江苏省水土保持监测与管理信息系统建设的实践与探讨

张 嫱，郭红丽，吴 芳，李 盟，张 雪

(江苏省水文水资源勘测局，江苏 南京 210029)

当前，全球正处于信息化高速发展的时代，信息化水平已经成为衡量一个国家和地区现代化水平的重要标志[1]。党的十九大报告要求“增强改革创新本领，保持锐意进取的精神风貌，善于结合实际创造性推动工作，善于运用互联网技术和信息化手段开展工作”[2]。通过前期水利信息化工作的推进，目前江苏省水利信息采集、数据存储管理等设施基本配套，初步形成了对业务应用的支撑，提高了防汛抗旱、水资源和水行政管理水平，在改造传统水利、发展民生水利、提高管理服务能力等方面发挥了重要作用。

水土保持信息化是水利信息化工作的重要组成部分，更是水土保持工作可持续发展的重要支撑，其对于践行绿水青山就是金山银山的理念，推动水土保持高质量发展，统筹山水林田湖草系统治理具有重要作用。江苏省水土保持监测与管理信息系统于2018年开始建设，2019年开始逐步投入使用，全面提升了水土保持决策、管理和服务水平。

1 系统建设方案

江苏省水土保持监测与管理信息系统涵盖了水土保持监测评价、监督管理等核心业务的信息化需求，包括水土保持预防监督信息系统、水土保持监测评价系统、水土保持综合治理信息系统、移动终端采集处理系统、基础信息管理系统共5个业务应用子系统，实现了以“云存储和数据中心”为主要方式的水土保持信息存储体系，形成了“小流域基本管理单元、区域和流域两种逻辑”为主要思路的水土保持信息管理体系。

1.1 系统设计原则

江苏省水土保持监测与管理信息系统力求科学、合理、经济、系统，以最小的投资获得完整、准确、及时的水土保持信息，以尽可能少的信息采集站点了解区域水土流失动态。因此，本项目遵循以下原则：

1.1.1 实用与先进

系统设计充分考虑江苏省水土保持工作的特色和亮点，满足江苏省水土保持监测、监督和治理的基本业务管理需求，突出实用性。重点设计了监测数据分析评价、土壤侵蚀计算和监督分析评价等模型化、定量化的全国领先的水土保持分析系统。

1.1.2 可靠与可扩展

系统和数据库设计遵循国家信息系统开发和水土保持数据库设计的相关标准规范，保障了系统的稳定可靠。同时，兼顾江苏省水利信息化建设现状和国家水土保持信息化建设的相关要求，预留了相关接口。

1.1.3 友好与可操作

系统整体结构清晰、严谨、界面友好、形象直观、易于操作和管理，并能满足今后数据持续管理的要求。

1.1.4 高效与安全

各类信息自下而上，可逐层提炼、归纳、合并，减少冗余，提高空间信息输出效率和地理信息表达效果，面向较复杂应用，使系统能够进行高效和快速的数据传输与处理。系统具有完善的安全保密措施，可防止机密资料的丢失和各种越权访问。

1.1.5 需求与应用

以水土保持业务工作的新需求为导向，选择实用先进的信息技术，建立可配置和易扩展的应用系统，通过水土保持信息化提高工作效率和成果质量，全面促进水土保持核心业务的信息化应用体系建设。

1.1.6 整合与共享

以江苏省水利信息化框架为基础，充分利用水利信息化基础资源，避免低水平的重复建设，通过统一的信息资源共享平台，促进资源共享，节约成本，提高水土保持信息的利用效率。

1.2 水土保持预防监督信息系统

实现了对生产建设项目水土保持方案的监管，可对列入监管项目的水土保持方案、动态监督检查信息进行持续更新和维护，并通过“天地一体化”监管方式开展水土保持遥感监管，便于业务人员全面、及时地掌握生产建设项目水土保持工作的落实情况。

1.2.1 首 页

省级和县级通过地图展示和列表查询定位联动方式展示项目全生命周期所有内容，同时链接“天地一体化”监管结果，进行影像图斑对比。基于空间三维地图、平面二维地图、统计图、统计表等多种展现手段，从行政区划、小流域角度实现了对预防监督数据的综合展示，对生产建设项目的水保情况做整体信息的展示。

