水土保持遥感监管现场复核协同工作系统设计与实现

靳 峰，尚颜颜，康 芮，杨 乐

(1.甘肃省水利厅，甘肃 兰州 730000； 2.航天宏图信息技术股份有限公司，北京 100195)

近年来随着甘肃省经济快速发展，大量生产建设项目的开工建设导致人为水土流失日益严重，制约了区域经济社会可持续发展[1]。进一步完善水土保持监督管理机制，落实水土保持事前、事中、事后全周期常态化监管，是水行政主管部门督促建设单位落实水土流失防治责任、有效遏制人为水土流失的有力手段，而借助新技术的遥感监管已成为水行政主管部门开展水土保持监管的重要方法。生产建设项目水土保持遥感监管是指通过解译多期卫星影像后进行对比分析，发现可能引起水土流失的疑似违法违规图斑，经现场复核后持续监督违法违规项目整改的过程，包括数据收集、数据处理、解译提取疑似违法违规图斑、现场复核、违法违规项目事后监管等工作，其中现场复核是对提取出的疑似违法违规图斑进行现场情况调查、佐证信息采集和判定违法违规行为及主体的过程，是落实事后监管的重要基础[2]。

自2019年水利部首次在全国组织开展水土保持遥感监管以来，水利部及地方水行政主管部门积累了丰富的遥感监管及现场复核工作经验，遥感监管向着高效率、高质量、多维分析等方面不断发展。而目前使用的现场复核工作系统仅满足数据采集和存储的基本需求[3]，在数据修正、数据管理及分析、成果可视化等方面还存在很多不足，逐渐成为制约遥感监管效率和质量提高的重要因素。

基于生产建设项目水土保持遥感监管现场复核工作的需求分析，结合甘肃省水土保持遥感监管工作经验，开发了操作简便、成果可视化、可实现多端协同及自动化数据管理分析的甘肃省生产建设项目水土保持遥感监管现场复核协同工作系统，并在甘肃省遥感监管现场复核工作中进行了应用实践，以期为水土保持遥感监管工作提供借鉴，推动水土保持高质量发展。

1 需求分析

基于现场复核工作的特点，结合甘肃省生产建设项目遥感监管工作经验，现场复核工作系统需实现提高外业复核效率、保障数据管理安全、自动化数据统计分析及成果可视化等功能。基于此，提出遥感监管现场复核工作系统的优化需求，主要包括：①数据修正逻辑优化需求。当前工作系统的图斑信息和项目信息是独立的，二者不可同步修正，导致图斑信息和项目信息经常出现逻辑错乱，后期需要大量的校对和逻辑修正工作，影响现场复核工作效率和准确性。②数据管理需求。随着遥感监管工作的开展，形成大量的遥感监管成果数据，需要工作系统实现对成果数据的存储、维护、预览、导出、建立台账等功能。③过程可视化需求。现场复核工作时间紧、任务重、涉及人员多，复核工作进度和复核结果的可视化有助于决策人员实时掌握复核工作进展，统筹协调现场复核工作，全面掌握生产建设项目和现场复核工作开展情况。④多维统计分析需求。基于遥感监管成果数据进行的多维度统计分析，有助于发挥成果数据的利用价值，在监管部门制定决策时发挥支撑作用。

2 总体设计

2.1 总体框架

遥感监管现场复核协同工作系统架构设计采用了基于B/S结构的5层架构模式，自下而上分别是物理层、数据层、服务层、网关层、应用层，以及标准与规范体系、安全与保障体系，系统总体框架见图1。其中：①物理层主要是系统数据的存储方式，其中结构化业务数据存储在MySQL数据库，缓存数据存储在Redis数据库，地理空间数据、多媒体文件数据、遥感影像金字塔文件存储在分布式对象数据库；②数据层主要提供系统运行所需要的各类数据的存储管理，包括业务数据、缓存数据、地理空间数据、多媒体文件数据、金字塔文件数据等；③服务层主要提供全链条支撑服务，包括通用服务模块、分析引擎模块和GIS/RS专题模块，提供用户服务、任务服务、图斑服务、审核服务、文件服务等；④网关层是外部请求访问系统的唯一入口，Nginx网关起到负载均衡和静态资源配置的作用，Gateway网关实现服务请求的分发、访问请求的前置鉴权和认证、访问流量的控制；⑤应用层将水土流失防治范围、扰动图斑、遥感影像、统计数据、分析成果等进行集中管理，通过PC端和移动端实现应用信息的展示。

