新昌縣水土保持信息化監(jiān)管平臺建設(shè)

陳 妮，王 靜，李 健，應(yīng) 豐

(中國電建集團華東勘測設(shè)計研究院有限公司，浙江 杭州 311122)

1 背景

黨的十八大以來，以習(xí)近平同志為核心的黨中央?yún)f(xié)調(diào)推進“五位一體”總體布局，把生態(tài)文明建設(shè)擺上更加重要的戰(zhàn)略位置。黨的十八屆四中全會又進一步作出了依法推進生態(tài)文明建設(shè)的決定，明確用嚴格的法律制度保護生態(tài)環(huán)境，約束開發(fā)行為，強化生產(chǎn)者環(huán)境保護的法律責(zé)任，大幅度提高違法成本[1]。隨著黨中央、國務(wù)院“放管服”改革的全面深入推進，在“美麗中國”建設(shè)中，堅持問題導(dǎo)向，以嚴格責(zé)任追究為抓手，全面履行水土保持監(jiān)督管理法定職責(zé)，加強和規(guī)劃事中事后監(jiān)管，切實轉(zhuǎn)變管理理念和管理方式以及著力提升水土保持社會管理和服務(wù)水平已刻不容緩。

新昌縣自2015年首次運用“天地一體化”手段開展水土保持監(jiān)管工作，是全國最早開展水土保持“天地一體化”監(jiān)管工作的縣區(qū)之一，目前已取得了一定的監(jiān)管成效。但隨著“天地一體化”監(jiān)管工作的逐年深入，監(jiān)管信息采集能力不足、數(shù)據(jù)管理形式落后、缺乏統(tǒng)一信息管理平臺實現(xiàn)多人協(xié)同操作等一系列問題也隨之暴露出來，制約了監(jiān)管水平的進一步提升，因此迫切需要充分運用高新技術(shù)手段提升監(jiān)管效能。

2 建設(shè)目標(biāo)

本文結(jié)合新昌縣水土保持監(jiān)管工作現(xiàn)狀及建設(shè)需求，開展了水土保持信息化監(jiān)管平臺建設(shè)研究工作，旨在進一步加強信息技術(shù)在水土保持監(jiān)管的深度應(yīng)用，將信息化監(jiān)管業(yè)務(wù)向智慧化過渡[2-3]，從而進一步提高新昌縣水土保持監(jiān)管的工作效率及技術(shù)水平。項目借助物聯(lián)網(wǎng)、移動互聯(lián)、人工智能、無人機、3S技術(shù)等先進信息技術(shù)，以多源數(shù)據(jù)存儲、信息實時共享、智慧監(jiān)管應(yīng)用為核心，打造新昌縣水土保持信息化監(jiān)管平臺。平臺具體目標(biāo)如下：

(1)建成“空-天-地”水土保持智能感知系統(tǒng)，實現(xiàn)水土保持監(jiān)督監(jiān)測數(shù)據(jù)全覆蓋及自動采集和快速傳輸。

(2)打造數(shù)據(jù)中心，對水土保持數(shù)據(jù)進行資源整合，實現(xiàn)水土保持數(shù)據(jù)的管理與共享。

(3)深化水土保持智慧監(jiān)管應(yīng)用，以更加智慧、精細、及時、動態(tài)、開放的方式實現(xiàn)水土保持核心業(yè)務(wù)全流程管理[4-5]。

3 總體框架

依據(jù)水利部、浙江省相關(guān)技術(shù)標(biāo)準和要求[6-7]，為實現(xiàn)粗放式管理向網(wǎng)格化、精細化管理轉(zhuǎn)變，新昌縣水土保持信息化監(jiān)管平臺框架設(shè)計圍繞“以信息采集設(shè)施為載體，信息服務(wù)為支撐，以信息共享、業(yè)務(wù)協(xié)同、智能應(yīng)用為核心，信息安全為保障”展開，總體框架由1張物聯(lián)感知網(wǎng)、1個數(shù)據(jù)中心、1組智能應(yīng)用、2套平臺運行保障體系構(gòu)成，如圖1所示。

圖1 水土保持信息化監(jiān)管平臺框架圖

4 建設(shè)內(nèi)容

4.1 構(gòu)建水土保持物聯(lián)感知體系

平臺充分利用衛(wèi)星遙感、無人機航拍、5G、高清監(jiān)控、移動端等先進技術(shù)手段，構(gòu)建形成“空-天-地”全域覆蓋的水土保持監(jiān)測感知網(wǎng)，如圖2所示，實現(xiàn)水土保持智能化定位、識別、監(jiān)督和管理，并借助通信網(wǎng)絡(luò)上傳至系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)全縣水土保持實時數(shù)據(jù)的匯集。

