深圳市水土保持管理信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用

趙旭升 張永占 方竟先 雷勇 潘璀林

摘要：深圳市水土保持管理信息系統(tǒng)是在智慧城市和智慧水務(wù)總體框架下，以深圳市水土保持業(yè)務(wù)特點(diǎn)為依據(jù)，做到水務(wù)數(shù)據(jù)統(tǒng)一存儲(chǔ)與管理。系統(tǒng)由五大子系統(tǒng)組成，其中包含方案管理、監(jiān)督檢查、歷史趨勢(shì)可視化、實(shí)時(shí)預(yù)警等重點(diǎn)模塊。通過(guò)搭建業(yè)務(wù)監(jiān)管平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了全流程監(jiān)督管理。同時(shí)加入智能模型輔助管理人員決策和評(píng)價(jià)體系優(yōu)化，讓管理人員和業(yè)務(wù)人員的工作效率大幅提升。做到數(shù)據(jù)管理、業(yè)務(wù)支持、模型決策、數(shù)據(jù)可視化和實(shí)時(shí)預(yù)警等多項(xiàng)功能一體化。解決了深圳市水土保持信息化建設(shè)中信息處理能力不足，應(yīng)用智慧化程度不高，業(yè)務(wù)來(lái)源和數(shù)據(jù)格式標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，信息難以共享和調(diào)用，信息化系統(tǒng)無(wú)法支撐業(yè)務(wù)需求等問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：管理信息系統(tǒng);智能模型;智慧水務(wù);水土保持;多功能一體化

中圖分類號(hào)：S157文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1001-9235（2024）02-0116-11

Design and Application of Soil and Water Conservation Management Information System in Shenzhen

ZHAO Xusheng，ZHANG Yongzhan，F(xiàn)ANG Jingxian^*，LEI Yong，PAN Cuilin

（Pearl River Water Resources Research Institute，Pearl River Water Resources Commission of the Ministry of Water Resources，Guangzhou 510611，China）

Abstract：The Shenzhen Soil and Water Conservation Management Information System was developed within the framework of smart cities and smart water management，taking into consideration the characteristics of soil and water conservation business in Shenzhen.The system ensures unified storage and management of water-related data，consisting of five major subsystems，including scheme management，supervision and inspection，historical trend visualization，real-time warnings，and other key modules.By establishing a business supervision platform，it enables comprehensive supervision and management throughout the entire process.Additionally，the integration of intelligent models has greatly enhanced the decision-making and evaluation system for management personnel，thereby significantly improving the efficiency of both management and operational staff.The system integrates multiple functions， including data management，business support，model-based decision-making， data visualization，and real-time alerting.It effectively addresses various challenges encountered in the information construction of soil and water conservation in Shenzhen，such as insufficient information processing capacity，low levels of smart application，lack of unified business sources and data format standards，and difficulties in information sharing and access，ensuring that the information system effectively supports business requirements.

Keywords：management information system;intelligent models;smart water management;soil and water conservation;multi-functional integration

隨著中國(guó)新基建計(jì)劃的提出，數(shù)字化和智能化的需求不斷增加，各省市對(duì)水土保持的應(yīng)用范圍和質(zhì)量要求也越來(lái)越高，智慧水務(wù)也用于水土保持。因此，如何構(gòu)建不同子系統(tǒng)模型、實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)映射、模型驅(qū)動(dòng)和數(shù)據(jù)管理等問(wèn)題成為科技人員亟需解決的挑戰(zhàn)。近幾年，許多學(xué)者提出了新的理論和方法來(lái)應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)。

沈雪建等^［1］于2017年提出了基于信息化技術(shù)的水土保持管理模式，利用現(xiàn)代空間技術(shù)、測(cè)繪技術(shù)和信息技術(shù)對(duì)生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土保持監(jiān)督和管理，實(shí)現(xiàn)了即時(shí)分析和動(dòng)態(tài)管理；姜德文等^［2］于2021年介紹了一種基于深度學(xué)習(xí)的水土保持遙感影像識(shí)別方法，可以自動(dòng)提取影像中的水土保持信息；顧祝軍等^［3］于2022年分析了城市水土保持工作存在的問(wèn)題和未來(lái)研究方向，指出目前城市水土保持監(jiān)管仍以人力巡查為主，對(duì)城市生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目缺少量化判別和評(píng)價(jià)的技術(shù)手段，難以全面掌握區(qū)域內(nèi)生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土流失的整體情況和動(dòng)態(tài)變化。

