河長智能巡河APP 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用

郭祥琳，王 巖，袁 楠

（河南省水利勘測設(shè)計(jì)研究有限公司，河南 鄭州 450016）

0 引言

2016 年11 月28 日，中共中央辦公廳、國務(wù)院辦公廳印發(fā) 《關(guān)于全面推行河長制的意見》［1］，2018年6 月底，全國31 個?。ㄗ灾螀^(qū)、直轄市）全面建立河長制，河長制的組織體系、制度體系、責(zé)任體系初步形成，實(shí)現(xiàn)了河長“有名”，全面推行河長制進(jìn)入新階段［2－3］。河長制是習(xí)近平總書記生態(tài)文明思想的重要實(shí)踐，是推進(jìn)綠色生態(tài)文明建設(shè)的重要舉措［4］，也是破解“九龍治水”困境的一項(xiàng)有效措施［5］。

隨著智能手機(jī)的普及應(yīng)用， 移動辦公成為無紙化辦公、遠(yuǎn)程化辦公之后的新一代辦公形式。利用移動通信、“互聯(lián)網(wǎng)＋”等技術(shù)，針對智能手機(jī)，衍生出了很多先進(jìn)的技術(shù)。如何運(yùn)用移動信息化、智能化手段提高河長巡河效率， 提升河長制工作信息化水平是圍繞河長制信息化建設(shè)的主要課題［6］。 筆者通過對河長巡河的業(yè)務(wù)流程梳理， 依托移動端混合開發(fā)技術(shù)、基于移動位置服務(wù)（Location Based Services，簡稱LBS）技術(shù)、地理信息系統(tǒng)（Geographic Information Systems，簡稱GIS 技術(shù)）等先進(jìn)技術(shù)，設(shè)計(jì)并開發(fā)了河長智能巡河APP 系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

在系統(tǒng)設(shè)計(jì)階段， 通過梳理河長巡河的業(yè)務(wù)流程，找出重要環(huán)節(jié)，使系統(tǒng)設(shè)計(jì)圍繞接受任務(wù)、上報(bào)問題、完善巡河日志、巡河管理與統(tǒng)計(jì)等環(huán)節(jié)展開。通過對業(yè)務(wù)的梳理， 簡化巡河流程， 實(shí)現(xiàn)過程的監(jiān)督，提高巡河工作的有效性和信息化水平。

1.1 整體架構(gòu)

系統(tǒng)采用多層次架構(gòu)設(shè)計(jì)模式， 主要分為數(shù)據(jù)資源層、應(yīng)用支撐層、業(yè)務(wù)應(yīng)用層、用戶層等4 個層級，具體如圖1 所示。

（1）數(shù)據(jù)資源層。該層實(shí)現(xiàn)對各類數(shù)據(jù)資源的統(tǒng)一存儲、統(tǒng)一管理，以構(gòu)成業(yè)務(wù)應(yīng)用層的數(shù)據(jù)資源支撐環(huán)境。在利用已知數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合河長巡河任務(wù)的實(shí)際需要，建設(shè)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫、空間數(shù)據(jù)庫和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)庫。

（2）應(yīng)用支撐層。應(yīng)用支撐層是一個承上啟下的開放性基礎(chǔ)平臺。它利用通用軟件平臺，實(shí)現(xiàn)不同基礎(chǔ)設(shè)施層與應(yīng)用層之間的互通。 在“水利一張圖”基礎(chǔ)服務(wù)體系的基礎(chǔ)上，根據(jù)本次系統(tǒng)建設(shè)的需要，開發(fā)的河長巡河地圖服務(wù)層包括GIS 地理信息服務(wù)、數(shù)據(jù)加密服務(wù)和應(yīng)用服務(wù)等。

