廣東省河湖名錄數據質量控制方法探討與實踐

鄭 泳，黃 東，岑棟浩，梁汝豪，彭思涵

(1.廣東省水利水電科學研究院，廣州 510635；2.廣東省水動力學應用研究重點實驗室，廣州 510635)

1 概述

河湖基本信息整編及空間標繪是全面推行河長制湖長制的一項重要基礎性工作。水利部、環(huán)境保護部2016年12月14日印發(fā)《貫徹落實〈關于全面推行河長制的意見〉實施方案的函》，明確了各地區(qū)需根據河湖的自然屬性、跨行政區(qū)域情況，以及對經濟社會發(fā)展、生態(tài)環(huán)境影響的重要性等，提出由省、市、縣、鄉(xiāng)級領導分級擔任河長的河湖名錄。廣東省在中央要求建立四級河長體系的基礎上，延伸到了村(居)及村民小組，構建省、市、縣、鎮(zhèn)、村五級河長制組織體系，為提升治水管水能力，要求在全省“建立河湖分級名錄”，利用信息化手段服務各級河長湖長履職盡責[1]。

河湖是洪澇水蓄泄和水資源存儲輸送的重要載體，也是重要的生態(tài)空間，河湖名錄是河湖治理、保護與管理的基本依據[2]。廣東省以往的河湖名錄成果主要包括:歷年的省、市和縣級江河流域綜合規(guī)劃等相關規(guī)劃成果梳理的轄區(qū)主要河湖清單，2010年開展的廣東省五小工程普查形成的山塘名錄[3]，2010—2012年開展的廣東省第一次全國水利普查編制的1 211條50 km2及以上的河流名錄、7個常年水面面積在1.0 km2及以上的湖泊名錄及8 408宗水庫名錄[4]等，這些名錄成果為全省經濟社會發(fā)展提供了可靠的基礎信息支撐。長期以來，河湖管護的重點都集中在規(guī)模以上水體，規(guī)模以下河湖數據分散或缺失。廣東省河流縱橫、水網密布、水系發(fā)達，是名副其實的水利大省。全省規(guī)模以下河湖信息資料基本空白，難于實現(xiàn)全省江河湖庫管護的全覆蓋，成為河長制工作開展的基礎數據薄弱環(huán)節(jié)。為保進一步形成責任明確、協(xié)調有序、監(jiān)管嚴格、保護有力的河流管理保護機制，迫切需要對原來的河湖調查成果進行補充完善，尤其是填補50 km2以下、常年水面面積1.0 km2以下河湖對象的空白，覆蓋全省河流、湖泊、水庫、山塘，建立省、市、縣、鎮(zhèn)、村五級河長與對象的關系，為實現(xiàn)五級河長巡河和社會公眾監(jiān)督治水的智慧管理全覆蓋提供基礎數據支撐[5]。

河湖基本信息整編及空間標繪工作以全省“全覆蓋”為要求，采取省市縣三級聯(lián)動、相互配合的模式，組織開展全省河湖對象的整編、標繪、審核及匯總工作，明確分級分段河湖邊界、管理及責任對象[1]。統(tǒng)計范圍包括具有行洪、納潮、排澇、供水等功能的所有天然及人工江河、湖泊、水庫、山塘，4類對象涵蓋153項調查指標和對象分級分段矢量數據，累計超過19萬個空間對象、近450萬項屬性指標數據[6]。數據質量是河湖基本信息整編及空間標繪工作的生命，質量控制是科學、準確和真實獲取河湖數據的重要保障。為確保工作規(guī)范操作、有效推進，確保河湖對象不重不漏、指標內容完整規(guī)范、名錄數據真實可靠，形成一套全面、完整、一致和準確的全省河湖名錄整編及電子標繪數據，需要把質量控制貫穿于工作的全過程，以質量控制為主線分階段組織做好數據質量控制工作[7]。

