四水干流及洞庭湖河湖管理信息平台研发

王在艾，吕慧珠，姚纪华

（湖南省水利水电科学研究院，湖南 长沙 410007）

引 言

湖南省作为年平均降雨量较大的省份，河流湖泊纵横，其中湘资沅澧四水干流总长3 000 km，洞庭湖区面积152 000 km2，水资源丰富是优势，但河湖管理工作的难度也很大。2019 年初，水利部提出水利工作的重心为“水利工程补短板、水利行业强监管”，并将其作为当前和今后一个时期水利改革发展的总基调。湖南省应按相关要求聚焦管好“盆”和“水”，把河湖督查和信息化作为重要手段，全力打好河湖管理攻坚战，逐步建立健全责任明确、协调有序、监管严格、保护有力的河湖管理长效机制。做好河湖管理工作，有利于生态环境保护，也关系到国家未来发展大业[1]。应不断推进河湖面貌改善的工作，维护河湖健康。

近年来，河长制已成为我国河湖管理机制中的代表形式。在河长制体系中，首先对工作机制进行了完善[2]。以信息共享制度为基础，定期上报河湖现场管理情况，对处理情况进行跟踪，督察河长制的实施情况以及履职情况。以建立考核问责机制为手段，对河长工作成绩进行考核，并根据时间周期对其验收[3]，为各项工作任务的落实提供制度保障[4]。

引入河长制对河湖进行协调管理，在取得显著成绩的同时也暴露出一些问题。河长制往往重点关注于部门之间的协调配合，而河湖管理工作具有专业性强、涉及业务类型多的特点，水利部门需要利用专门的信息平台进行监管。

本信息平台的建成能改变过去粗放型的河湖管理模式，实现河湖管理的精细化、规范化和信息化。

1 信息平台架构

1.1 总体架构

运用云计算、物联网、数据挖掘与分析、河湖管理综合数据库、水利一张图等新一代信息技术，在遵循水利信息系统运行规律的基础上，提出总体架构。总体架构由基础支撑层、数据资源层、服务平台层、应用平台层以及数据分析服务、服务监控、项目核查与系统信息安全体系构成。

1）基础支撑层。基础支撑层为整套系统提供基础的运行环境，该层包括基础硬件环境与基础软件环境。其中基础硬件环境由应用服务器、数据库服务器、存储设备、I/O 节点与交换机等网络设备组成。在应用服务器与数据库服务器上部署Linux 操作系统、数据库系统、缓存系统、分布式文件系统，为四水干流及洞庭湖河湖管理信息平台及数据库搭建基础系统环境。在此基础系统上部署相应基础软件环境，包括mysql、redis、tair、moosefs 等。数据流量通过Intranet 内网、Internet 外网、移动无线数据网和其它无线网络传输至数据中心进行汇总处理，同时也可以将数据中心传达的指令通过网络传输至终端或设施操作人员，实现河湖管理业务的数据管理与更新。

2）数据资源层。数据资源层以基础支撑层为基础，搭建四水干流及洞庭湖河湖管理资源数据库。该数据库包括以下几个子库：文件档案数据库，填报、审核人员数据库，四水干流及洞庭湖主要河湖数据库，四水干流及洞庭湖主要水利工程数据库，四水干流及洞庭湖主要监测站点数据库，四水干流及洞庭湖涉河其他工程数据库，四水干流及洞庭湖其他项目数据库，四水干流及洞庭湖河道划界、四水干流及洞庭湖河湖岸线利用规划等。并对这些数据库进行维护与更新，保障四水干流及洞庭湖河湖管理数据的及时性与准确性。

3）服务平台层。通过基础设施的建设，使物理计算、存储资源、数据资源通过系统实现统一管理和分配，实现各类服务的定制与管理。并可以根据需求动态地部署、配置和回收计算及存储资源，实时监控资源使用情况。该层包括数据库整体规范设计服务、数据采集管理服务以及数据服务管理系统，并提供对外接口、数据交换、数据分析等服务功能。

4）应用平台层。应用平台层主要是以服务接口的方式，实现对各类数据资源和计算存储资源的访问，开发各类应用系统。包括但不限于四水干流及洞庭湖河湖管理数字地图、四水干流及洞庭湖涉河湖项目信息报送与审核系统、“四水干流及洞庭湖管理”专业网站与“四水干流及洞庭湖管理”APP 客户端系统，实现满足用户实际需求的功能，通过Web、APP 等多种展现形式，为相关人员提供信息发布和业务管理服务。

