成都市水土保持信息化系統設計與探析

許海超，郭文旭，何 麗，曲雙鋒，秦 偉

(1.中國水利水電科學研究院，北京 100048； 2.水利部 水土保持生態工程技術研究中心，北京 100048；3.成都市水務局，四川 成都 610042； 4.成都市水利水保監測中心，四川 成都 610031)

信息化系統建設是實現信息化的重要基礎和基本手段，其設計科學性與合理性直接決定信息化及其相關監管工作的成效。水利部高度重視水利信息化工作，先后啟動了水土保持信息管理系統升級、生產建設項目水土保持遙感監管、國家水土保持重點工程信息化監管等相關工作[1-2]。水土保持信息化是水利信息化的重要組成部分，水利部2013年發布了《全國水土保持信息化規劃(2013—2020年)》，并相應制定了《全國水土保持信息化實施方案(2014—2016年)》[3-5]。近年來，以生產建設項目遙感監管為核心，太湖流域[6]及北京[7]、廣東[8]、貴州[9]等省份的水土保持信息管理系統得到快速發展，為全國和省級行政區域的水土保持信息化系統建設提供了良好示范。然而，各地自然條件與社會經濟狀況有所不同，又面臨各自的水土保持工作基礎與特點，信息化系統建設既需要全面推進，也需要因地制宜。相比之下，省會和經濟發達的大型市級行政區域具有更為有利的水土保持信息化系統建設條件，也承擔著更為完整和復雜的水土保持任務目標，在全國水土保持工作體系中發揮著承上啟下的關鍵作用，可能是當前和未來一段時期區域水土保持信息化系統先行示范、創新發展的主體，但是現有的針對性研究和先進性案例還鮮有報道。

成都市作為四川省省會、全國15個副省級城市之一和西部地區中心城市，是國家成渝地區雙城經濟圈核心增長極的重要一極，在全國城市發展中具有特殊地位和重要影響。近年來，成都市積極推進以信息化為核心的智慧水務建設，全覆蓋統籌開展全市生產建設項目水土保持遙感監管，及時完成全國水土保持信息化系統入庫，高效配合國家年度水土流失動態監測和地方水土保持規劃目標考核等工作，為四川省乃至全國大型城市的區域水土保持信息化工作提供了引領示范[10-11]。根據相關工作基礎和經驗，對標全國水土保持信息化建設形勢和要求，通過調研分析，提出區域水土保持信息化系統建設定位、原則和目標，并針對成都市水土保持工作需求，設計了成都市水土保持信息化系統的框架結構、基本功能和關鍵技術，以期為全國區域水土保持信息化系統建設提供參考。

1 定位與目標

1.1 建設定位

市級水土保持信息化系統建設，應依據全國水土保持信息化建設規劃的總體部署，對接省級水土保持信息化和市級智慧水利和政務信息化的整體要求，立足市級水土保持信息化工作基礎，整合所轄各區縣水土保持信息化工作需求，統籌建設覆蓋全區域、全業務的高效水土保持專項開放信息化系統。對于成都市水土保持信息化系統建設而言，根據《成都市水土保持規劃(2015—2030年)》及成都市智慧水務建設部署等要求，具體定位于成都市智慧水務平臺的組成系統，設計涵蓋全市水土保持預防、監督、監測、治理、公告等業務內容，面向上級與轄區、行業與社會的水土保持專項業務信息化系統。

1.2 建設原則

市級水土保持信息化系統建設，一般應從對象、結構、功能、技術等方面提出整體規劃，綜合設計。通過面向省、市、縣三級的調研及現狀與需求分析，成都市水土保持信息化系統建設應主要遵循以下原則：

(1)兼容互通，多維協同。根據水土保持業務特點，水土保持信息化系統建設應預留與發展改革、行政審批、環境保護、住建規劃、自然資源等相關部門，省、市、縣等各級同行機構進行不同信息系統兼容、連通并進行數據交換的接口，具備打通省、市、縣三級業務流程，實現跨部門、多層級業務關聯，避免重復錄入、反復填報、流程阻隔等問題，搭建互聯互通的開放業務框架，為提高效率奠定基礎。

(2)一圖總覽，信息共享。基于統一的空間基準和底圖，將地形、土地利用、水土流失、生產建設項目防治責任范圍和擾動圖斑、重點工程水土保持措施設計與實施圖斑、水土流失監測站點等相關數據成果組合式集成展示、空間化統一管理，實現預防、監督、審批業務工作的空間數據共享互通，提供坐標統一的管理底圖。

(3)功能全面，操作簡便。系統功能應涵蓋區域內水土保持管理涉及的生產建設項目事前、事中和事后審批和監督，水土流失綜合治理和水土流失監測評價等全部業務及信息發布、文件流轉、遠程會議等配套功能，并具備操作簡便、流程科學、運行穩定、響應高效等特點，提供友好快捷的應用體驗。

(4)技術先進，安全可靠。系統設計應具有前瞻性，充分吸收成熟領先技術的同時盡量選用國產軟硬件設備，并注重安全性能和備份恢復，降低風險與不可控因素，力求架構開放可擴展、技術先進可升級、功能完整可更新、權限分明可調整。

