水域數(shù)字化管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

樊青松

（溫嶺市水利局 ，浙江 溫嶺 317500）

1 問(wèn)題的提出

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和城市化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，人口聚集，人水爭(zhēng)地矛盾日益突出，水域管理難度越來(lái)越大，而伴隨著社會(huì)的進(jìn)步，人們對(duì)美好生活的向往對(duì)水域管理提出了更高的要求，水域管理面臨新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。長(zhǎng)期以來(lái)水域數(shù)據(jù)的管理主要依靠手工作業(yè)的方式，由于數(shù)字化含量低，很多的資料和數(shù)據(jù)都是以紙質(zhì)形式存放在檔案室或個(gè)人手里[1]，信息傳遞效率低下，束縛著水利部門管理者與政府決策者的手腳，制約水域管理效能的提升。當(dāng)前，新一輪信息革命正引領(lǐng)人類從工業(yè)文明加速向信息文明轉(zhuǎn)型，數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化在生產(chǎn)生活領(lǐng)域的深度滲透，深刻改變了水域保護(hù)管理的基礎(chǔ)環(huán)境，傳統(tǒng)的、手工化的水域管理模式遇到嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，已經(jīng)不能適應(yīng)水域管理現(xiàn)代化和決策科學(xué)化的需要，與時(shí)代發(fā)展的要求、改革治理的需要、社會(huì)公眾的需求相比，還存在不少差距和短板。在國(guó)家加快建設(shè)數(shù)字中國(guó)、發(fā)展數(shù)字經(jīng)濟(jì)、實(shí)施大數(shù)據(jù)戰(zhàn)略的大背景下，探討水域數(shù)字化[2]管理非常必要，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

2 水域數(shù)字化管理模式

面向?qū)ο骩3-4]是一種對(duì)現(xiàn)實(shí)世界理解和抽象的方法，對(duì)象不僅能表示具體的事物，還能表示抽象的規(guī)則、計(jì)劃或事件。因此借用對(duì)象的概念來(lái)描述水域的狀態(tài)和行為更有助于水域的保護(hù)管理。為此將水域按其類別、時(shí)、空特性進(jìn)行對(duì)象標(biāo)識(shí)、單元化組織和構(gòu)件化管理，其目標(biāo)是聚焦管好水域空間及其水域岸線、水體，打造人與自然和諧共生的水域新格局，還水域以美麗健康，主要手段是以信息化、移動(dòng)通信、大數(shù)據(jù)等技術(shù)來(lái)處理、分析和管理水域，促進(jìn)水域水流、數(shù)據(jù)流、資產(chǎn)流的通暢與協(xié)調(diào)，從而實(shí)現(xiàn)精確、敏捷、高效、全時(shí)段、全方位覆蓋的水域管理模式。水域數(shù)字化主要內(nèi)容包括水域管理對(duì)象身份證化、管理職責(zé)單元化和管理運(yùn)行構(gòu)件化：

（1）管理對(duì)象身份證化。主要是對(duì)水域管理對(duì)象進(jìn)行標(biāo)識(shí)，就是把水域的江河、溪流、湖泊、人工水道、行洪區(qū)、水庫(kù)、山塘等及其管理范圍、水體岸線、交叉建筑物等水域管理對(duì)象都納入水域數(shù)字化管理的范疇，給每個(gè)管理對(duì)象配上一個(gè)“數(shù)字身份證”進(jìn)行注冊(cè)登記，建立相應(yīng)的身份名錄，對(duì)每個(gè)對(duì)象上發(fā)生的行為（如占用、補(bǔ)償、維修養(yǎng)護(hù)等）都定義為事件，通過(guò)事件的關(guān)聯(lián)管理將水域管理責(zé)任精準(zhǔn)落實(shí)到位。如果河道上的水閘壞了，堤防有了隱患，在數(shù)字化系統(tǒng)的支撐下，相關(guān)責(zé)任人和部門就會(huì)在第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)并解決問(wèn)題，從而實(shí)現(xiàn)以更先進(jìn)的技術(shù)更快地發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、更有效地解決問(wèn)題、更好地監(jiān)督考核，更精細(xì)的行業(yè)監(jiān)管。

