水土保持遙感監管現場復核協同工作系統設計與實現

靳 峰，尚顏顏，康 芮，楊 樂

(1.甘肅省水利廳，甘肅 蘭州 730000； 2.航天宏圖信息技術股份有限公司，北京 100195)

近年來隨著甘肅省經濟快速發展，大量生產建設項目的開工建設導致人為水土流失日益嚴重，制約了區域經濟社會可持續發展[1]。進一步完善水土保持監督管理機制，落實水土保持事前、事中、事后全周期常態化監管，是水行政主管部門督促建設單位落實水土流失防治責任、有效遏制人為水土流失的有力手段，而借助新技術的遙感監管已成為水行政主管部門開展水土保持監管的重要方法。生產建設項目水土保持遙感監管是指通過解譯多期衛星影像后進行對比分析，發現可能引起水土流失的疑似違法違規圖斑，經現場復核后持續監督違法違規項目整改的過程，包括數據收集、數據處理、解譯提取疑似違法違規圖斑、現場復核、違法違規項目事后監管等工作，其中現場復核是對提取出的疑似違法違規圖斑進行現場情況調查、佐證信息采集和判定違法違規行為及主體的過程，是落實事后監管的重要基礎[2]。

自2019年水利部首次在全國組織開展水土保持遙感監管以來，水利部及地方水行政主管部門積累了豐富的遙感監管及現場復核工作經驗，遙感監管向著高效率、高質量、多維分析等方面不斷發展。而目前使用的現場復核工作系統僅滿足數據采集和存儲的基本需求[3]，在數據修正、數據管理及分析、成果可視化等方面還存在很多不足，逐漸成為制約遙感監管效率和質量提高的重要因素。

基于生產建設項目水土保持遙感監管現場復核工作的需求分析，結合甘肅省水土保持遙感監管工作經驗，開發了操作簡便、成果可視化、可實現多端協同及自動化數據管理分析的甘肅省生產建設項目水土保持遙感監管現場復核協同工作系統，并在甘肅省遙感監管現場復核工作中進行了應用實踐，以期為水土保持遙感監管工作提供借鑒，推動水土保持高質量發展。

1 需求分析

基于現場復核工作的特點，結合甘肅省生產建設項目遙感監管工作經驗，現場復核工作系統需實現提高外業復核效率、保障數據管理安全、自動化數據統計分析及成果可視化等功能。基于此，提出遙感監管現場復核工作系統的優化需求，主要包括：①數據修正邏輯優化需求。當前工作系統的圖斑信息和項目信息是獨立的，二者不可同步修正，導致圖斑信息和項目信息經常出現邏輯錯亂，后期需要大量的校對和邏輯修正工作，影響現場復核工作效率和準確性。②數據管理需求。隨著遙感監管工作的開展，形成大量的遙感監管成果數據，需要工作系統實現對成果數據的存儲、維護、預覽、導出、建立臺賬等功能。③過程可視化需求。現場復核工作時間緊、任務重、涉及人員多，復核工作進度和復核結果的可視化有助于決策人員實時掌握復核工作進展，統籌協調現場復核工作，全面掌握生產建設項目和現場復核工作開展情況。④多維統計分析需求。基于遙感監管成果數據進行的多維度統計分析，有助于發揮成果數據的利用價值，在監管部門制定決策時發揮支撐作用。

2 總體設計

2.1 總體框架

遙感監管現場復核協同工作系統架構設計采用了基于B/S結構的5層架構模式，自下而上分別是物理層、數據層、服務層、網關層、應用層，以及標準與規范體系、安全與保障體系，系統總體框架見圖1。其中：①物理層主要是系統數據的存儲方式，其中結構化業務數據存儲在MySQL數據庫，緩存數據存儲在Redis數據庫，地理空間數據、多媒體文件數據、遙感影像金字塔文件存儲在分布式對象數據庫；②數據層主要提供系統運行所需要的各類數據的存儲管理，包括業務數據、緩存數據、地理空間數據、多媒體文件數據、金字塔文件數據等；③服務層主要提供全鏈條支撐服務，包括通用服務模塊、分析引擎模塊和GIS/RS專題模塊，提供用戶服務、任務服務、圖斑服務、審核服務、文件服務等；④網關層是外部請求訪問系統的唯一入口，Nginx網關起到負載均衡和靜態資源配置的作用，Gateway網關實現服務請求的分發、訪問請求的前置鑒權和認證、訪問流量的控制；⑤應用層將水土流失防治范圍、擾動圖斑、遙感影像、統計數據、分析成果等進行集中管理，通過PC端和移動端實現應用信息的展示。

