成都市河長(zhǎng)制管理信息系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)踐*

劉發(fā)永姜躍昆馬色伍陳 雨3

(1.成都萬江港利科技股份有限公司，成都，610015； 2.四川大學(xué)智能控制研究所，成都，610065； 3.四川大學(xué)水利信息化聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，成都，610065)

1 引言

為加快成都市水污染防治，加強(qiáng)水資源保護(hù)，提供良好的水生態(tài)環(huán)境保障，成都市委、市政府印發(fā)了《關(guān)于全面實(shí)行河長(zhǎng)制管理工作的實(shí)施意見》[1]，對(duì)江河湖庫(kù)治理與管護(hù)水平進(jìn)行了布局，提出在2025年基本建成“宜居水岸、活水成都”水生態(tài)體系的目標(biāo)。成都市屬長(zhǎng)江水系岷江及沱江兩大流域，市內(nèi)河湖分布點(diǎn)多，涉及的面廣，在河湖保護(hù)管理時(shí)需要各個(gè)部門協(xié)同理事，導(dǎo)致資源利用率不高，整改不及時(shí)，任務(wù)落實(shí)不到位等現(xiàn)象發(fā)生，因此，需要采用科學(xué)性的技術(shù)手段提升河湖管理的水平。

隨著大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)和移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)等信息技術(shù)的發(fā)展，組建高密度的溝通網(wǎng)絡(luò)成為了可能。物聯(lián)網(wǎng)為不同群體、不同事物的信息交換提供了方便；水利大數(shù)據(jù)為水環(huán)境預(yù)警預(yù)報(bào)、水生態(tài)評(píng)估等提供了重要的參考價(jià)值；云計(jì)算提供了高效的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、管理以及挖掘等服務(wù)[2]；此外，結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)，開展河長(zhǎng)制管理信息化建設(shè)能夠有效解決河湖管理面臨的難題。李寶貴[3]從五個(gè)方面綜述了全面推行河長(zhǎng)制一年來的進(jìn)展，提出信息化建設(shè)成為提高河長(zhǎng)制工作效率的抓手。

為此，國(guó)內(nèi)全面開展了河長(zhǎng)制信息化的研究和部署工作，如倪娜娜[4]等研究了河長(zhǎng)制管理信息系統(tǒng)服務(wù)模式，楊雷[5]等指出了信息化推動(dòng)水環(huán)境建設(shè)應(yīng)注意的問題，倪建軍[6]等構(gòu)建了一套基于水聯(lián)網(wǎng)模型的綜合應(yīng)用體系與框架，以及提出“1+ 5+ n”河湖長(zhǎng)制的建設(shè)模式，對(duì)河湖長(zhǎng)制的信息化建設(shè)起到了積極的作用，陳建[7]等從基礎(chǔ)信息報(bào)送、河長(zhǎng)工作支撐、社會(huì)宣傳與社會(huì)監(jiān)督、其他水利業(yè)務(wù)系統(tǒng)信息共享等四個(gè)方面梳理了系統(tǒng)建設(shè)及應(yīng)用需求，并提出了各項(xiàng)需求的用戶主體和建設(shè)主體。此外，北京、廣州、溫州、重慶等城市根據(jù)自身的水資源環(huán)境部署了自己的河長(zhǎng)制綜合信息管理平臺(tái)[8-13]。

考慮到國(guó)內(nèi)河長(zhǎng)制的研究進(jìn)展以及建設(shè)現(xiàn)狀，成都市于2017年底，啟動(dòng)了河長(zhǎng)制管理信息系統(tǒng)的建設(shè)。力爭(zhēng)實(shí)現(xiàn)河湖數(shù)據(jù)、河長(zhǎng)檔案、巡河信息、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、政策制度、工作進(jìn)展、群眾訴求辦理、社會(huì)評(píng)議等數(shù)據(jù)的綜合管理，全面推動(dòng)河長(zhǎng)制信息化管理。

2 總體架構(gòu)

豐景春[14]等從技術(shù)層面分析了平臺(tái)建設(shè)要滿足“三體系”和“五統(tǒng)一”的要求?！叭w系”即標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系、安全保障體系和建設(shè)與運(yùn)維體系；“五統(tǒng)一”為統(tǒng)一門戶、統(tǒng)一業(yè)務(wù)應(yīng)用、統(tǒng)一應(yīng)用支撐、統(tǒng)一空間信息服務(wù)、統(tǒng)一數(shù)據(jù)管理。此外，在進(jìn)行系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)當(dāng)以技術(shù)先進(jìn)、系統(tǒng)實(shí)用、結(jié)構(gòu)合理、低成本、低維護(hù)量作為基本建設(shè)原則。