（3）業(yè)務(wù)應(yīng)用層。 該層是包括河長巡河APP 以及支撐巡河APP 應(yīng)用的后臺管理系統(tǒng)。

（4）用戶層。 根據(jù)業(yè)務(wù)流程的需要，用戶層分為各級河長制辦公室（以下簡稱河長辦）用戶和各級巡河河長用戶。

1.2 數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

對于本系統(tǒng)所涉及的河湖數(shù)據(jù)資源， 從邏輯上可將其分為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)、空間數(shù)據(jù)和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)?；A(chǔ)數(shù)據(jù)為應(yīng)用系統(tǒng)運(yùn)行的基礎(chǔ)支撐數(shù)據(jù)，是在系統(tǒng)運(yùn)行前錄入到系統(tǒng)當(dāng)中的，當(dāng)數(shù)據(jù)更新時，由用戶借助系統(tǒng)操作進(jìn)行數(shù)據(jù)更新。 業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)為各類業(yè)務(wù)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，部分?jǐn)?shù)據(jù)來自于人工錄入，部分?jǐn)?shù)據(jù)是用戶借助系統(tǒng)操作或系統(tǒng)自動分析處理得到的加工后數(shù)據(jù)。 空間數(shù)據(jù)主要是通過對現(xiàn)有數(shù)據(jù)的抽取、轉(zhuǎn)換、處理得到的數(shù)據(jù)。非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)中，部分?jǐn)?shù)據(jù)來自于人工錄入， 部分是用戶借助系統(tǒng)操作或系統(tǒng)自動分析處理得到的加工后數(shù)據(jù)。

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)圖Fig.1 System architecture

根據(jù)河長巡河業(yè)務(wù)流程的需要， 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)遵循實(shí)用性、可靠性的原則，采用結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)庫和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)庫相結(jié)合的形式存儲相應(yīng)數(shù)據(jù)。 河長巡河的歷史記錄、 巡河任務(wù)及巡河過程中填寫的巡河日志等數(shù)據(jù)存儲在結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)庫中， 巡河過程的軌跡存儲在非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)庫中。

1.3 功能設(shè)計(jì)

河長智能巡河APP 應(yīng)用在手機(jī)端，采用React－Native 技術(shù)與Android 原生開發(fā)技術(shù)， 通過混合開發(fā)的形式，實(shí)現(xiàn)巡河過程中實(shí)時定位、拍照上傳、查看、上報(bào)日志、自動獲取天氣等功能，方便巡河人員智能化填報(bào)巡河記錄。河長智能巡河APP 主要包括巡河模塊、 上傳模塊、 巡河管理模塊和巡河統(tǒng)計(jì)模塊，其業(yè)務(wù)處理流程如圖2 所示。

（1）巡河模塊。河長巡河需要由河長辦工作人員制訂巡河計(jì)劃，包括各級河長的巡河周期。不同級別的河長辦繪制相應(yīng)的巡河河段， 系統(tǒng)會自動匹配每個河段對應(yīng)的系統(tǒng)用戶。在河長點(diǎn)擊“開始巡河”后，地圖上就展示出他所處的位置， 隨后記錄河長每一刻的位置，并及時上傳至后臺，即在地圖上實(shí)時展示巡河軌跡。

（2）上傳模塊。該模塊包括上傳巡河過程中發(fā)現(xiàn)的問題和上傳巡河結(jié)束時的巡河日志兩個子模塊。上報(bào)問題時， 除上傳現(xiàn)場拍攝的照片和填報(bào)基本信息外，系統(tǒng)還會自動獲取問題點(diǎn)坐標(biāo)。如果可以自行處理，還需把自行處理的結(jié)果一起上報(bào)至系統(tǒng)，最終在地理信息服務(wù)平臺上展示出問題的具體位置。 上報(bào)日志時，除上報(bào)系統(tǒng)自動獲取的天氣、巡河時間段及河長基本信息外， 還需要上傳巡河照片及巡河描述等基本信息。

（3）巡河管理模塊。各級河長辦工作人員可以根據(jù)各級河長巡河任務(wù)的執(zhí)行情況， 查看轄區(qū)內(nèi)當(dāng)天的及歷史的巡河情況， 還可以對未執(zhí)行巡河任務(wù)的河長發(fā)出“巡河提醒”，督促河長執(zhí)行巡河任務(wù)。