（2）管理職責(zé)單元化。將水域管理職能、管理機(jī)制、運(yùn)作模式、組織結(jié)構(gòu)等管理基礎(chǔ)全面數(shù)字化，以行政區(qū)域、小流域或河段區(qū)域作為管理單元[5]，將水域空間單元化，在單元內(nèi)有效整合信息和管理資源，開展信息采集、事件處置、水域服務(wù)、政策宣傳等管理服務(wù)工作，綜合分析水域管理形勢(shì)和精細(xì)分析水域管理內(nèi)容，對(duì)水域運(yùn)行狀態(tài)做出預(yù)判、預(yù)測(cè)、預(yù)警，實(shí)現(xiàn)水域管理運(yùn)行狀態(tài)的全面可視和監(jiān)測(cè)。按照綜合履職的要求，由單元責(zé)任人及時(shí)采集單元水域動(dòng)態(tài)信息，更新水域各類綜合信息，努力實(shí)現(xiàn)信息全掌握、訴求全收集、服務(wù)全覆蓋、工作全到位。同時(shí)按規(guī)定通過(guò)單元內(nèi)巡視，發(fā)現(xiàn)水域管理問(wèn)題后利用無(wú)線智能終端進(jìn)行問(wèn)題信息的采集并上報(bào)至數(shù)據(jù)中心、對(duì)已解決的問(wèn)題進(jìn)行檢查確認(rèn)，并將信息反饋至數(shù)據(jù)中心，對(duì)事件的處置盡可能在本層級(jí)處置，責(zé)任人自己能解決的要及時(shí)處置并留下記錄（如日常類信息，現(xiàn)場(chǎng)處理并上傳登記備案），不能解決的（如協(xié)調(diào)類信息，現(xiàn)場(chǎng)受理上傳同時(shí)將結(jié)果反饋給服務(wù)管理對(duì)象；重點(diǎn)類信息和突發(fā)性事件，按層級(jí)報(bào)告，協(xié)助相關(guān)部門緊急處理）上報(bào)數(shù)據(jù)中心由數(shù)字化平臺(tái)推送到相應(yīng)的部門進(jìn)行聯(lián)動(dòng)處置并留下記錄，避免推諉扯皮現(xiàn)象和違法、違規(guī)行為的發(fā)生與事態(tài)擴(kuò)大，真正實(shí)現(xiàn)管理責(zé)任的區(qū)域精細(xì)化。

（3）管理運(yùn)行構(gòu)件化。應(yīng)用面向?qū)ο蟮姆治龇椒?，將水域作為系統(tǒng)進(jìn)行建模，將每個(gè)單元內(nèi)的水域管理對(duì)象，如江河、溪流、湖泊、人工水道、行洪區(qū)、水庫(kù)、山塘等及其管理范圍物化為單元構(gòu)件[6]，構(gòu)件具有屬性、功能、狀態(tài)等特征，每個(gè)構(gòu)件可以封裝、繼承，有自己的屬性、功能和方法。對(duì)構(gòu)件上發(fā)生的事項(xiàng)定義為事件，如疏浚、保潔、違建、整治、建設(shè)等。對(duì)事件信息一方采集、多方共用，事件信息可采用包括文字、照片、視頻、音頻等多種信息表達(dá)方式，事件采集時(shí)在自動(dòng)獲取事件發(fā)生的現(xiàn)場(chǎng)位置地理坐標(biāo)的同時(shí)，對(duì)事件現(xiàn)場(chǎng)的地名、特征建筑、事件本身也應(yīng)進(jìn)行清楚、準(zhǔn)確、完整的描述，其中照片應(yīng)清晰反映問(wèn)題的全貌、關(guān)鍵性局部特寫，視頻應(yīng)清晰反映事件經(jīng)過(guò)，問(wèn)題所在，錄音應(yīng)語(yǔ)音清晰、語(yǔ)句簡(jiǎn)短完整。水域構(gòu)件化可使水域狀態(tài)及其行為精準(zhǔn)化，通過(guò)構(gòu)件的組裝、配置和控制可以實(shí)現(xiàn)水域動(dòng)態(tài)監(jiān)管，維護(hù)水域公共安全，從而提升水域管理工作的高質(zhì)量。