2.1 基本組成

根據(jù)建設(shè)的要點(diǎn)以及建設(shè)的基本原則，成都市河長(zhǎng)制管理信息系統(tǒng)自下而上由前端基礎(chǔ)設(shè)施支撐層、數(shù)據(jù)支撐層、應(yīng)用支撐層、業(yè)務(wù)應(yīng)用層和門戶層構(gòu)成，其邏輯關(guān)系見圖1。

圖1 河長(zhǎng)制信息管理系統(tǒng)架構(gòu)

(1)基礎(chǔ)設(shè)施支撐層：是河長(zhǎng)制管理信息系統(tǒng)運(yùn)行的重要數(shù)據(jù)來源，包含各種水利監(jiān)測(cè)站以及監(jiān)控等。

(2)數(shù)據(jù)支撐層：是支撐河長(zhǎng)制管理信息系統(tǒng)運(yùn)行的主要硬、軟件環(huán)境，包含基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫(kù)以及配套硬件支撐等，依托現(xiàn)有電子政務(wù)云平臺(tái)安裝部署。用來存儲(chǔ)河長(zhǎng)制相關(guān)的基礎(chǔ)信息、動(dòng)態(tài)信息以及其他業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)共享的信息。

(3)應(yīng)用支撐層：通過生態(tài)數(shù)據(jù)中心和河道網(wǎng)格化GIS中心，為整個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)計(jì)算、查詢、統(tǒng)計(jì)、分析以及信息展示提供支撐。

(4)業(yè)務(wù)應(yīng)用層：用于支撐河長(zhǎng)制業(yè)務(wù)工作的開展，提供工作臺(tái)、一張圖、移動(dòng)巡查等基礎(chǔ)功能，以及智能考評(píng)、大數(shù)據(jù)分析等擴(kuò)展功能。

(5)門戶層：由信息管理系統(tǒng)、手機(jī)APP、門戶網(wǎng)站、微信公眾號(hào)和應(yīng)急指揮及監(jiān)控中心構(gòu)成，構(gòu)建多元化聯(lián)合監(jiān)督管理體系。

2.2 技術(shù)路線

河長(zhǎng)制管理信息系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)具有這樣的效能：一方面能夠?yàn)樗Y源管理措施制定、水環(huán)境預(yù)警預(yù)報(bào)、水生態(tài)健康評(píng)估等提供數(shù)據(jù)支撐；另一方面還可以加強(qiáng)組織領(lǐng)導(dǎo)，健全工作機(jī)制，強(qiáng)化考核問責(zé)，強(qiáng)化社會(huì)監(jiān)督。因此，需要收集足夠的水利信息數(shù)據(jù)，并能對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、分析、展示等，以便提供不同的服務(wù)。

2.2.1 數(shù)據(jù)采集和存儲(chǔ)

數(shù)據(jù)的來源主要有水利監(jiān)測(cè)站的水情數(shù)據(jù)，水務(wù)部門、氣象部門等水務(wù)數(shù)據(jù)、空間數(shù)據(jù)、公眾參與數(shù)據(jù)和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。建立基礎(chǔ)設(shè)施收集水情數(shù)據(jù)是河長(zhǎng)制管理信息系統(tǒng)重要的一環(huán)，物理網(wǎng)監(jiān)控網(wǎng)如圖2所示。

圖2 物理網(wǎng)監(jiān)控網(wǎng)系統(tǒng)

實(shí)時(shí)檢測(cè)河流的流速、流量以及溫度、pH、溶解度等基礎(chǔ)信息，數(shù)據(jù)入庫(kù)，按需提供給系統(tǒng)調(diào)用，為水生態(tài)健康評(píng)估打好基礎(chǔ)。

來自于水務(wù)部門，氣象部門等一些非結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)需要搭建共享平臺(tái)，提供交換共享服務(wù)，確保各個(gè)部門之間互聯(lián)互通。這些數(shù)據(jù)部分涉密，需要進(jìn)行脫密和脫敏處理，抽取含有客戶信息的表進(jìn)行脫敏處理并且回寫，如圖3所示。這種方式只處理含有敏感信息的表，處理量小，速度快。

