基于河道數據采集的智慧河長制信息化建設研究

吳成秋，吳宏宇，溫海燕

（1.江蘇省水文水資源勘測局徐州分局，江蘇 徐州 221006；2.無錫市水利工程管理中心，江蘇 無錫 214101）

1 前言

全面推行河長制是解決我國復雜水問題、維護河湖健康生命的重要舉措。在智慧水利建設目標要求下，運用物聯網、云計算、大數據、移動互聯網等技術手段，構建河長制管理信息平臺，可以為全面推行河長制工作提供技術支撐、信息化服務和業務協同保障[1-2]。

智慧水利是運用先進信息技術（如物聯網、大數據、遙感、人工智能識別、5G 等），對水利信息資源進行充分開發和利用，進而實現水利信息的自動化采集、數字化管理以及智能化決策等目標[3]。隨著河湖長制工作的推進，通過基于各種先進信息化手段開展信息平臺建設，有助于實現河湖管護模式的高效、便捷、長效以及可持續的發展[4]。將河湖大數據納入河湖管護治理模式，通過大數據技術與河湖治理模式的深度融合，構建“河長制+大數據”的河湖管護模式，能夠有效促進智慧水利建設[5]，已成為智慧水利建設的關鍵，具有重要意義。當前，以GIS 為核心的智慧水利“一張圖”建設已取得重大成果，有效推動了河湖治理信息化建設。然而，如何高效準確地開展以GIS 為核心的河道數據采集，是“河長制+大數據”河湖管護模式構建和智慧水利“一張圖”建設所面臨的關鍵問題之一。

本文以江蘇省徐州市為研究區域，以徐州地區市、縣（區）、鎮（社區）、村級河長制河道名錄為基礎數據支撐，采用ArcGIS 和衛星影像采集河道數據，探究河道現狀，剔除已填平、不存在的河道，補充新增河道，完善徐州市各縣區河道信息，并基于河道采集數據開發地理數據庫，構建徐州市河長制水系“一張圖”，促進智慧水利框架下“河長制+大數據”的河湖管護模式的構建。

2 研究區域概況

江蘇省徐州市隸屬我國淮河流域，分屬故黃河水系、濉安河水系以及沂沭泗水系，區域水系河網密集分布，河湖庫相互連通，初步建成了能夠滿足區域供水、洪水防治以及農業灌溉等多項服務功能協調統一的水利工程體系。

為加強徐州市河湖管理與保護能力，切實維護河湖健康生命，徐州市出臺《徐州市全面推行河長制工作方案》，提出在全市范圍內全面推行河長制，實現湖泊、中小型水庫、村級以上溝河等各類水域河長制全覆蓋，建立覆蓋市、縣、鎮、村的河長制水利工程體系。因此，梳理河湖現狀，進行全面準確的河湖調查，將對徐州市“河長制+大數據”的河湖管護模式和智慧水利建設提供強有力支持。

3 河道信息采集工作流程

一是收集相關資料，主要包括河長制“四級”河道相關數據、行政邊界以及遙感影像等資料；二是現場踏勘，市級、縣級河道基本保存完好，但是部分鎮級、村級河道存在改道、新增、被掩埋，以及相關河長信息變動等情況，因此需到相應河長辦及鎮水利站搜集相關河道資料，并利用GPS 對新修、改道河道軌跡進行現場測量記錄；三是對河道數據統計分類及數據處理，將所收集的資料以及河道編碼按照規定導入Excel 表格；四是采用ArcGIS 等空間數據處理軟件，基于遙感衛星影像提取到相應河道中心線，并對矢量數據賦值屬性信息；五是進行數據自檢，整理和校核河道數據資料，補充遺漏信息，刪減多余部分；最后建設地理信息數據庫，促進河長制信息化平臺建設。圖1 為河道信息資料采集的工作流程圖。

圖1 河道信息資料采集的工作流程圖

4 河道信息采集方法

4.1 資料收集及處理

河道信息數據采集開始前，需要進行河長制所需資料的收集和處理工作。需要準備的河長制資料如表1 所示。

表1 河長制所需資料數據表

河道屬性信息較為冗雜，根據徐州市河湖名錄和詳細河道信息，剔除已填平和不存在的河道，補充新增河道信息資料。并按河長制巡河系統相關要求錄入河道屬性信息，如河道層級、河道名稱、河道編碼、上級河段、起訖點位置坐標、河長名稱、河長職務、河長用戶名以及所屬行政區等信息，河道信息表字段屬性設置見表2。

