水土保持核心業務管理系統研究

馮陽+晏清洪+夏照華+許永利

摘 要：水土保持工作的主要內容是研究水土流失發生發展的規律，監測、預防和治理水土流失，保護和合理利用水土資源，減輕水、旱、風沙災害，改善生態環境，促進生產。水土保持核心業務主要包括生態建設、預防監督、水保監測和項目管理四部分。業務工作的開展主要以“小流域”為管理單元，“流域”和“行政”兩種邏輯的管理貫穿整個業務。本研究基于GIS、計算機和互聯網等技術，對水土保持核心業務管理系統的系統框架、構建方法和技術路線等進行探索分析，并從信息資源、數據庫和應用系統等方面進行深入設計。研究的成果是建立了省級水土保持核心業務管理系統框架體系，直接應用于北京市水土保持信息化建設，為全國省級水土保持信息化建設提供了借鑒和參考。

關鍵詞：水土保持；核心業務；系統設計；信息化建設

中圖分類號：S157 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）21-0105-03

前言

水土保持工作的主要內容是研究水土流失發生發展的規律，監測、預防和治理水土流失，保護和合理利用水土資源，減輕水、旱、風沙災害，改善生態環境，促進生產。水土保持業務主要包括生態建設、預防監督、水保監測和項目管理四部分，業務工作的開展主要以“小流域”為管理單元，以“流域”和“行政”（區域）兩種邏輯的管理貫穿整個水土保持核心業務。本研究的對象是省級水土保持核心業務管理系統。省級水土保持核心業務具體為：水保監測業務。主要管理水土保持監測站點及監測數據、分析土壤侵蝕情況支持水土保持公報編制和土壤侵蝕普查工作及對土壤侵蝕情況進行預測預報等。生態建設業務。主要對國家級治理項目監管、掌握全市治理情況、發布水土保持公報和對治理項目成果（措施）運行情況進行監管等。預防監督業務。主要對全市生產建設水土保持方案管理、對項目建設過程中水土保持情況監督檢查和對違法生產建設項目查處等。項目管理業務。主要對水土保持工作中的研究類、治理類和財政預算類項目進行過程節點的管理。本研究重點為省級水土保持核心業務系統構建框架、方法和技術路線，并緊密聯系實踐提出系統需求、設計和實施等內容。本研究強調系統空間、業務、功能三者統一、協同，突出水土保持分級管理、綜合分析、科學決策、高效服務能力和網絡作業能力。

現階段，國內水土保持信息化工作主要以MIS（管理信息系統——Management Information System）為主要建設內容。部分省市，如內蒙、廣西，嘗試利用GIS實現水土保持可視化作業管理。總體來看，國內水土保持信息化工作表現為：管理手段落后、管理對象局限、管理流程缺失。隨著分布式計算、空間信息服務等技術的深入發展，在各行業興起了云式業務信息服務。水土保持行業信息化建設也適應潮流發展的方向。

1 研究內容和方法

1.1 研究內容

本文研究內容主要包括：

（1）信息資源建設

小流域基礎管理單元劃分、水土保持基礎空間數據處理方法。

（2）數據庫建設

探索、提出“省-市-縣”三級應用的數據庫建設方案；探索、提出預防監督、生態建設、水保監測、項目管理等專業數據庫設計內容。

（3）應用系統開發

探索水土保持核心業務管理系統整體架構設計；從預防監督、生態建設、水保監測、項目管理等專業業務流入手，設計系統。

1.2 研究方法

1.2.1 流域管理理論

“流域管理”是水資源管理科學中的一個概念，是指政府對流域空間內的各種自然、社會、經濟采取的一系列干預活動，是人們為科學、有效地開發、利用和保護水資源而建立的適應于水資源自然特征和社會特性的一套系統管理制度。

在水土保持科學中，“小流域”是“流域管理”的基本單元，是水土流失監測、治理的基本單元，按照“小流域”對水土保持業務管理，是“流域管理”在水土保持工作中的具體體現。