1.2.2 项目方案管理

水土保持监督管理程序一般为：申报—登记—审批—收费—监督检查—验收，即首先由生产建设单位或个人在生产建设项目动工之前，向水行政主管部门及其水土保持监督管理机构说明有可能产生水土流失的情况，水行政主管部门根据申报材料的情况，对所有相关的生产建设单位和个人分别登记，对其申报的水土保持方案进行审查批准，依法征收水土流失防治费和水土保持设施补偿费，并对管理对象是否遵守法律、行政处理决定、行政处罚决定的情况进行监督和检查，最后按照技术标准和审批的水土保持方案，对其所建设的水土保持设施进行竣工验收。

将生产建设项目水土保持方案编报和水土流失监测、水土保持监理及设施验收等信息分阶段录入系统管理，实现水土保持管理机构、方案编制单位、监测单位和监理单位4类用户共同参与，实现水土保持方案审批、事中监测监管、验收评估、规费征收等水土保持项目管理阶段的要求和网络化、实时化管理，有效提高了生产建设项目水土保持行政管理效率、动态监管能力和社会服务水平。

1.2.3 项目监管

设计资料矢量化是对生产建设项目设计资料(所有项目均有水土流失防治责任范围图，重点项目除水土流失防治责任范围图外，还包括水土保持措施布局图及水土流失防治分区图等设计图件)进行管理，支持对其空间地理坐标信息和属性信息的浏览、查询、编辑和删除等。

1.2.4 区域监管

对特定区域开展生产建设项目水土保持监管工作，利用遥感开展区域内生产建设项目扰动状况监管，获取区域生产建设项目空间分布、建设状态和整体扰动状况，同时可将省、市、县三级用户审批生产建设项目防治责任范围及时入库，包括遥感影像、解译标志、扰动图斑、合规性判断成果、现场复核和成果整理审核成果等，实现生产建设项目合规性的分析评价，实现省、市、县三级用户对生产建设项目水土保持工作的实时监控，为水行政主管部门开展监管工作、查处“未批先建”“未验先投”等违法行为提供依据。

1.3 水土保持监测评价系统

水土保持监测评价系统主要借助自动监测设备、遥感卫星、监测评价移动终端，实现对定点监测数据、区域动态监测数据管理，形成水土保持监测成果报告。

1.3.1 定点监测

定点监测是为水土保持业务人员提供监测点数据查询与管理的工具，可为区域动态监测提供数据支撑和成果校正等：实现监测站运行维护、仪器设备工况信息和监测数据的管理需求，包括径流小区和控制站的径流泥沙数据、降雨、气温、蒸发等气象数据；实现省、市两级水土保持管理机构对各点采集数据的审核管理，包括坡面径流场(含径流小区)、小流域控制站、雨量站等监测点空间分布信息、设备设施信息、多媒体与管护等信息整理入库管理；对监测点上报的径流、泥沙、降水、气温、蒸发等数据的查询、统计和审核；自动获取灌区类监测、水文类监测和工程类水情站网的观测数据，与水土保持定点监测数据有机融合，辅助水土保持管理工作。

1.3.2 区域监测

实现动态监测数据处理、动态监测数据管理、野外调查单元原始数据管理、野外调查单元空间数据管理等功能；实现省、市两级水土保持监测管理机构对水土流失年度动态监测数据的管理、分析应用等功能，包括地形、降雨、植被、土壤K值、水土保持措施等水土流失影响因子，年度土壤侵蚀模数等数据和矢量图的管理；实现水土流失动态监测数据的查询、统计、分析、应用等基本功能，满足各级水土保持管理部门决策需求。

1.4 水土保持综合治理信息系统

以治理项目和生态清洁小流域全周期管理为设计理念，实现综合治理规划、计划及实施方案等项目档案资料的管理和施工进度的监管，为开展规划设计复核和检查验收等日常管理工作提供数据支撑；同时，以设计图斑为单元，辅助无人机、移动终端等信息化技术，对设计复核、在建核查、竣工验收等多维度以“精细化”的方式进行监管，提升水土流失综合治理工程的管理水平和效率。