表2 河道信息字段屬性表

4.2 河段、河長編碼方法

為滿足河長制信息平臺的各項業務功能與河段相對應，需要為每條河段設定一個特定的編碼。相應河道的河長設置一個單獨的河長用戶名，用盡可能簡要的編碼表達更詳細的河段信息是研究編碼規則的主要目的[6]。

本次河段編碼方式采用“河道名稱+行政區劃”的組合形式。編碼采用河道名稱加行政區劃首字母的方式編碼，如JHYHXZDPXDWDZDLDCD 表示京杭運河徐州段沛縣段五段鎮段六段村段。河長用戶名采用“行政區劃+河長姓名”的組合形式。編碼采用所屬行政區劃首字母及河長姓名全拼的方式編碼，如京杭運河沛縣段縣級河長張三，其用戶名為pxzhangsan。河道編碼和河長用戶名首字母及全拼的提取可通過在Excel 中VisualBasic 模塊中編寫漢字提取拼音程序批量完成，便捷且不易出錯。

4.3 河道位置信息采集及屬性掛接

河道地理位置信息采集，即采集河道的整個軌跡[7]，主要是基于遙感衛星影像數據資料、近年測繪基礎數據資料，以及GPSRTK 全野外的數字化信息采集手段等。以數字化技術方法進行河道中心線平面位置的信息采集，具體如下：對于在衛星遙感影像圖中能夠清晰辨認的河道，可以直接于衛星影像圖中繪制河道中心線；對于在衛星影像圖或者測繪基礎數據圖中沒有的村級河道，則采用GPSRTK進行實地數字化采集；采用AutoCAD 軟件連接得到河道中心線，并結合ArcGIS 空間分析軟件得到可用于編輯的Shapefile 文件資料。

以河段起訖點作為河流分段的參考點，基于徐州市行政區劃邊界的數據資料，采用ArcGIS 軟件內置的矢量編輯功能，提取整個河道的軌跡坐標，根據起訖點位置和行政區劃邊界位置對河段進行處理，單獨提取相應河段河道軌跡，最終得到符合要求的整條河的軌道坐標，以及依據行政邊界、河道起訖點分割的河段數據，保存至屬性信息表，錄入河長制信息平臺。

在矢量編輯完成后，為每條河段賦值屬性信息，確保屬性關聯的一一對應。可將河道編碼當作關聯字段，以縣為關聯單元，使ArcGIS 與Excel 進行屬性批量自動關聯。

4.4 生成地理信息數據庫

對矢量數據進行屬性關聯后，對河道軌跡按照市、縣（區）、鎮（社區）、村四級分類，制作可用于編輯的Shapefile 矢量數據文件。使用ArcCatalog 軟件將各圖層數據進行整合，納入統一的Geodatabase 地理數據庫，可以作為基礎底圖數據資料進入河長制平臺。

5 結論

智慧水利信息平臺建設可以有效服務于河長制的全面建設，直觀展示河長制各類信息，切實推進河管護工作的順利開展。基于ArcGIS 空間分析軟件在空間地理信息處理方面的強大功能，對河道信息進行采集和空間編輯，制作可用于編輯的Geodatabase 河道地理信息數據庫。未來將以更為精準和完善的數據采集資料來促進河長制的全面深化推行，壓實河長制主體責任，提升河長履職能力。

（1）遙感衛星影像資料可以有效輔助市級和縣級河道河段空間位置的準確定位，較傳統河道測繪數據資料更為高效便捷。因衛星遙感影像分辨率精度受限，部分鎮級和村級河道軌跡可采用GPS 數據進行輔助精確定位。

（2）采用“河道名稱+行政區劃”組合的河段編碼方式，能夠將河段細分到行政村級別，進而實現各級河長與不同河段之間的準確關聯。

（3）以GIS 為核心的河道數據采集是河長制信息化平臺建設的基礎，是河長制智慧水利“一張圖”建設的關鍵，能夠為河長巡河、河道環境處理、河道管理提供依據，有效提升河湖管理服務水平，降低運行成本。

（4）采用ArcGIS 和衛星影像提取河道軌跡數據，可以為河道數據采集工作提供整套信息化建設方案。

本文研究可為其他類似研究區域智慧水利框架下“河長制+大數據”河湖管護模式和智慧水利“一張圖”建設提供借鑒，促進河長制背景下智慧河湖發展。未來研究工作中，可以進一步優化數據采集步驟，提升河長制信息化建設水平■