圖3 數(shù)據(jù)脫密脫敏處理

此外，還有GIS的空間數(shù)據(jù)，公眾數(shù)據(jù)和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)等，需要實(shí)時(shí)采集和存儲(chǔ)這些信息。

河長(zhǎng)制信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)來源復(fù)雜，業(yè)務(wù)場(chǎng)景不同，在進(jìn)行數(shù)據(jù)集成時(shí)采用以下4種方式：

(1)利用大數(shù)據(jù)采集平臺(tái)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行提取、轉(zhuǎn)換和加載；

(2)在需要對(duì)接的應(yīng)用系統(tǒng)方部署前置機(jī)，通過Web Service接口實(shí)現(xiàn)各系統(tǒng)的數(shù)據(jù)征集提取功能；

(3)通過網(wǎng)絡(luò)爬蟲算法，采集互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)；

(4)文件導(dǎo)入。

由于結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)和和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)皆有，存儲(chǔ)和管理這些數(shù)據(jù)可以通過Apache Hadoop來實(shí)現(xiàn)，Hadoop實(shí)現(xiàn)了一個(gè)分布式文件系統(tǒng)(HDFS)，河長(zhǎng)制系統(tǒng)通過HDFS框架，以命令行模式和API模式來操作，無需關(guān)心文件究竟存儲(chǔ)在哪個(gè)節(jié)點(diǎn)上，只要通過API訪問文件即可(流操作)。這樣就實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)視頻、圖片、文件的分布式存儲(chǔ)，存儲(chǔ)空間可靈活擴(kuò)展。

2.2.2 數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

河長(zhǎng)制(湖長(zhǎng)制)管理數(shù)據(jù)庫(kù)是支撐河長(zhǎng)制管理業(yè)務(wù)應(yīng)用的基礎(chǔ)。為了與其他業(yè)務(wù)應(yīng)用之間實(shí)現(xiàn)信息共享和業(yè)務(wù)協(xié)同，應(yīng)遵循：①采用面向?qū)ο蠓椒?；②統(tǒng)一對(duì)象代碼編碼規(guī)則；③采用全國(guó)統(tǒng)一的信息分類與代碼標(biāo)準(zhǔn)；④按照對(duì)象生命周期和屬性有效時(shí)間設(shè)計(jì)全時(shí)空的數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)，保障各種信息歷史記錄的可追溯性。

依照上述規(guī)則并結(jié)合河長(zhǎng)制的應(yīng)用需求建立以下四個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)：基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)、動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)、屬性數(shù)據(jù)庫(kù)和空間數(shù)據(jù)庫(kù)。

(1)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)：包含河湖(河段)、河長(zhǎng)(總河長(zhǎng))、行政區(qū)、基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)等基本信息；河長(zhǎng)樹結(jié)構(gòu)、河長(zhǎng)辦樹結(jié)構(gòu)等組織體系信息；工作方案、會(huì)議制度、激勵(lì)制度等制度體系信息；“一河一檔”的水資源動(dòng)態(tài)臺(tái)賬、水域岸線動(dòng)態(tài)臺(tái)賬等；“一河一策”的問題清單、目標(biāo)清單、任務(wù)清單以及考核評(píng)估指標(biāo)體系與參考值等。

(2)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)：包括巡河管理、事件處理等工作過程信息；抽查督導(dǎo)的工作方案、工作過程、檢查結(jié)果等信息；考核評(píng)估指標(biāo)實(shí)測(cè)值、考核評(píng)估結(jié)果等信息；社會(huì)監(jiān)督、衛(wèi)星遙感、水政執(zhí)法等監(jiān)督信息。

(3)屬性數(shù)據(jù)庫(kù)：包含對(duì)象表、對(duì)象基礎(chǔ)表、主要業(yè)務(wù)表、對(duì)象關(guān)系表和元數(shù)據(jù)庫(kù)表。

(4)空間數(shù)據(jù)庫(kù)：包含遙感影像數(shù)據(jù)、基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)、河長(zhǎng)制對(duì)象空間數(shù)據(jù)等。

2.2.3 系統(tǒng)集成

考慮到河長(zhǎng)制系統(tǒng)的業(yè)務(wù)需求，采用B/S架構(gòu)，主要事務(wù)邏輯在服務(wù)器端實(shí)現(xiàn)，減輕了客戶端電腦載荷。

