智慧河湖管護(hù)云平臺系統(tǒng)設(shè)計(jì)

胡楊，佟旸，張曉嚴(yán)

（1.天津市大數(shù)據(jù)管理中心，天津300221；2.天津市水文水資源管理中心，天津300061；3.天津市水務(wù)局，天津300074）

自2016年在全國范圍內(nèi)推行河長制后，全國大部分省市均開展了河長制管理信息系統(tǒng)的建設(shè)，經(jīng)過幾年的建設(shè)和運(yùn)行，河長制在城鎮(zhèn)村河湖水環(huán)境治理方面發(fā)揮了巨大的作用。從目前已建的河長制管理信息系統(tǒng)或者成熟的河長制信息化管理產(chǎn)品來看，大多數(shù)系統(tǒng)都是針對河湖水質(zhì)、堤岸水面環(huán)境衛(wèi)生等水環(huán)境質(zhì)量治理方面進(jìn)行的建設(shè)。但要對河湖進(jìn)行綜合管理與治理，僅包含水環(huán)境質(zhì)量管理是不夠的，至少還需要包括河道工程、水工設(shè)施的巡檢養(yǎng)護(hù)和涉水事件的執(zhí)法辦案等。

利用河長制平臺協(xié)調(diào)性好、執(zhí)行力強(qiáng)的優(yōu)勢，在此平臺上搭建水利工程設(shè)施巡檢管護(hù)系統(tǒng)和水政執(zhí)法系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對河湖水環(huán)境、水利工程設(shè)施、水生態(tài)文明等全方位的管理，以多部門聯(lián)動共治、合作機(jī)制作為保障，建設(shè)功能全面和通用性、靈活性、擴(kuò)展性強(qiáng)的河湖智慧化管護(hù)平臺，可以為實(shí)現(xiàn)河湖綜合管護(hù)提供統(tǒng)一的信息化管理平臺。同時(shí)，河長制中的河長、巡查員巡查河湖時(shí)也會發(fā)現(xiàn)涉水事件，將水政執(zhí)法等納入統(tǒng)一的云平臺中，在同一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)下進(jìn)行建設(shè)，避免“信息孤島”的產(chǎn)生。通過大數(shù)據(jù)匯集與分析，在統(tǒng)一的GIS地圖中直觀地展示全市所轄河湖的水環(huán)境問題、水利工程運(yùn)轉(zhuǎn)維修狀況、水政執(zhí)法情況、巡查軌跡等，為全市的河湖治理、水利工程設(shè)施運(yùn)轉(zhuǎn)、水生態(tài)文明建設(shè)提供數(shù)據(jù)依據(jù)。通過信息化管理手段，做好事前監(jiān)督預(yù)防工作，將危害河湖安全、影響防洪排澇等事件防患于未然。

1 建設(shè)目標(biāo)

（1）依托已建的河長制管理信息系統(tǒng)，在此平臺上建設(shè)水利工程設(shè)施巡檢管護(hù)系統(tǒng)和水政執(zhí)法系統(tǒng)，統(tǒng)籌規(guī)劃，在云設(shè)施上搭建統(tǒng)一的智慧河湖管護(hù)平臺，避免各單位重復(fù)投資、系統(tǒng)開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)不一、信息無法共享等問題。

（2）在平臺中實(shí)現(xiàn)各種靈活設(shè)置功能，為不同的使用單位進(jìn)行管轄范圍設(shè)置、水利工程設(shè)施設(shè)置、業(yè)務(wù)流程設(shè)置等，使全市不同的單位和人員使用同一個(gè)移動App、同一個(gè)Web平臺，完成河湖巡查、事件處理、水利工程巡檢維修、水政執(zhí)法辦案等各自的業(yè)務(wù)，實(shí)現(xiàn)上下聯(lián)動、協(xié)同辦理，同時(shí)為各單位的業(yè)務(wù)擴(kuò)展提供便利的配置手段。