水域數(shù)字化管理模式見(jiàn)圖1。

圖1 水域數(shù)字化管理模式圖

3 數(shù)字水域總體框架

水域數(shù)字化管理是依托數(shù)字化手段，在現(xiàn)有的信息技術(shù)基礎(chǔ)上，對(duì)水域管理理念、職能、制度、行為、組織的全方位變革，通過(guò)構(gòu)建一個(gè)通用的基礎(chǔ)信息平臺(tái)，采用數(shù)字化的方式，完善水域信息資料采集、分析、整合等各個(gè)環(huán)節(jié)，對(duì)水域管理業(yè)務(wù)流程進(jìn)行整體優(yōu)化再造，促進(jìn)各類信息的無(wú)縫對(duì)接，對(duì)水域空間進(jìn)行一體化管理，統(tǒng)籌實(shí)施水域空間管控體系，建立更加扁平、高效、靈活、協(xié)同的業(yè)務(wù)流，全面推動(dòng)水域監(jiān)管行為數(shù)字化，實(shí)現(xiàn)跨部門、跨層級(jí)的協(xié)同管理。在內(nèi)容架構(gòu)上，水域數(shù)字化主要包括（見(jiàn)圖2）：

（1）全面立體的物聯(lián)網(wǎng)感知能力。通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對(duì)水域管理單元及構(gòu)件進(jìn)行監(jiān)控、傳輸和分析，使水域管理信息平臺(tái)具有動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)的監(jiān)管能力。

（2）全過(guò)程的水域保護(hù)監(jiān)管。通過(guò)信息資源整合、信息共享，獲取水域運(yùn)行管理的數(shù)據(jù)支持，真正形成水域管理的信息監(jiān)管中心。通過(guò)加強(qiáng)水域運(yùn)行數(shù)據(jù)的聚合分析能力和必要水域管理運(yùn)行體征的預(yù)警預(yù)報(bào)和體征分析能力，形成“事前、事中、事后”全程監(jiān)管機(jī)制。

（3）多層次的水域開發(fā)利用。水域保護(hù)開發(fā)是數(shù)字水域建設(shè)的方向，注重從人們對(duì)美好生活的向往出發(fā)，強(qiáng)化民眾的參與，提供平臺(tái)實(shí)現(xiàn)民眾與政府的良性互動(dòng)，讓更多的人參與到水域保護(hù)、開發(fā)、利用、管理中來(lái)，匯聚公眾智慧，不斷推動(dòng)管理創(chuàng)新、開放創(chuàng)新、大眾創(chuàng)新、協(xié)同創(chuàng)新，形成全方位、多層次的水域空間管控體系，這樣使得水域的治理保護(hù)更能有序、有效、保值增值，同時(shí)也為水域科學(xué)、綜合管理提供幫助。

（4）全方位的數(shù)據(jù)共享服務(wù)。目前不同管理部門擁有各自分管的水域數(shù)據(jù)，而數(shù)據(jù)的權(quán)屬和維護(hù)工作屬于各管理部門，如河道的歸河道部門、水庫(kù)的歸水庫(kù)部門、山塘歸農(nóng)水部門，執(zhí)法事件又分散到不同部門，水域數(shù)字化應(yīng)向各涉水管理部門提供相應(yīng)的地理空間信息和屬性信息，讓每個(gè)權(quán)屬單位更好的了解自己的工作范圍和做好水域的維護(hù)工作，水域的保護(hù)也由原來(lái)的部門分散管理、分別監(jiān)督轉(zhuǎn)變?yōu)榧芯S護(hù)、協(xié)同保護(hù)的體制機(jī)制，形成多方參與水域保護(hù)管理服務(wù)體系。

圖2 水域數(shù)字化管理框架圖

4 功能設(shè)計(jì)

4.1 水域一張圖管理

水域一張圖管理，主要是以時(shí)間和空間的框架實(shí)現(xiàn)水域信息資源的整合（見(jiàn)圖3），將水域基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、專業(yè)數(shù)據(jù)、管理數(shù)據(jù)、社會(huì)人文、地形圖、正射影像圖等相關(guān)數(shù)據(jù)單元化、構(gòu)件化后落實(shí)到不同的地圖圖層上，形成水域一張圖，使水域管理對(duì)象在管理區(qū)域中的精確定位，構(gòu)建水域圖文一體化的協(xié)同工作環(huán)境；同時(shí)可根據(jù)需要任意組合疊加顯示，實(shí)現(xiàn)對(duì)水域水域管理全局情況的總體把握，以了解相互之間的關(guān)系和規(guī)律。在水域數(shù)字化管理系統(tǒng)中，水域空間數(shù)據(jù)采用.shp或.gdb格式，平面坐標(biāo)系統(tǒng)采用CGCS國(guó)家2000坐標(biāo)系，高程系統(tǒng)采用1985國(guó)家高程基準(zhǔn)，數(shù)據(jù)精度要求達(dá)到1∶2 000地圖比例尺以上精度。屬性數(shù)據(jù)包括河流水系、池塘、水庫(kù)、山塘、堤防水閘、湖泊、攔河樞紐、交叉建筑物、視頻監(jiān)控、社會(huì)經(jīng)濟(jì)、遙感影像、全景圖等。通過(guò)一張圖整合水域全信息，對(duì)水域管理實(shí)現(xiàn)圖、文、表、業(yè)務(wù)管理一體化管理，貫通水域管理業(yè)務(wù)，支撐水域保護(hù)管理協(xié)同辦公、信息共享。