當(dāng)前的研究不乏專業(yè)技術(shù)的突破和應(yīng)用，但都沒(méi)有解決數(shù)據(jù)質(zhì)量低，數(shù)據(jù)不互通，智慧化程度低，管理體系不完善等問(wèn)題。深圳市水土保持方面尚存在如下問(wèn)題：水土保持的理論體系欠缺，對(duì)城市生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目缺少量化判別和評(píng)價(jià)的技術(shù)手段，導(dǎo)致預(yù)防監(jiān)督工作缺乏深度和廣度。目前城市水土保持監(jiān)管仍以人力巡查為主，難以應(yīng)對(duì)生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目多、分布廣及雨季長(zhǎng)、暴雨頻發(fā)的巨大挑戰(zhàn)。由于水土流失具有時(shí)效性強(qiáng)的特點(diǎn)，現(xiàn)有手段難以實(shí)現(xiàn)及時(shí)取證，城市水土流失監(jiān)管多處于被動(dòng)狀態(tài)^［3］。本文通過(guò)深圳市水土保持管理信息系統(tǒng)，以數(shù)據(jù)整編為基礎(chǔ)，統(tǒng)一數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)并提高數(shù)據(jù)質(zhì)量，同時(shí)解決深圳市城區(qū)數(shù)據(jù)不互通的問(wèn)題。進(jìn)而搭建統(tǒng)一的業(yè)務(wù)監(jiān)管平臺(tái)，戶外作業(yè)可結(jié)合手機(jī)端，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)智慧化、監(jiān)督管理智慧化。利用大數(shù)據(jù)結(jié)合水土保持智能模型和遙感識(shí)別等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)智慧化、決策支持和評(píng)價(jià)體系智慧化，為未來(lái)智慧水務(wù)建設(shè)提供了經(jīng)驗(yàn)參考。

1 系統(tǒng)架構(gòu)

水土保持管理信息系統(tǒng)將按照水利部《全國(guó)水土保持信息化工作2017—2018年實(shí)施計(jì)劃》、《深圳市水土保持規(guī)劃（2016—2030年）》的任務(wù)要求，結(jié)合深圳市城市水土保持工作的特點(diǎn)，以生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目的水土保持業(yè)務(wù)為核心，采用SOA架構(gòu)，集生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目監(jiān)督管理、水土流失監(jiān)測(cè)、水土保持生態(tài)治理、決策支持等功能為一體的管理信息系統(tǒng)，最終作可視化綜合展示，為市、區(qū)、街道三級(jí)水土保持監(jiān)督管理部門及監(jiān)督管理人員利用系統(tǒng)數(shù)據(jù)資源、開展綜合分析、科學(xué)決策提供支持，能夠一張圖展示水土保持所有業(yè)務(wù)流程及數(shù)據(jù)。水土保持管理信息系統(tǒng)中數(shù)據(jù)來(lái)源分為水土保持?jǐn)?shù)據(jù)資源整合共享和外部數(shù)據(jù)資源匯集關(guān)聯(lián)，系統(tǒng)建成后與國(guó)家、省、市相關(guān)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)對(duì)接，見圖1。

2 數(shù)據(jù)整編

圖2所示的數(shù)據(jù)資源目錄及數(shù)據(jù)資源整編建設(shè)路線包括以下內(nèi)容。

a）數(shù)據(jù)收集。主要包括水土保持相關(guān)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、治理數(shù)據(jù)和監(jiān)督數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)來(lái)源于水利部門、自然資源部門、規(guī)劃部門、住建部門、氣象部門和林業(yè)部門等。

b）數(shù)據(jù)資源目錄建設(shè)。對(duì)收集的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并按照統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范進(jìn)行梳理，建設(shè)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、治理數(shù)據(jù)、監(jiān)督數(shù)據(jù)和綜合數(shù)據(jù)目錄。同時(shí)，對(duì)資源目錄進(jìn)行元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化和元目錄標(biāo)準(zhǔn)化處理。

c）數(shù)據(jù)資源整合入庫(kù)。整合入庫(kù)的內(nèi)容包括基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、治理數(shù)據(jù)、監(jiān)督數(shù)據(jù)和綜合數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理包括矢量數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理和柵格數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理，數(shù)據(jù)清洗與質(zhì)量審核包括數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)規(guī)范、數(shù)據(jù)清洗和質(zhì)量審核，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換與加載包括數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)加載。

d）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與管理。數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與管理將統(tǒng)一利用智慧水務(wù)資源。邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)包括基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)。物理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)包括固定數(shù)據(jù)庫(kù)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)、對(duì)外服務(wù)數(shù)據(jù)庫(kù)和備份數(shù)據(jù)庫(kù)。數(shù)據(jù)庫(kù)表設(shè)計(jì)包括監(jiān)測(cè)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫(kù)、綜合治理業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫(kù)和綜合業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫(kù)。

e）數(shù)據(jù)共享交換。數(shù)據(jù)的共享與交換也將統(tǒng)一利用智慧水務(wù)資源。建立以市政大數(shù)據(jù)中心和區(qū)大數(shù)據(jù)中心為核心的數(shù)據(jù)共享交換機(jī)制。共享交換功能由數(shù)據(jù)源適配、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換服務(wù)、數(shù)據(jù)傳輸管理、數(shù)據(jù)交換服務(wù)、交換管理服務(wù)和監(jiān)控管理服務(wù)組成。數(shù)據(jù)共享交換內(nèi)容包括上級(jí)主管單位及市政府相關(guān)職能部門信息、區(qū)（新區(qū)）水務(wù)局信息、技術(shù)服務(wù)單位及生產(chǎn)建設(shè)單位信息。