1.3 建設目標

結合區域經濟社會發展水平、水土保持監管需求和水利信息化發展目標等，成都市水土保持信息化系統建設的目標可設定為：通過集成前沿地理信息系統技術、互聯網技術、海量數據存儲與管理技術等，將水土保持綜合治理、預防監督、監測評價等主要業務開發形成服務組件，構建面向水行政主管部門、相關政府行政部門和社會公眾的水土保持信息化平臺，并確保安全可靠，有效支持全市范圍內的水土保持基本業務日常工作，提高水土保持管理、審批、決策等工作效率，形成理念先進、技術領先、效益明顯的全國地市級區域水土保持信息化示范樣板。

2 框架與功能

系統框架與功能設計是區域水土保持信息化系統建設的核心，一般根據系統建設需求及區域內其他政務系統接口與架構要求深化設計，主要包括總體框架、技術架構和應用功能。成都市水土保持信息化系統框架與功能設計如下：

2.1 總體框架

基于互聯互通的網絡(“一張網”)，以地理空間位置為紐帶，采用統一空間基準，形成水土保持管理底圖(“一張圖”)，集成系統數據資源，建設專用存儲數據庫(“一個庫”)，并基于網絡、底圖和數據庫，構建面向各級水行政主管部門〔成都市水務局、成都市水利水保監測中心、區(縣)水行政部門〕、相關行政審批單位和社會公眾等用戶的系列業務應用，形成以“一網、一圖、一庫”為總體框架的系統建設方案。系統總體架構見圖1。

圖1 成都市水土保持信息化系統總體框架

(1)系統運行“一張網”。基于成都市水土保持業務體系，以成都市水務局為中心節點，建設數據中心，建立各區縣、社會單位、公眾用戶分支節點。通過對現有網絡的規劃和建設，依托移動互聯網及物聯網，縱向連接市級、縣級水行政主管部門，橫向連接水土保持委員會成員單位、相關行政審批部門、生產建設項目建設單位、社會公眾和各級監測站點(設備)，構建包括業務網、互聯網、物聯網在內的成都市水土保持信息化“一張網”，實現水土保持信息數據互聯互通與融合共享。

(2)空間管理“一張圖”。基于“天地圖”為主的在線底圖，結合年度獲取的高分遙感影像數據，統一采用CGCS2000空間坐標系統，對全市生產建設項目防治責任范圍及其擾動圖斑范圍、棄渣場范圍、水土保持重點治理工程范圍、生態清潔小流域、水土流失強度分布、水土保持監測站點、水土保持科技示范園區等基于空間位置進行統一管理，支持展示、統計、查詢、下載等應用服務。

(3)數據存儲“一個庫”。構建滿足海量、多源、異構的成都市水土保持信息化系統數據庫，實現系統所需的基礎地理信息數據、高分遙感數據、水土流失動態監測數據、水土保持重點工程數據、生產建設項目水土保持數據、水土保持監測站點數據等存儲和管理。數據庫包含基礎數據庫、業務數據庫和綜合信息數據庫等，數據類型涵蓋矢量、柵格、影像、視頻、圖片、文檔等。

(4)應用服務全支撐。在水土保持網絡系統平臺支撐連接下，基于統一底圖，結合多源數據庫，構建水土保持綜合治理、預防監督、監測評價三大方向為主體的應用功能體系，并兼顧信息公開共享、文件流轉、遠程會議等信息共享發布功能及涉水項目審批等特色功能，為全市相關機構水土保持履職提供上報、審批、監管、決策等信息化服務。

2.2 技術架構

采用B/S(瀏覽器/服務器)架構模式，根據系統功能和應用需求，將成都市水土保持信息化系統分為運行支撐層、信息感知層、數據層、服務層和應用層五大結構層。結構框架見圖2。

圖2 成都市水土保持信息化系統技術架構

(1)運行支撐層。主要包括平臺運行所需的軟硬件環境、安全保障、法律法規及標準規范等。

(2)信息感知層。主要為系統平臺提供信息采集功能，并可時刻掌握生產建設項目水土保持狀態等，利用移動端APP、衛星遙感、無人機、監測站傳感器等設備，輔以PC端錄入功能，可自動獲取水土保持管理中的關鍵信息。

(3)數據層。主要包括地理空間信息基礎數據庫，水土保持綜合治理、預防監督、監測評價等主要業務數據庫，以及項目審批、系統管理等綜合信息數據庫。其中，基礎數據庫采用空間數據庫進行空間數據管理與存儲，業務數據庫和綜合信息數據庫采用關系數據庫管理與存儲。

(4)服務層。以微服務形式構建，并封裝成Docker容器，采用Kubernetes進行容器管理。包括水土保持綜合治理、預防監督、監測評價方面的主要業務服務和項目審批，以及系統管理方面的綜合管理服務等。

(5)應用層。主要包含水土保持綜合治理、水土保持預防監督、水土流失監測評價、涉水項目審批、信息公開與共享等功能子系統(圖3)，面向桌面端和移動端用戶提供相應應用，是成都市水土保持信息化系統的主要實體。

