移動GIS 在飲用水水源地常態化監管中的應用

童為民，李建峰，鄧會凱

（1. 貴州省水利水電勘測設計研究院有限公司，貴州 貴陽 550002）

水是生命的源泉，更是人類賴以生存和發展不可或缺的物質資源[1]。近年來，工業化的飛速發展，對生態環境造成了災難性的損害，導致資源短缺、環境污染、生態破壞等全球性的重大危機[2]。面臨嚴重的水危機已是不爭的事實，全球化解水資源危機已刻不容緩[3-5]。因此，如何加強飲用水水源地的管控力度已引起相關部門的重視。為保障人民身體健康和經濟建設發展，保證飲用水水源保護區的環境質量，我國于1989年7月頒布了《飲用水水源保護區污染防治管理規定》，將飲用水水源保護區分為一級和二級保護區，必要時還可在飲用水水源保護區外圍劃定一定的區域作為準保護區。各地區根據實際發展狀況，制定了相應的法律法規和規章制度，成立了相關水源地保護機構，預防飲用水水源保護區污染。同時，各相關機構、單位等也研究并構建了水質預警指標體系，從而增強水資源的保護力度[6-9]。然而，在實際工作中，各部門存在意見不統一、互相推諉、監管不到位等現象，導致水質預警指標體系多樣復雜，給飲用水水源地的監管造成了諸多問題。本文針對集中式飲用水水源地的監管現狀，結合移動GIS 關鍵技術，利用信息化手段加強水源地的常態化監管。

1 飲用水水源地監管現狀

從長期監管的角度出發，飲用水水源地監管的主要技術手段包括不定期獲取高分辨率影像、水質檢測設備實時監測、巡查人員定期巡查等。詳細監管方案與特點如表1所示[10-14]。

表1 飲用水水源地監管方案與特點

盡管當前的飲用水水源地監管技術手段豐富多樣，但仍存在一些問題：①影像解譯結果查看不方便；②水質檢測設備預警信息使用簡單；③現場巡查人員難以監管；④突發事件處理不及時，且難以追蹤溯源等。為了進一步通過信息化手段加強集中式飲用水水源地的常態化監管，本文基于移動終端、無線通信、地圖服務、空間定位、空間數據庫等移動GIS 關鍵技術，實現了遙感影像、無人機影像、水質監測設備、巡查人員的綜合化管理，支持及時展示高分辨率影像解譯結果、實時掌握水質趨勢情況、精準掌握巡查人員的工作狀況以及動態跟蹤事件處理流程。

2 關鍵技術

2.1 移動GIS技術

隨著移動終端、移動通信、GIS 等技術的高速發展，移動GIS 已成為熱門研究領域，應用于國土、環保、筑建、農業等行業[15]。移動GIS將移動通信、GIS與空間定位等技術完美融合，實現了基于移動終端的地理信息采集、傳輸、處理與分析。人們日常使用的移動終端集成了諸多空間定位設備，能精確測定三維坐標、移動速度、時間等空間信息，且抗干擾性好、隱蔽性強、能適應野外復雜的地理環境，具有實時性、全球性、連續性等監測特點，被廣泛應用于各種大型工程項目中，為水源保護區巡查提供了強有力的空間數據采集平臺。同時，其強大的二次開發功能，還為飲用水水源地常態化監管系統提供了良好的基礎平臺。

2.2 地圖服務技術

地圖服務技術是為實現互聯網或局域網內數據共享而提供的數據發布或空間分析接口，主要包括地圖引擎、數據管理、數據庫、權限控制等功能。目前，國外的Google Map、MapBox 等以及國內的百度地圖、騰訊地圖、高德地圖和天地圖等已廣泛服務于各個領域。同時，國內外企業或單位提供了ArcGIS Server、GeoServer、超圖等諸多地圖服務發布功能，能為飲用水水源保護區解譯后的影像發布提供地圖服務平臺。

2.3 空間數據管理

飲用水水源保護區常態化監管產生的數據具有數據量大、類型繁雜的特點，一般的關系型數據庫難以滿足系統需求。相對于傳統關系型數據庫，空間數據庫能有效支持具有一定空間要素特征的復雜對象存儲，具有數據量龐大、可訪問性高、數據模型復雜、屬性數據和空間數據聯合管理等特點。通過空間數據和屬性數據相結合，可高效準確地對污染源數據進行定位、篩選、空間統計和空間分析，從而提升水源保護區常態化監管工作的效率和準確性。