3 系統(tǒng)建設(shè)內(nèi)容

3.1 水土保持管理信息系統(tǒng)

水土保持管理信息系統(tǒng)由4大子系統(tǒng)，18個(gè)功能模塊，1個(gè)可視化展示子系統(tǒng)組成，其中4大子系統(tǒng)包括生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目監(jiān)督管理子系統(tǒng)、水土保持決策支持子系統(tǒng)、水土保持生態(tài)建設(shè)子系統(tǒng)、信息服務(wù)子系統(tǒng)組成（圖3）。

3.2 水土保持可視化綜合展示子系統(tǒng)

可視化綜合展示是水土保持管理信息系統(tǒng)的展示窗口，包括水保信息一張圖、專業(yè)地圖工具集、項(xiàng)目數(shù)據(jù)可視化、歷史趨勢(shì)可視化、關(guān)鍵指標(biāo)統(tǒng)計(jì)、泥沙監(jiān)控實(shí)時(shí)預(yù)警、視頻監(jiān)控等內(nèi)容（圖4）。

a）水保信息一張圖。基于GIS地圖實(shí)現(xiàn)對(duì)區(qū)域內(nèi)各類信息的圖形化綜合展示，主要包括項(xiàng)目監(jiān)督、SS監(jiān)測(cè)、視頻監(jiān)控等業(yè)務(wù)場(chǎng)景綜合信息。項(xiàng)目監(jiān)督主要對(duì)在建生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目監(jiān)督檢查及風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)的情況進(jìn)行展現(xiàn)；SS監(jiān)測(cè)對(duì)接入的SS監(jiān)測(cè)站點(diǎn)及觀測(cè)信息進(jìn)行信息展示，對(duì)超標(biāo)站點(diǎn)直觀展現(xiàn)，支持溯源工作；視頻監(jiān)控對(duì)接各視頻站點(diǎn)的信息，可隨時(shí)查看視頻監(jiān)控信息。該功能可以輔助不同管理部門及管理人員快速了解、處置區(qū)域內(nèi)水土流失問(wèn)題，提升水土保持監(jiān)督管理效能。另外，界面上不僅顯示重要的分類數(shù)據(jù)和關(guān)鍵指標(biāo)，同時(shí)還提供關(guān)鍵詞搜索功能，用戶可按權(quán)限快速查詢各類水土保持業(yè)務(wù)信息和相關(guān)生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目信息。

b）專業(yè)地圖工具集。提供圖層的顯示，底圖的切換和地圖輔助功能的使用。圖層顯示除了基礎(chǔ)的分區(qū)圖層、業(yè)務(wù)圖層、監(jiān)測(cè)層和保護(hù)區(qū)，還集成了歷史的遙感影像及傾斜攝影模型可供選擇；底圖的切換包含了不同主題的水務(wù)底圖、天地圖、ArcGIS和高程圖；地圖輔助功能則集成了圖上量算、坐標(biāo)分析、飛行漫游、圖上標(biāo)繪、卷簾對(duì)比和分屏對(duì)比等地圖操作常用的功能。專業(yè)的地圖工具集在實(shí)現(xiàn)二三維一體化展示的同時(shí)，可以輔助用戶更高效地獲取不同指標(biāo)的空間信息。

c）建設(shè)項(xiàng)目數(shù)據(jù)可視化。根據(jù)深圳的業(yè)務(wù)指標(biāo)將生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目按風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)分類可視化，并提供按監(jiān)管、按區(qū)域和按流域3個(gè)維度的分區(qū)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)。同時(shí)提供項(xiàng)目列表的入口，可以按條件篩選建設(shè)項(xiàng)目，展示建設(shè)項(xiàng)目的詳細(xì)信息。

d）歷史趨勢(shì)可視化。根據(jù)深圳的水保相關(guān)建設(shè)項(xiàng)目關(guān)注指標(biāo)，包括批復(fù)項(xiàng)目、責(zé)任范圍、水保投資、填挖方量等，結(jié)合時(shí)間區(qū)間篩選，可以展示近10 a關(guān)注指標(biāo)的變化趨勢(shì)，使用戶對(duì)深圳市水保業(yè)務(wù)一定時(shí)間維度上總體的業(yè)務(wù)量和預(yù)算投入有宏觀的了解。

