庆阳市水土保持信息化智能管理平台研发初探

张亚飞，张 栋，余红兵，赵彦斌，杜子文

(1.庆阳市水土保持生态环境监测分站，甘肃 庆阳 745000；2.武汉卓兴创信息技术有限公司，湖北 武汉 430000)

当今全球信息化飞速发展，信息化水平已成为衡量一个国家和地区现代化水平的重要标志。党的十八大报告中明确提出坚持走中国特色新型工业化、信息化、城镇化、农业现代化道路，要求实现信息化与新型工业化、城镇化和农业现代化的深度融合。党的十九大报告中进一步提出推动新型工业化、信息化、城镇化、农业现代化同步发展，主动参与和推动经济全球化进程，发展更高层次的开放型经济，不断壮大我国经济实力和综合国力。信息化已成为全面建成小康社会和全面深化改革开放总目标的新“四化”之一。2008年以来，水利部先后印发了《全国水土保持信息化发展纲要(2008—2020年)》《全国水土保持信息化规划(2013—2020年)》《全国水土保持信息化实施方案》《全国水土保持信息化工作2015—2016年实施计划》《全国水土保持信息化工作2017—2018年实施计划》，明确了水土保持信息化工作的实施目标、主要任务和进度要求等[1-2]，水土保持信息化工作正在全面快速发展。

目前，依托全国水土保持监测网络和信息系统建设一、二期工程，水利部建成了全国水土保持信息管理系统，长江水利委员会、黄河水利委员会等流域机构和北京、湖北、贵州等省(市)建成了各自的专业信息化管理系统[3-4]。为了提高庆阳市水土保持信息化管理水平和信息化程度，2015年庆阳市水土保持管理局及时进行安排部署，庆阳市水土保持生态环境监测分站与合作单位武汉卓兴创信息技术有限公司进行了大量调查研究，讨论制订了《庆阳市水土保持信息化工作实施计划》。2016年，庆阳市水土保持信息化智能管理平台初步建成，该系统由首页、自然环境、社会经济、土地利用、监测评价、综合治理、监督执法、淤地坝建管、机构建设和系统管理等10个模块构成，随着模块不断优化、系统不断升级、功能不断开发，平台的使用价值将逐步得到体现。

1 应用平台

庆阳市水土保持信息化智能管理平台基于Java开发的Web系统，以计算机、前端采集专用设备、智能终端设备为硬件平台，后台部署于数据库服务器和发布服务器上，运行环境为Windows Server版服务器系统。平台采用B/S架构的方式进行搭建，通过网页的形式访问系统[5]。技术路线上采用了界面表示层、业务逻辑层、数据访问层的三层结构实现业务操作的交互。

2 平台建设

2.1 平台框架结构

(1)平台部署架构。系统平台采用B/S架构进行搭建，部署架构见图1。系统部署要求一套发布服务器和一台数据库服务器。发布服务器用于存放发布应用程序，为用户提供应用服务；数据库服务器用于存放数据及相关资料，为用户提供项目数据和相关资料。从系统部署成本角度考虑，发布服务器和数据库服务器可以同时部署在一个服务器上，但是需要做好数据外部设备的备份工作。服务器部署与机房所在的网络环境一般处于同一个内部网络，即所谓的内网。在内网访问系统可以直接通过交换机访问系统。网络之外的用户，则必须经互联网通过地址映射访问到内部局域网的发布服务器来访问系统。

图1 平台部署架构

(2)平台结构框架。平台组成主要包括服务器设备、平台数据管理、平台应用系统、信息查询管理、外业采集系统和智能移动终端等六大部分。服务器设备部分是平台建设的基础，是平台数据资料存储和运行的依托，主要由数据库服务器和发布服务器两部分组成。用户通过平台的数据管理部分对服务器上的数据资料进行集中化管理，在此基础上用户可以通过平台应用系统进行相应业务的分析和应用，一般用户可以通过信息查询管理部分访问系统并进行数据资料查询。外业采集人员通过外业采集系统部分进行信息的采集和上报，并将数据提交到服务器上进行存储，决策管理的用户随时可以通过智能移动终端设备浏览、查询系统数据。

(3)平台功能架构。平台的搭建分为数据库服务、权限分级控制、业务应用服务、数据信息管理、数据备份管理、系统信息管理、数据查询统计、数据表样输出、数据分析应用、数据资源共享、外业现场采集和智能移动应用等12个功能应用部分。