3 系統組成

基于Android、ArcGIS、SQL Server 空間數據庫等平臺，本文研發了飲用水水源保護區常態化監管系統。該系統由移動端App、Web 端和服務器端3 個部分組成，如圖1 所示，其中移動端App 包括影像數據管理、水質監測預警、水源保護區巡查、事件上報與處理、工作統計等模塊；Web 端包括基礎數據管理、業務管理、預警分析、監管App、水質監測等功能；服務器端由代理服務器、應用程序服務器、數據庫服務器、GIS服務器以及文件服務器組成。

圖1 系統組成架構

4 在飲用水水源地中的應用

系統已成功應用于貴州省黔中水利樞紐一期工程集中式飲用水水源保護區中，保護區位于長江和珠江兩大流域分水嶺地帶，是貴州省首個大型跨地區跨流域長距離水利調水工程，用以解決黔中地區十多個縣（市）的農業、工業、生活、城市等用水，覆蓋面積達4 711 km2。保護區范圍內包括水質監測站點30 多個、巡查人員100多人以及突發事件處理責任人30多人。

4.1 水源保護區巡查

水源保護區的定期巡查，是及時發現、制止、處理和報告保護區內發生的各種破壞水環境違法行為的重要手段；但一些管理人員難免存在流于形式、不負責、不作為等行為問題。為解決上述問題，需要明確每個巡查人員在水源保護區的巡查范圍，管理人員在巡查時需要啟動開始巡查功能，實時采集巡查人員的軌跡數據。巡查地圖上標記了界樁、界牌、保護區范圍線等信息，并支持導航功能，確保巡查人員能夠準確快速地在保護區范圍內履行職責。在工作統計中，能實時統計每位巡查人員的巡查次數、巡查距離和巡查時間，一鍵生成考核表，支持管理員隨時掌握巡查人員的實際情況，有效解決了現場巡查人員難以管理的問題，如圖2所示。

圖2 保護區巡查

4.2 水質檢測預警

采用水質檢測設備是直接反映水質健康狀況的必要手段。通過水源保護區范圍內安裝的水質檢測設備，實時獲取設備檢測到的氨氮、總磷、PH 值、電導率、溶解率等各項指標結果（圖3），將水質檢測超標、設備采集異常等信息迅速推送至移動終端；管理人員在接收異常值預警后，結合不同時間段的水質實時數據、各項監測值指標趨勢信息、監測站點位置、采集時間等信息，進行管理決策。

圖3 水質檢測預警

4.3 影像數據管理

經過自動解譯與人工解譯相結合的方式，對采集的衛星遙感影像數據或無人機航飛影像數據進行解譯，并通過ArcGIS地圖服務接口，以地圖服務的形式發布解譯結果，支持移動終端隨時查詢解譯結果。系統可疊加顯示多期相同飲用水水源地解譯影像，分別設置不同期的影像透明度，如圖4 所示，直觀顯示水源地不同時期的實地變化情況；再結合影像解譯報告，可從大范圍上對水源保護區進行監管。

圖4 航飛遙感影像管理

4.4 突發事件上報與處理

在巡查過程中，需要及時報告突發事件，可通過飲用水水源地常態化監管系統的事件上報功能，選擇處理人、事件類型、發生時間、發生庫區、發生地址、文字描述、語音描述、拍攝照片、拍攝視頻等快速上報事件。相關處理人將會收到待辦事件，且必須在規定時間內及時提交處理結果，否則相關部門將進行追責。結合系統的工作統計功能，可對巡查人員的上報次數、處理次數、事件處理率、上報類型等進行實時統計，不僅記錄了事件處理的整個流程，而且對處理事件的人員進行了監督管理，確保突發事件能被快速、準確、有跡可循的高效處理。

5 結 語

為加強飲用水水源保護區的常態化監管，進一步防止水環境污染、破壞等行為，本文提出了一種基于移動GIS 技術的飲用水水源保護區常態化監管方案，實現了影像數據、解譯報告、水質檢測信息、巡查人員以及突發事件處理的綜合化管理，有效解決了影像解譯結果查看不直觀、水質檢測信息應用簡單、現場巡查人員難以監管、突發事件處理不及時、事件無法追蹤溯源等水源保護監管問題，為飲用水水源保護區常態化監管提供了一種更加全面、精細、實時、科學的決策參考。保護區監管平臺產生了海量的監測數據，本文尚未充分綜合運用平臺采集的監測數據，基于監測數據的挖掘分析、可視化分析等有待進一步深入研究。