e）關(guān)鍵指標(biāo)統(tǒng)計(jì)。根據(jù)深圳的水保監(jiān)督檢查重點(diǎn)指標(biāo)，包括在建項(xiàng)目數(shù)、檢查項(xiàng)目數(shù)、檢查項(xiàng)目次、不同等級(jí)項(xiàng)目檢查比例，結(jié)合時(shí)間和行政區(qū)篩選，可以展示不同區(qū)域特定年份的重點(diǎn)指標(biāo)，使用戶對(duì)深圳市各區(qū)水保項(xiàng)目的監(jiān)督檢查在一定時(shí)間維度上有所了解。

f）泥沙監(jiān)控實(shí)時(shí)預(yù)警。支持列表和地圖顯示泥沙監(jiān)測(cè)站點(diǎn)的數(shù)據(jù)和分布，對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)值超標(biāo)的站點(diǎn)進(jìn)行預(yù)警展示，支持通過(guò)地圖點(diǎn)查詢，顯示測(cè)站的泥沙監(jiān)測(cè)值過(guò)程線信息，并統(tǒng)計(jì)匯總測(cè)站總數(shù)、預(yù)警測(cè)站數(shù)、當(dāng)年黃泥水溯源次數(shù)等信息。

g）視頻監(jiān)控。地圖顯示監(jiān)控站點(diǎn)的分布，接入和展現(xiàn)視頻監(jiān)控，橫向滾動(dòng)加載顯示視頻監(jiān)控點(diǎn)信息，支持關(guān)鍵字搜索，支持監(jiān)控照片和視頻的詳情查看。提供視頻監(jiān)控的數(shù)量統(tǒng)計(jì)和其中涉及項(xiàng)目數(shù)量的統(tǒng)計(jì)。提供視頻監(jiān)控列表和項(xiàng)目列表，可展開某項(xiàng)目的多個(gè)視頻攝像頭。

3.3 生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目監(jiān)督管理子系統(tǒng)

生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目監(jiān)督管理子系統(tǒng)（圖5）以生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目的水土保持監(jiān)督業(yè)務(wù)的管理為核心，集水土保持方案管理、方案變更、監(jiān)督檢查、項(xiàng)目監(jiān)理、執(zhí)法處罰等各項(xiàng)功能為一體，通過(guò)制定全面、合理和科學(xué)的系統(tǒng)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)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(guò)程各環(huán)節(jié)中業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)記錄，并形成水土保持方案信息、生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目監(jiān)控信息、行政執(zhí)法管理信息等的水土保持專題數(shù)據(jù)庫(kù)，有效的規(guī)范水土保持監(jiān)督管理部門及其工作人員的工作行為，提高各級(jí)人員工作效率、規(guī)范工作方式，從而為各級(jí)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。

生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目監(jiān)管子系統(tǒng)一方面對(duì)現(xiàn)有的生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目進(jìn)行監(jiān)管，另一方面將“天地一體化”監(jiān)管成果融合到系統(tǒng)，統(tǒng)一安排監(jiān)督檢查及水政執(zhí)法各項(xiàng)工作。系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)對(duì)列入監(jiān)管項(xiàng)目水土保持方案以及動(dòng)態(tài)監(jiān)督檢查信息的持續(xù)更新和維護(hù)，與“投資項(xiàng)目在線審批監(jiān)管平臺(tái)”“國(guó)家水土保持監(jiān)督管理信息平臺(tái)”等實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目跨部門、跨區(qū)域的受理、審批、監(jiān)管一體化過(guò)程，提供業(yè)務(wù)人員對(duì)相關(guān)信息的查詢和瀏覽功能，便于業(yè)務(wù)人員全面、及時(shí)掌握生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土保持工作的落實(shí)情況，主要包含方案管理模塊、后續(xù)設(shè)計(jì)模塊、監(jiān)督檢查模塊、執(zhí)法處罰模塊、水保監(jiān)測(cè)模塊、水保監(jiān)理模塊、水土流失源模塊和設(shè)施驗(yàn)收模塊。

3.4 水土保持決策支持子系統(tǒng)

水土保持決策支持子系統(tǒng)是智能化決策的支撐模塊，對(duì)水保決策具有關(guān)鍵作用，是水土保持信息化成果的重要體現(xiàn)，用于輔助用戶進(jìn)行管理決策。根據(jù)深圳市水土保持工作決策需求，本子系統(tǒng)分水土流失風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模塊、水土流失預(yù)警模塊、決策會(huì)商模塊、大數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析模塊等4部分內(nèi)容（圖6）。