河湖名錄數據處理包括數據采集到最終形成全省河湖名錄整編及電子標繪成果全過程，主要分為數據采集、基本信息整編、空間標繪、匯總分析4個階段，每個階段的數據組成、數據處理工作側重點不同，質量控制方法也不相同。本文梳理不同階段河湖名錄數據的組成、結構特征以及數據質量影響因素，探討不同階段數據質量控制辦法和實踐情況，為同類調查的數據質量控制工作提供參考依據。

2 河湖名錄數據組成及質量影響因素

河湖名錄數據由空間數據和屬性數據組成?？臻g對象即對名錄中5級河長對應的河流(河段)、湖泊、水庫和山塘，空間數據即采用點、線、面的空間形式來描述河湖對象空間特征，包括對象的空間位置、形狀大小以及對象間的相互關系。屬性數據是與空間數據相對應的描述性數據，包括字符型，數值型，邏輯型和日期型等[8]。通過采用唯一關鍵字將分開編制的空間對象與其屬性進行關聯(lián)，采用地理信息系統(tǒng)技術(GIS)對河湖對象空間特征與屬性特征進行一體化管理，實現(xiàn)圖形實體及其屬性之間的內部聯(lián)系，構成完整的河湖名錄空間數據庫。

不同階段數據的組成與質量影響因素如下：

1) 基礎數據采集

河湖名錄數據的采集屬于工作的前期準備階段，以內外業(yè)相結合的方式開展。內業(yè)主要包括檔案查閱、影像識別和估算推算等；外業(yè)為調研訪談、現(xiàn)場查勘和定位等，主要針對內業(yè)無法判斷的情況，通過外業(yè)確認對象的坐標及范圍。本階段數據主要為描述對象屬性的文本、圖表等，影響數據質量的主要因素有數據采集方法、參與人員技術水平。

2) 基本信息整編

河湖名錄基本信息整編主要為內業(yè)工作，對采集的基礎數據進行整編，包括河流名錄表、湖泊名錄表、水庫名錄表和山塘名錄表共4個表格153個指標。本階段數據為河流、湖泊、水庫和山塘4類對象的屬性數據，影響數據質量的主要因素為指標設計、數據審核內容和方法。

3) 空間標繪數據

空間標繪主要為內業(yè)工作，主要通過DEM提取、遙感影像識別等方式對采集的河流(河段)、湖泊、水庫和山塘進行標繪上圖，建立對象之間的業(yè)務關系及空間關系[9-10]。業(yè)務關系即“依附”、“指向”等關聯(lián)關系，如河段與河長之間的指向關系；水庫與其所在河流的依附關系等；空間關系即“包含”、“跨越”、“壓蓋”、“銜接”、“相交”等關系，如河流與河段的包含關系，渠道與河流的跨越關系，水庫與河流的壓蓋關系，干支流的銜接關系等。本階段數據為河流、湖泊、水庫和山塘4類對象的空間數據，影響數據質量的主要因素為空間數據結構設計、數據審核內容和方法。

4) 匯總分析

經過基礎數據采集、基本信息整編和空間標繪3個階段，河湖名錄數據總體質量基本確定，匯總分析階段是對前3個階段數據質量的進一步控制，對屬性數據和空間數據進行縱向和橫向的對比分析。本階段影響數據質量的主要因素有基礎資料情況及相應的匯總分析方法等。

3 河湖名錄數據質量控制方法探討

1) 基礎數據采集

為了便于參與人員掌握和應用，減少因人員能力和技術手段問題造成個體、系統(tǒng)誤差，一方面，在總結前期調研經驗及多次征求意見的基礎上，廣東省制定《廣東省全面推行河長制河湖名錄編制及電子標繪工作要求》[5]，在全面性、完整性、規(guī)范性、合理性等方面對河流、湖泊、水庫、山塘信息采集提出了明確要求，統(tǒng)一執(zhí)行標準和操作流程。另一方面，按照“統(tǒng)一組織、分類培訓、分階段實施”的原則，組織三次河湖基本信息整編及空間標繪工作技術培訓，覆蓋各地市、縣區(qū)及部分鎮(zhèn)街技術人員；充分利用電話、短信、網絡等現(xiàn)代通訊手段，結合下發(fā)視頻操作教程、派員赴地方現(xiàn)場指導等方式開展，及時發(fā)現(xiàn)并消除了數據采集過程中存在的不規(guī)范、不合理等錯誤，總結和推廣數據采集工作經驗，提高基礎數據采集質量。

