水土保持核心業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)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(nèi)容是研究水土流失發(fā)生發(fā)展的規(guī)律，監(jiān)測、預(yù)防和治理水土流失，保護和合理利用水土資源，減輕水、旱、風(fēng)沙災(zāi)害，改善生態(tài)環(huán)境，促進生產(chǎn)。水土保持核心業(yè)務(wù)主要包括生態(tài)建設(shè)、預(yù)防監(jiān)督、水保監(jiān)測和項目管理四部分。業(yè)務(wù)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(yè)務(wù)。本研究基于GIS、計算機和互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)，對水土保持核心業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)的系統(tǒng)框架、構(gòu)建方法和技術(shù)路線等進行探索分析，并從信息資源、數(shù)據(jù)庫和應(yīng)用系統(tǒng)等方面進行深入設(shè)計。研究的成果是建立了省級水土保持核心業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)框架體系，直接應(yīng)用于北京市水土保持信息化建設(shè)，為全國省級水土保持信息化建設(shè)提供了借鑒和參考。

關(guān)鍵詞：水土保持；核心業(yè)務(wù)；系統(tǒng)設(shè)計；信息化建設(shè)

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(nèi)容是研究水土流失發(fā)生發(fā)展的規(guī)律，監(jiān)測、預(yù)防和治理水土流失，保護和合理利用水土資源，減輕水、旱、風(fēng)沙災(zāi)害，改善生態(tài)環(huán)境，促進生產(chǎn)。水土保持業(yè)務(wù)主要包括生態(tài)建設(shè)、預(yù)防監(jiān)督、水保監(jiān)測和項目管理四部分，業(yè)務(wù)工作的開展主要以“小流域”為管理單元，以“流域”和“行政”（區(qū)域）兩種邏輯的管理貫穿整個水土保持核心業(yè)務(wù)。本研究的對象是省級水土保持核心業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)。省級水土保持核心業(yè)務(wù)具體為：水保監(jiān)測業(yè)務(wù)。主要管理水土保持監(jiān)測站點及監(jiān)測數(shù)據(jù)、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(yù)測預(yù)報等。生態(tài)建設(shè)業(yè)務(wù)。主要對國家級治理項目監(jiān)管、掌握全市治理情況、發(fā)布水土保持公報和對治理項目成果（措施）運行情況進行監(jiān)管等。預(yù)防監(jiān)督業(yè)務(wù)。主要對全市生產(chǎn)建設(shè)水土保持方案管理、對項目建設(shè)過程中水土保持情況監(jiān)督檢查和對違法生產(chǎn)建設(shè)項目查處等。項目管理業(yè)務(wù)。主要對水土保持工作中的研究類、治理類和財政預(yù)算類項目進行過程節(jié)點的管理。本研究重點為省級水土保持核心業(yè)務(wù)系統(tǒng)構(gòu)建框架、方法和技術(shù)路線，并緊密聯(lián)系實踐提出系統(tǒng)需求、設(shè)計和實施等內(nèi)容。本研究強調(diào)系統(tǒng)空間、業(yè)務(wù)、功能三者統(tǒng)一、協(xié)同，突出水土保持分級管理、綜合分析、科學(xué)決策、高效服務(wù)能力和網(wǎng)絡(luò)作業(yè)能力。

現(xiàn)階段，國內(nèi)水土保持信息化工作主要以MIS（管理信息系統(tǒng)——Management Information System）為主要建設(shè)內(nèi)容。部分省市，如內(nèi)蒙、廣西，嘗試利用GIS實現(xiàn)水土保持可視化作業(yè)管理?？傮w來看，國內(nèi)水土保持信息化工作表現(xiàn)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(wù)等技術(shù)的深入發(fā)展，在各行業(yè)興起了云式業(yè)務(wù)信息服務(wù)。水土保持行業(yè)信息化建設(shè)也適應(yīng)潮流發(fā)展的方向。

1 研究內(nèi)容和方法

1.1 研究內(nèi)容

本文研究內(nèi)容主要包括：

（1）信息資源建設(shè)

小流域基礎(chǔ)管理單元劃分、水土保持基礎(chǔ)空間數(shù)據(jù)處理方法。

（2）數(shù)據(jù)庫建設(shè)

探索、提出“省-市-縣”三級應(yīng)用的數(shù)據(jù)庫建設(shè)方案；探索、提出預(yù)防監(jiān)督、生態(tài)建設(shè)、水保監(jiān)測、項目管理等專業(yè)數(shù)據(jù)庫設(shè)計內(nèi)容。