3.5 水土保持生態(tài)建設(shè)子系統(tǒng)

生態(tài)建設(shè)模塊（圖7）以水源保護(hù)區(qū)水土流失綜合治理全生命周期管理為設(shè)計(jì)理念，針對(duì)治理不同階段提供相應(yīng)的管理功能，滿足深圳市水土流失綜合治理業(yè)務(wù)的各個(gè)環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)全過(guò)程的高效化、精準(zhǔn)化和智能化管理。

通過(guò)每個(gè)考核年度的下級(jí)上報(bào)和市級(jí)年度動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)成果的入庫(kù)完成數(shù)據(jù)匯聚，再將匯聚的治理圖斑數(shù)據(jù)與動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)發(fā)布的水土流失圖斑進(jìn)行空間疊加分析，評(píng)價(jià)治理圖斑分布的合理性，以及治理措施布置的合理性，按照業(yè)務(wù)可分為以下3個(gè)方面。

a）治理工程。匯總每個(gè)年度各個(gè)行業(yè)部門實(shí)施開展的治理工程中的治理圖斑矢量的情況，統(tǒng)計(jì)其有效的治理面積，對(duì)比與自然水土流失的關(guān)系，為目標(biāo)責(zé)任考核中的治理圖斑矢量的治理面積完成情況，提供有效的數(shù)據(jù)支撐。

b）生態(tài)清潔小流域。匯總每個(gè)年度目標(biāo)責(zé)任考核中收集的生態(tài)清潔小流域數(shù)據(jù)信息，包括其中的業(yè)務(wù)、邊界、治理措施、過(guò)程材料等信息，與治理面積相關(guān)的治理圖斑關(guān)聯(lián)管理。

c）水土流失圖斑。將水土流失遙感調(diào)查成果中的人為水土流失圖斑進(jìn)行一張圖的管理，方便與治理圖斑對(duì)照。

3.6 信息服務(wù)子系統(tǒng)

信息服務(wù)子系統(tǒng)（圖8）作為對(duì)水土保持管理信息系統(tǒng)里面其他4個(gè)子系統(tǒng)未涉及到的業(yè)務(wù)的補(bǔ)充，主要目的是實(shí)現(xiàn)目標(biāo)責(zé)任考核、宣傳信息推送和管理、信用評(píng)價(jià)管理，是水土保持管理信息系統(tǒng)的一部分。

4 智能模型

水土保持管理信息系統(tǒng)加入了智能模型，實(shí)現(xiàn)水土保持智慧化管理，讓業(yè)務(wù)處理人員可以更高效地處理水土保持相關(guān)業(yè)務(wù)，模型如下。

4.1 水土流失風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型

對(duì)于生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目的日常監(jiān)督檢查工作，深圳市現(xiàn)行的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)主要是《生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土保持責(zé)任制落實(shí)情況》和《水土流失隱患風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)劃分》。《生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土保持責(zé)任制落實(shí)情況》，評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)具體分為4個(gè)方面，分別是現(xiàn)狀水土保持措施體系落實(shí)完整性、項(xiàng)目水土保持管理機(jī)制完整性、項(xiàng)目水土保持后續(xù)設(shè)計(jì)、監(jiān)測(cè)、驗(yàn)收等落實(shí)情況、項(xiàng)目水土流失隱患分析。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)和需求設(shè)計(jì)相應(yīng)的生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土流失風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型，基于業(yè)務(wù)水土保持方案等特征信息，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)督檢查的數(shù)據(jù)采集與獲取，經(jīng)過(guò)模型的定量計(jì)算，即時(shí)反饋該業(yè)務(wù)的水土流失風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，支持對(duì)單個(gè)生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目單次監(jiān)督檢查記錄進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，或是多次監(jiān)督檢查記錄的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)動(dòng)態(tài)變化，標(biāo)準(zhǔn)化日常工作業(yè)務(wù)流程，使監(jiān)督檢查結(jié)果更加客觀。適用于水土保持工作中涉及到的生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)督檢查、水土流失風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)、水土流失預(yù)警決策等方面。通過(guò)模型運(yùn)算，快速預(yù)判業(yè)務(wù)的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，有助于相關(guān)水行政部門了解全市的風(fēng)險(xiǎn)業(yè)務(wù)分布情況，篩分監(jiān)督檢查的重點(diǎn)業(yè)務(wù)，提高監(jiān)督檢查的效率。

4.2 區(qū)域土壤侵蝕因子修正

深圳市近年來(lái)的水土流失遙感調(diào)查工作中，都沿用了全國(guó)下發(fā)的降雨侵蝕力因子R、土壤可蝕性因子K、坡長(zhǎng)因子L、坡度因子S數(shù)據(jù)，上述4個(gè)因子的數(shù)據(jù)精度放到市（縣）區(qū)域的尺度下，所反映的具體情況是有所差異的，不太適用。