圖1 遙感監管現場復核協同工作系統總體框架

2.2 業務流程設計

生產建設項目遙感監管現場復核需每年進行多個期次，包括圖斑編輯、圖斑屬性采集、項目認定查處、項目信息編輯、佐證文件上傳等多個業務過程，遙感監管現場復核協同工作系統的業務流程設計見圖2。其主要包括：①數據和任務準備，即將解譯后的下發數據、監督庫項目數據、參考遙感影像經標準化處理后存入水土保持遙感監管數據庫中，創建任務下發至PC端和移動端；②圖斑復核，即通過PC端和移動端依次進行圖形編輯、現場照片采集、所屬項目確認、圖斑合規性判定等過程，此外當項目批復信息發生變動時需要同步至項目信息中，并重新進行圖斑合規性判定；③項目認定查處，即依據圖斑復核結果，判定項目是否有違法違規問題，對違法違規項目下發查處和整改通知；④多維統計，即將項目認定查處信息上傳至水土保持遙感監管數據庫中，依據用戶需求，對每一期、每一年度的遙感監管成果數據進行統計分析和可視化展示；⑤成果目錄，即形成遙感監管成果數據目錄，依據用戶需求導出成果數據。

圖2 遙感監管現場復核協同工作系統業務流程設計

3 核心功能實現

遙感監管現場復核協同工作系統核心功能模塊主要包括任務看板、數據管理、任務管理、信息采集、多維統計和成果目錄，系統PC端、移動端主界面分別見圖3、圖4。

圖3 遙感監管現場復核協同工作系統PC端主界面

圖4 遙感監管現場復核協同工作系統移動端主界面

3.1 任務看板

PC端和移動端分別開發任務看板，以空間圖和統計圖表的形式展示項目分布情況、違法違規項目情況、監管任務進度等。PC端任務看板的數據統計項主要包括圖斑復核情況、違規項目認定結果分類、違規項目所屬行業分布、超出防治責任范圍項目清單、復核圖斑擾動類型等；移動端任務看板的數據統計項主要包括項目空間分布、違法違規項目類型和占比、圖斑擾動類型、查處和整改進度等。

3.2 數據管理

實現對遙感監管現場復核工作涉及的各種類型業務數據(主要包括圖斑矢量數據、遙感影像數據、項目防治責任范圍矢量數據、監管成果統計數據、監管成果佐證材料、多媒體文件等)，依照數據專題、數據類型、業務歸屬、關鍵字等維度進行綜合展示、多條件查詢、預覽、導出等，確保所有監管數據“可視、易查、可導”，提高監管成果的利用價值。

3.3 任務管理

由PC端任務管理發起監管任務，設定監管年份、監管期別、任務開始時間和結束時間、認定截止時間、查處截止時間、整改截止時間、涉及的行政區、任務描述等監管任務信息，日常維護任務數據和監控數據狀態，可對監管任務數據進行補充、刪除、編輯等操作，滿足監管過程在重要節點的控制需求。

3.4 信息采集

現場復核過程中的主要工作是對調查對象(圖斑和項目)進行現場信息采集，采集內容包括圖斑圖形、圖斑擾動屬性、項目批復信息、現場照片等。

3.4.1 圖形編輯

移動端可進行圖斑拆分、合并、節點編輯、協同標記等功能，滿足現場復核工作對圖斑的編輯需求；PC端在移動端的圖形編輯功能基礎上，增加了挖洞、打散、重畫、修形、拓撲和自相交檢查功能，滿足各種圖斑修正的需求。

3.4.2 屬性信息和照片的采集與判定

移動端和PC端均支持現場照片、圖斑擾動類型、建設狀態、所屬項目、認定結果、查處整改結果、佐證材料等信息的采集功能，工作系統內置邏輯規則庫可輔助工作人員快速準確地完成圖斑和項目的合規性判定。工作系統采取現場照片即拍即存的模式，可減少因誤操作導致現場照片丟失，進而影響現場復核進度的情況。

3.4.3 邏輯修正

邏輯修正功能是針對項目批復方案等關鍵性信息變動導致原圖斑合規性和項目認定結論存在邏輯錯亂問題而采取的信息采集流程優化。工作系統在設計上打破圖斑和項目的獨立采集模式，做到圖斑和項目信息的同步修正，當修改圖斑信息時同步檢查和修正項目認定信息，當修改項目認定信息時同步檢查和修正圖斑信息。

3.5 多維統計

多維統計功能是指對遙感監管成果數據進行多維度、多形式的靈活統計和展示，便于工作人員進行分析與決策。協同工作系統提供的統計類型包括以年、期、地區的形式對比分析現場復核圖斑數量、面積、合規性，認定、查處、整改的項目數量和類型，違法違規項目數量、批復級別、行業類型等。

3.6 成果目錄

遙感監管現場復核工作成果數據匯集了大量統計圖表、遙感影像、矢量數據、多媒體文件等，工作系統提供監管成果數據整編功能，可按照數據類型、業務類型、地區、年份等一鍵生成成果目錄，提高監管成果數據整編的效率和準確性。

4 應 用

甘肅省采用遙感監管現場復核協同工作系統進行了2020—2022年度連續3 a的生產建設項目遙感監管工作，期間依據實際需求不斷優化系統功能。應用結果表明，協同工作系統滿足了監管部門對數據管理、統計分析、成果展示等方面的需求，切實提高了現場復核工作效率以及項目認定和查處工作的準確性，具有較強的實用價值和推廣價值。