2.2 技术难点

平台建设技术难点：一是现代信息技术与水土保持业务的有效集成，平台程序设计与水保业务数据的有机融合；二是不同县(区)用户通过无偿共享和有偿共享两种模式实现对水土保持数据的共享交互；三是移动终端设备的信息采集技术、GPS定位技术、移动终端设备与服务器的通信技术、移动终端设备之间数据实时通信和交换共享技术、离线数据的压缩和组织管理等。

2.3 建设目标

(1)通过信息技术与水土保持业务的研究开发和有机融合，建立庆阳市水土保持信息化智能管理平台，实现各县(区)水土保持数据集中存储、统一管理、高效应用，解决因时间久远造成数据资料丢失或保存不全、各类数据资料存放分散、查找使用不方便的问题。

(2)通过建立平台实现县(区)用户数据的快速统计分析汇总，报表及时定制输出，解决统计口径不一、工作效率低下、准确率不高、成果分析汇总缓慢的问题。

(3)利用平台高效强大的功能，通过建立数据资源共享机制，实现各县(区)用户之间数据资源共享交互。解决各县(区)之间整体工作掌握不够、信息交流不畅、资源不能共享、造成重复工作等问题。

(4)通过平台智能移动终端系统应用，实现水土保持数据外业现场采集、实时上报和应用查询。

2.4 实施原则

(1)标准化原则。平台建设的一个主要任务是对庆阳市水土保持各类信息数据进行标准化整理和录入。整理和录入需按照规定的格式、标准代码进行，符合国家标准和业务需求[6]，尤其必须遵从《水土保持数据库表结构及标识符标准》(SL 513—2011)、《水土保持信息管理技术规程》(SL 341—2006)等相关规定。

(2)急用先行原则。由于资金有限，平台建设不可能一步到位，因此根据基础和业务工作需要，将平台建设分几个阶段进行。依据急用先行的原则，第一阶段是完成平台服务器设备的搭建、水土保持各项基础数据的管理、用户信息的管理、权限的分配控制管理、数据的查询统计及分析输出等功能，第二阶段将对平台的应用系统、外业采集、智能移动终端应用进行建设。

(3)实用性原则。平台建设以服务水土保持信息化管理业务为根本目的，在操作和使用上必须以实用性和灵活性为原则，让用户操作实现可见即可得。

3 数据库设计

水土保持数据库将水土保持信息主要划分为基础信息数据库、业务信息数据库、管理信息数据库、成果数据库。基础信息数据库主要包括系统应用所涉及的行政区划信息、流域信息等；业务信息数据库主要包括系统中所涉及的各项业务数据信息；管理信息数据库包括系统使用过程中涉及的部门信息、用户信息、权限信息等；成果数据库主要包括进行年度统计分析汇总的数据。

4 功能设计

4.1 权限控制

平台要能够体现出权限控制对于组织架构的支撑，提供基于部门、用户、角色的权限控制及设置。需要提供如下几点的管理功能。

(1)提供部门管理功能，可以配置部门所管辖的区域信息和部门下属的人员信息，通过部门所管辖的区域，确定部门人员录入和访问的数据范围。

(2)提供用户管理功能，可配置用户安全性要求，如密码长度、有效期、用户状态等。根据需要可配置用户系统访问安全级别、用户基本信息(姓名、地址、电话等)，以及用户的公司属性等。

(3)提供基于角色的安全管理。系统需要针对不同登录用户的角色进行不同的安全管理，如可使用的模块、可查看的信息、可操作的功能等。这个管理功能将影响用户对于系统的操作权限。

4.2 系统配置

系统配置主要包括角色配置、部门配置、用户配置、权限配置。按照前后顺序，首先需要确定的是系统使用中需要配置几种角色，不同的角色做的事情不同，系统提供的功能模块也有所不同；其次是确定使用系统的部门，以及部门所涉及的管辖区域信息，据此系统可以对部门所访问的数据进行控制；再次配置各部门使用系统的用户信息，并由管理员把用户信息录入到相应的部门下；最后就是给各用户分配相对应的使用权限，实现不同的用户完成不同的业务内容。

4.3 信息录入

信息录入功能包含自然环境、社会经济、土地利用、监测评价、综合治理、监督执法和淤地坝建管等模块中的数据信息录入。

4.4 信息编辑

如果录入的业务信息有误，那么可以通过一定的流程由专人进行信息的编辑和修改，具体操作流程可以进行定制。

4.5 信息查询统计

统计分析模块是系统的主要应用模块，数据录入并编辑无误后，可以按照行政区、项目、流域、时间等分别进行数据的统计、分析与查询。查询过程中查询字段可以任意选取和组合，以满足各种查询要求。