（3）利用GIS地圖、大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，在云平臺中可以直觀地展示河湖污染狀況、高危水利工程、涉水事件頻發(fā)點(diǎn)位等分析結(jié)果，使上級主管部門和領(lǐng)導(dǎo)在同一個(gè)平臺上就能夠?qū)崟r(shí)掌握全市的河湖環(huán)境、水利工程運(yùn)行情況、水政執(zhí)法狀況等信息，并實(shí)時(shí)接收預(yù)警信息。

（4）在GIS地圖中展示水利工程設(shè)施巡檢和執(zhí)法人員的行動軌跡，顯示涉水事件處理過程和當(dāng)前處理狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)水利工程巡檢任務(wù)管理的網(wǎng)格化、精細(xì)化，保證巡檢工作定時(shí)間、定路線、定任務(wù)、定人員、定責(zé)任，做到巡檢有重點(diǎn)、狀況有發(fā)現(xiàn)、全程有記錄、反饋要及時(shí)，確保巡檢質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)監(jiān)督功能。

2 業(yè)務(wù)分析

2.1 河長制管理

由于河長制管理信息系統(tǒng)已經(jīng)是成熟的系統(tǒng)，所以在此文中只做簡述。目前運(yùn)行的河長制管理信息系統(tǒng)基本是集“電腦端Web應(yīng)用、移動App、微信公眾號、熱線電話”于一體，功能包括河湖長等基礎(chǔ)信息管理、河長巡河、河湖巡查、事件處理、抽查督導(dǎo)、考核評估、公眾投訴、綜合展示等，實(shí)現(xiàn)各級河長和巡查員對負(fù)責(zé)河湖的巡查，記錄巡河軌跡，上報(bào)并處理巡河過程中發(fā)現(xiàn)或公眾投訴的水質(zhì)、堤岸水面環(huán)境等河湖水環(huán)境質(zhì)量問題，根據(jù)河長履職、河道水質(zhì)質(zhì)量與衛(wèi)生情況等對河長進(jìn)行考核。

2.2 水利工程設(shè)施巡檢管護(hù)

泵站、堤防、閘涵等各類水利工程設(shè)施的巡檢和養(yǎng)護(hù)人員的工作包括日常巡檢、定期檢查、特別檢查、專項(xiàng)檢查等[1]。

（1）巡檢人員按照規(guī)定路線對負(fù)責(zé)區(qū)域內(nèi)的河湖水工設(shè)施進(jìn)行檢查，用移動App上傳巡檢路線、記錄檢查記錄單，當(dāng)發(fā)現(xiàn)異常或損壞等現(xiàn)象時(shí)，及時(shí)分析原因，提出處理意見，同時(shí)將現(xiàn)場情況拍照或錄像上報(bào)智慧河湖管護(hù)云平臺。

（2）巡檢部門管理人員通過電腦端Web頁面或者移動App可以收到巡檢記錄，當(dāng)發(fā)現(xiàn)有待處理事件且問題較輕時(shí)，可以派單給巡檢人員進(jìn)行處理；當(dāng)發(fā)現(xiàn)問題較重需要維修時(shí)，派單給維修養(yǎng)護(hù)部門處理。

（3）巡檢人員或維修人員現(xiàn)場維修時(shí)，通過移動App上傳現(xiàn)場情況，記錄處理結(jié)果。對于超過時(shí)效期尚未處理的事件，平臺將有預(yù)警提醒，管理人員可以進(jìn)行催單。

智慧河湖管護(hù)云平臺中的“水利工程設(shè)施巡檢管護(hù)”業(yè)務(wù)分析流程，如圖1所示。

圖1 智慧河湖管護(hù)云平臺中的“水利工程設(shè)施巡檢管護(hù)”業(yè)務(wù)分析流程

2.3 水政執(zhí)法

（1）利用河長制管理信息系統(tǒng)中已建的“河長巡河、河湖巡查員巡查、熱線電話投訴、微信公眾號”等功能，可以實(shí)現(xiàn)多渠道采集涉水事件，包括巡河、巡查過程中發(fā)現(xiàn)事件后上報(bào)，社會公眾通過便民熱線、微信公眾號、河長公示牌上的監(jiān)督電話進(jìn)行反饋。