（4）巡河統(tǒng)計(jì)模塊。 根據(jù)各轄區(qū)的巡河情況，對本周、 本轄區(qū)各級河長和本轄區(qū)下級行政區(qū)域的巡河狀況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，便于河長辦工作人員匯總統(tǒng)計(jì)，并根據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行后期的監(jiān)督和考核管理。

2 關(guān)鍵技術(shù)在系統(tǒng)中的應(yīng)用

2.1 負(fù)載均衡與容器技術(shù)

河長智能巡河APP 針對的是各級巡河河長，每天有數(shù)萬人需將巡河數(shù)據(jù)上傳至系統(tǒng)。 如此大的使用量及數(shù)據(jù)交互量，普通的單一應(yīng)用無法滿足需求，需采取負(fù)載均衡的策略。河長智能巡河APP 系統(tǒng)采用Nginx 做負(fù)載均衡［7］，后面連接多個Web 服務(wù)，Web服務(wù)連接各個數(shù)據(jù)庫，共同分擔(dān)系統(tǒng)壓力，即可以保證系統(tǒng)訪問的速度，又能解決高并發(fā)問題。

圖2 巡河流程圖Fig.2 River patrol flow

采用負(fù)載均衡的網(wǎng)絡(luò)策略時， 普通的虛擬化技術(shù)配置復(fù)雜、服務(wù)發(fā)布時間長、應(yīng)用交付困難，所以本系統(tǒng)采用容器技術(shù)解決負(fù)載均衡這一難題。 容器技術(shù)具有運(yùn)行速度快、靈活等優(yōu)點(diǎn)［8］。使用容器技術(shù)之后，可以輕松完成應(yīng)用服務(wù)集群部署、遷移。同時，服務(wù)集群的啟動時間也大大縮短， 短時間內(nèi)就能完成整個集群的更新與部署。

2.2 LBS 與GIS 技術(shù)

常規(guī)GPS 定位技術(shù)難以滿足局部室內(nèi)定位的需求。 河長在巡河過程中，若經(jīng)行橋下或涵洞，常規(guī)GPS 定位技術(shù)可能會造成局部位置信息丟失， 不利于保存完成的巡河路徑信息。 LBS 是基于位置的定位服務(wù)技術(shù)，它通過電信移動運(yùn)營商的無線電通訊網(wǎng)絡(luò)或外部定位方式，獲取移動終端用戶的位置信息，能夠?qū)崿F(xiàn)精準(zhǔn)定位［9］。對于河長巡河過程中經(jīng)行橋下或涵洞的情形，采用LBS 技術(shù)可以避免位置信息丟失的情況，滿足系統(tǒng)的實(shí)際需求。GIS 是一個用于描繪地球和其他地理信息要素， 并突出其特征，從而顯示和分析經(jīng)空間配準(zhǔn)的信息的技術(shù)。

本系統(tǒng)通過LBS 技術(shù)每6 s 記錄一次河長坐標(biāo)位置，并計(jì)算該點(diǎn)與上一點(diǎn)坐標(biāo)之間的距離，然后上傳至后臺。 為了精準(zhǔn)地展示河長巡河軌跡，系統(tǒng)采用蓄水池算法與滑動窗口相結(jié)合的方法進(jìn)行數(shù)據(jù)縮減糾偏［10］，并將坐標(biāo)數(shù)組動態(tài)地展示在GIS 地圖上，將各點(diǎn)用實(shí)線連接在一起，形成河長的巡河軌跡。

2.3 移動端混合開發(fā)技術(shù)

Android 原生開發(fā)技術(shù)是使用最多、應(yīng)用最廣的移動端開發(fā)技術(shù)，但由于存在應(yīng)用門檻高、系統(tǒng)更新較繁瑣的弊端， 該技術(shù)的應(yīng)用受到一定的限制。開源式移動應(yīng)用程序框架使用JavaScript 和React開發(fā)跨平臺的移動應(yīng)用技術(shù)，既擁有Native 的用戶體驗(yàn)，又保留了React 的開發(fā)效率，并且還支持與原生技術(shù)混合開發(fā)。 比如，在巡河開始時，可利用原生開發(fā)技術(shù)實(shí)現(xiàn)語音播報(bào)，提醒巡河河長。 因此，本系統(tǒng)采用React Native 框架進(jìn)行開發(fā)， 特殊功能使用“原生＋React Native”的方式實(shí)現(xiàn)。