（3）應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)

探索水土保持核心業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)整體架構(gòu)設(shè)計；從預(yù)防監(jiān)督、生態(tài)建設(shè)、水保監(jiān)測、項目管理等專業(yè)業(yè)務(wù)流入手，設(shè)計系統(tǒng)。

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(xué)中的一個概念，是指政府對流域空間內(nèi)的各種自然、社會、經(jīng)濟采取的一系列干預(yù)活動，是人們?yōu)榭茖W(xué)、有效地開發(fā)、利用和保護水資源而建立的適應(yīng)于水資源自然特征和社會特性的一套系統(tǒng)管理制度。

在水土保持科學(xué)中，“小流域”是“流域管理”的基本單元，是水土流失監(jiān)測、治理的基本單元，按照“小流域”對水土保持業(yè)務(wù)管理，是“流域管理”在水土保持工作中的具體體現(xiàn)。

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(guān)系，流域在空間上具有包含的拓撲關(guān)系。在生產(chǎn)實踐中，拓撲關(guān)聯(lián)的流域、水系與水工建筑等構(gòu)成了地表水網(wǎng)，并在防汛、水污染、水資源、水土保持等領(lǐng)域，為機理性模型的構(gòu)建提供理論支持和思路指導(dǎo)。

1.2.3 空間信息服務(wù)理論

空間信息服務(wù)是地理信息信息系統(tǒng)（Geographic Information System）轉(zhuǎn)向空間信息服務(wù)（Geographic Information Server）的支持理論。該理論依據(jù)快速發(fā)展的互聯(lián)網(wǎng)、計算機技術(shù)，提出數(shù)據(jù)共享、信息服務(wù)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)分布式存儲、服務(wù)集中式提供的GIS系統(tǒng)建設(shè)思路。

2 系統(tǒng)框架設(shè)計

系統(tǒng)按通訊網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)存儲、應(yīng)用服務(wù)、業(yè)務(wù)應(yīng)用、門戶五層進行設(shè)計，如圖1所示。系統(tǒng)采用C/S與B/S相結(jié)合的體系結(jié)構(gòu)，為提高空間數(shù)據(jù)的安全性，合計空間數(shù)據(jù)的子系統(tǒng)采用遠程C/S結(jié)構(gòu)，其他子系統(tǒng)采用B/S結(jié)構(gòu)。

服務(wù)器采用Windows 2008 Server操作系統(tǒng)，數(shù)據(jù)庫平臺采用Oracle11G，GIS采用全國水土保持監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)一配置的DTGIS平臺，軟件開發(fā)采用.net架構(gòu)體系，客戶端采用Sivilelight開發(fā)環(huán)境。

系統(tǒng)按照行政-流域兩種邏輯進行管理，保持業(yè)務(wù)信息在流域與行政區(qū)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(shè)

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(yōu)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(qū)域劃定為小流域。

（2）河流、流域、小流域拓撲關(guān)系建立

基于山區(qū)與平原區(qū)已完成接邊，但仍處于分段狀態(tài)的河流線狀數(shù)據(jù)和流域面狀數(shù)據(jù)，結(jié)合實際情況，逐條逐段梳理確定河流的走向及匯流關(guān)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(guān)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(qū)縣、所屬區(qū)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(yè)務(wù)信息資源建設(shè)

信息資源建設(shè)的數(shù)據(jù)有三種來源。

（1）電子文檔或紙質(zhì)檔案。主要為生態(tài)建設(shè)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(zhuǎn)換生成PDF、Word、Excel、JPG、AVI等格式文件，通過多媒體入庫功能導(dǎo)入到相關(guān)數(shù)據(jù)庫。

（2）紙質(zhì)專題圖和屬性表。主要包括生態(tài)建設(shè)工程的空間分布圖、開發(fā)建設(shè)項目業(yè)主上報的審批報告等。這類文件需要矢量化和相應(yīng)的編輯處理，導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫。

（3）水土保持業(yè)務(wù)專題圖和屬性數(shù)據(jù)。主要包括小流域基本信息、農(nóng)村污水處理信息、部分開發(fā)建設(shè)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(xiàn)場調(diào)查、遙感解譯、GIS空間分析等途徑獲取。

