城市水土保持信息化建設(shè)關(guān)鍵技術(shù)研究

沈杰

（浙江元坤工程咨詢有限公司，浙江 舟山 316200）

1 引言

水土流失是由于人為因素或自然因素引發(fā)的土壤與水分流失的現(xiàn)象，導(dǎo)致雨水無法就地消納，對土壤產(chǎn)生了沖刷。導(dǎo)致水土流失的主要原因在于植被破壞、土地利用不當(dāng)、地面坡度大、耕作不合理、過度放牧、土質(zhì)松散等[1]。在新時代城市建設(shè)中，人們愈發(fā)重視水土保持工作，且初見成效，水土流失面積逐漸縮小。伴隨科技的發(fā)展，城市水土保持工作步入信息化建設(shè)階段，以技術(shù)為驅(qū)動力提高水土保持工作效果。

2 我國水土流失情況分析

相關(guān)部門對2017—2020 年全國水土流失面積變化進行了統(tǒng)計，如圖1 所示。由圖1 可知，2020 年我國水土流失面積為2.692 7×106km2，相較于2019 年減少了0.67%，其中，水力侵蝕面積、風(fēng)力侵蝕面積分別為1.12×106km2、1.572 7×106km2。

圖1 2017—2020 年全國水土流失面積

各種侵蝕現(xiàn)象是導(dǎo)致水土流失的主要原因，故在水土保持工作開展期間，應(yīng)針對侵蝕問題制訂行之有效的應(yīng)對方案，結(jié)合侵蝕強度確定水土保持工作的重點。從侵蝕強度方面來看，主要分析5 個層次，強度由大到小依次為劇烈（在我國的侵蝕面積為1.705 1×106km2）、極強烈（4.630×105km2）、強烈（2.039×105km2）、中度（1.534×105km2）、輕度（1.673×105km2）。為了更好地開展水土保持工作，還需要明確我國水土保持區(qū)劃一級區(qū)水土流失面積及占比情況，以此定位水土保持工作重點。

3 水土保持信息化建設(shè)涉及的關(guān)鍵技術(shù)

3.1 數(shù)據(jù)安全技術(shù)

水土保持工作涉及多個部門，提供依據(jù)，水土保持?jǐn)?shù)據(jù)在使用期間在不同用戶中流轉(zhuǎn)，因此，涉及數(shù)據(jù)安全問題，如數(shù)據(jù)丟失、數(shù)據(jù)篡改等，因此，在城市水土保持管理期間，必須做好數(shù)據(jù)安全管理工作。

在水土保持信息化建設(shè)中，應(yīng)用到的數(shù)據(jù)安全技術(shù)主要包括：（1）IDS 網(wǎng)絡(luò)入侵檢測系統(tǒng)，是能夠?qū)λ帘３中畔⑾到y(tǒng)受到的入侵行為或數(shù)據(jù)惡意使用行為做出處理，當(dāng)非授權(quán)行為發(fā)生后，可以實現(xiàn)快速響應(yīng)的計算機技術(shù)，能夠及時向管理人員發(fā)出警報。（2）防火墻技術(shù)。水土保持信息化建設(shè)期間必須做好防火墻部署，當(dāng)?shù)谌襟w突破或入侵常規(guī)的權(quán)限中時，防火墻能夠通過權(quán)限控制強化數(shù)據(jù)安全性，防止關(guān)鍵數(shù)據(jù)被惡意訪問，抵御漏洞攻擊。（3）存儲加密技術(shù)。水土保持?jǐn)?shù)據(jù)未處于使用狀態(tài)時存儲于數(shù)據(jù)庫內(nèi)，為保障其安全性，應(yīng)借助存儲加密技術(shù)為水土保持?jǐn)?shù)據(jù)提供全方位的安全保護。存儲加密技術(shù)在實際應(yīng)用期間，應(yīng)做好權(quán)控技術(shù)與加密技術(shù)的整合，并保障加密數(shù)據(jù)的快速檢索功能。

3.2 圖庫一體化技術(shù)

水土保持信息化建設(shè)的目的之一在于提高管理效率，保障作業(yè)質(zhì)量，便于相關(guān)人員查詢、應(yīng)用水土保持信息，為確保水土保持信息數(shù)據(jù)能夠滿足不同用戶的需求，應(yīng)在水土保持信息化建設(shè)期間融入圖庫一體化技術(shù)，將水土保持圖片影像、數(shù)據(jù)信息、地理區(qū)域進行關(guān)聯(lián)，以地理區(qū)域地圖與影像圖片為基礎(chǔ)，將水土保持?jǐn)?shù)據(jù)信息添加其中，同時輔以表格形式，以此實現(xiàn)水土保持工作的圖文互訪可視化綜合管理，為水土保持工作的高效高質(zhì)量實施奠定基礎(chǔ)。

