提高了分析的靈活性，并可以從不同角度不同層面對數據進行細分和匯總，滿足不同分析的需求，挖掘數據價值。多維模型的建立是基于對聯機分析處理操作的優化，比如基于各個維的索引、對于一些常用查詢所建的視圖等，如按行政區[全省—地級市—縣(市)]或按流域(全省—一級流域—二級流域—三級流域—小流域)來生成多維立方體。

3 系統運行情況分析

3.1 運行管理

江蘇省水土保持監測與管理信息系統部署于省水利廳信息中心，地市通過水利專網實現應用端訪問和應用。

系統自2019年投入生產應用以來，為確保穩定運行、發揮功能并逐步完善，先后組織了全省系統應用培訓、生產建設項目監管專題培訓和監測站管理專題培訓，提高了各級用戶對系統的使用熟練度。

3.2 運行成效

通過一年多的運行及功能完善，江蘇省水土保持監測與管理信息系統在實際業務中發揮了積極作用。

一是支撐了2019年和2020年的全省遙感監管加密工作，分別完成了全省15 235個和4 858個1 hm2以上疑似違規擾動圖斑的復核、認定、查處、整改，并通過系統實現了項目處置追蹤，大大提高了工作效率和監管水平。

二是支撐了全省2020年第三季度監測站點數據的整編工作，充分利用信息技術手段，實現了監測站實時數據傳輸情況的記錄和告警、觀測數據的規范格式入庫，為各個監測站季度觀測數據整編提供了支撐，真正發揮了信息化效益，減少了人為重復性工作量。

三是實現了生產建設項目批復信息的登記、防治責任范圍的上圖、監測監理過程材料的收集、驗收材料的入庫，目前共計實現了7 674個生產建設項目的在線監管。

4 下一步改進計劃

按照 “以水利信息化帶動水利現代化”的發展思路，根據需要將進一步完善江蘇省水土保持信息化建設，通過科學研究與推廣，提高水土保持科技含量和技術水平。主要工作包括：升級完善集監測評價、監督管理、綜合治理等于一體的江蘇省水土保持信息系統，完善基礎數據庫建設，實現信息資源整合與共享，提高挖掘與信息應用水平；圍繞水土保持監測監督治理業務重點需求，增強目標考核、視頻監控、預測預報、數據共享分析、在線監管等“智慧水保”綜合體系信息化建設。

5 結 語

江蘇區域經濟發達、生產建設活動擾動強烈，人為水土流失嚴重，保護和合理利用水土資源、改善生態環境，必須靠強監管來實現。江蘇省水土保持監測與管理信息系統初步實現了水土保持核心業務信息化，形成了“基礎支撐、全面監管、各級協同、示范帶動”的水土保持信息化體系，全面提高了江蘇省水土保持監測工作的現代化水平和服務能力。但是，江蘇省水土保持信息化還處于初步建成階段，隨著水土保持工作的不斷深入，信息化建設也需要不斷強化。根據監管能力現代化建設新需求，信息化平臺功能需要升級改造，擴大硬件存儲容量，運用人工智能、大數據、VR、數字孿生等技術，構建水土保持智慧應用系統。