另外采用面向服務(wù)的體系結(jié)構(gòu)進(jìn)行應(yīng)用開發(fā)、系統(tǒng)集成，可擺脫面向技術(shù)的解決方案的束縛，集中精力于構(gòu)建業(yè)務(wù)模型，從而提高軟件復(fù)用、加快應(yīng)用軟件的實(shí)施。

在面向服務(wù)體系架構(gòu)(SOA)下，結(jié)合數(shù)據(jù)資源為業(yè)務(wù)應(yīng)用提供應(yīng)用支撐服務(wù)，主要提供通用工具和通用服務(wù)兩類支撐服務(wù)。通用工具主要有：企業(yè)服務(wù)總線(ESB)、數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)(DBMS)、地理信息系統(tǒng)(GIS)、報(bào)表工具等；通用服務(wù)主要有：統(tǒng)一用戶管理、統(tǒng)一地圖服務(wù)、統(tǒng)一目錄服務(wù)、統(tǒng)一數(shù)據(jù)訪問等。

基于應(yīng)用支撐服務(wù)，提供以下業(yè)務(wù)：信息管理、信息服務(wù)、巡河管理、事件處理、抽查督導(dǎo)、考核評(píng)估、展示發(fā)布、移動(dòng)服務(wù)等，需要其他相關(guān)業(yè)務(wù)應(yīng)用信息的，通過業(yè)務(wù)協(xié)同實(shí)現(xiàn)信息共享。

本系統(tǒng)邏輯上分為Web表示層、業(yè)務(wù)構(gòu)件層、基礎(chǔ)服務(wù)層、數(shù)據(jù)訪問層(DAO)、JavaEE層、存儲(chǔ)層。

(1)Web表示層：封裝了用來服務(wù)訪問本系統(tǒng)的所有客戶端的表示層邏輯。

(2)業(yè)務(wù)構(gòu)件層：提供業(yè)務(wù)服務(wù)，包括業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)邏輯，集中了系統(tǒng)大多數(shù)業(yè)務(wù)處理。

(3)基礎(chǔ)服務(wù)層：提供業(yè)務(wù)過程使用的一些技術(shù)服務(wù)接口，比如系統(tǒng)發(fā)送短信時(shí)需要連接到獨(dú)立的短信系統(tǒng)、調(diào)用CA服務(wù)、身份認(rèn)證服務(wù)，審計(jì)服務(wù)、日志服務(wù)、消息服務(wù)、調(diào)度服務(wù)等。

(4)DAO層：主要實(shí)現(xiàn)與關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)的交道，每個(gè)關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)可能互相分開，業(yè)務(wù)層訪問數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)，必須通過DAO層的程序邏輯統(tǒng)一進(jìn)行訪問，有效地控制數(shù)據(jù)庫(kù)讀寫效率。使用JFinal Db + Record模式開發(fā)，可以很方便地切換到不同的數(shù)據(jù)庫(kù)版本進(jìn)行工作，并且具有更好的橫向擴(kuò)展性支持更大的數(shù)據(jù)量存儲(chǔ)。開啟分布式的數(shù)據(jù)緩存功能可以大量地減少數(shù)據(jù)庫(kù)的工作負(fù)荷，同時(shí)也方便地支持群集擴(kuò)展應(yīng)用程序服務(wù)器。

(5)存儲(chǔ)層：主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和組織、數(shù)據(jù)庫(kù)的分布式管理等。存儲(chǔ)方式采取數(shù)據(jù)庫(kù)的存儲(chǔ)管理，由數(shù)據(jù)庫(kù)軟件統(tǒng)一管理所有關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)的存儲(chǔ)。對(duì)于PDF文檔、掃描文檔、以及申報(bào)系統(tǒng)的原始資料，存儲(chǔ)于磁盤陣列的文件系統(tǒng)中，文件系統(tǒng)采取LVM邏輯盤卷管理。

3 系統(tǒng)功能應(yīng)用與實(shí)踐效果

3.1 河長(zhǎng)制管理信息系統(tǒng)的組成

河長(zhǎng)制管理信息系統(tǒng)主要由四個(gè)部分構(gòu)成：河長(zhǎng)制管理信息系統(tǒng)PC端、手機(jī)APP端、微信公眾號(hào)、門戶網(wǎng)站，四個(gè)模塊互相關(guān)聯(lián)，互相補(bǔ)充，如圖4所示。