（2）水政執(zhí)法部門的管理人員通過移動App可以實(shí)時(shí)接收到事件報(bào)警提醒，在App中直接派單給執(zhí)法部門進(jìn)行現(xiàn)場核實(shí)與處理。

（3）事件處理人員在現(xiàn)場利用移動App進(jìn)行資料采集、取證，上傳執(zhí)法路線和佐證材料，處理完成后記錄處理結(jié)果。在此過程中，社會公眾可以隨時(shí)查看本人反饋事件的處理進(jìn)度和結(jié)果。

智慧河湖管護(hù)云平臺中的“水政執(zhí)法”業(yè)務(wù)分析流程，如圖2所示。

圖2 智慧河湖管護(hù)云平臺中的“水政執(zhí)法”業(yè)務(wù)分析流程

3 設(shè)計(jì)思路

3.1 總體框架

目前已建的河長制管理信息系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的主要功能包括：①各級河長、河湖巡查員定時(shí)使用移動App巡查負(fù)責(zé)的河道段，記錄每次的巡河軌跡和巡河日志，上報(bào)發(fā)現(xiàn)的問題；②社會公眾通過熱線電話或微信公眾號，舉報(bào)水質(zhì)、堤岸水面環(huán)境等水環(huán)境質(zhì)量問題；③各級河長辦和委辦單位通過移動App接收水環(huán)境問題并現(xiàn)場處理，上傳處理結(jié)果；④各級河長辦使用Web網(wǎng)站，可以查看各級河長的履職情況、跟蹤和監(jiān)督問題處理進(jìn)度、每個(gè)月為各級河長考核評分，同時(shí)掌握“一河一檔”“一河一策”等基礎(chǔ)檔案資料。

智慧河湖管護(hù)云平臺依托成熟的河長制管理信息系統(tǒng)，在其上搭建水利工程設(shè)施巡檢管護(hù)系統(tǒng)和水政執(zhí)法系統(tǒng)，擴(kuò)展河長制系統(tǒng)中已建的各模塊功能，并增加新的模塊，實(shí)現(xiàn)水工設(shè)施的巡檢、維修和涉水案件的上報(bào)、處理，以達(dá)到更加全面的河湖總體信息化管護(hù)的目的。智慧河湖管護(hù)云平臺的總體框架，如圖3所示。

下邊，主要闡述新增的系統(tǒng)功能。

3.1.1 展示層

以Internet Web網(wǎng)站進(jìn)行發(fā)布，各相關(guān)單位巡檢人員、業(yè)務(wù)處理部門、上級主管部門、各級領(lǐng)導(dǎo)可以通過Internet訪問，進(jìn)行業(yè)務(wù)處理、分析統(tǒng)計(jì)、GIS地圖展示和信息查詢等。

水工設(shè)施的運(yùn)轉(zhuǎn)記錄查詢，設(shè)施報(bào)修、維修進(jìn)度跟蹤與處理結(jié)果，水政執(zhí)法案件的派單、跟蹤與辦結(jié)情況查詢，業(yè)務(wù)人員的巡檢軌跡等相關(guān)業(yè)務(wù)工作均可以通過該系統(tǒng)完成，根據(jù)登錄權(quán)限不同，用戶可以處理與查看的內(nèi)容有所不同。

河長巡河、河湖巡查員巡查過程中，可以通過智能移動終端App上報(bào)涉水事件和相關(guān)的照片、錄像資料；業(yè)務(wù)人員進(jìn)行水工設(shè)施巡檢、各類檢查時(shí)，可以使用移動App填寫巡檢記錄單；相關(guān)人員進(jìn)行水工設(shè)施維修或執(zhí)法辦案時(shí)，使用移動App在現(xiàn)場記錄處理過程、上傳各類佐證材料。