1.4.1 项目管理

小流域综合治理项目流程数据管理主要对县级上报的规划、计划、设计等阶段的信息进行查询、统计、导出，并可对上报的实施方案等信息进行审核。

1.4.2 信息化监管

基于高分遥感影像，形成治理措施空间位置和范围数据。实现在初步设计阶段，将治理项目区初步设计图以“图斑”为最小单位上图定位管理，支持“图斑”与同期遥感影像定性对比分析，协助设计方案审查工作；实现在项目实施过程中，按阶段以“图斑”为最小单位显示上图项目实施进度图，支持项目实施进度图与项目初步设计图定量对比分析，支持项目实施进度图与同期遥感影像定量对比分析，协助项目实施过程进度和质量监管；实现在项目验收阶段，利用同期遥感影像，定性对比初步设计阶段影像，定量对比分析初步设计图，协助项目验收工作。最终实现治理工程以“图斑—小流域—项目区—县—市—省”为主线的项目全周期精细化管理。

1.4.3 生态清洁小流域

实现江苏省生态清洁小流域项目管理、治理效果评估及其他生态清洁小流域相关业务功能。围绕治理项目不同阶段(规划—计划—初设—招投标—实施—验收)，针对县级用户，实现业务图件及属性数据在线入库、管理功能，能够对业务信息进行查询、统计、分析；实现生态清洁小流域治理和验收图斑的入库、查询、管理功能；实现生态清洁小流域水土流失监测数据和自查报告的导入功能。针对省级用户，实现水土流失监测数据查询、分析功能；实现小流域治理效益分析计算、评价评估及县级自查报告评价，为江苏省生态清洁小流域“以奖代补”制度实施提供技术支撑。

1.5 移动终端采集处理系统

本项目共涉及三个移动终端开发的工作，分别是水土保持监测评价、水土保持预防监督和水土流失综合治理。为了方便统一管理，针对以上三个移动平台，开发统一集成平台，根据权限控制为不同类型用户提供支持。移动终端采集系统实现了水土保持管理业务的在线同步监控和离线数据处理、信息采集。

1.6 基础信息管理系统

该系统主要实现小流域信息的查询管理，包括多区域、多时相的土地利用、植被类型、土壤类型、社会经济、区划规划、坡度坡长等，实现以小流域为单元统一对自然条件、社会经济、基础地理和遥感影像数据进行空间化管理，实行行政与流域两种逻辑管理数据。

2 系统应用开发重点和难点分析

2.1 重点及应对策略

2.1.1 重点分析

一方面，水土保持信息化正处在高速发展的阶段，近几年来水利部以《水利部关于加强水土保持监测工作的通知》(水保〔2017〕36号)、《水利部办公厅关于印发〈全国水土保持信息化工作2017—2018年实施计划〉的通知》(办水保〔2017〕39号)、《水利部办公厅关于推进水土保持监管信息化应用工作的通知》(办水保〔2019〕198号)等指导性文件不断推进全国信息化工作发展，信息化工作内容和要求日新月异，给省级信息化建设工作增加了难度。本项目建设时间较长，将来会有新的算法、模型、组件等接入到江苏省水土保持监测与管理信息系统，来为各应用系统服务。因此，如何预留足够的扩展空间，保证所建设的江苏省水土保持监测与管理信息系统有足够高的扩展性，来满足今后新的业务需求、新的业务系统、新的数据标准的不断充实和接入，是应用开发过程中的一个重点。

另一方面，江苏省水土保持监测与管理信息系统涉及的用户包括江苏省水利厅农水处、江苏省水利厅信息中心、江苏省水土保持生态环境监测总站、各设区市(县、区)水行政主管部门、各市水土保持监测分站、各监测点及社会各类从事水土保持相关业务的单位7类用户，数据平台和业务系统如何根据不同用户级别和业务需求设置不同的显示、查询、统计、分析等内容的权限，是保障系统安全性和实用性的重要因素。

2.1.2 应对策略

为了保障所建设的江苏省水土保持监测与管理信息系统有足够高的扩展性，本项目在传统架构基础上局部采用微服务技术架构。微服务架构风格是一种使用一套小服务来开发单个应用的途径[3]，每个服务运行在自己的进程中，并使用轻量级机制通信，通常是HTTP、API。这些服务基于业务能力构建，并能够通过自动化部署机制来独立部署，使用不同的编程语言和数据存储技术实现，并保持最低限度的集中式管理。

为保障功能可配置性及数据权限控制，本项目拟采用以下两种措施：

(1)面向用户的功能配置及权限控制。当用户需求发生变化时，管理用户可以使用软件系统中的配置功能修改指定用户的功能菜单及数据权限，修改完毕后，该指定用户将在设置的权限内使用系统。针对性、个性化的权限设置进一步保证了系统数据的安全性，同时，也方便对不同类别用户的分类管理。