利用高分遙感影像對生產(chǎn)建設(shè)項目開展全面監(jiān)管，掌握擾動合規(guī)性、水土保持措施落實情況[8]，實現(xiàn)“全覆蓋”監(jiān)管。通過無人機不定時巡飛，對生產(chǎn)建設(shè)項目渣場、料場等可能發(fā)生災(zāi)害的位置進行防范，實現(xiàn)“高頻次”監(jiān)管。通過在現(xiàn)場布置定點監(jiān)控設(shè)備，實現(xiàn)對生產(chǎn)建設(shè)項目建設(shè)過程的“實時”監(jiān)管，主要包括工程建設(shè)進度、建設(shè)狀況、棄渣情況、防治效果、隱患災(zāi)害等方面的狀況。現(xiàn)場監(jiān)管時，通過可移動的信息采集設(shè)備，技術(shù)人員能夠以最快的速度將反映現(xiàn)場水土流失問題的影像及位置信息上傳至系統(tǒng)平臺，實現(xiàn)“動態(tài)”監(jiān)管。

圖2 水土保持物聯(lián)感知體系

4.2 建設(shè)數(shù)據(jù)資源中心

面向新昌縣水土保持業(yè)務(wù)對數(shù)據(jù)資源的需求，對水土保持基礎(chǔ)數(shù)據(jù)資源進行調(diào)查并按照統(tǒng)一的標(biāo)準規(guī)范進行梳理。重點針對水土保持監(jiān)督管理、水土保持監(jiān)測評價、水土保持公眾服務(wù)等業(yè)務(wù)類別，建立水土保持業(yè)務(wù)與數(shù)據(jù)之間的對應(yīng)關(guān)系，依據(jù)范圍和關(guān)系，整合形成面向?qū)ο蟆⒔y(tǒng)一語義空間的數(shù)據(jù)資源，提出水土保持數(shù)據(jù)資源目錄建設(shè)、整合入庫數(shù)據(jù)存儲和管理及共享交換的技術(shù)方案，便于資源共享應(yīng)用和深層次挖掘，實現(xiàn)統(tǒng)一模型、一數(shù)一源共建共享的目標(biāo)[9-11]。通過大數(shù)據(jù)分析輔助水土保持宏觀決策和業(yè)務(wù)管理，促進水土保持業(yè)務(wù)的精細化，提高數(shù)據(jù)分析輔助水土保持綜合監(jiān)管的能力和水平。

4.3 深化水土保持智慧監(jiān)管應(yīng)用

基于水土保持數(shù)字化、智慧化理念[2-3，12-14]，新昌縣水土保持信息化監(jiān)管平臺圍繞水土保持監(jiān)督管理、水土流失監(jiān)測評價、水土保持公眾服務(wù)三大核心業(yè)務(wù)，由生產(chǎn)建設(shè)項目監(jiān)管、智能分析與決策、水土流失監(jiān)測和信息服務(wù)四大核心業(yè)務(wù)子系統(tǒng)組成，平臺功能架構(gòu)如圖3所示。

4.3.1生產(chǎn)建設(shè)項目監(jiān)管子系統(tǒng)

生產(chǎn)建設(shè)項目監(jiān)督管理子系統(tǒng)以生產(chǎn)建設(shè)項目的水土保持監(jiān)督業(yè)務(wù)的管理為核心，通過制定全面、合理和科學(xué)的系統(tǒng)數(shù)據(jù)標(biāo)準，實現(xiàn)水土保持監(jiān)督管理業(yè)務(wù)流程、審批程序的環(huán)環(huán)相扣以及過程各環(huán)節(jié)中業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的實時記錄，并形成水土保持方案信息、生產(chǎn)建設(shè)項目監(jiān)控信息、行政執(zhí)法管理信息等水土保持專題數(shù)據(jù)庫，有效地規(guī)范水土保持監(jiān)督管理部門及其工作人員的工作行為，提高工作效率、規(guī)范工作方式，從而為水土保持監(jiān)督管理部門利用系統(tǒng)數(shù)據(jù)資源，開展綜合分析、科學(xué)決策提高信息便利條件。該子系統(tǒng)主要包含方案審批模塊、后續(xù)設(shè)計模塊、監(jiān)督檢查模塊、監(jiān)測監(jiān)理模塊、補償費繳納模塊和設(shè)施驗收模塊。

4.3.2智能分析與決策子系統(tǒng)

