水域数字化管理系统设计

2019-02-14樊青松

浙江水利科技 2019年1期

樊青松

（温岭市水利局，浙江温岭 317500）

1 问题的提出

随着社会经济发展和城市化进程的不断推进，人口聚集，人水争地矛盾日益突出，水域管理难度越来越大，而伴随着社会的进步，人们对美好生活的向往对水域管理提出了更高的要求，水域管理面临新的机遇和挑战。长期以来水域数据的管理主要依靠手工作业的方式，由于数字化含量低，很多的资料和数据都是以纸质形式存放在档案室或个人手里[1]，信息传递效率低下，束缚着水利部门管理者与政府决策者的手脚，制约水域管理效能的提升。当前，新一轮信息革命正引领人类从工业文明加速向信息文明转型，数字化、网络化、智能化在生产生活领域的深度渗透，深刻改变了水域保护管理的基础环境，传统的、手工化的水域管理模式遇到严峻的挑战，已经不能适应水域管理现代化和决策科学化的需要，与时代发展的要求、改革治理的需要、社会公众的需求相比，还存在不少差距和短板。在国家加快建设数字中国、发展数字经济、实施大数据战略的大背景下，探讨水域数字化[2]管理非常必要，具有重要的现实意义。

2 水域数字化管理模式

面向对象[3-4]是一种对现实世界理解和抽象的方法，对象不仅能表示具体的事物，还能表示抽象的规则、计划或事件。因此借用对象的概念来描述水域的状态和行为更有助于水域的保护管理。为此将水域按其类别、时、空特性进行对象标识、单元化组织和构件化管理，其目标是聚焦管好水域空间及其水域岸线、水体，打造人与自然和谐共生的水域新格局，还水域以美丽健康，主要手段是以信息化、移动通信、大数据等技术来处理、分析和管理水域，促进水域水流、数据流、资产流的通畅与协调，从而实现精确、敏捷、高效、全时段、全方位覆盖的水域管理模式。水域数字化主要内容包括水域管理对象身份证化、管理职责单元化和管理运行构件化：

（1）管理对象身份证化。主要是对水域管理对象进行标识，就是把水域的江河、溪流、湖泊、人工水道、行洪区、水库、山塘等及其管理范围、水体岸线、交叉建筑物等水域管理对象都纳入水域数字化管理的范畴，给每个管理对象配上一个“数字身份证”进行注册登记，建立相应的身份名录，对每个对象上发生的行为（如占用、补偿、维修养护等）都定义为事件，通过事件的关联管理将水域管理责任精准落实到位。如果河道上的水闸坏了，堤防有了隐患，在数字化系统的支撑下，相关责任人和部门就会在第一时间发现并解决问题，从而实现以更先进的技术更快地发现问题、更有效地解决问题、更好地监督考核，更精细的行业监管。

（2）管理职责单元化。将水域管理职能、管理机制、运作模式、组织结构等管理基础全面数字化，以行政区域、小流域或河段区域作为管理单元[5]，将水域空间单元化，在单元内有效整合信息和管理资源，开展信息采集、事件处置、水域服务、政策宣传等管理服务工作，综合分析水域管理形势和精细分析水域管理内容，对水域运行状态做出预判、预测、预警，实现水域管理运行状态的全面可视和监测。按照综合履职的要求，由单元责任人及时采集单元水域动态信息，更新水域各类综合信息，努力实现信息全掌握、诉求全收集、服务全覆盖、工作全到位。同时按规定通过单元内巡视，发现水域管理问题后利用无线智能终端进行问题信息的采集并上报至数据中心、对已解决的问题进行检查确认，并将信息反馈至数据中心，对事件的处置尽可能在本层级处置，责任人自己能解决的要及时处置并留下记录（如日常类信息，现场处理并上传登记备案），不能解决的（如协调类信息，现场受理上传同时将结果反馈给服务管理对象；重点类信息和突发性事件，按层级报告，协助相关部门紧急处理）上报数据中心由数字化平台推送到相应的部门进行联动处置并留下记录，避免推诿扯皮现象和违法、违规行为的发生与事态扩大，真正实现管理责任的区域精细化。