1.2.2 流域水系拓撲理論

水系在空間上具有匯流的拓撲關系，流域在空間上具有包含的拓撲關系。在生產實踐中，拓撲關聯的流域、水系與水工建筑等構成了地表水網，并在防汛、水污染、水資源、水土保持等領域，為機理性模型的構建提供理論支持和思路指導。

1.2.3 空間信息服務理論

空間信息服務是地理信息信息系統（Geographic Information System）轉向空間信息服務（Geographic Information Server）的支持理論。該理論依據快速發展的互聯網、計算機技術，提出數據共享、信息服務，實現數據分布式存儲、服務集中式提供的GIS系統建設思路。

2 系統框架設計

系統按通訊網絡、數據存儲、應用服務、業務應用、門戶五層進行設計，如圖1所示。系統采用C/S與B/S相結合的體系結構，為提高空間數據的安全性，合計空間數據的子系統采用遠程C/S結構，其他子系統采用B/S結構。

服務器采用Windows 2008 Server操作系統，數據庫平臺采用Oracle11G，GIS采用全國水土保持監測網絡統一配置的DTGIS平臺，軟件開發采用.net架構體系，客戶端采用Sivilelight開發環境。

系統按照行政-流域兩種邏輯進行管理，保持業務信息在流域與行政區域的一致性。行政邏輯為：省-市-縣-小流域；流域邏輯為：省-一級流域-二級流域-三級流域-四級流域-小流域。

3 研究成果

3.1 信息資源建設

3.1.1 小流域、流域和水系劃分

（1）小流域劃分

小流域劃分以自然流域分水嶺為基準，優先考慮完整性（周玉喜，段淑懷，2004）。小流域面積原則上不大于50平方公里。無明顯支溝或支溝面積小于10平方公里，總面積大于50平方公里，小于100公里的閉合區域劃定為小流域。

（2）河流、流域、小流域拓撲關系建立

基于山區與平原區已完成接邊，但仍處于分段狀態的河流線狀數據和流域面狀數據，結合實際情況，逐條逐段梳理確定河流的走向及匯流關系，建立河流之間、河流與流域之間、流域與流域之間的拓撲關系，形成完整的河流分級體系及流域分級體系。

（3）獲取流域特診指標

指標包括小流域名稱、小流域編碼、面積、涉及區縣、所屬區縣、所屬零級流域、所屬一級流域、所屬二級流域、所屬三級流域、所屬四級流域、所屬六級流域、所屬五大流域、小流域級別、所屬上級流域、面積范圍等指標。

3.1.2 水土保持業務信息資源建設

信息資源建設的數據有三種來源。

（1）電子文檔或紙質檔案。主要為生態建設和項目管理過程中形成的管理文件。這類文件通過掃描或格式轉換生成PDF、Word、Excel、JPG、AVI等格式文件，通過多媒體入庫功能導入到相關數據庫。

（2）紙質專題圖和屬性表。主要包括生態建設工程的空間分布圖、開發建設項目業主上報的審批報告等。這類文件需要矢量化和相應的編輯處理，導入數據庫。

（3）水土保持業務專題圖和屬性數據。主要包括小流域基本信息、農村污水處理信息、部分開發建設項目信息、水土保持措施信息等。這類信息通過野外GPS采集、現場調查、遙感解譯、GIS空間分析等途徑獲取。

3.2 數據庫設計

數據庫設計包含了小流域專業數據庫、元數據庫、運行維護數據庫、水土保持業務庫等數據庫。

3.2.1 數據庫物理結構設計

按照水土保持數據由區、市到省逐級向上匯總的業務需求，遵循行政管理的業務規則，業務數據采取下級匯總和本級錄入相結合的方式進行。數據庫物理上劃分為省、市兩級數據庫。

3.2.2 數據庫邏輯結構設計

選用Oracle 11g數據庫管理系統來管理空間和屬性數據，建立小流域專業數據庫，實現圖形數據與屬性數據的一體化管理。數據庫邏輯結構分為：小流域專業數據庫、水務基礎地理空間信息庫、水土保持預防監督庫、生態建設管理庫、水土保持項目管理庫、水土流失監測庫，決策支持庫、元數據庫。