(2)面向开发人员的功能配置及权限控制。将系统常用的功能集成形成系统框架，开发人员无需考虑底层的技术细节，可以完全专注于业务逻辑的设计，不必再为底层技术系统劳神费力，从而提高开发效率。

2.2 难点及应对策略

(1)江苏省水土保持监测与管理信息系统包含大量使用空间矢量地图、二维遥感影像的功能，此类数据量较大、加载较慢，很容易影响系统访问速度，用户体验差，如何保障地图资源使用加载速度，以保证系统长期、有序、高效地运行是个难点。为保证涉及地图、影像功能的访问速度，将通过切片地图服务和矢量切片方式来提高效率，即创建地图缓存时，服务器会在若干个不同的比例级别上绘制整个地图并存储地图的副本[4]，然后服务器可在用户请求使用地图时分发这些图像。对于服务器来说，每次请求使用地图时，返回缓存的图像要比绘制地图快得多。

(2)江苏省水土保持监测与管理信息系统是全省水土保持工作的信息化平台，需要为监管审批、领导决策、科学规划提供可靠的数据支撑。为保障决策分析的可靠性、多样性和直观性，采用基于多维分析模型的数据组织让数据的展示更加直观，通过对数据进行聚合、细分和选取，提高了分析的灵活性，并可以从不同角度不同层面对数据进行细分和汇总，满足不同分析的需求，挖掘数据价值。多维模型的建立是基于对联机分析处理操作的优化，比如基于各个维的索引、对于一些常用查询所建的视图等，如按行政区[全省—地级市—县(市)]或按流域(全省—一级流域—二级流域—三级流域—小流域)来生成多维立方体。

3 系统运行情况分析

3.1 运行管理

江苏省水土保持监测与管理信息系统部署于省水利厅信息中心，地市通过水利专网实现应用端访问和应用。

系统自2019年投入生产应用以来，为确保稳定运行、发挥功能并逐步完善，先后组织了全省系统应用培训、生产建设项目监管专题培训和监测站管理专题培训，提高了各级用户对系统的使用熟练度。

3.2 运行成效

通过一年多的运行及功能完善，江苏省水土保持监测与管理信息系统在实际业务中发挥了积极作用。

一是支撑了2019年和2020年的全省遥感监管加密工作，分别完成了全省15 235个和4 858个1 hm2以上疑似违规扰动图斑的复核、认定、查处、整改，并通过系统实现了项目处置追踪，大大提高了工作效率和监管水平。

二是支撑了全省2020年第三季度监测站点数据的整编工作，充分利用信息技术手段，实现了监测站实时数据传输情况的记录和告警、观测数据的规范格式入库，为各个监测站季度观测数据整编提供了支撑，真正发挥了信息化效益，减少了人为重复性工作量。

三是实现了生产建设项目批复信息的登记、防治责任范围的上图、监测监理过程材料的收集、验收材料的入库，目前共计实现了7 674个生产建设项目的在线监管。

4 下一步改进计划

按照 “以水利信息化带动水利现代化”的发展思路，根据需要将进一步完善江苏省水土保持信息化建设，通过科学研究与推广，提高水土保持科技含量和技术水平。主要工作包括：升级完善集监测评价、监督管理、综合治理等于一体的江苏省水土保持信息系统，完善基础数据库建设，实现信息资源整合与共享，提高挖掘与信息应用水平；围绕水土保持监测监督治理业务重点需求，增强目标考核、视频监控、预测预报、数据共享分析、在线监管等“智慧水保”综合体系信息化建设。

5 结 语

江苏区域经济发达、生产建设活动扰动强烈，人为水土流失严重，保护和合理利用水土资源、改善生态环境，必须靠强监管来实现。江苏省水土保持监测与管理信息系统初步实现了水土保持核心业务信息化，形成了“基础支撑、全面监管、各级协同、示范带动”的水土保持信息化体系，全面提高了江苏省水土保持监测工作的现代化水平和服务能力。但是，江苏省水土保持信息化还处于初步建成阶段，随着水土保持工作的不断深入，信息化建设也需要不断强化。根据监管能力现代化建设新需求，信息化平台功能需要升级改造，扩大硬件存储容量，运用人工智能、大数据、VR、数字孪生等技术，构建水土保持智慧应用系统。