新昌縣水土保持信息化監(jiān)管平臺建設

陳 妮，王 靜，李 健，應 豐

(中國電建集團華東勘測設計研究院有限公司，浙江 杭州 311122)

1 背景

黨的十八大以來，以習近平同志為核心的黨中央?yún)f(xié)調推進“五位一體”總體布局，把生態(tài)文明建設擺上更加重要的戰(zhàn)略位置。黨的十八屆四中全會又進一步作出了依法推進生態(tài)文明建設的決定，明確用嚴格的法律制度保護生態(tài)環(huán)境，約束開發(fā)行為，強化生產(chǎn)者環(huán)境保護的法律責任，大幅度提高違法成本[1]。隨著黨中央、國務院“放管服”改革的全面深入推進，在“美麗中國”建設中，堅持問題導向，以嚴格責任追究為抓手，全面履行水土保持監(jiān)督管理法定職責，加強和規(guī)劃事中事后監(jiān)管，切實轉變管理理念和管理方式以及著力提升水土保持社會管理和服務水平已刻不容緩。

新昌縣自2015年首次運用“天地一體化”手段開展水土保持監(jiān)管工作，是全國最早開展水土保持“天地一體化”監(jiān)管工作的縣區(qū)之一，目前已取得了一定的監(jiān)管成效。但隨著“天地一體化”監(jiān)管工作的逐年深入，監(jiān)管信息采集能力不足、數(shù)據(jù)管理形式落后、缺乏統(tǒng)一信息管理平臺實現(xiàn)多人協(xié)同操作等一系列問題也隨之暴露出來，制約了監(jiān)管水平的進一步提升，因此迫切需要充分運用高新技術手段提升監(jiān)管效能。

2 建設目標

本文結合新昌縣水土保持監(jiān)管工作現(xiàn)狀及建設需求，開展了水土保持信息化監(jiān)管平臺建設研究工作，旨在進一步加強信息技術在水土保持監(jiān)管的深度應用，將信息化監(jiān)管業(yè)務向智慧化過渡[2-3]，從而進一步提高新昌縣水土保持監(jiān)管的工作效率及技術水平。項目借助物聯(lián)網(wǎng)、移動互聯(lián)、人工智能、無人機、3S技術等先進信息技術，以多源數(shù)據(jù)存儲、信息實時共享、智慧監(jiān)管應用為核心，打造新昌縣水土保持信息化監(jiān)管平臺。平臺具體目標如下：

(1)建成“空-天-地”水土保持智能感知系統(tǒng)，實現(xiàn)水土保持監(jiān)督監(jiān)測數(shù)據(jù)全覆蓋及自動采集和快速傳輸。

(2)打造數(shù)據(jù)中心，對水土保持數(shù)據(jù)進行資源整合，實現(xiàn)水土保持數(shù)據(jù)的管理與共享。

(3)深化水土保持智慧監(jiān)管應用，以更加智慧、精細、及時、動態(tài)、開放的方式實現(xiàn)水土保持核心業(yè)務全流程管理[4-5]。

3 總體框架

依據(jù)水利部、浙江省相關技術標準和要求[6-7]，為實現(xiàn)粗放式管理向網(wǎng)格化、精細化管理轉變，新昌縣水土保持信息化監(jiān)管平臺框架設計圍繞“以信息采集設施為載體，信息服務為支撐，以信息共享、業(yè)務協(xié)同、智能應用為核心，信息安全為保障”展開，總體框架由1張物聯(lián)感知網(wǎng)、1個數(shù)據(jù)中心、1組智能應用、2套平臺運行保障體系構成，如圖1所示。

圖1 水土保持信息化監(jiān)管平臺框架圖

4 建設內容

4.1 構建水土保持物聯(lián)感知體系

平臺充分利用衛(wèi)星遙感、無人機航拍、5G、高清監(jiān)控、移動端等先進技術手段，構建形成“空-天-地”全域覆蓋的水土保持監(jiān)測感知網(wǎng)，如圖2所示，實現(xiàn)水土保持智能化定位、識別、監(jiān)督和管理，并借助通信網(wǎng)絡上傳至系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)全縣水土保持實時數(shù)據(jù)的匯集。