通過(guò)收集深圳市當(dāng)?shù)貧庀笳军c(diǎn)記錄的降雨數(shù)據(jù)，土壤類型、屬性等相關(guān)土壤數(shù)據(jù)，高精度的地形數(shù)據(jù)，以及基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)和其他數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)特定的處理和相關(guān)公式計(jì)算，獲得R、K、L、S共4個(gè)土壤侵蝕因子。

以2022年野外調(diào)查資料和歷年動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)成果為依據(jù)，通過(guò)對(duì)比、實(shí)拍照片、遙感影像等手段，對(duì)修正后的4個(gè)土壤侵蝕因子進(jìn)行合理性驗(yàn)證分析。最后，把每個(gè)土壤侵蝕因子單獨(dú)作為預(yù)期修正成果進(jìn)行輸出。通過(guò)采用更高精度、更本地化的數(shù)據(jù)進(jìn)行土壤侵蝕因子修正，實(shí)現(xiàn)中國(guó)水土流失方程模型在深圳的本地化應(yīng)用，為水土流失動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)工作提供科學(xué)支撐。修正后的土壤侵蝕因子成果可通過(guò)可視化綜合展示子系統(tǒng)進(jìn)行展示，并且可與動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)成果基礎(chǔ)數(shù)據(jù)一并由系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一管理，供年度水土流失遙感調(diào)查工作參考使用，以增強(qiáng)中國(guó)水土流失方程CSLE模型在深圳市區(qū)域尺度下，對(duì)于土壤侵蝕計(jì)算方面的適用性。

4.3 水土流失敏感性等級(jí)評(píng)價(jià)模型

水土流失敏感性等級(jí)評(píng)價(jià)模型基于項(xiàng)目區(qū)紅線與飲用水源保護(hù)區(qū)、深圳市基本生態(tài)控制線、河道藍(lán)線、地質(zhì)災(zāi)害邊坡范圍、城市易澇點(diǎn)分布、人口密度分布、土地利用、坡度、降水侵蝕力、植被、地形起伏度、土壤質(zhì)地等數(shù)據(jù)的關(guān)系以及現(xiàn)有的水土保持敏感因子和水土流失風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)劃分表，開展生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土流失敏感性因子調(diào)查、評(píng)估、篩選和權(quán)重制定，優(yōu)化并構(gòu)建適用于深圳的水土流失敏感性等級(jí)評(píng)價(jià)模型。可以以此建立定量評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，判定水土流失風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)后，可為水行政部門針對(duì)生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目監(jiān)管開展監(jiān)督檢查、水土流失定量監(jiān)督檢查、雨前汛期檢查、黃泥水溯源、年度區(qū)域水土流失動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、人為水土流失遙感調(diào)查、生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土流失防治等提供必要的技術(shù)與數(shù)據(jù)支撐。

模型構(gòu)建采用一元線性方程A=×r+β計(jì)算，其中為自變量，a為因變量，β為常參數(shù)。模型初步方案：

A=?×r+β ???（1）

r=g（X₁，X₂，X₃，X₄，…，X_n） ???（2）

各因子指標(biāo)值計(jì)算/獲取完成后采用最大最小值歸一化處理到［0，1］區(qū)間，用X_i代表，其中i=1，2，3...n；歸一化處理后指標(biāo)值與各指標(biāo)權(quán)重相乘累加得到水土流失綜合影響因子（r）值。

4.4 遙感影像擾動(dòng)圖斑自動(dòng)解譯模型

遙感影像擾動(dòng)圖斑自動(dòng)解譯模型基于現(xiàn)有擾動(dòng)圖斑樣本庫(kù)和現(xiàn)有擾動(dòng)圖斑AI識(shí)別模型庫(kù)，從樣本庫(kù)中選擇訓(xùn)練樣本庫(kù)與驗(yàn)證樣本庫(kù)，對(duì)訓(xùn)練樣本進(jìn)行特征增強(qiáng)后進(jìn)行模型訓(xùn)練，從而增加了擾動(dòng)圖斑AI識(shí)別模型庫(kù)，通過(guò)時(shí)序樣本增強(qiáng)策略，增加模型的泛化能力。并利用驗(yàn)證樣本庫(kù)定量測(cè)評(píng)模型對(duì)現(xiàn)有擾動(dòng)圖斑的識(shí)別準(zhǔn)確度。根據(jù)迭代訓(xùn)練過(guò)程中樣本的識(shí)別精度變化趨勢(shì)及模型驗(yàn)證精度，對(duì)新增擾動(dòng)圖斑AI智能識(shí)別模型進(jìn)行超參數(shù)和損失函數(shù)優(yōu)化調(diào)整。有助于實(shí)現(xiàn)對(duì)大范圍擾動(dòng)區(qū)分布進(jìn)行高頻率精細(xì)化監(jiān)管，輔助人為水土流失強(qiáng)度評(píng)估與風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警，便于擾動(dòng)區(qū)監(jiān)管成果的更新、展示與發(fā)布。