3.2 數(shù)據(jù)庫設(shè)計

數(shù)據(jù)庫設(shè)計包含了小流域?qū)I(yè)數(shù)據(jù)庫、元數(shù)據(jù)庫、運行維護數(shù)據(jù)庫、水土保持業(yè)務(wù)庫等數(shù)據(jù)庫。

3.2.1 數(shù)據(jù)庫物理結(jié)構(gòu)設(shè)計

按照水土保持數(shù)據(jù)由區(qū)、市到省逐級向上匯總的業(yè)務(wù)需求，遵循行政管理的業(yè)務(wù)規(guī)則，業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)采取下級匯總和本級錄入相結(jié)合的方式進行。數(shù)據(jù)庫物理上劃分為省、市兩級數(shù)據(jù)庫。

3.2.2 數(shù)據(jù)庫邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計

選用Oracle 11g數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)來管理空間和屬性數(shù)據(jù)，建立小流域?qū)I(yè)數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)圖形數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)的一體化管理。數(shù)據(jù)庫邏輯結(jié)構(gòu)分為：小流域?qū)I(yè)數(shù)據(jù)庫、水務(wù)基礎(chǔ)地理空間信息庫、水土保持預(yù)防監(jiān)督庫、生態(tài)建設(shè)管理庫、水土保持項目管理庫、水土流失監(jiān)測庫，決策支持庫、元數(shù)據(jù)庫。

3.3 應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計

3.3.1 生態(tài)建設(shè)子系統(tǒng)

生態(tài)建設(shè)主要是對水土流失綜合治理和村鎮(zhèn)污水處理進行行業(yè)管理，業(yè)務(wù)主要包括規(guī)劃、計劃、區(qū)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(jiān)測子系統(tǒng)

水土保持監(jiān)測主要包括土壤侵蝕遙感調(diào)查、水土流失量及污染物流失量分析、災(zāi)害調(diào)查與土壤侵蝕普查、數(shù)據(jù)分析及水土保持公報編制和土壤侵蝕預(yù)測預(yù)報等（袁愛萍，路炳軍，段淑懷，張超，2009）。

（1）土壤侵蝕遙感調(diào)查

利用遙感及其他相關(guān)信息源，從宏觀的角度監(jiān)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(jiān)測站點經(jīng)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(shù)據(jù)及水質(zhì)化驗數(shù)據(jù)，并將觀測數(shù)據(jù)上報省水保管理部門。

（3）災(zāi)害調(diào)查與土壤侵蝕普查

災(zāi)害性降水發(fā)生后，通過野外勘察、調(diào)查訪問以及室內(nèi)分析等方法和手段，確定山洪泥石流災(zāi)害情況，分析水土流失發(fā)生發(fā)展狀況。

（4）數(shù)據(jù)分析及水土保持公報編制

對水土流失定點定位監(jiān)測、小流域監(jiān)測、暴雨山洪泥石流災(zāi)害數(shù)據(jù)進行分析，編制并發(fā)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(yù)測預(yù)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(yù)測分析，進行水土流失預(yù)測預(yù)報，為水土流失治理規(guī)劃服務(wù)。

3.3.3 預(yù)防監(jiān)督子系統(tǒng)

水土保持預(yù)防監(jiān)督主要包括重點防治區(qū)管理、水土保持方案管理和監(jiān)督執(zhí)法管理等業(yè)務(wù)（史明昌，牛崇桓，李智廣，羅志東，2005），預(yù)防監(jiān)督子系統(tǒng)的設(shè)計見圖1。

3.3.4 項目管理子系統(tǒng)

根據(jù)項目類別可分為治理、監(jiān)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(fù)”、“招標與開工”、“施工建設(shè)”、“項目驗收”等階段管理。

（2）研究類項目管理業(yè)務(wù)需求

按照“項目、課題、子課題”3層結(jié)構(gòu)以及“項目申請、項目批準、課題任務(wù)書、子課題任務(wù)書、階段總結(jié)、子課題驗收、課題驗收、項目驗收”8個階段對研究類空間數(shù)據(jù)、實驗觀測數(shù)據(jù)、項目管理過程數(shù)據(jù)等按水土保持業(yè)務(wù)進行分類、分級、分層組織和管理。

3.3.5 綜合分析子系統(tǒng)

包括小流域管理單元劃分、流域-水系拓撲關(guān)系、流域基本特征分析、土壤侵蝕遙感調(diào)查、地面監(jiān)測數(shù)據(jù)分析和工程設(shè)計輔助模塊，功能結(jié)構(gòu)如圖2所示。各模塊詳細說明如下。