圖4 成都市河長(zhǎng)制信息系統(tǒng)在線功能

3.1.1 河長(zhǎng)管理信息系統(tǒng)PC端

PC端包含系統(tǒng)的所有功能，主要由河長(zhǎng)、河長(zhǎng)辦及成員單位使用，功能主要包括首頁(yè)、基礎(chǔ)信息、河湖庫(kù)信息“一張圖”、巡河管理等。主要功能結(jié)構(gòu)如圖5所示。

PC端的界面如圖6所示。

圖 5 PC端主要功能結(jié)構(gòu)

圖 6 河長(zhǎng)制管理信息系統(tǒng)PC端界面展示

PC端包含了河長(zhǎng)制信息管理系統(tǒng)最主要的功能，匯集各類監(jiān)測(cè)及管理數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)督、日常管理、地圖瀏覽、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析、分級(jí)考核、問題督辦處理、通知公告等功能。

3.1.2 河長(zhǎng)管理APP

河長(zhǎng)APP主要由河長(zhǎng)使用，功能主要包括首頁(yè)、河道信息“一張圖”、公眾投訴受理、問題處理、事件流轉(zhuǎn)、移動(dòng)巡查、統(tǒng)計(jì)分析、個(gè)人設(shè)置等功能模塊。

河長(zhǎng)通過APP進(jìn)行智能巡河，系統(tǒng)根據(jù)GPRS定位數(shù)據(jù)自動(dòng)生成巡河軌跡，巡河過程中可通過選擇水體、排口、河床、堤岸、公共設(shè)施、違章行為和其他等要素進(jìn)行依次巡查，并填寫巡河記錄，通過文字、照片、視頻上傳，實(shí)現(xiàn)工作日志的電子化管理。

3.1.3 微信公眾號(hào)

微信公眾號(hào)支持公眾查詢河道基本信息、水質(zhì)狀況，搭建河長(zhǎng)與公眾間的橋梁，公眾可以隨時(shí)將投訴建議、問題水域照片等上傳至平臺(tái)；通過微社交形式以區(qū)域進(jìn)行護(hù)河大使評(píng)選和排名公示，提高參與積極性；展示查看河長(zhǎng)發(fā)布的整改反饋、治水成效、治水百科等相關(guān)信息。圖7為微信公眾號(hào)的主要功能結(jié)構(gòu)。

圖7 微信公眾號(hào)主要功能結(jié)構(gòu)

3.2 應(yīng)用成效

成都市河長(zhǎng)制管理信息系統(tǒng)按照“3月16日，啟用系統(tǒng)第一期試點(diǎn)，選取青羊區(qū)、新都區(qū)、新津縣、崇州市、蒲江縣開展試用工作；5月7日，啟用系統(tǒng)第二期試點(diǎn)，全市22個(gè)區(qū)(市)縣全部開展系統(tǒng)試用工作。

圖8 應(yīng)用成效

截至2018年5月30日，全市巡河總數(shù)27805人次，問題上報(bào)4535個(gè)，到7月24日，全市巡河總數(shù)134018人次，問題上報(bào)12716，全市問題處理率為33.45%。各個(gè)區(qū)縣的問題處理如圖9所示。

圖 9 問題處理柱狀圖

應(yīng)用效果主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

(1)實(shí)現(xiàn)智慧辦公，督促河長(zhǎng)履職盡責(zé)；

(2)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程扁平化指揮，提供遠(yuǎn)程可視化指揮調(diào)度的技術(shù)保障；

(3)推動(dòng)智慧監(jiān)管，考核評(píng)價(jià)公開透明；

(4)完善聯(lián)動(dòng)機(jī)制，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息共享。

4 結(jié)語

成都市河長(zhǎng)制信息管理系統(tǒng)依托“互聯(lián)網(wǎng)+河長(zhǎng)制”的解決方式，實(shí)現(xiàn)河長(zhǎng)巡河、信息通報(bào)、巡查督導(dǎo)、考核評(píng)比等工作信息化、客觀化以及公開化。本套系統(tǒng)覆蓋了PC端，門戶網(wǎng)站，手機(jī)APP以及微信公眾號(hào)，解決了河長(zhǎng)制工作中人員組織管理的問題、人員工作考核的問題、環(huán)境事件處理的問題、群眾參與問題以及政府工作中的相關(guān)問題，全方位滿足經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展對(duì)水務(wù)行業(yè)的需要，對(duì)城市生態(tài)的轉(zhuǎn)型升級(jí)和成都綠色發(fā)展起到積極的推動(dòng)作用。