5 系統(tǒng)應(yīng)用

深圳市區(qū)水土保持監(jiān)管人員數(shù)量少，卻需要對(duì)年均2 000多個(gè)生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目進(jìn)行監(jiān)管，人手嚴(yán)重不足。且市區(qū)各自制定檢查計(jì)劃，出現(xiàn)同一業(yè)務(wù)信息重復(fù)檢查的情況，信息難以共享。在監(jiān)管人員數(shù)量無(wú)法大幅度增加的情況下，利用攝像頭替代部分人眼，并搭建統(tǒng)一管理平臺(tái)（圖9），實(shí)現(xiàn)檢查信息互享。并輔以數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析和數(shù)據(jù)可視化為支撐，為業(yè)務(wù)的決策和管理提供了豐富的信息服務(wù)。目前已接入44個(gè)SS在線監(jiān)測(cè)、68個(gè)生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目在線視頻監(jiān)控，可量化、直觀反映項(xiàng)目水土保持情況。并實(shí)現(xiàn)提前預(yù)警，SS在線監(jiān)測(cè)超過(guò)閾值自動(dòng)報(bào)警提醒，定期查看生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目排水口視頻發(fā)現(xiàn)黃泥水外排等均可實(shí)現(xiàn)提前預(yù)警和精細(xì)化溯源。

針對(duì)深圳市水土保持不同部門和業(yè)務(wù)信息不互通的情況，通過(guò)數(shù)據(jù)整編構(gòu)建了一個(gè)全面的水保大數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)于水土保持?jǐn)?shù)據(jù)的資源整合與共享，并將其納入智慧水務(wù)大數(shù)據(jù)庫(kù)的統(tǒng)一管理體系之中。系統(tǒng)上線后實(shí)現(xiàn)了全業(yè)務(wù)流程無(wú)紙化（圖10），通過(guò)對(duì)各單位的全流程線上監(jiān)控和進(jìn)度管理（圖11），做到業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)信息的實(shí)時(shí)傳遞和精細(xì)化管理。通過(guò)這一措施，實(shí)現(xiàn)了深圳市水土保持?jǐn)?shù)據(jù)的多方共享和上下級(jí)數(shù)據(jù)的聯(lián)動(dòng)，不僅提高了管理效率，還為業(yè)務(wù)的精細(xì)化管理和分析提供了可靠的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

自系統(tǒng)試運(yùn)行以來(lái)，市區(qū)水土保持監(jiān)督檢查人員已上傳1 644條檢查記錄，大幅提高現(xiàn)場(chǎng)檢查效率。通過(guò)手機(jī)端小程序聯(lián)動(dòng)，已實(shí)現(xiàn)全部現(xiàn)場(chǎng)檢查無(wú)紙化，提高了現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)的效率。相對(duì)以往紙質(zhì)材料填報(bào)，從平均42 min/項(xiàng)目縮短為約19 min/項(xiàng)目，檢查時(shí)間縮短50%以上。

系統(tǒng)整體應(yīng)用情況：系統(tǒng)上線以來(lái)，向信息辦、水保處、市批項(xiàng)目技術(shù)服務(wù)單位、龍華區(qū)、龍崗區(qū)、光明區(qū)、寶安區(qū)、羅湖區(qū)等開放PC端與小程序端試用。截至當(dāng)前共收集市級(jí)及各區(qū)提交的監(jiān)督檢查數(shù)據(jù)1 100余條。同時(shí)和技術(shù)服務(wù)單位保持溝通，根據(jù)反饋意見快速迭代，更新發(fā)布，有力支撐了外業(yè)檢查工作，已共收集反饋意見50余條。

6 結(jié)語(yǔ)