圖3 水域一張圖管理框架圖

4.2 水域保護(hù)動(dòng)態(tài)監(jiān)管

基于天空地一體化的水域環(huán)境監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)對(duì)區(qū)域內(nèi)水域面積進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)（見(jiàn)圖4），圍繞基本水面率、水域功能與占補(bǔ)平衡情況等水域保護(hù)指標(biāo)對(duì)水域面積、容積、功能、利用狀況等內(nèi)容進(jìn)行監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)，采用高分辨率遙感影像結(jié)合單元實(shí)地巡查監(jiān)管提升天空地一體化監(jiān)測(cè)的頻率與精度，構(gòu)建水域環(huán)境安全體系確保本行政區(qū)域內(nèi)的水域面積不減少、功能不減退，從而創(chuàng)新水域動(dòng)態(tài)監(jiān)管模式，為水域的科學(xué)有效管理提供技術(shù)支持。

圖4 水域變化動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)圖

4.3 水域開發(fā)利用

水域開發(fā)利用主要包括涉水項(xiàng)目審批、涉水項(xiàng)目監(jiān)管和移動(dòng)監(jiān)管等功能。

（1）輔助審批：通過(guò)GIS空間分析功能，可以對(duì)涉水項(xiàng)目空間數(shù)據(jù)與水域及其管理范圍進(jìn)行疊置分析，計(jì)算涉水項(xiàng)目落入管理范圍或水域范圍的面積，統(tǒng)計(jì)線性項(xiàng)目涉及河湖數(shù)量，量算點(diǎn)狀項(xiàng)目同岸線或管理范圍之間距離等，輔助判斷涉水項(xiàng)目平面信息是否符合水利相關(guān)規(guī)定要求。

（2）涉水項(xiàng)目監(jiān)管：主要是對(duì)批后項(xiàng)目監(jiān)管及對(duì)監(jiān)管方監(jiān)督考核，集“三監(jiān)”（監(jiān)測(cè)、監(jiān)視、監(jiān)管）于一體。系統(tǒng)包括：①監(jiān)管項(xiàng)目審批信息及監(jiān)管信息的列表展示：用戶軌跡、監(jiān)管上報(bào)內(nèi)容與當(dāng)前位置的實(shí)時(shí)查看；②監(jiān)管智能輔助：根據(jù)相關(guān)法規(guī)、條例及項(xiàng)目批文，結(jié)合監(jiān)管情況，自動(dòng)做出監(jiān)管參考意見(jiàn)或?qū)?wèn)題的處理措施，以輔助監(jiān)管決策工作。在定期監(jiān)管與臨時(shí)性監(jiān)管工作過(guò)程中，實(shí)時(shí)記錄監(jiān)管工作人員的軌跡，并與用戶拍攝的現(xiàn)場(chǎng)圖片、監(jiān)管頻次、監(jiān)管時(shí)間等內(nèi)容進(jìn)行對(duì)比分析（如將GPS軌跡與監(jiān)管任務(wù)路線進(jìn)行對(duì)比，避免用戶沒(méi)有去現(xiàn)場(chǎng)的隨意填報(bào)行為；將現(xiàn)場(chǎng)照片中EXIF信息中經(jīng)緯度與現(xiàn)場(chǎng)軌跡進(jìn)行對(duì)比，避免用戶隨意拍攝的問(wèn)題等），作為監(jiān)管工作考核依據(jù)，管理人員實(shí)施掌握監(jiān)管工作人員的工作狀態(tài)，提高監(jiān)管執(zhí)法在線化水平。