2) 基本信息整編

在制定工作要求的基礎上，廣東省編制并下發(fā)河流、湖泊、水庫和山塘名錄表樣本數據及其填表說明文檔[11]。如圖1所示，以北江為例，北江跨XX市、YY區(qū)和ZZ區(qū)，河流名錄表按市、縣、鎮(zhèn)、村分級劃分河段，從上游到下游順序梳理和整編河段信息，區(qū)分河段左、右岸與不同行政區(qū)劃的對應關系。

數據審核是保證河湖基本信息整編質量的基本前提。全省河流2.4萬條、湖泊150宗、水庫8 154宗、山塘1.6萬宗，按省市縣鎮(zhèn)村五級河長分級分段管護的河湖對象，累計超過19萬條數據記錄、近450萬項屬性指標，審核數據量大且繁瑣。根據對象分類及其特征，從全面性、完整性、規(guī)范性、合理性4個維度，基于非空規(guī)則、字段結構規(guī)則和數值規(guī)則等3個規(guī)則設計審核關系。其中，全面性主要審核河湖對象是否存在應報而漏報、錯報或重報；完整性主要審核名錄表是否存在應填而漏填的數據項；規(guī)范性主要審核名錄表是否存在未按規(guī)定取值范圍、計量單位、表述方式和符號要求進行填報的數據項；合理性主要審核表內、表間關聯(lián)數據是否符合相應邏輯規(guī)則，指標內容是否符合實際。

鑒于數據審核是一個多次往復的過程，廣東省采取多手段、分層次控制數據質量?！岸嗍侄巍奔窜浖徍恕⒛恳暀z查和外業(yè)驗證。開發(fā)的“廣東省河湖名錄審核系統(tǒng)”，共涉及106項內容審核內容，完成4類對象名錄表約60%的審核內容；另外40%的表格審核內容通過目視檢查(人機交互方式)審核并修改，直至數據質量滿足技術要求?！胺謱哟巍奔磸暮雍ο髷盗考昂雍浘幹浦仉y點考慮，按第1層次(完成流域面積50 km2及以上河流、縣管及以上河流、水庫及湖泊的編制工作)、第2層次(完成流域面積50 km2以下河流和山塘的編制工作)開展全省河湖名錄整編和審核修改工作。在數據審核過程中及時發(fā)現(xiàn)問題，對存疑數據及時核實，形成暢通的審核修改機制。

圖1 河流名錄表樣本數據示意

3) 空間標繪數據

在制定工作要求的基礎上[12]，廣東省下發(fā)推薦軟件操作說明和視頻，統(tǒng)一全省河湖名錄空間標繪工作底圖。其中，工作底圖為政務版遙感影像、行政區(qū)劃邊界及實體化水系圖，通過水利專網在專業(yè)GIS軟件中加載使用(見圖2)；編制并下發(fā)河流、湖泊、水庫和山塘標繪成果樣本數據及標繪說明文檔。以北江為例，按省、市、縣、鎮(zhèn)、村對五級河段進行分段標繪，區(qū)分上下游左右岸，統(tǒng)一到河道中心線，不重不漏，并建立拓撲關系(如圖3所示)。

河湖名錄空間標繪數據反映對象的位置信息、空間關系及特征信息，數據結構復雜，技術要求高，如基層技術人員操作方法不正確、誤操作或粗心大意，容易帶來圖形類錯誤、拓撲類錯誤、屬性類錯誤等[13-14]。以河流為例，標繪數據經常出現(xiàn)河段上下游不連續(xù)、干支流不連通、河流部分重復、以及各級河段不重合等錯誤(如圖4所示)。

按省市縣鎮(zhèn)村五級河長分級分段管護的河湖對象，全省累計超過19萬個空間對象。根據空間對象分類及其特征，從全面性、完整性、規(guī)范性、合理性4個維度，基于邏輯規(guī)則、幾何規(guī)則和關聯(lián)規(guī)則3個規(guī)則設計審核關系，通過人機交互方式輔以外業(yè)驗證查找異常數據并復核修改。