未來(lái)各地方城市智慧水務(wù)系統(tǒng)建設(shè)將越來(lái)越多，在數(shù)據(jù)日益增加和多元化的今天，如何有效地利用這些數(shù)據(jù)，并結(jié)合業(yè)務(wù)流程實(shí)現(xiàn)智慧化管理將是中國(guó)未來(lái)水土保持建設(shè)管理的趨勢(shì)。本系統(tǒng)在智慧城市和智慧水務(wù)總體框架下，以不斷提高信息化與業(yè)務(wù)工作深度融合為重點(diǎn)，啟動(dòng)了深圳市智慧水務(wù)一期工程-水土保持信息化建設(shè)的工作。系統(tǒng)搭建可視化綜合展示、生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目監(jiān)督管理、生態(tài)建設(shè)、決策支持、信息服務(wù)五大子系統(tǒng)，目前已解決數(shù)據(jù)孤島問(wèn)題，并根據(jù)業(yè)務(wù)指標(biāo)需求實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目全流程監(jiān)督管理數(shù)字化。同時(shí)基于深圳市現(xiàn)有的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)和預(yù)警體系，提供數(shù)據(jù)和模型輔助評(píng)價(jià)、決策和預(yù)警，實(shí)現(xiàn)便捷的無(wú)紙化戶外作業(yè)和全流程可溯源的線上管理相互聯(lián)動(dòng)。目前監(jiān)督管理、決策支持和生態(tài)建設(shè)子系統(tǒng)已投入使用，并根據(jù)深圳市實(shí)際業(yè)務(wù)需求增設(shè)了部分新模塊，如黃泥水溯源和小散亂工程監(jiān)管等。未來(lái)將進(jìn)一步集成數(shù)據(jù)挖掘，智能識(shí)別，自然語(yǔ)言處理和大語(yǔ)言模型等技術(shù)到系統(tǒng)中，逐步打造具有深圳特色、引領(lǐng)全國(guó)的水土保持信息化體系，為全國(guó)水土保持信息化建設(shè)提供示范，也為中國(guó)未來(lái)水土保持智慧化管理乃至智慧城市提供發(fā)展方向。

參考文獻(xiàn)：

［1］沈雪建，李智廣，亢慶，等.基于高分影像和云數(shù)據(jù)管理的生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土保持監(jiān)管系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用［J］.中國(guó)水土保持科學(xué)，2017，15（5）：127-134.

［2］姜德文，蔣學(xué)瑋，周正立.人工智能對(duì)水土保持信息化監(jiān)管技術(shù)支撐［J］.水土保持學(xué)報(bào)，2021，35（4）：1-6.

［3］顧祝軍，陳文龍，高陽(yáng)，等.中國(guó)城市水土流失的現(xiàn)狀、對(duì)策及研究展望：以廣東省深圳市為例［J］.水土保持通報(bào)，2022，42（2）：369-376.

［4］楊楚驊，饒凡威，傅志浩，等.基于BIM的水利工程施工監(jiān)管平臺(tái)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［J］.人民珠江，2022，43（2）：17-23.

［5］王玨，丘仕能.大藤峽工程數(shù)字檔案管理系統(tǒng)的研究與應(yīng)用［J］.人民珠江，2022，43（8）：15 -18，34.

［6］張飛，肖文博，彭潔玲.基于云環(huán)境的流域機(jī)構(gòu)“一張圖”共享服務(wù)平臺(tái)設(shè)計(jì)［J］.人民珠江，2017，38（12）：105-108.

［7］甘郝新，王之龍.流域水利一張圖設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［J］.人民珠江，2021，42（12）：137-142.

［8］楊金標(biāo)，王建平，張后來(lái).潮州水樞紐水情測(cè)報(bào)及水庫(kù)調(diào)度系統(tǒng)改造設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［J］.人民珠江，2018，39（2）：86-89.

［9］陶韜，曾慶彬，黃容.河務(wù)通系統(tǒng)在“河長(zhǎng)制”實(shí)踐中的應(yīng)用［J］.人民珠江，2020，41（8）：139-145.

［10］李自順，陳玉斌.云南省水文資料排版與集成系統(tǒng)的研制與應(yīng)用［J］.人民珠江，2017，38（6） ：90-92.

［11］盧健濤，侯貴兵，李媛媛，等.城市內(nèi)澇決策支持系統(tǒng)的研究及展望［J］.人民珠江，2020，41（2）：134-139，146.

［12］宋世強(qiáng)，馮倩，王萍根，等.基于系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型的江西省水資源承載力評(píng)價(jià)［J］.人民珠江，2023，44（3）：74-83.

［13］唐雅雯，陳旺旺.深圳市水環(huán)境治理與三水分離工程的應(yīng)用探討［J］.人民珠江，2022，43（3）：37-44.

［14］林浩，余陳穎妮.遙感技術(shù)在生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土保持監(jiān)測(cè)三色評(píng)價(jià)中的作用［J］.人民珠江，2021，42（S2）：49-52，65.

［15］陳國(guó)標(biāo).基于數(shù)字孿生技術(shù)的九江城市智慧水務(wù)平臺(tái)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［J］.人民珠江，2022，43（6）：86 -93.

［16］王萍.電子檔案著錄標(biāo)準(zhǔn)及其應(yīng)用［M］.長(zhǎng)春：吉林大學(xué)出版社2017.

（責(zé)任編輯：高天揚(yáng)）