（3）移動(dòng)監(jiān)管APP：通過(guò)移動(dòng)端APP實(shí)現(xiàn)對(duì)水域及管理數(shù)據(jù)展示、查詢、定位等功能，輔助水域管護(hù)人員戶外巡河檢查過(guò)程中可以實(shí)時(shí)查看相關(guān)信息。監(jiān)管人員通過(guò)移動(dòng)端APP進(jìn)行監(jiān)管項(xiàng)目信息的查詢與監(jiān)管信息的錄入和上報(bào)，核心功能通過(guò)后臺(tái)服務(wù)的形式實(shí)現(xiàn)。根據(jù)管理員發(fā)布的監(jiān)管任務(wù)，包括根據(jù)項(xiàng)目實(shí)施進(jìn)度定期監(jiān)管工作與因特殊目的臨時(shí)性監(jiān)管工作，通過(guò)APP可以導(dǎo)航至監(jiān)管項(xiàng)目區(qū)域，并以任務(wù)的形式，提示監(jiān)管用戶檢查內(nèi)容，如需要去指定位置拍照，需要查看指定監(jiān)管內(nèi)容等，在用戶完成所有任務(wù)后，將監(jiān)管內(nèi)容提交至后臺(tái)系統(tǒng)中。水域移動(dòng)監(jiān)管見(jiàn)圖5。

圖5 水域移動(dòng)監(jiān)管圖

4.4 水域共享服務(wù)

水域數(shù)據(jù)共享服務(wù)主要包括數(shù)據(jù)交換、運(yùn)行管理臺(tái)帳（檔案）和績(jī)效評(píng)估等功能。

（1）數(shù)據(jù)交換。主要是對(duì)水域基礎(chǔ)信息、水域管理信息、水域業(yè)務(wù)信息提供共享和交換，滿足跨部門跨層級(jí)的使用要求，提高水域協(xié)同管理效能。

（2）檔案管理。將對(duì)所有留存的檔案資料文件掃描信息化處理，建立電子檔案庫(kù)，同時(shí)，將檔案所涉及水域內(nèi)容空間化，形成涉水審批空間數(shù)據(jù)庫(kù)，并完成系統(tǒng)平臺(tái)的查詢、調(diào)閱與展示功能。對(duì)于新立項(xiàng)項(xiàng)目可通過(guò)系統(tǒng)直接錄入審批信息并上傳相關(guān)附件，形成電子審批檔案。系統(tǒng)提供電子檔案資料的管理，具備權(quán)限的用戶，能夠下載、查看相關(guān)資料內(nèi)容?？缮蟼鳌⒕庉?、刪除權(quán)限的管理員用戶，錄入、上傳、編輯和刪除相應(yīng)的資料，對(duì)資料進(jìn)行維護(hù)。

（3）績(jī)效評(píng)價(jià)?？?jī)效評(píng)價(jià)主要是對(duì)水域管理的各方面進(jìn)行考核評(píng)價(jià)，主要包括水域變化、水域事件、管理過(guò)程、工作績(jī)效等內(nèi)容，以水域單元為評(píng)價(jià)對(duì)象，對(duì)單元內(nèi)構(gòu)件通過(guò)對(duì)歷史數(shù)據(jù)的運(yùn)算統(tǒng)計(jì)，生成單元水域管理效果的數(shù)據(jù)列表，并按不同的顏色直觀地顯示單元區(qū)域管理效果和不同構(gòu)件發(fā)生的主要事件，既能監(jiān)督水域管理中發(fā)生的具體問(wèn)題，又能監(jiān)督管理和執(zhí)法質(zhì)量。

5 結(jié) 語(yǔ)

（1）水域數(shù)字化管理模式是基于面向?qū)ο蟮姆治鼋?，通過(guò)水域單元化和構(gòu)件化對(duì)水域管理中涉及的人、物、環(huán)境、過(guò)程等對(duì)象數(shù)字化，使管理對(duì)象一清二楚，同時(shí)有效整合基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、管理數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)水利內(nèi)部、跨政務(wù)部門的互聯(lián)互通、信息共享和業(yè)務(wù)協(xié)同。

（2）水域數(shù)字化業(yè)務(wù)應(yīng)用，使傳統(tǒng)的粗放型突擊式管理模式轉(zhuǎn)為數(shù)字化長(zhǎng)效化模式，實(shí)現(xiàn)水域數(shù)據(jù)的價(jià)值流動(dòng)，推動(dòng)政府和社會(huì)之間信息高效流通、融合共享，創(chuàng)新水域管護(hù)機(jī)制，推動(dòng)水域管理數(shù)字化轉(zhuǎn)型，提高水域管理效率。