社會公眾可以通過微信公眾號上報(bào)涉水事件，查詢事件處理進(jìn)度和結(jié)果。

3.1.2 應(yīng)用層

主要包括智慧河湖管護(hù)系統(tǒng)、移動App和微信公眾號。智慧河湖管護(hù)系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)有關(guān)水利工程設(shè)施巡檢維修和水政執(zhí)法辦案等常規(guī)管理工作；移動App主要由水工設(shè)施檢修人員進(jìn)行現(xiàn)場檢查、維修等工作，水政執(zhí)法人員進(jìn)行涉水事件核實(shí)、執(zhí)法辦案等現(xiàn)場采集工作；相關(guān)部門接收社會公眾通過微信公眾號上報(bào)的事件，轉(zhuǎn)入執(zhí)法辦案流程。

3.1.3 數(shù)據(jù)層

需要建立相應(yīng)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫，以存貯各級河湖管理機(jī)構(gòu)和人員錄入、采集的各類基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和系統(tǒng)運(yùn)行過程中產(chǎn)生的各類業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，作為查詢、統(tǒng)計(jì)和上報(bào)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

因該系統(tǒng)中運(yùn)行地理信息系統(tǒng)（GIS），考慮其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的特殊性，需要建立GIS空間數(shù)據(jù)庫和GIS屬性數(shù)據(jù)庫。利用河長制系統(tǒng)中已有的河道、湖泊、水庫專題圖層，繼續(xù)繪制水利工程等專題圖層，錄入相關(guān)的屬性數(shù)據(jù)。

系統(tǒng)還需要對巡檢、水工設(shè)施維修、涉水事件處理、執(zhí)法辦案過程中采集的各類照片、錄像資料等多媒體文件進(jìn)行管理。

3.1.4 運(yùn)行環(huán)境

運(yùn)行環(huán)境是系統(tǒng)運(yùn)行的軟硬件環(huán)境，包括云服務(wù)器、云存儲設(shè)備、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、地理信息系統(tǒng)等。

3.1.5 傳輸層

為移動數(shù)據(jù)的采集、傳輸和用戶對系統(tǒng)的訪問建立數(shù)據(jù)傳輸通道。巡檢人員、水政執(zhí)法人員使用的移動終端設(shè)備將利用5G/4G信道進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸；各級用戶可以通過Internet訪問系統(tǒng)網(wǎng)站。

3.1.6 采集層

包括各類基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、動態(tài)信息的采集。可以通過Web網(wǎng)站錄入、導(dǎo)入，移動終端App現(xiàn)場采集、遠(yuǎn)程傳輸，無人機(jī)巡查，遙感影像圖分析等方式采集各類基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，通過傳輸層存入云平臺的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中。

3.2 功能實(shí)現(xiàn)

以天津市為例，市水務(wù)局下轄多家管理單位，分別承擔(dān)著各自所轄區(qū)域內(nèi)的水利工程的運(yùn)行管理、維修養(yǎng)護(hù)、安全監(jiān)測等工作。每個(gè)單位都有自己的河道巡查人員定期巡查轄區(qū)內(nèi)的河道、水工設(shè)施，他們負(fù)責(zé)著不同的業(yè)務(wù)范圍，涉及水環(huán)境治理、水利工程巡查檢修、水政執(zhí)法等，需要向不同的主管部門上報(bào)，通過不同的業(yè)務(wù)流程進(jìn)行處理。雖然各單位管轄的河湖和負(fù)責(zé)的水利工程設(shè)施各有不同，但工作性質(zhì)和業(yè)務(wù)流程類似。所以，需要建設(shè)通用性和擴(kuò)展性強(qiáng)的平臺，通過強(qiáng)大而靈活的系統(tǒng)配置，以實(shí)現(xiàn)不同單位和人員的各司其職和各項(xiàng)業(yè)務(wù)的自動化流轉(zhuǎn)。