3.3 自動監(jiān)測技術(shù)

3.3.1 氣象數(shù)據(jù)監(jiān)測

氣象數(shù)據(jù)屬于水土保持監(jiān)測工作的基本內(nèi)容，需運用自動監(jiān)測技術(shù)采集氣溫、降雨、氣壓水汽壓、草地溫度、地表溫度、露點溫度等數(shù)據(jù)，為水土保持工作的開展提供數(shù)據(jù)支持[3]。從自動氣象監(jiān)測系統(tǒng)角度來看，其由存儲系統(tǒng)、微控制系統(tǒng)、傳感系統(tǒng)、供電系統(tǒng)、通信系統(tǒng)構(gòu)成。傳感系統(tǒng)可將采集到的氣象要素轉(zhuǎn)化為信息系統(tǒng)可識別的格式，在微控制系統(tǒng)作用下，能夠根據(jù)數(shù)據(jù)采集成果展開量化處理與線性分析，同時轉(zhuǎn)換工程量，并篩分?jǐn)?shù)據(jù)，以此得出各區(qū)域的氣象要素信息。完成數(shù)據(jù)采集與要素轉(zhuǎn)換后，需將其傳輸至存儲系統(tǒng)內(nèi)。此外，在該氣象數(shù)據(jù)監(jiān)測技術(shù)應(yīng)用下，還可結(jié)合現(xiàn)實需求繪制氣象數(shù)據(jù)報表，并實現(xiàn)遠程監(jiān)控，以先進技術(shù)為驅(qū)動提高氣象數(shù)據(jù)監(jiān)測精度，為水土保持工作的開展提供良好依據(jù)。

3.3.2 土壤水分監(jiān)測

通過土壤水分監(jiān)測可得出土壤含水量指標(biāo)，土壤含水量是水土保持工作的重要指標(biāo)，可影響土壤蒸發(fā)率、降水入滲率、土壤侵蝕程度及坡面產(chǎn)流情況。在土壤含水量指標(biāo)監(jiān)測期間，最為常用的儀器設(shè)備為TDR 土壤水分?jǐn)?shù)據(jù)采集儀，借助該儀器設(shè)備可直接了解土壤的含水量，主要借助不同含水量條件下的土壤導(dǎo)電性進行判斷分析，依靠時域反射原理完成土壤水分的數(shù)據(jù)采集工作。土壤含水量較高時，其導(dǎo)向性隨之提升，儀器發(fā)射出來的電磁波則表現(xiàn)出較快的傳播速度，此時可借助控制器采集電磁波傳播延時長短，以此為依據(jù)得出土壤介電常數(shù)，在此基礎(chǔ)上繪制土壤水分與介電常數(shù)間的關(guān)系曲線，繼而得出土壤含水量數(shù)據(jù)。

3.3.3 水文水質(zhì)監(jiān)測

水文水質(zhì)數(shù)據(jù)是開展水土保持工作的重要依據(jù)之一，在信息化時代背景下，可采用自動監(jiān)測技術(shù)采集水文水質(zhì)數(shù)據(jù)，如水溫、pH 值、電導(dǎo)率、溶解氧、泥沙含量、流量、水位及濁度等。完成上述參數(shù)的采集工作中，可通過無線+有線的方式將數(shù)據(jù)快速傳輸至信息系統(tǒng)內(nèi)，以此確保水文水質(zhì)數(shù)據(jù)能夠得到充分利用。

3.4 數(shù)據(jù)庫技術(shù)

數(shù)據(jù)庫技術(shù)是水土保持信息化建設(shè)的關(guān)鍵技術(shù)，為保障數(shù)據(jù)庫搭建效果，應(yīng)盡可能保障數(shù)據(jù)模型的規(guī)范性及可靠性，構(gòu)建完整的數(shù)據(jù)邏輯。對于數(shù)據(jù)庫，其數(shù)據(jù)主要來源于水土保持與自動監(jiān)測技術(shù)，數(shù)據(jù)信息完成采集后會直接被傳輸至數(shù)據(jù)庫，故在搭建數(shù)據(jù)庫時，應(yīng)做好數(shù)據(jù)庫與信息系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集監(jiān)測系統(tǒng)間的關(guān)聯(lián)工作，以此確保數(shù)據(jù)庫內(nèi)存儲的數(shù)據(jù)具有真實性、時效性特點。在水土保持?jǐn)?shù)據(jù)庫中，最為常用的數(shù)據(jù)表為土壤水分?jǐn)?shù)據(jù)表、氣象監(jiān)測數(shù)據(jù)表及系統(tǒng)日志表。