圖3 成都市水土保持信息化系統應用層系統結構

2.3 應用功能

(1)水土保持綜合治理子系統。主要用于開展年度新增水土流失治理任務下發，對成都市轄區內水土保持重點工程、生態清潔小流域等項目進行網上申報和審批。同時，開發對申報項目范圍、措施位置等自動審核，對項目實施進展、驗收情況進行監管，對項目實施成效進行定期評估等拓展功能，以及對歷年批復的水土保持重點治理工程的空間查看和信息查詢，對空間重疊、疑似重復投資的項目進行自動檢測預警等特色功能。

(2)水土保持預防監督子系統。按照“放管服”改革要求，簡化審批流程，通過系統支持完成水土保持預防監督相關業務工作。主要包括：對區域內生產建設項目水土保持方案開展網上報批，由方案編制單位上傳方案文本及項目防治責任范圍矢量數據等資料，系統自動初審后抽取專家送審，通過網絡為主、線下為輔的方式完成審查后，上報水行政部門審批；支持生產建設項目水土保持補償費征收、水土保持監測/監理成果報備、自主驗收備案、項目事中與事后隨機督察和違法違規查處管理，以及遙感監管成果管理與應用。通過上述功能實現生產建設項目全過程信息化監管。

(3)水土流失監測評價子系統。主要包括：下發區域水土流失動態監測任務及其相關復核任務等，動態監測成果查詢、分析與應用；對區域內水土保持監測站點的水沙監測設備、氣象監測設備、視頻監控設備等進行遠程管理，對相關數據資料進行適時收集、存儲、調用、個性化展示及其成果輸出與上報等。

(4)涉水項目審批子系統。根據成都市水利水保監測中心的職能分工，通過明確適用范圍、規范審批權限、優化審批流程，對所負責的區域內涉水項目審批事項進行整合，建立網絡審批功能模塊。

(5)信息公開與共享子系統。梳理水土保持相關信息公告需要，建立信息發布功能模塊，包括建立覆蓋生產建設項目單位、水土保持技術服務單位等在內的違法違規“重點關注名單”或“失信黑名單”等信用體系及其公告平臺板塊；建立向社會公眾介紹區域水土流失狀況、水土保持治理成效、水土保持示范工程等信息的宣傳平臺板塊等。

3 關鍵技術

為確保系統高效、安全、穩定運行，區域水土保持信息化系統建設主要涉及四方面關鍵技術。

(1)數據安全技術。區域水土保持信息化系統需要收集多源、海量數據，并對其進行存儲、查詢、分析、展示和應用，使用過程中數據量大，涉及部門、流程和用戶多，為確保數據安全，需部署硬件防火墻、網絡入侵檢測系統等主動安全技術。

(2)高效信息傳輸技術。區域水土保持信息化系統信息交換量大，受網絡傳輸協議、實時訪問量、帶寬占用等因素約束，確保及時有效傳輸用戶請求指令與系統反饋信息是其穩定運行和良好應用的關鍵。采用增加存儲節點、優化數據庫配置、提高信息壓縮比例、提高解碼效率等高效信息傳輸技術，可有效提高信息傳輸效率。

(3)高并發數據承載技術。區域水土保持信息化系統應用中，勢必面臨眾多用戶異地同步進行大批量操作和處理等情況，要求很高的并發性能，應采用分布式部署、持久化數據庫分庫、內存數據庫緩沖、接口優化等并發數據處理技術，保障高并發、高負載應用需求。

(4)圖庫一體化技術。為方便一線管理人員和社會公眾應用，區域水土保持信息化系統需最大程度將不同業務實現直觀、便捷的“線上實地”操作，應采用圖庫一體化技術將管理對象的數據、信息及地理位置等密切關聯，以地圖為基礎，輔以表格、文字和多媒體信息，實現圖文互訪的綜合管理。

4 結論與展望

成都市水土保持信息化系統設計，充分契合成都市作為四川省省會城市和西部中心城市的定位，在對接省、市、縣三級已有水務和政務信息化架構基礎上，明確水土保持專項業務信息化系統的建設定位，并從對象、結構、功能、技術等方面提出建設原則和目標，依此制定了“一網、一圖、一庫”為總體框架的系統建設方案，并設計了技術架構、應用功能，依托相關關鍵技術，確保系統高效、安全、穩定運行。其設計思路和建設模式，兼顧了區域水土保持信息化系統靈活定制性和區域統一性的建設需求，既可支撐區縣級多元化業務需求，減少系統重復建設，又可對接國家和全省管理要求，避免信息重復填報和錄入，形成水土保持業務“一盤棋”工作格局，是實現市域水土保持提速增效、提檔升級的重要支撐，也是加快推進全國水土保持信息化建設的重要組成。隨著我國信息化發展和數字經濟國家戰略的深入推進，相信以成都市為代表的市級水土保持信息化系統建設，將逐步成為當前和未來一段時期區域水土保持信息化系統先行示范、創新發展的主體，成為推動全國水土保持信息化和現代化建設的重要力量。