利用高分遙感影像對生產(chǎn)建設項目開展全面監(jiān)管，掌握擾動合規(guī)性、水土保持措施落實情況[8]，實現(xiàn)“全覆蓋”監(jiān)管。通過無人機不定時巡飛，對生產(chǎn)建設項目渣場、料場等可能發(fā)生災害的位置進行防范，實現(xiàn)“高頻次”監(jiān)管。通過在現(xiàn)場布置定點監(jiān)控設備，實現(xiàn)對生產(chǎn)建設項目建設過程的“實時”監(jiān)管，主要包括工程建設進度、建設狀況、棄渣情況、防治效果、隱患災害等方面的狀況。現(xiàn)場監(jiān)管時，通過可移動的信息采集設備，技術人員能夠以最快的速度將反映現(xiàn)場水土流失問題的影像及位置信息上傳至系統(tǒng)平臺，實現(xiàn)“動態(tài)”監(jiān)管。

圖2 水土保持物聯(lián)感知體系

4.2 建設數(shù)據(jù)資源中心

面向新昌縣水土保持業(yè)務對數(shù)據(jù)資源的需求，對水土保持基礎數(shù)據(jù)資源進行調查并按照統(tǒng)一的標準規(guī)范進行梳理。重點針對水土保持監(jiān)督管理、水土保持監(jiān)測評價、水土保持公眾服務等業(yè)務類別，建立水土保持業(yè)務與數(shù)據(jù)之間的對應關系，依據(jù)范圍和關系，整合形成面向對象、統(tǒng)一語義空間的數(shù)據(jù)資源，提出水土保持數(shù)據(jù)資源目錄建設、整合入庫數(shù)據(jù)存儲和管理及共享交換的技術方案，便于資源共享應用和深層次挖掘，實現(xiàn)統(tǒng)一模型、一數(shù)一源共建共享的目標[9-11]。通過大數(shù)據(jù)分析輔助水土保持宏觀決策和業(yè)務管理，促進水土保持業(yè)務的精細化，提高數(shù)據(jù)分析輔助水土保持綜合監(jiān)管的能力和水平。

4.3 深化水土保持智慧監(jiān)管應用

基于水土保持數(shù)字化、智慧化理念[2-3，12-14]，新昌縣水土保持信息化監(jiān)管平臺圍繞水土保持監(jiān)督管理、水土流失監(jiān)測評價、水土保持公眾服務三大核心業(yè)務，由生產(chǎn)建設項目監(jiān)管、智能分析與決策、水土流失監(jiān)測和信息服務四大核心業(yè)務子系統(tǒng)組成，平臺功能架構如圖3所示。

4.3.1生產(chǎn)建設項目監(jiān)管子系統(tǒng)

生產(chǎn)建設項目監(jiān)督管理子系統(tǒng)以生產(chǎn)建設項目的水土保持監(jiān)督業(yè)務的管理為核心，通過制定全面、合理和科學的系統(tǒng)數(shù)據(jù)標準，實現(xiàn)水土保持監(jiān)督管理業(yè)務流程、審批程序的環(huán)環(huán)相扣以及過程各環(huán)節(jié)中業(yè)務數(shù)據(jù)的實時記錄，并形成水土保持方案信息、生產(chǎn)建設項目監(jiān)控信息、行政執(zhí)法管理信息等水土保持專題數(shù)據(jù)庫，有效地規(guī)范水土保持監(jiān)督管理部門及其工作人員的工作行為，提高工作效率、規(guī)范工作方式，從而為水土保持監(jiān)督管理部門利用系統(tǒng)數(shù)據(jù)資源，開展綜合分析、科學決策提高信息便利條件。該子系統(tǒng)主要包含方案審批模塊、后續(xù)設計模塊、監(jiān)督檢查模塊、監(jiān)測監(jiān)理模塊、補償費繳納模塊和設施驗收模塊。

4.3.2智能分析與決策子系統(tǒng)