4.6 报表输出

用户可以根据检索出来的数据生成相应格式的报表，如按年份查询数据生成报表功能、按县(区)查询生成报表功能、按单项措施查询生成报表功能等。

4.7 数据备份恢复

系统录入的数据必须做到定时备份，以防止因服务器崩溃而造成的数据丢失。因为在建设过程中必须充分考虑数据的安全性，所以数据备份和恢复模块是系统所必须的。

5 平台后期建设规划目标

平台第一阶段的建设内容是搭建庆阳市水土保持信息数据库系统，完成对开发的各模块数据库的建设和管理工作，对数据库中的数据按照安全权限分级情况进行录入、编辑、查询、统计、输出等操作，并对数据库中的数据进行手动备份。经过平台的试运行和正式发布使用，第二阶段的工作主要有两部分：一是平台的运行维护，现有功能的完善升级；二是平台应用系统的建设。

5.1 平台运行维护，功能完善升级

在系统平台运行过程中，需要提供技术支撑、系统运行维护等工作，以确保平台运行的稳定性。在实际应用中，可能存在着实际与设计不相符的情况，需要按照实际业务需求进行修改和完善，不断提升系统现有功能的全面性和实用性，确保平台更好地服务于业务工作。维护完善升级工作主要包括以下几个方面：

(1)平台的技术支持。对平台在运行过程中出现的各类问题给予技术上的支持。

(2)平台的运行维护。对平台在运行中出现的各类问题及时开展相关的运行维护工作，确保平台运行的稳定性。

(3)平台业务功能完善。针对平台中现有业务功能，在各县(区)实际数据资料录入过程中发现的功能不足问题，进行及时的修改完善。

(4)业务表格数据的完善。对业务表格数据中存在的业务指标项不全、冗余等问题及时进行调整。

(5)操作界面的优化。对系统操作页面不人性化的地方，或操作不灵活的流程进行进一步的修改和升级。

(6)权限控制的完善。对各县(区)用户的权限控制不到位或权限涉及范围不足的地方进行调整，以便各县(区)用户更灵活地调取数据。

(7)数据输出的优化。随着业务工作的不断变化，不同阶段对数据输出的格式有不同要求，这就需要在平台实际运行中及时调整，以确保输出数据格式满足业务应用的要求。

(8)数据库备份机制的优化升级。由于数据库的备份工作采用人工手动配备，因此可能出现数据丢失的情况。将数据库的备份机制升级为系统自动定时备份，同时有工作人员采取异地数据备份的双重备份机制。

5.2 平台应用系统的建设

在平台基础数据管理的基础上，第二阶段的建设工作将启动对平台应用系统的建设，通过平台的功能架构设计，主要建设内容为数据应用分析、数据资源共享、外业现场采集、智能移动终端应用。

(1)数据应用分析。对系统数据资料的统计分析，主要是各县(区)数据资料的汇总分析、各项目指标的统计分析、各年度数据的统计分析汇总，以图表的形式展示，并将分析结果以成果表的形式输出。

(2)数据资源共享。为满足各县(区)用户对系统中各数据资源的共享使用，具体操作中可以是有偿使用、无偿使用两种模式，同时为了提高用户的使用积极性，可以对各用户采用积分奖励的形式，根据各自积分获取相对应的共享数据权限。

(3)外业现场采集。利用移动终端设备的多样化数据采集手段，按照水土保持业务工作的数据采集要求，现场实时采集图像、坐标位置等信息，绘制区域形状并实时录入调查信息，在互联网畅通的情况下，可随时将采集的数据上传到后台系统服务器上。

(4)智能移动终端应用。通过安卓手机端或平板电脑等设备，实时访问系统中各县(区)的项目资料信息，并查看项目各项指标的统计汇总信息，为相关人员提供便捷高效的系统访问形式。

6 结 语

利用互联网技术、4G网络技术、中央存储技术，结合庆阳市水土保持业务实际需求，搭建一套适合庆阳市水土保持工作要求的信息化管理平台，为水土保持规划、治理、监督和监测等提供有力支持，可以形成以下技术成果：①符合水利部、黄河水利委员会水土保持信息化数据建库标准，满足实际工作需求的庆阳市水土保持数据库；②探索形成庆阳市水土保持信息化平台数据资料收集、整理和录入的规范化操作流程；③探索建立一套庆阳市水土保持数据资源共享机制，实现各县(区)用户之间的数据资源共享交互；④通过庆阳市水土保持信息化智能管理平台建设，利用移动互联网技术，实现数据标准化录入、集中统一存储、高性能应用统计分析、数据资源共享使用和移动终端外业采集系统应用。