生产建设项目动态监管信息移动采集和管理技术与应用

2016-12-20卢敬德伍容容罗志东

中国水土保持 2016年11期

关键词：数据管理水土保持建设项目

卢敬德，伍容容，罗志东，孙云

(1.珠江水利科学研究院，广东广州 510611; 2.水利部水土保持监测中心，北京 100053)

生产建设项目动态监管信息移动采集和管理技术与应用

卢敬德1，伍容容1，罗志东2，孙云2

(1.珠江水利科学研究院，广东广州 510611; 2.水利部水土保持监测中心，北京 100053)

水土保持；生产建设项目；动态监管信息；移动采集终端；云端数据管理

根据“天地一体化”动态监管技术对地面现场调查的支撑技术及设备提出的新要求，提出了一套生产建设项目水土保持“天地一体化”动态监管信息移动采集与管理解决方案，并结合生产建设项目监管示范任务，开发了一套集移动空间数据管理、高精度定位、远距离测绘、移动输出、无线数据传输通信、云端数据管理等先进技术为一体的水土保持监管信息移动采集系统，可有效提高现场信息采集工作效率，满足内外业实时数据互动、全国数据共享、历史数据统一管理等需求。

“天地一体化”动态监管技术以区域和项目为监管对象，针对典型项目，在无人机、移动采集系统支持下，通过地面调查，可全面掌握项目水土保持方案落实情况；针对典型区域，通过遥感解译、成果下发、各级协同调查[1]，可实现生产建设项目水土保持状况的全覆盖和准实时监管。该技术的提出，对地面现场调查的支撑技术及设备提出了新的要求，主要体现在：

(1)要有准确直观的空间信息展示和快速采集的辅助工具。现场调查工作是在遥感监测发现疑似违规建设目标的基础上进行的，工作人员在项目现场需要直观查看遥感影像、项目防治责任范围、扰动图斑和自身位置等俯视信息，然后结合地面观察情况，对项目的水土保持合规性作出判断；对于在项目现场发现新增违规扰动地块的情况，通过该工具可快速进行扰动图斑勾绘[2]、扰动记录等。

(2)要有支撑现场办公的电子化工具[3]。办公前移是水土保持信息化改革的一个内在技术要求，为支撑这一需求，现场复核/监督检查时工作人员所配备的电子移动终端系统应具备移动公文流转、移动审批、移动电子签章、移动输出等现场办公功能。

(3)监管业务、空间数据在各类终端设备间可无缝衔接。动态监管新技术涉及的数据成果存储量大、数据结构复杂，而且所涉及的数据存储和数据应用终端包括了服务器、计算机、智能移动终端等。这就要求这些结构复杂、体积庞大的数据能在不同的终端设备上无缝衔接和转移，以满足不同场合的监管工作需求和数据共享需求。

针对生产建设项目动态监管对支撑技术和设备提出的上述新要求，我们提出了一套生产建设项目水土保持“天地一体化”动态监管信息移动采集与管理解决方案，并在此基础上运用软件工程的方法设计了对应的水土保持监管信息移动采集系统软件。该软件在生产建设项目监管示范期间得到了用户不错的评价，具有一定的推广价值。

1 水土保持监管信息移动采集与管理平台设计

在分析前述问题的基础上，我们提出了一套生产建设项目水土保持“天地一体化”动态监管信息移动采集与管理解决方案，该方案由现场信息采集集成平台、云端数据管理平台两部分组成，两者之间通过计算机广域网或无线通信网进行数据交换[4](图1)。

图1 平台总体架构

1.1 平台构成及原理

1.1.1 现场信息采集集成平台

现场信息采集集成平台可将激光测距仪、便携式蓝牙打印机、照相机、高精度GPS、方位传感器等现场信息采集设备集成，并通过深度业务定制与现场信息采集工作有机融合，简化现场信息采集工作。现场信息采集集成平台由“离线数据管理及数据传输”“地图操作”“监督管理现场办公”“辅助设备/辅助传感器连接”等模块组成，并支撑以下地面调查需求：

(1)生产建设项目水土保持现场监督检查信息调查。通过现场信息采集集成平台，采集“水土保持工作组织情况”“水土保持方案变更、水土保持措施重大变更审批、水土保持后续设计情况”“表土剥离及保护和利用情况”“取、弃土场选址及防护情况”“水保措施落实情况”“水土保持补偿费缴纳情况”“水土保持监测监理情况”“历次检查整改落实情况”等项目信息。

(2)区域扰动状况调查。基于扰动状况合规性分析成果，针对区域扰动状况，通过GIS、GPS技术实现位置、面积等指标的复核及其图斑的现场勾绘，并采集现场的水土保持业务属性信息和多媒体数据。