(1)生產(chǎn)建設(shè)項目合規(guī)性監(jiān)管

平臺基于《水利部生產(chǎn)建設(shè)項目水土保持方案變更管理規(guī)定(試行)》(以下簡稱《管理規(guī)定》)和《生產(chǎn)建設(shè)項目水土保持信息化監(jiān)管技術(shù)規(guī)定(試行)》(以下簡稱《技術(shù)規(guī)定》)的各項指標(biāo)要求，結(jié)合日常監(jiān)管需求，構(gòu)建各項指標(biāo)合規(guī)性分析模型。對于單個生產(chǎn)建設(shè)項目，借助合規(guī)性分析模型，根據(jù)單項指標(biāo)超標(biāo)率(監(jiān)測值與設(shè)計值的絕對差值占設(shè)計值的百分比)或變化量(某監(jiān)測對象監(jiān)測值的累積變化量)對該項目進行監(jiān)管預(yù)警，如圖4所示，實現(xiàn)生產(chǎn)建設(shè)項目預(yù)警對象信息的綜合展示，包括預(yù)警對象的位置、屬性等信息，及時發(fā)現(xiàn)和處理不合規(guī)問題，支撐水行政主管部門進行監(jiān)管決策。

(2)敏感性評價

平臺根據(jù)《技術(shù)規(guī)定》《管理規(guī)定》等文件要求，實現(xiàn)重點生產(chǎn)建設(shè)項目建設(shè)前期的敏感區(qū)域預(yù)警以及過程中的水土保持合規(guī)性動態(tài)定量分析，如圖5所示。基于生態(tài)保護紅線、永久基本農(nóng)田、生態(tài)公益林、飲用水水源保護區(qū)等敏感區(qū)數(shù)據(jù)，預(yù)判項目前期棄渣場或者取土場選址與敏感區(qū)的位置關(guān)系，并提醒選址是否合理，分析在建項目是否落在敏感區(qū)的安全輻射范圍內(nèi)，并將影響結(jié)果以列表的形式呈現(xiàn)給水行政部門，支持定位查看。

(3)重點部位精準監(jiān)管

針對以往棄渣場等重點部位的監(jiān)管缺乏定量數(shù)據(jù)支撐的不足，平臺基于無人機三維數(shù)據(jù)獲取棄渣場等重點部位的堆渣量、占地面積、堆渣體坡度，以及棄渣場防護措施實施數(shù)量等，如圖6所示，實現(xiàn)定量分析棄渣場等重點部位的合規(guī)性情況，為精準監(jiān)管提供數(shù)據(jù)支撐。

圖3 水土保持信息化監(jiān)管平臺功能模塊圖

圖4 生產(chǎn)建設(shè)項目合規(guī)性監(jiān)管

圖5 生產(chǎn)建設(shè)項目敏感性分析

圖6 生產(chǎn)建設(shè)項目重點部位精準監(jiān)管

4.3.3水土流失監(jiān)測評價子系統(tǒng)

(1)區(qū)域水土流失監(jiān)測成果展示

目前，全國每年開展的以縣為單元的區(qū)域水土流失動態(tài)監(jiān)測成果，僅以數(shù)據(jù)形式公布，缺乏圖形展示。平臺實現(xiàn)了二維地圖上疊加顯示植被覆蓋度、土地利用、土壤侵蝕強度、地形及規(guī)劃數(shù)據(jù)，水行政主管部門可直觀地查看侵蝕面積分布情況，分析自然因素引起的水土流失成因。區(qū)域水土流失監(jiān)測成果展示如圖7所示。

(2)水土流失分析與評價

平臺基于縣內(nèi)各鄉(xiāng)鎮(zhèn)的行政邊界數(shù)據(jù)，將水土流失動態(tài)監(jiān)測成果細分到鄉(xiāng)鎮(zhèn)層面，實現(xiàn)自動平差并生成統(tǒng)計圖(如圖8所示)，統(tǒng)計各級土壤侵蝕強度面積和比例，分析各鄉(xiāng)鎮(zhèn)的土壤侵蝕強度分布、占比、消長情況，發(fā)現(xiàn)水土流失問題，并通過水土保持目標(biāo)責(zé)任考核指標(biāo)體現(xiàn)[15]，對地方政府和領(lǐng)導(dǎo)干部落實主體責(zé)任、積極作為有引領(lǐng)作用。

(3)土壤侵蝕因子計算

平臺借助深度學(xué)習(xí)技術(shù)，部署了一套改進的全卷積網(wǎng)絡(luò)算法，用于基于遙感影像自動獲取土地利用數(shù)據(jù)，以改變傳統(tǒng)的人工勾繪的方式，極大程度地提高了工作效率。通過集成了像元二分模型以及地形分析模型，平臺實現(xiàn)了基于遙感數(shù)據(jù)自動提取植被覆蓋度，以及基于DEM自動提取坡度數(shù)據(jù)。