4 水土保持信息化系統(tǒng)整體建設(shè)思路

4.1 規(guī)劃部署

伴隨水土流失治理工作的持續(xù)推進，為保障水土保持工作實效，需將先進技術(shù)融入水土保持工作體系中，以當(dāng)?shù)厮帘３止ぷ鬟M展情況進行統(tǒng)籌管理，實現(xiàn)全區(qū)域覆蓋。為保障水土保持信息化建設(shè)效果，應(yīng)使信息系統(tǒng)對接當(dāng)?shù)刂腔鬯畡?wù)規(guī)劃部署，從監(jiān)督監(jiān)管、保持預(yù)防、流失治理、動態(tài)監(jiān)測等方面入手，以此保障水土保持信息系統(tǒng)的功能性及應(yīng)用效果。

4.2 建設(shè)原則

水土保持信息化系統(tǒng)建設(shè)應(yīng)符合當(dāng)?shù)氐膶嶋H情況，并遵循以下原則：（1）兼容互通。做好水土保持工作與其他政務(wù)的協(xié)同關(guān)聯(lián)，如行政審批、住建規(guī)劃、環(huán)境保護、自然資源、發(fā)展改革等，確保水土保持信息系統(tǒng)能夠兼容不同數(shù)據(jù)接口，實現(xiàn)業(yè)務(wù)關(guān)聯(lián)，構(gòu)建兼容互通式的水土保持信息化系統(tǒng)。（2）信息共享。以空間數(shù)據(jù)底圖為依據(jù)，整合水土流失、土地利用、擾動圖斑、水土保持實施圖斑、水土流失監(jiān)測等信息，在此基礎(chǔ)上做好集成展示工作，在特定業(yè)務(wù)領(lǐng)域中實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，使水土保持工作能夠持續(xù)高效推進。（3）功能全面。信息化建設(shè)工作應(yīng)涵蓋水土保持工作的所有內(nèi)容，應(yīng)具有監(jiān)督審批、水土流失治理、文件流轉(zhuǎn)、信息查詢發(fā)布等功能，并保障各功能均可流暢進行。

4.3 系統(tǒng)框架

水土保持信息化建設(shè)期間應(yīng)構(gòu)建一個兼容互通、信息共享的網(wǎng)絡(luò)，統(tǒng)一空間基準(zhǔn)，明確地理空間位置，做好信息整合，同時結(jié)合實際需求搭建專項數(shù)據(jù)庫，同時關(guān)聯(lián)相關(guān)政務(wù)工作，以此確保所建設(shè)的水土保持系統(tǒng)能夠切實發(fā)揮其價值。

圖2為典型的水土保持信息化建設(shè)框架，結(jié)合圖1 可見，可將其分為“一張網(wǎng)”“一張圖”“一個庫”與應(yīng)用服務(wù)。其中，“一張網(wǎng)”主要是指健全網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃，在物聯(lián)網(wǎng)、移動互聯(lián)網(wǎng)的作用下實現(xiàn)不同主體的關(guān)聯(lián)銜接，為水土保持信息數(shù)據(jù)的兼容互通與共享奠定基礎(chǔ)?！耙粡垐D”是指依靠“天地圖”、遙感圖像獲得準(zhǔn)確的水土保持現(xiàn)狀情況，確定坐標(biāo)系，并在此基礎(chǔ)上明確棄渣場范圍、擾動圖斑范圍、生態(tài)清潔小流域、水土保持監(jiān)測站點等情況，以此實現(xiàn)統(tǒng)一管理?！耙粋€庫”是指搭建異構(gòu)、多元、海量的專項和數(shù)據(jù)庫，做好水土保持信息數(shù)據(jù)的整合管理工作，使影像、柵格、矢量、圖片、視頻均可得到良好的存儲。應(yīng)用服務(wù)主要為保障水土保持信息化系統(tǒng)的監(jiān)督監(jiān)管、審批決策等工作。

圖2 水土保持信息化建設(shè)框架

5 結(jié)語

綜上所述，我國水土流失面積伴隨水土保持工作的持續(xù)推進而逐漸減少，但仍需加大水土保持管控力度，在當(dāng)前時代背景下，可將先進技術(shù)融入城市水土保持工作中，構(gòu)建水土保持信息化系統(tǒng)，從不同角度入手，搭建完整的水土保持信息化框架，并以技術(shù)為驅(qū)動逐漸健全水土保持信息化系統(tǒng)功能，盡可能提升其應(yīng)用實效，保障水土保持工作能夠高質(zhì)量推進。