5）系统安全体系。参照GB/T 22239-2008《信息系统安全等级保护基本要求》，建立物理安全、网络系统安全、操作系统安全和应用系统安全等体系。

总体架构如图1 所示。

图1 信息平台总体构架图

1.2 网络技术架构

该平台及数据库建设的网络架构由用户端、Internet 网络、网络安全设备、网络交换设备、负载均衡、应用服务集群、Cache 集群与数据库集群组成。

1）用户端及接入模式。用户端设备支持PC 端与移动端，并支持包括Linux、windows、IOS、Android 等多种操作系统，并可同时提供浏览器访问与移动端APP应用程序访问。用户通过Internet 网络，包括电信、联通、移动以及教育网，并支持VPN、IPsec 隧道等多种网络连接模式接入到信息平台与数据库。

2）网络及数据安全保障。网络安全设备包括路由器、防火墙、防病毒网关、IPS 等。按照《计算机信息系统安全保护等级划分准则》和《信息安全技术信息系统安全等级保护实施指南》的标准和规范，以保护“信息平台及数据库”为核心，从多个层面进行建设。在总体架构上将按照分区域保护思路进行，将“信息平台及数据库”从结构上划分为不同的安全区域，以安全区域为单位进行安全防御技术措施的建设，从而构成了分域的安全控制体系。

3）负载均衡及应用服务器集群。负载均衡建立在现有网络结构之上，它提供了一种廉价有效透明的方法扩展网络设备和服务器的带宽，增加了吞吐量，加强了网络数据处理能力，提高了网络的灵活性和可用性。把用户的请求分摊到多个应用服务器上进行执行，例如Web 服务器、FTP 服务器等关键应用服务器和其它关键任务服务器等，从而共同完成工作任务。

应用服务器集群是把应用平台中的服务器软件同时部署到多台服务器上，然后再利用负载均衡把用户的请求分发到后端的应用平台上，达到分流的目的。

4）Cache 及数据库集群。数据库集群，就是利用至少两台或者多台数据库服务器，构成一个虚拟单一数据库逻辑映像，像单数据库系统那样，向客户端提供透明的数据服务。

由于本系统是主要服务于省市县水行政主管部门、其他相关部门及人员的大型综合系统，为了应对大数据量、高并发量的数据库访问，一般在数据库前面加上一层Cache 集群，把一些热点、相对静态的数据存放在Cache 集群中，当应用平台访问数据时先在Cache集群里面查找相应的数据，如果Cache 集群里面有对应的数据，则快速返回数据；如果不存在相应要查找的数据，则从后端数据库中去查找数据，找到数据后返回给应用平台，并把相应的数据存入到Cache 集群里面，便于下次访问的时候加速。

网络技术架构如图2 所示。

图2 网络技术架构图

2 信息平台的主要功能

河湖管理信息平台建成后，用户通过个人电脑、手机可实现以下功能：

1）浏览河湖管理相关的新闻资讯、工作动态、政务信息，传递河湖管理文件、政策信息。

2）结合卫星遥感影像、数字地图，在线查看河湖及主要水利工程等的属性信息，分析河势演变、河湖岸线利用情况。用户通过手机APP，可以随时了解用户所在位置周边的涉河湖相关信息，包括河湖、堤防、泵站等信息；通过WEB 平台还可以查看更详细的相关信息。如图3 所示。

图3 涉河湖相关信息展示

3）涉河湖违法违规事件线上督查（拍照、定位），通过河湖管理APP，实现公众、管理人员对河湖管理过程中违法违规事件的“随手举报”。用户通过手机APP，可以对用户所在位置周边的涉河湖违法违规问题随时进行上报，可通过选项的方式输入所在河湖、类型、问题来源、问题描述等信息，同时可现场进行拍照、录像；可对手机APP 上报、信息平台录入的问题进行查询，按不同的状态、行政区域对问题进行筛选，可针对分配的问题进行现场核查；用户还可以对本人报送和核查的问题记录进行查看。如图4 所示。用户通过WEB 平台，可对涉河湖违法违规问题进行全流程的管理，包括问题初审、核查任务分配、核查确认、终审等，如图5 所示。

图4 涉河湖问题报送、核查

图5 涉河湖问题管理

4）四水干流、洞庭湖区涉水项目核查。基于遥感影像实现河湖岸线建（构）筑物等信息识别，进行现场核查以及在线对核查情况进行管理和查看等。

5）建立河湖管理数据库，收集、整理河湖管理数据，并根据数据权限向相关单位提供数据共享服务，通过数据挖掘和分析等为河湖管理决策提供技术支撑。

3 结 论

四水干流及洞庭湖河湖管理信息平台应用移动互联网、图像视频压缩、GIS 等技术，将河湖管理相关数据入库并通过WEB 端和手机端进行展示，对河湖周边违法违规问题进行现场核查和监管，有效封堵河湖监管漏洞，实现业务数据的可追溯。信息平台的研发和应用对河湖管理流程的规范化和信息化，提高河湖监管效率和质量，维护河湖健康具有重要意义。