(4)生產(chǎn)建設(shè)活動評價

對于生產(chǎn)建設(shè)活動區(qū)域，如土地整理項目、農(nóng)林開發(fā)項目，平臺提供土壤侵蝕評價模型，結(jié)合土地利用、地形、植被覆蓋等數(shù)據(jù)，進行水土流失易發(fā)性評價，輔助監(jiān)管優(yōu)先級評估，從而進一步提升監(jiān)管工作部署的科學(xué)性。

4.3.4信息服務(wù)子系統(tǒng)

(1)宣傳信息推送和管理模塊

實現(xiàn)“水土保持進生活”“水土保持進工程”等教育培訓(xùn)資料的管理，實現(xiàn)水土流失綜合治理、生產(chǎn)建設(shè)項目防治等方面典型經(jīng)驗、圖片、視頻，以及各地開展水土保持宣傳活動的情況通過平臺報送、查詢。通過多渠道、全方位宣傳，增強全民水土保持觀念和意識。

圖7 區(qū)域水土流失監(jiān)測成果展示

圖8 大屏展示界面

(2)服務(wù)信息推送與管理

為了在縣域范圍內(nèi)統(tǒng)籌處理表土和土石余方，提高表土資源和土石資源利用率，減少棄土棄渣，平臺的信息服務(wù)支持建設(shè)單位填報棄渣以及表土的供求信息，實現(xiàn)不同單位之間的聯(lián)通、磋商。

(3)信用評價管理

平臺按照職責(zé)范圍，依據(jù)新昌縣水土保持信用評價制度和《水利部辦公廳關(guān)于實施生產(chǎn)建設(shè)項目水土保持信用監(jiān)管“兩單”制度的通知》(辦水保﹝2020﹞157號)開展生產(chǎn)建設(shè)項目建設(shè)單位、水土保持技術(shù)服務(wù)單位(含方案編制單位、監(jiān)測監(jiān)理單位、驗收報告編制單位等)、設(shè)計單位、施工單位、監(jiān)理單位等的水土保持信用評價工作。依據(jù)信用評價結(jié)果，將相關(guān)單位的水土保持違法信息和信用評價結(jié)果記入誠信檔案，實行聯(lián)合懲戒。

(4)大屏展示

平臺研發(fā)了水土保持信息化監(jiān)管數(shù)據(jù)的大屏展示界面，如圖8所示。通過“一張圖”的方式呈現(xiàn)了水土保持監(jiān)管各個模塊的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)。大屏實現(xiàn)了與系統(tǒng)平臺的界面切換，便于新昌縣水行政部門快速、實時、動態(tài)掌控水土保持情況，同時滿足了會議、展覽、業(yè)務(wù)實時監(jiān)控等需求。

4.4 建立平臺安全維護體系及標(biāo)準化管理體系

考慮到業(yè)務(wù)信息和系統(tǒng)服類型，將平臺定級為安全等級保護第一級，按照GB/T 22240—2020《信息安全技術(shù)網(wǎng)絡(luò)安全等級保護定級指南》進行信息安全設(shè)計。標(biāo)準化管理體系在梳理現(xiàn)有水土保持信息化行業(yè)標(biāo)準規(guī)范的基礎(chǔ)上，建立水土保持信息和監(jiān)管平臺相關(guān)的管理制度及操作指引等，包括物聯(lián)感知體系建設(shè)規(guī)范、數(shù)據(jù)采集標(biāo)準、平臺的運行維護要求以及用戶使用說明等，為平臺規(guī)范穩(wěn)健運行提供約束指引。

5 結(jié) 語

本文以數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化為驅(qū)動，以水土保持信息采集自動化、業(yè)務(wù)管理精細化、決策分析智能化為目標(biāo)，建設(shè)了面向業(yè)務(wù)管理、領(lǐng)導(dǎo)決策和公眾服務(wù)的水土保持信息化監(jiān)管平臺。借助于“一網(wǎng)、一圖、一庫、一平臺”的水土保持信息化監(jiān)管平臺，新昌縣實現(xiàn)了“全局一盤棋”的水土保持綜合管理，水土保持監(jiān)管工作的層次和決策工作更加科學(xué)、實時和智慧。平臺具有良好的開放性和兼容性，后續(xù)將進一步優(yōu)化系統(tǒng)流程，深化智能分析決策業(yè)務(wù)，實現(xiàn)監(jiān)管問題和預(yù)警信息的智能推送以及決策會商。