本平臺是在基礎(chǔ)資料管理模塊中實(shí)現(xiàn)該項(xiàng)功能?；A(chǔ)資料管理包括對單位、部門、負(fù)責(zé)人、執(zhí)行人、巡檢人員、河道、河段、湖泊、水庫、水利工程、責(zé)任段、巡檢內(nèi)容、涉水事件、水政執(zhí)法等業(yè)務(wù)和流程的管理，建立相互之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系。

3.2.1 建立字典庫

錄入單位、部門、負(fù)責(zé)人、執(zhí)行人、巡檢人員、執(zhí)法人員的基本信息，均以主鍵ID值作為唯一標(biāo)識，用于業(yè)務(wù)流程處理的每個(gè)環(huán)節(jié)。

河道、河段、湖泊、水庫、水工設(shè)施（包括GPS位置信息）、巡檢內(nèi)容的數(shù)據(jù)錄入，同樣以不同的ID值來標(biāo)識。

3.2.2 建立關(guān)聯(lián)關(guān)系

將單位、巡檢人員、河湖責(zé)任段、水工設(shè)施、巡檢內(nèi)容通過ID值相互綁定，以上內(nèi)容出現(xiàn)變化時(shí)變更ID值即可。

最后，配置水工設(shè)施維修和涉水事件處理流程，為不同的流程設(shè)置每個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行處理的部門和人員。如此設(shè)置后，當(dāng)有維修申請或涉水事件上報(bào)時(shí)，系統(tǒng)會自動流轉(zhuǎn)給相關(guān)的處理部門和人員，每個(gè)環(huán)節(jié)處理后由系統(tǒng)自動流轉(zhuǎn)到下一個(gè)環(huán)節(jié)。

3.3 智慧移動App設(shè)計(jì)

在河長制系統(tǒng)中已經(jīng)設(shè)計(jì)了移動App用于河長和河湖巡查員巡河，本平臺繼續(xù)增加水工設(shè)施的巡檢、定期檢查、特別檢查、專項(xiàng)檢查、維修養(yǎng)護(hù)和水政執(zhí)法。

移動App業(yè)務(wù)流程，如圖4所示。

圖4 移動App業(yè)務(wù)流程

3.3.1巡檢軌跡精準(zhǔn)定位

對于有條件的省市，可以在GIS地圖中繪制出巡檢路線，巡檢人員使用App巡檢時(shí)打開手機(jī)GPS定位功能，在巡檢過程中如果巡檢員超過距離既定路線5 m的范圍，App會自動報(bào)警提示巡檢員沿規(guī)定路線巡檢，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)定位功能。

在沒有條件繪制巡檢路線的情況下，由系統(tǒng)管理員設(shè)定GPS坐標(biāo)上傳的時(shí)間間隔，App每隔既定時(shí)間上傳一次GPS坐標(biāo)，在巡檢結(jié)束后即可從Web端的GIS地圖上查看到巡檢員的巡檢軌跡圖，通過與GIS地圖的比對，可以實(shí)現(xiàn)對巡檢人員的考核。

3.3.2 自動填報(bào)提醒

根據(jù)水工設(shè)施的GPS坐標(biāo)，當(dāng)巡檢員到達(dá)其附近時(shí)，移動App自動變換為該水工設(shè)施的巡檢單，巡檢員只需進(jìn)行挑勾等簡單的操作即可完成巡檢任務(wù)，實(shí)現(xiàn)智能管理。

3.3.3 自動預(yù)警

當(dāng)巡檢員發(fā)現(xiàn)有違法、違章現(xiàn)象或水工設(shè)施損壞、安全隱患等現(xiàn)象發(fā)生時(shí)，通過App上報(bào)，下一個(gè)環(huán)節(jié)的處理人員的手機(jī)中能夠自動接收到提示信息，進(jìn)行事件處理或派單操作，可加速事件辦理速度。

與此同時(shí)，利用智能語音交互技術(shù)實(shí)現(xiàn)語音錄入[2]，即可轉(zhuǎn)換為文字存貯，減少巡檢員、各項(xiàng)業(yè)務(wù)處理人員的手工錄入工作量，提高工作效率。