4 結(jié)束語

本文從信息資源建設(shè)、數(shù)據(jù)庫設(shè)計和應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計3個方面研究、探索了省級水土保持核心業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)的框架體系、技術(shù)路線和關(guān)鍵技術(shù)。

信息資源建設(shè)。信息資源是系統(tǒng)的“糧食”，對于基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)，可通過共享的方式從省有關(guān)部門獲取服務(wù)；對于水土保持專業(yè)數(shù)據(jù)，可通過集中采集的方式獲取現(xiàn)狀數(shù)據(jù)，并通過業(yè)務(wù)流程和數(shù)據(jù)流程的形式實現(xiàn)數(shù)據(jù)的更新，使系統(tǒng)使用者稱為數(shù)據(jù)更新和使用者，并且水土保持專業(yè)數(shù)據(jù)也可作為水利行業(yè)數(shù)據(jù)為其他部門提供數(shù)據(jù)共享服務(wù)。

數(shù)據(jù)庫建設(shè)。數(shù)據(jù)庫對信息資源進行存儲、管理，進而為業(yè)務(wù)系統(tǒng)提供快速、準確的支持。水土保持數(shù)據(jù)庫的重點在于小流域?qū)I(yè)數(shù)據(jù)庫，是以小流域為基本單元組織、管理基礎(chǔ)空間和水土保持數(shù)據(jù)，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(yīng)用系統(tǒng)。通過對水土保持監(jiān)測、監(jiān)督、治理、項目管理和綜合分析5部分業(yè)務(wù)、功能需求的分析，設(shè)計形成按照業(yè)務(wù)流程節(jié)點組織、匯總的業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)，各業(yè)務(wù)節(jié)點實現(xiàn)多方交互和分析支持，保證水土保持各業(yè)務(wù)開展在同一個地理空間，為下階段跨業(yè)務(wù)信息整合、分析提供基礎(chǔ)。

參考文獻：

[1]陳香蘭.面向服務(wù)的分布式操作系統(tǒng)及其上的服務(wù)組合關(guān)鍵技術(shù)研究[D].中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)，2007，9.

[2]金陶陶，鄧富亮，馬放，等.基于服務(wù)式GIS的流域水質(zhì)目標管理技術(shù)平臺架構(gòu)設(shè)計[J].環(huán)境工程技術(shù)學(xué)報，2011，1（6）：506-511.

[3]李智廣，羅志東，趙院，等.我國數(shù)字水土保持建設(shè)基本思路[J].中國水土保持科學(xué)，2009（3）：4-8.

[4]陸大明，段淑懷.北京市數(shù)字水土保持的現(xiàn)狀及思考[J].中國水土保持，2007（9）：59-61.

[5]陸大明，李永貴，段淑懷，等.“數(shù)字流域”構(gòu)架及其關(guān)鍵技術(shù)[J].中國水土保持，2009（5）：63-65.

[6]路炳軍，袁愛萍，段淑懷.北京市水土保持監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)建設(shè)與成效[J].中國水土保持，2010（6）：13-14.

[7]雷章，史明昌，劉文博，等.大型GIS數(shù)據(jù)中心元數(shù)據(jù)框架研究[J].水電能源科學(xué)，2011（11）：73-75.

[8]水利部水土保持司.水土保持監(jiān)測技術(shù)規(guī)程（SL277-2002）[S].北京中國水利水電出版社，2002.

[9]史明昌，牛崇桓，李智廣，等.開發(fā)建設(shè)項目水土保持方案管理信息系統(tǒng)建設(shè)研究[J].中國水土保持，2005（6）：13-15.

[10]宋關(guān)福.服務(wù)式GIS鋪平信息共享之路[J].計算機世界，2008（49）：32-33.

[11]王維瑞，黎昭詠，史明昌，等.基于時間切片模型的設(shè)施農(nóng)業(yè)時空數(shù)據(jù)研究[D].河海大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2009（5）.

[12]徐靜.基于SOA的GIS網(wǎng)格化研究[D].江蘇大學(xué)，2007.

[13]袁愛萍，路炳軍，段淑懷，等.北京市水土流失監(jiān)測預(yù)報系統(tǒng)的建設(shè)與管理[J].北京水務(wù)，2009（2）：63-65.