3 系統(tǒng)在河長巡河中的應(yīng)用

3.1 應(yīng)用概況

河長智能巡河APP 于2019 年7 月在河南省開始使用。經(jīng)過一年多的實(shí)踐，證明該系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，性能達(dá)到河長制信息化管理規(guī)定的技術(shù)指標(biāo)。 目前，該系統(tǒng)已在河南省范圍內(nèi)得到推廣應(yīng)用，涉及近5 萬余名河長和相關(guān)工作人員，每日巡河次數(shù)達(dá)到萬余次。在系統(tǒng)推廣的第一個自然年， 全省累計(jì)巡河超過200 萬次， 通過河長巡河發(fā)現(xiàn)并上報(bào)巡河事件6 萬多起。

3.2 應(yīng)用效果

實(shí)踐證明，河長智能巡河APP 系統(tǒng)的應(yīng)用增強(qiáng)了各級河長特別是村級河長對河長制工作重要性的認(rèn)識， 也保障了各級河長辦實(shí)時掌握轄區(qū)內(nèi)河流的基本狀況，產(chǎn)生了很好的社會效益。

（1）有助于加強(qiáng)水資源保護(hù)。各級河長的巡河結(jié)果將為水資源的合理利用和優(yōu)化調(diào)度提供依據(jù)，從而有助于保護(hù)水資源、提高水資源可持續(xù)利用水平。

（2）有助于河湖水域岸線管理保護(hù)。河長智能巡河APP 系統(tǒng)的推廣使用有助于加強(qiáng)自然生態(tài)空間的開發(fā)保護(hù)，嚴(yán)格水生態(tài)空間管控；有利于落實(shí)規(guī)劃岸線保護(hù)區(qū)、保留區(qū)、控制利用區(qū)和開發(fā)利用區(qū)管理要求；有利于岸線保護(hù)，節(jié)約集約利用土地和對涉河建設(shè)項(xiàng)目進(jìn)行嚴(yán)格管理；有助于加強(qiáng)河道采沙管理，健全采沙管理工作機(jī)制，嚴(yán)格落實(shí)管理責(zé)任制；有助于恢復(fù)河湖水域岸線的生態(tài)功能。

（3）有助于執(zhí)法監(jiān)管。 通過較為完善的監(jiān)控監(jiān)測設(shè)施， 可以有效提升對河湖水域管理保護(hù)的監(jiān)管能力，建立健全部門聯(lián)合執(zhí)法體制，從而促進(jìn)行政執(zhí)法與刑事司法銜接體制的完善。 通過建立河湖日常監(jiān)管巡查制度， 可以實(shí)現(xiàn)對河湖水域的動態(tài)監(jiān)管，從而有效打擊非法排污、設(shè)障、捕撈、養(yǎng)殖、采沙、采礦、圍墾、侵占水域岸線等涉河湖水域的違法活動。

4 結(jié)語

河長智能巡河APP 系統(tǒng)的開發(fā)充分利用了“互聯(lián)網(wǎng)＋”、GIS、LBS、移動終端開發(fā)等先進(jìn)技術(shù)。 該系統(tǒng)在河南省推廣使用中，服務(wù)于省、市、縣、鄉(xiāng)、村五級河長巡河體系及各級河長辦工作人員， 實(shí)現(xiàn)了對河流信息化管理的工作目標(biāo)。目前，該系統(tǒng)已正式運(yùn)行一年多，運(yùn)行穩(wěn)定、效果良好。

隨著河長智能巡河APP 系統(tǒng)的廣泛使用，河長在巡河過程中上報(bào)問題的數(shù)量將越來越多。 后期可以根據(jù)這些大量的問題數(shù)據(jù)，運(yùn)用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，對問題進(jìn)行深入分析。通過對問題的剖析，進(jìn)行共性問題的集中整治， 避免同一區(qū)域、 同一問題反復(fù)出現(xiàn)，從而不斷推進(jìn)河長巡河的智能化、河長制工作的信息化進(jìn)程。