3.3 應用系統設計

3.3.1 生態建設子系統

生態建設主要是對水土流失綜合治理和村鎮污水處理進行行業管理，業務主要包括規劃、計劃、區域選擇與措施配置、治理實施、治理進展和效益評估等。

3.3.2 水保監測子系統

水土保持監測主要包括土壤侵蝕遙感調查、水土流失量及污染物流失量分析、災害調查與土壤侵蝕普查、數據分析及水土保持公報編制和土壤侵蝕預測預報等（袁愛萍，路炳軍，段淑懷，張超，2009）。

（1）土壤侵蝕遙感調查

利用遙感及其他相關信息源，從宏觀的角度監測土壤侵蝕的類型、強度和空間分布。

（2）水土流失量及污染物流失量分析

監測站點經過水土流失及污染物流失量觀測，得到降水、徑流、泥沙、總氮、總磷和COD等數據及水質化驗數據，并將觀測數據上報省水保管理部門。

（3）災害調查與土壤侵蝕普查

災害性降水發生后，通過野外勘察、調查訪問以及室內分析等方法和手段，確定山洪泥石流災害情況，分析水土流失發生發展狀況。

（4）數據分析及水土保持公報編制

對水土流失定點定位監測、小流域監測、暴雨山洪泥石流災害數據進行分析，編制并發布水土保持公告，反映水土流失及水土保持綜合防治效益（路炳軍，袁愛萍，段淑懷，2010）。

（5）土壤侵蝕預測預報

利用水土流失模型定量評價分析土壤侵蝕狀況并進行土壤侵蝕趨勢預測分析，進行水土流失預測預報，為水土流失治理規劃服務。

3.3.3 預防監督子系統

水土保持預防監督主要包括重點防治區管理、水土保持方案管理和監督執法管理等業務（史明昌，牛崇桓，李智廣，羅志東，2005），預防監督子系統的設計見圖1。

3.3.4 項目管理子系統

根據項目類別可分為治理、監測、研究、信息化和管理等類別。

（1）治理類項目管理

按“項目申報”、“項目審查”、“項目批復”、“招標與開工”、“施工建設”、“項目驗收”等階段管理。

（2）研究類項目管理業務需求

按照“項目、課題、子課題”3層結構以及“項目申請、項目批準、課題任務書、子課題任務書、階段總結、子課題驗收、課題驗收、項目驗收”8個階段對研究類空間數據、實驗觀測數據、項目管理過程數據等按水土保持業務進行分類、分級、分層組織和管理。

3.3.5 綜合分析子系統

包括小流域管理單元劃分、流域-水系拓撲關系、流域基本特征分析、土壤侵蝕遙感調查、地面監測數據分析和工程設計輔助模塊，功能結構如圖2所示。各模塊詳細說明如下。

4 結束語

本文從信息資源建設、數據庫設計和應用系統設計3個方面研究、探索了省級水土保持核心業務管理系統的框架體系、技術路線和關鍵技術。

信息資源建設。信息資源是系統的“糧食”，對于基礎地理數據，可通過共享的方式從省有關部門獲取服務；對于水土保持專業數據，可通過集中采集的方式獲取現狀數據，并通過業務流程和數據流程的形式實現數據的更新，使系統使用者稱為數據更新和使用者，并且水土保持專業數據也可作為水利行業數據為其他部門提供數據共享服務。

數據庫建設。數據庫對信息資源進行存儲、管理，進而為業務系統提供快速、準確的支持。水土保持數據庫的重點在于小流域專業數據庫，是以小流域為基本單元組織、管理基礎空間和水土保持數據，并按“流域、行政”兩種邏輯進行組織，將水土保持的“小流域”納入水利的“大流域”中管理。

應用系統。通過對水土保持監測、監督、治理、項目管理和綜合分析5部分業務、功能需求的分析，設計形成按照業務流程節點組織、匯總的業務管理系統，各業務節點實現多方交互和分析支持，保證水土保持各業務開展在同一個地理空間，為下階段跨業務信息整合、分析提供基礎。

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