4 新技術(shù)應(yīng)用

4.1 GIS技術(shù)的應(yīng)用

通過統(tǒng)一云平臺的搭建，避免了“信息孤島”的產(chǎn)生，實(shí)現(xiàn)了大數(shù)據(jù)的匯集。通過大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，借助數(shù)學(xué)模型，可以在全市同一張GIS地圖中直觀地展示以下信息。

（1）計(jì)算每個(gè)水工設(shè)施出現(xiàn)問題的頻次、時(shí)間間隔，通過各類數(shù)據(jù)的同比、環(huán)比，預(yù)估水利工程設(shè)施的運(yùn)轉(zhuǎn)狀況，在GIS地圖上標(biāo)識出高危工程，為下一年度的項(xiàng)目規(guī)劃提供依據(jù)。

（2）統(tǒng)計(jì)并顯示不同時(shí)間段內(nèi)各類涉水事件的發(fā)生比例，在GIS地圖中用不同的顏色進(jìn)行標(biāo)識，直觀地展示出問題點(diǎn)位和最易發(fā)生的涉水事件類型，為決策者制定或調(diào)整管理辦法提供依據(jù)。

（3）通過分析不同時(shí)間段內(nèi)的不同類型涉水事件的出現(xiàn)頻率，設(shè)定警戒點(diǎn)，當(dāng)事件連續(xù)發(fā)生次數(shù)超過警戒點(diǎn)，在GIS地圖上通過顏色閃爍進(jìn)行預(yù)警提醒，同時(shí)將預(yù)警信息發(fā)送到相關(guān)人員的手機(jī)中。

（4）通過自定義不同的查詢、統(tǒng)計(jì)條件，在GIS地圖或Web頁面中可以查詢各類事件的處理過程和結(jié)果、水利工程維修養(yǎng)護(hù)狀況、水政執(zhí)法情況、巡檢人員的巡檢軌跡等，還可以在GIS地圖上直觀展示河湖、水質(zhì)類別、各類水利工程的分布和建設(shè)運(yùn)轉(zhuǎn)信息，包括視頻接入信息等。

4.2 無人機(jī)的應(yīng)用

采用無人機(jī)，配備可見光、紅外等多光譜相機(jī)，利用4G/5G移動通信，實(shí)現(xiàn)對巡查人員無法到達(dá)的河段等地進(jìn)行自動化巡查，可以自行設(shè)定1個(gè)月內(nèi)的巡查次數(shù)，快速發(fā)現(xiàn)涉水事件等問題，接收存儲巡查過程中采集的遙測數(shù)據(jù)，并對采集數(shù)據(jù)進(jìn)行展示和分析。

5 結(jié)論

在信息化快速發(fā)展的今天，各種大數(shù)據(jù)分析技術(shù)為各行業(yè)的管理提供了便利的高科技手段，但各自建設(shè)、彼此不通的“信息孤島”等現(xiàn)象制約了大數(shù)據(jù)的匯集和共享。通過智慧河湖管護(hù)云平臺的建設(shè)，為水利各單位和相關(guān)單位提供一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)和流程均統(tǒng)一的信息化管理系統(tǒng)，既避免了資金浪費(fèi)，又為大數(shù)據(jù)的匯集共享提供了平臺。相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)和主管部門在同一個(gè)平臺上就可以掌握全市河湖水環(huán)境、水利工程、水政執(zhí)法情況，做到了對河湖情況的整體掌控。同時(shí)，智慧河湖管護(hù)云平臺為各相關(guān)單位人員進(jìn)行簡單的培訓(xùn)即可使用，實(shí)現(xiàn)了智能操作，在充分利用河長制系統(tǒng)已有的河長巡河、河湖巡查員巡查功能的基礎(chǔ)上，使得同一批巡查人員運(yùn)行同一個(gè)手機(jī)App即可處理不同的業(yè)務(wù)，降低了工作人員的操作復(fù)雜度，提高了涉水事件的處理速度。