(1)生產(chǎn)建設項目合規(guī)性監(jiān)管

平臺基于《水利部生產(chǎn)建設項目水土保持方案變更管理規(guī)定(試行)》(以下簡稱《管理規(guī)定》)和《生產(chǎn)建設項目水土保持信息化監(jiān)管技術規(guī)定(試行)》(以下簡稱《技術規(guī)定》)的各項指標要求，結合日常監(jiān)管需求，構建各項指標合規(guī)性分析模型。對于單個生產(chǎn)建設項目，借助合規(guī)性分析模型，根據(jù)單項指標超標率(監(jiān)測值與設計值的絕對差值占設計值的百分比)或變化量(某監(jiān)測對象監(jiān)測值的累積變化量)對該項目進行監(jiān)管預警，如圖4所示，實現(xiàn)生產(chǎn)建設項目預警對象信息的綜合展示，包括預警對象的位置、屬性等信息，及時發(fā)現(xiàn)和處理不合規(guī)問題，支撐水行政主管部門進行監(jiān)管決策。

(2)敏感性評價

平臺根據(jù)《技術規(guī)定》《管理規(guī)定》等文件要求，實現(xiàn)重點生產(chǎn)建設項目建設前期的敏感區(qū)域預警以及過程中的水土保持合規(guī)性動態(tài)定量分析，如圖5所示。基于生態(tài)保護紅線、永久基本農(nóng)田、生態(tài)公益林、飲用水水源保護區(qū)等敏感區(qū)數(shù)據(jù)，預判項目前期棄渣場或者取土場選址與敏感區(qū)的位置關系，并提醒選址是否合理，分析在建項目是否落在敏感區(qū)的安全輻射范圍內，并將影響結果以列表的形式呈現(xiàn)給水行政部門，支持定位查看。

(3)重點部位精準監(jiān)管

針對以往棄渣場等重點部位的監(jiān)管缺乏定量數(shù)據(jù)支撐的不足，平臺基于無人機三維數(shù)據(jù)獲取棄渣場等重點部位的堆渣量、占地面積、堆渣體坡度，以及棄渣場防護措施實施數(shù)量等，如圖6所示，實現(xiàn)定量分析棄渣場等重點部位的合規(guī)性情況，為精準監(jiān)管提供數(shù)據(jù)支撐。

圖3 水土保持信息化監(jiān)管平臺功能模塊圖

圖4 生產(chǎn)建設項目合規(guī)性監(jiān)管

圖5 生產(chǎn)建設項目敏感性分析

圖6 生產(chǎn)建設項目重點部位精準監(jiān)管

4.3.3水土流失監(jiān)測評價子系統(tǒng)

(1)區(qū)域水土流失監(jiān)測成果展示

目前，全國每年開展的以縣為單元的區(qū)域水土流失動態(tài)監(jiān)測成果，僅以數(shù)據(jù)形式公布，缺乏圖形展示。平臺實現(xiàn)了二維地圖上疊加顯示植被覆蓋度、土地利用、土壤侵蝕強度、地形及規(guī)劃數(shù)據(jù)，水行政主管部門可直觀地查看侵蝕面積分布情況，分析自然因素引起的水土流失成因。區(qū)域水土流失監(jiān)測成果展示如圖7所示。

(2)水土流失分析與評價

平臺基于縣內各鄉(xiāng)鎮(zhèn)的行政邊界數(shù)據(jù)，將水土流失動態(tài)監(jiān)測成果細分到鄉(xiāng)鎮(zhèn)層面，實現(xiàn)自動平差并生成統(tǒng)計圖(如圖8所示)，統(tǒng)計各級土壤侵蝕強度面積和比例，分析各鄉(xiāng)鎮(zhèn)的土壤侵蝕強度分布、占比、消長情況，發(fā)現(xiàn)水土流失問題，并通過水土保持目標責任考核指標體現(xiàn)[15]，對地方政府和領導干部落實主體責任、積極作為有引領作用。

(3)土壤侵蝕因子計算

平臺借助深度學習技術，部署了一套改進的全卷積網(wǎng)絡算法，用于基于遙感影像自動獲取土地利用數(shù)據(jù)，以改變傳統(tǒng)的人工勾繪的方式，極大程度地提高了工作效率。通過集成了像元二分模型以及地形分析模型，平臺實現(xiàn)了基于遙感數(shù)據(jù)自動提取植被覆蓋度，以及基于DEM自動提取坡度數(shù)據(jù)。