图1 遥感监管现场复核协同工作系统总体框架

2.2 业务流程设计

生产建设项目遥感监管现场复核需每年进行多个期次，包括图斑编辑、图斑属性采集、项目认定查处、项目信息编辑、佐证文件上传等多个业务过程，遥感监管现场复核协同工作系统的业务流程设计见图2。其主要包括：①数据和任务准备，即将解译后的下发数据、监督库项目数据、参考遥感影像经标准化处理后存入水土保持遥感监管数据库中，创建任务下发至PC端和移动端；②图斑复核，即通过PC端和移动端依次进行图形编辑、现场照片采集、所属项目确认、图斑合规性判定等过程，此外当项目批复信息发生变动时需要同步至项目信息中，并重新进行图斑合规性判定；③项目认定查处，即依据图斑复核结果，判定项目是否有违法违规问题，对违法违规项目下发查处和整改通知；④多维统计，即将项目认定查处信息上传至水土保持遥感监管数据库中，依据用户需求，对每一期、每一年度的遥感监管成果数据进行统计分析和可视化展示；⑤成果目录，即形成遥感监管成果数据目录，依据用户需求导出成果数据。

图2 遥感监管现场复核协同工作系统业务流程设计

3 核心功能实现

遥感监管现场复核协同工作系统核心功能模块主要包括任务看板、数据管理、任务管理、信息采集、多维统计和成果目录，系统PC端、移动端主界面分别见图3、图4。

图3 遥感监管现场复核协同工作系统PC端主界面

图4 遥感监管现场复核协同工作系统移动端主界面

3.1 任务看板

PC端和移动端分别开发任务看板，以空间图和统计图表的形式展示项目分布情况、违法违规项目情况、监管任务进度等。PC端任务看板的数据统计项主要包括图斑复核情况、违规项目认定结果分类、违规项目所属行业分布、超出防治责任范围项目清单、复核图斑扰动类型等；移动端任务看板的数据统计项主要包括项目空间分布、违法违规项目类型和占比、图斑扰动类型、查处和整改进度等。

3.2 数据管理

实现对遥感监管现场复核工作涉及的各种类型业务数据(主要包括图斑矢量数据、遥感影像数据、项目防治责任范围矢量数据、监管成果统计数据、监管成果佐证材料、多媒体文件等)，依照数据专题、数据类型、业务归属、关键字等维度进行综合展示、多条件查询、预览、导出等，确保所有监管数据“可视、易查、可导”，提高监管成果的利用价值。

3.3 任务管理

由PC端任务管理发起监管任务，设定监管年份、监管期别、任务开始时间和结束时间、认定截止时间、查处截止时间、整改截止时间、涉及的行政区、任务描述等监管任务信息，日常维护任务数据和监控数据状态，可对监管任务数据进行补充、删除、编辑等操作，满足监管过程在重要节点的控制需求。

3.4 信息采集

现场复核过程中的主要工作是对调查对象(图斑和项目)进行现场信息采集，采集内容包括图斑图形、图斑扰动属性、项目批复信息、现场照片等。

3.4.1 图形编辑

移动端可进行图斑拆分、合并、节点编辑、协同标记等功能，满足现场复核工作对图斑的编辑需求；PC端在移动端的图形编辑功能基础上，增加了挖洞、打散、重画、修形、拓扑和自相交检查功能，满足各种图斑修正的需求。

3.4.2 属性信息和照片的采集与判定

移动端和PC端均支持现场照片、图斑扰动类型、建设状态、所属项目、认定结果、查处整改结果、佐证材料等信息的采集功能，工作系统内置逻辑规则库可辅助工作人员快速准确地完成图斑和项目的合规性判定。工作系统采取现场照片即拍即存的模式，可减少因误操作导致现场照片丢失，进而影响现场复核进度的情况。

3.4.3 逻辑修正

逻辑修正功能是针对项目批复方案等关键性信息变动导致原图斑合规性和项目认定结论存在逻辑错乱问题而采取的信息采集流程优化。工作系统在设计上打破图斑和项目的独立采集模式，做到图斑和项目信息的同步修正，当修改图斑信息时同步检查和修正项目认定信息，当修改项目认定信息时同步检查和修正图斑信息。

3.5 多维统计

多维统计功能是指对遥感监管成果数据进行多维度、多形式的灵活统计和展示，便于工作人员进行分析与决策。协同工作系统提供的统计类型包括以年、期、地区的形式对比分析现场复核图斑数量、面积、合规性，认定、查处、整改的项目数量和类型，违法违规项目数量、批复级别、行业类型等。

3.6 成果目录

遥感监管现场复核工作成果数据汇集了大量统计图表、遥感影像、矢量数据、多媒体文件等，工作系统提供监管成果数据整编功能，可按照数据类型、业务类型、地区、年份等一键生成成果目录，提高监管成果数据整编的效率和准确性。

4 应 用

甘肃省采用遥感监管现场复核协同工作系统进行了2020—2022年度连续3 a的生产建设项目遥感监管工作，期间依据实际需求不断优化系统功能。应用结果表明，协同工作系统满足了监管部门对数据管理、统计分析、成果展示等方面的需求，切实提高了现场复核工作效率以及项目认定和查处工作的准确性，具有较强的实用价值和推广价值。