(3)水土保持监督管理重点调查。实现对水保措施、取土(石、料)场、弃土(石、渣)场等水土保持监管重点对象的长度、坡度、面积、体积量测和业务属性信息及多媒体数据进行快速采集。①长度测量。现场长度测量有两种方案，一是利用移动采集设备GPS进行打点，并在系统中实现坐标投影转换，把地理球面坐标转换成平面投影坐标，从而计算出长度；二是直接利用集成的外设——激光测距仪，测量得到对象长度。②坡度测量。坡度测量是在长度测量的基础上，利用反余弦函数求得。③面积测量。利用移动采集设备GPS进行打点得到多边形图斑，并在系统中实现坐标投影转换，把地理球面坐标转换成平面投影坐标；将多边形分割成多个三角形并将每一个三角形顶点坐标代入海伦公式得出三角形面积，通过求和得到图斑面积。④体积测量。在面积测量的基础上，利用反距离权重法及插值算法计算高程，求得体积。⑤多媒体数据采集。在地面调查中常用的多媒体数据是照片，在采集现场照片的同时，自动同步采集拍摄地点(取自GPS)、拍摄方向(取自陀螺仪传感器)、拍摄时间(取自GPS)。

(4)现场办公。实现移动公文流转、移动审批、移动电子签章、移动输出等现场办公功能。

(5)数据管理。通过数据线连接，实现生产建设项目基本信息入移动库；生产建设项目矢量数据入移动库；生产建设项目图件自动批量入移动库。通过网络连接，实现生产建设项目基本信息在线下载、入移动库；生产建设项目矢量数据在线下载、入移动库；生产建设项目图件自动批量下载管理。

1.1.2 云端数据管理平台

生产建设项目动态监管工作涉及的数据包括业务数据和空间数据，数据量大、数据结构复杂[5]，需要专业的技术人员通过专业设备、软件在后台处理。云技术应用目的是把业务人员从这些繁杂的后台工作中脱离，使业务人员专注于业务本身[6]。利用云计算技术，构建从现场信息采集到云端存储的一体化平台，实现即时数据共享。该方案不仅可以在监测监管现场即时发送采集信息至管理部门，消除上报数据的滞后性，而且可大大提高信息共享能力及历史数据管理能力。

(1)海量遥感影像数据的存储与管理。“天地一体化”动态监管技术需要解决多期、多版本各种分辨率遥感影像及无人机航摄影像等海量数据的存储与快速调用、快速浏览展示等问题。通过在各级水土保持监管部门或其所在单位部署服务器、存储阵列、大型遥感数据管理软件及光纤网络，虽然可以在技术层面解决上述问题，但需要投入巨额经费，不利于在全国范围内推广。为了同时解决“天地一体化”动态监管技术体系中产生的海量遥感数据管理问题及经济适用问题，我们提出了云端数据存储管理服务的解决方案。本方案利用水利部基础设施云，通过集群应用、网络技术或分布式文件系统等功能，将网络中大量各种不同类型的存储设备通过应用软件集合起来协同工作，共同对水土保持监管部门提供数据存储和业务访问功能。在此方案下，用户无需购买、管理大量与遥感存储管理相关的软硬件及网络，只需要共同承担云端资源运行维护的成本。

(2)生产建设项目水土保持监管信息存储与管理。在“天地一体化”动态监管技术体系中，为了突出监管对象的位置信息，生产建设项目水土保持监管信息是以空间化对象的形式存储的。与遥感影像数据类似，生产建设项目水土保持监管对象也具有版本多、结构复杂、数据存储量大、需要专业地理信息服务软硬件支撑的特点。因此，云端数据管理平台也是实现生产建设项目水土保持监管信息管理的优化解决方案。

(3)数据导入导出。为了方便与各类型系统及桌面端应用软件交互数据，云端数据管理平台可利用GP服务技术，实现空间成果数据的导入导出[7]。

1.2 平台优势

方案充分发挥云计算与云存储技术的优势，集成激光测距仪、GPS、无线蓝牙打印机、陀螺仪等外设，简化了现场采集工作，提高了工作效率；集成云存储、云计算等技术，降低了遥感和空间数据管理技术门槛，降低了技术普及难度(表1)。

表1 解决方案与传统模式特点比对

2 “天地一体化”监管技术体系在生产建设项目水土保持监管示范中的应用

根据水利部的总体部署，2015—2016年7个流域管理机构和31个省(自治区、直辖市)采用“天地一体化”监管技术体系开展了生产建设项目监管示范工作[8]。示范工作的其中一项任务是开发水土保持监管信息移动采集系统软件。