全面性審核，通過疊加河湖名錄成果與水利普查等已有成果圖層進行比對，判斷對象是否遺漏。

規(guī)范性審核，針對河流線狀標繪數據，主要包括：① 圖表關聯(lián)檢查，判斷各級標繪數據與表格是否一一匹配；② 河流連通性檢查，針對各級圖層建立拓撲關系，檢查河段的懸掛點和線段單一性；③ 河流形態(tài)檢查，判斷各級河流走向與影像、普查河流等是否吻合、各級河段是否重合在同一河道中心線；④ 河流左右岸分段檢查，判斷各級岸別河段是否覆蓋全部河流，不同級別河流左右岸河段是否滿足邏輯關系；⑤ 河流位置檢查，判斷轄區(qū)內各級標繪河段是否在其行政區(qū)范圍內。針對湖泊、水庫和山塘點狀標繪數據，主要包括：① 對象位置檢查，判斷對象是否與影像、已有成果圖層吻合，判斷轄區(qū)內標繪湖泊、水庫和山塘是否在其行政區(qū)范圍；② 對象關系檢查，判斷對象與河流的依附關系是否合理。

圖3 河流分級分段標繪成果示意

圖4 河流分級分段常見錯誤示意

合理性審核，主要包括：① 河段起止點與圖上河段起止點偏移檢查，判斷標繪線段起止點坐標與表格填報的起止點坐標是否一致；② 河段長度與圖上河段長度偏移檢查，判斷標繪線段長度與表格填報的河段長度是否一致；③ 湖泊水面面積與圖上范圍檢查，判斷湖泊水面面積與表格填報的面積是否一致。其中，河流分段錯誤類型歸納見圖5。

圖5 河流分級分段常見錯誤類型歸納示意

4) 匯總分析

為進一步提高成果的全面性，實現(xiàn)省內河湖“全覆蓋”，廣東省將全省河湖名錄成果與已有統(tǒng)計、規(guī)劃資料進行比對分析，從統(tǒng)計范圍、口徑及資料背景等方面分析說明差異原因。結合人口、GDP、氣象、地貌等統(tǒng)計數據，對同類或毗鄰地區(qū)成果進行比較分析。采取內業(yè)核查資料與外業(yè)現(xiàn)場確認相結合的形式，將地市編制的河流、湖泊、水庫、山塘名錄與水利普查、相關規(guī)劃成果、中小河流治理及遙感影像、DLG實體化水系圖層等逐一比對，對未納入名錄、疑似遺漏河湖對象進行現(xiàn)場確認(見圖6)。經查漏補缺，全省共增補河流長度約1.4萬km。

圖6 河湖對象全面性審核流程示意

針對縣級、市級整編的跨界河湖對象容易出現(xiàn)命名不一致、行政區(qū)劃邊界附近未銜接、指標屬性互相矛盾等情況，在充分調研和檔案查閱的基礎上，對跨界對象進行歸并與裁切。在此基礎上，對全部空間數據和屬性數據按完整河湖對象進行合并與拼接，按行政區(qū)單元、流域單元進行匯總和一一編碼，賦予了全省河湖對象唯一的身份識別碼，編碼體現(xiàn)流域、干支流關系、行政區(qū)劃信息、分段編號以及河流層級等信息，形成一套全面、完整、一致和準確的全省河湖名錄整編及電子標繪數據。

4 結語

河湖基本信息整編及空間標繪是全面推行河長制湖長制的一項重要基礎性工作。河湖數據涉及指標多、數據量大、審核關系復雜，質量控制涉及整個工作的全過程。本文從基礎數據的采集、信息整編、空間標繪和匯總分析4個階段分別梳理總結數據質量的影響因素及控制方法，分析了這些措施和方法在確保數據成果質量中的作用和意義，為同類調查的數據質量控制工作提供具有可操作性的參考依據，并不斷推動水利基礎數據質量控制工作走上規(guī)范化、科學化。