（3）管理运行构件化。应用面向对象的分析方法，将水域作为系统进行建模，将每个单元内的水域管理对象，如江河、溪流、湖泊、人工水道、行洪区、水库、山塘等及其管理范围物化为单元构件[6]，构件具有属性、功能、状态等特征，每个构件可以封装、继承，有自己的属性、功能和方法。对构件上发生的事项定义为事件，如疏浚、保洁、违建、整治、建设等。对事件信息一方采集、多方共用，事件信息可采用包括文字、照片、视频、音频等多种信息表达方式，事件采集时在自动获取事件发生的现场位置地理坐标的同时，对事件现场的地名、特征建筑、事件本身也应进行清楚、准确、完整的描述，其中照片应清晰反映问题的全貌、关键性局部特写，视频应清晰反映事件经过，问题所在，录音应语音清晰、语句简短完整。水域构件化可使水域状态及其行为精准化，通过构件的组装、配置和控制可以实现水域动态监管，维护水域公共安全，从而提升水域管理工作的高质量。

水域数字化管理模式见图1。

图1 水域数字化管理模式图

3 数字水域总体框架

水域数字化管理是依托数字化手段，在现有的信息技术基础上，对水域管理理念、职能、制度、行为、组织的全方位变革，通过构建一个通用的基础信息平台，采用数字化的方式，完善水域信息资料采集、分析、整合等各个环节，对水域管理业务流程进行整体优化再造，促进各类信息的无缝对接，对水域空间进行一体化管理，统筹实施水域空间管控体系，建立更加扁平、高效、灵活、协同的业务流，全面推动水域监管行为数字化，实现跨部门、跨层级的协同管理。在内容架构上，水域数字化主要包括（见图2）：

（1）全面立体的物联网感知能力。通过物联网技术对水域管理单元及构件进行监控、传输和分析，使水域管理信息平台具有动态实时的监管能力。

（2）全过程的水域保护监管。通过信息资源整合、信息共享，获取水域运行管理的数据支持，真正形成水域管理的信息监管中心。通过加强水域运行数据的聚合分析能力和必要水域管理运行体征的预警预报和体征分析能力，形成“事前、事中、事后”全程监管机制。

（3）多层次的水域开发利用。水域保护开发是数字水域建设的方向，注重从人们对美好生活的向往出发，强化民众的参与，提供平台实现民众与政府的良性互动，让更多的人参与到水域保护、开发、利用、管理中来，汇聚公众智慧，不断推动管理创新、开放创新、大众创新、协同创新，形成全方位、多层次的水域空间管控体系，这样使得水域的治理保护更能有序、有效、保值增值，同时也为水域科学、综合管理提供帮助。

（4）全方位的数据共享服务。目前不同管理部门拥有各自分管的水域数据，而数据的权属和维护工作属于各管理部门，如河道的归河道部门、水库的归水库部门、山塘归农水部门，执法事件又分散到不同部门，水域数字化应向各涉水管理部门提供相应的地理空间信息和属性信息，让每个权属单位更好的了解自己的工作范围和做好水域的维护工作，水域的保护也由原来的部门分散管理、分别监督转变为集中维护、协同保护的体制机制，形成多方参与水域保护管理服务体系。

图2 水域数字化管理框架图

4 功能设计

4.1 水域一张图管理

水域一张图管理，主要是以时间和空间的框架实现水域信息资源的整合（见图3），将水域基础数据、专业数据、管理数据、社会人文、地形图、正射影像图等相关数据单元化、构件化后落实到不同的地图图层上，形成水域一张图，使水域管理对象在管理区域中的精确定位，构建水域图文一体化的协同工作环境；同时可根据需要任意组合叠加显示，实现对水域水域管理全局情况的总体把握，以了解相互之间的关系和规律。在水域数字化管理系统中，水域空间数据采用.shp或.gdb格式，平面坐标系统采用CGCS国家2000坐标系，高程系统采用1985国家高程基准，数据精度要求达到1∶2 000地图比例尺以上精度。属性数据包括河流水系、池塘、水库、山塘、堤防水闸、湖泊、拦河枢纽、交叉建筑物、视频监控、社会经济、遥感影像、全景图等。通过一张图整合水域全信息，对水域管理实现图、文、表、业务管理一体化管理，贯通水域管理业务，支撑水域保护管理协同办公、信息共享。