(4)生產(chǎn)建設活動評價

對于生產(chǎn)建設活動區(qū)域，如土地整理項目、農(nóng)林開發(fā)項目，平臺提供土壤侵蝕評價模型，結合土地利用、地形、植被覆蓋等數(shù)據(jù)，進行水土流失易發(fā)性評價，輔助監(jiān)管優(yōu)先級評估，從而進一步提升監(jiān)管工作部署的科學性。

4.3.4信息服務子系統(tǒng)

(1)宣傳信息推送和管理模塊

實現(xiàn)“水土保持進生活”“水土保持進工程”等教育培訓資料的管理，實現(xiàn)水土流失綜合治理、生產(chǎn)建設項目防治等方面典型經(jīng)驗、圖片、視頻，以及各地開展水土保持宣傳活動的情況通過平臺報送、查詢。通過多渠道、全方位宣傳，增強全民水土保持觀念和意識。

圖7 區(qū)域水土流失監(jiān)測成果展示

圖8 大屏展示界面

(2)服務信息推送與管理

為了在縣域范圍內統(tǒng)籌處理表土和土石余方，提高表土資源和土石資源利用率，減少棄土棄渣，平臺的信息服務支持建設單位填報棄渣以及表土的供求信息，實現(xiàn)不同單位之間的聯(lián)通、磋商。

(3)信用評價管理

平臺按照職責范圍，依據(jù)新昌縣水土保持信用評價制度和《水利部辦公廳關于實施生產(chǎn)建設項目水土保持信用監(jiān)管“兩單”制度的通知》(辦水保﹝2020﹞157號)開展生產(chǎn)建設項目建設單位、水土保持技術服務單位(含方案編制單位、監(jiān)測監(jiān)理單位、驗收報告編制單位等)、設計單位、施工單位、監(jiān)理單位等的水土保持信用評價工作。依據(jù)信用評價結果，將相關單位的水土保持違法信息和信用評價結果記入誠信檔案，實行聯(lián)合懲戒。

(4)大屏展示

平臺研發(fā)了水土保持信息化監(jiān)管數(shù)據(jù)的大屏展示界面，如圖8所示。通過“一張圖”的方式呈現(xiàn)了水土保持監(jiān)管各個模塊的業(yè)務數(shù)據(jù)。大屏實現(xiàn)了與系統(tǒng)平臺的界面切換，便于新昌縣水行政部門快速、實時、動態(tài)掌控水土保持情況，同時滿足了會議、展覽、業(yè)務實時監(jiān)控等需求。

4.4 建立平臺安全維護體系及標準化管理體系

考慮到業(yè)務信息和系統(tǒng)服類型，將平臺定級為安全等級保護第一級，按照GB/T 22240—2020《信息安全技術網(wǎng)絡安全等級保護定級指南》進行信息安全設計。標準化管理體系在梳理現(xiàn)有水土保持信息化行業(yè)標準規(guī)范的基礎上，建立水土保持信息和監(jiān)管平臺相關的管理制度及操作指引等，包括物聯(lián)感知體系建設規(guī)范、數(shù)據(jù)采集標準、平臺的運行維護要求以及用戶使用說明等，為平臺規(guī)范穩(wěn)健運行提供約束指引。

5 結 語

本文以數(shù)字化、網(wǎng)絡化、智能化為驅動，以水土保持信息采集自動化、業(yè)務管理精細化、決策分析智能化為目標，建設了面向業(yè)務管理、領導決策和公眾服務的水土保持信息化監(jiān)管平臺。借助于“一網(wǎng)、一圖、一庫、一平臺”的水土保持信息化監(jiān)管平臺，新昌縣實現(xiàn)了“全局一盤棋”的水土保持綜合管理，水土保持監(jiān)管工作的層次和決策工作更加科學、實時和智慧。平臺具有良好的開放性和兼容性，后續(xù)將進一步優(yōu)化系統(tǒng)流程，深化智能分析決策業(yè)務，實現(xiàn)監(jiān)管問題和預警信息的智能推送以及決策會商。