水土保持监管信息移动采集系统软件围绕水土保持“天地一体化”动态监管示范工作的需求而开发，具备在线新建/编辑防治责任范围及扰动图斑等重要对象，一键导入项目数据(防治责任范围、扰动图斑等)，一键导出成果数据，数据属性/空间查询、统计分析等功能，可支撑生产建设项目水土保持监督检查内外业的流程化、规范化作业；同时，其动态便捷的历史版本管理功能，能够有效地提供完备的数据服务，如多样的数据分析功能及联动遥感影像、Web网络技术的交互性可视化设计等，能够为用户提供快速而可靠的决策支持，从而进一步推动全国生产建设项目水土保持监管的信息化建设。

2.1 水土保持监管信息移动采集系统技术框架

系统由表现层、应用逻辑层和数据层构成(图2)。

图2 水土保持监管信息移动采集系统技术体系结构

表现层负责界面显示及响应用户的操作事件，应用逻辑层负责处理系统业务逻辑，数据层负责管理系统数据。各层之间采用成熟的通用接口连接。分层方案的优点是各层相对独立，层内内聚，层间耦合，便于优化部署和维护。

2.2 系统功能

水土保持监管信息移动采集系统由“监督检查主要信息采集”“重要对象信息采集模块”“辅助传感器连接”“离线(移动)数据库管理”等4个二级模块组成，其功能及采集信息对象见表2、3。

2.3 水土保持监管信息移动采集系统应用情况

2015年生产建设项目监管示范工作开展以后，本系统在深圳市宝安区、广州市花都区、南阳市淅川县、重庆市渝北区等地做了第一批示范推广应用，共实地调查防治责任范围719个、扰动图斑1 167个。从系统的第一批示范地推广应用反馈情况看，使用系统后，普遍提高了现场到达效率和调查效率，简化了数据存储和共享的技术难度；同时，由于系统科学直观的特点，也使得项目建设方的重视度和配合度大大加强，从而提高了调查了解项目各项水保指标的效率。

表2 水土保持监管信息移动采集系统移动端功能详情

表3 水土保持监管信息移动采集系统数据采集对象

目前，该系统在水利部水土保持监测中心、长江水利委员会、黄河水利委员会、河南省水土保持监督监测总站、广州市水土保持监测站等200多个单位得到了应用。

3 结语

根据“天地一体化”动态监管技术对地面现场调查的支撑技术及设备提出的新要求，提出了一套生产建设项目水土保持“天地一体化”动态监管信息移动采集与管理解决方案，并结合生产建设项目监管示范任务，开发了一套集移动空间数据管理、高精度定位、远距离测绘、移动输出、无线数据传输通信、云端数据管理等先进技术的水土保持监管信息移动采集系统，有效提高了现场信息采集工作效率，满足了内外业实时数据互动、全国数据共享、历史数据统一管理的需求，取得了良好的推广应用效果。此外，该技术在水土保持监测、评估验收[9]、综合治理等其他水土保持业务方向上也具有一定的借鉴意义。通过横向拓展，可形成一套完备的水土保持移动信息采集系列产品，将水土保持信息资源进行更深更广的整合与共享，从而达到深化落实水土保持信息化整体战略的目标。

[1] 邝高明，亢庆，刘超群.基于高分辨率遥感和GIS的生产建设项目监管技术及示范[J].人民珠江，2016(4)：97-101.

[2] 庞丽峰，刘鹏举，唐小明.基于PDA造林作业设计野外调查系统的研建[J].安徽农业科学，2011，39(2)：856-858.

[3] 王斌.基于Android平台的信息采集软件设计[J].轻工科技，2015(5)：65-66,113.

[4] 朱小勇，黄玉琪，冯仲科.水土保持移动监测系统研究与开发[J].北京林业大学学报，2008(增刊1)：253-257.

[5] 陆锋，张恒才.大数据与广义GIS[J].武汉大学学报：信息科学版，2014(6)：645-654.

[6] 金时来.基于云端GIS架构的福建省水土保持综合信息平台初步设计[J].亚热带水土保持，2014(2)：66-70.

[7] 李勤文，岳彩荣，李永和，等.基于移动GIS的森林资源野外信息采集与发布[J].林业调查规划，2007(3)：10-13.

[8] 李智广，王敬贵.生产建设项目“天地一体化”监管示范总体实施方案[J].中国水土保持，2016(2):14-17.

[9] 贾国兴，付新红，杨斌.手持GPS在土地治理中的应用初探[J].内蒙古农业科技，2007(6)：111-112.

(责任编辑张培虎)

水利部科技推广项目(SF-201606)；水利部综合事业局拔尖人才培养专项资金研究项目(20150608-01)

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