图3 水域一张图管理框架图

4.2 水域保护动态监管

基于天空地一体化的水域环境监测网络对区域内水域面积进行动态监测（见图4），围绕基本水面率、水域功能与占补平衡情况等水域保护指标对水域面积、容积、功能、利用状况等内容进行监测和评价，采用高分辨率遥感影像结合单元实地巡查监管提升天空地一体化监测的频率与精度，构建水域环境安全体系确保本行政区域内的水域面积不减少、功能不减退，从而创新水域动态监管模式，为水域的科学有效管理提供技术支持。

图4 水域变化动态监测图

4.3 水域开发利用

水域开发利用主要包括涉水项目审批、涉水项目监管和移动监管等功能。

（1）辅助审批：通过GIS空间分析功能，可以对涉水项目空间数据与水域及其管理范围进行叠置分析，计算涉水项目落入管理范围或水域范围的面积，统计线性项目涉及河湖数量，量算点状项目同岸线或管理范围之间距离等，辅助判断涉水项目平面信息是否符合水利相关规定要求。

（2）涉水项目监管：主要是对批后项目监管及对监管方监督考核，集“三监”（监测、监视、监管）于一体。系统包括：①监管项目审批信息及监管信息的列表展示：用户轨迹、监管上报内容与当前位置的实时查看；②监管智能辅助：根据相关法规、条例及项目批文，结合监管情况，自动做出监管参考意见或对问题的处理措施，以辅助监管决策工作。在定期监管与临时性监管工作过程中，实时记录监管工作人员的轨迹，并与用户拍摄的现场图片、监管频次、监管时间等内容进行对比分析（如将GPS轨迹与监管任务路线进行对比，避免用户没有去现场的随意填报行为；将现场照片中EXIF信息中经纬度与现场轨迹进行对比，避免用户随意拍摄的问题等），作为监管工作考核依据，管理人员实施掌握监管工作人员的工作状态，提高监管执法在线化水平。

（3）移动监管APP：通过移动端APP实现对水域及管理数据展示、查询、定位等功能，辅助水域管护人员户外巡河检查过程中可以实时查看相关信息。监管人员通过移动端APP进行监管项目信息的查询与监管信息的录入和上报，核心功能通过后台服务的形式实现。根据管理员发布的监管任务，包括根据项目实施进度定期监管工作与因特殊目的临时性监管工作，通过APP可以导航至监管项目区域，并以任务的形式，提示监管用户检查内容，如需要去指定位置拍照，需要查看指定监管内容等，在用户完成所有任务后，将监管内容提交至后台系统中。水域移动监管见图5。

图5 水域移动监管图

4.4 水域共享服务

水域数据共享服务主要包括数据交换、运行管理台帐（档案）和绩效评估等功能。

（1）数据交换。主要是对水域基础信息、水域管理信息、水域业务信息提供共享和交换，满足跨部门跨层级的使用要求，提高水域协同管理效能。

（2）档案管理。将对所有留存的档案资料文件扫描信息化处理，建立电子档案库，同时，将档案所涉及水域内容空间化，形成涉水审批空间数据库，并完成系统平台的查询、调阅与展示功能。对于新立项项目可通过系统直接录入审批信息并上传相关附件，形成电子审批档案。系统提供电子档案资料的管理，具备权限的用户，能够下载、查看相关资料内容。可上传、编辑、删除权限的管理员用户，录入、上传、编辑和删除相应的资料，对资料进行维护。

（3）绩效评价。绩效评价主要是对水域管理的各方面进行考核评价，主要包括水域变化、水域事件、管理过程、工作绩效等内容，以水域单元为评价对象，对单元内构件通过对历史数据的运算统计，生成单元水域管理效果的数据列表，并按不同的颜色直观地显示单元区域管理效果和不同构件发生的主要事件，既能监督水域管理中发生的具体问题，又能监督管理和执法质量。