许海超，郭文旭，何 丽，曲双锋，秦 伟

(1.中国水利水电科学研究院，北京 100048； 2.水利部 水土保持生态工程技术研究中心，北京 100048；3.成都市水务局，四川 成都 610042； 4.成都市水利水保监测中心，四川 成都 610031)

信息化系统建设是实现信息化的重要基础和基本手段，其设计科学性与合理性直接决定信息化及其相关监管工作的成效。水利部高度重视水利信息化工作，先后启动了水土保持信息管理系统升级、生产建设项目水土保持遥感监管、国家水土保持重点工程信息化监管等相关工作[1-2]。水土保持信息化是水利信息化的重要组成部分，水利部2013年发布了《全国水土保持信息化规划(2013—2020年)》，并相应制定了《全国水土保持信息化实施方案(2014—2016年)》[3-5]。近年来，以生产建设项目遥感监管为核心，太湖流域[6]及北京[7]、广东[8]、贵州[9]等省份的水土保持信息管理系统得到快速发展，为全国和省级行政区域的水土保持信息化系统建设提供了良好示范。然而，各地自然条件与社会经济状况有所不同，又面临各自的水土保持工作基础与特点，信息化系统建设既需要全面推进，也需要因地制宜。相比之下，省会和经济发达的大型市级行政区域具有更为有利的水土保持信息化系统建设条件，也承担着更为完整和复杂的水土保持任务目标，在全国水土保持工作体系中发挥着承上启下的关键作用，可能是当前和未来一段时期区域水土保持信息化系统先行示范、创新发展的主体，但是现有的针对性研究和先进性案例还鲜有报道。

成都市作为四川省省会、全国15个副省级城市之一和西部地区中心城市，是国家成渝地区双城经济圈核心增长极的重要一极，在全国城市发展中具有特殊地位和重要影响。近年来，成都市积极推进以信息化为核心的智慧水务建设，全覆盖统筹开展全市生产建设项目水土保持遥感监管，及时完成全国水土保持信息化系统入库，高效配合国家年度水土流失动态监测和地方水土保持规划目标考核等工作，为四川省乃至全国大型城市的区域水土保持信息化工作提供了引领示范[10-11]。根据相关工作基础和经验，对标全国水土保持信息化建设形势和要求，通过调研分析，提出区域水土保持信息化系统建设定位、原则和目标，并针对成都市水土保持工作需求，设计了成都市水土保持信息化系统的框架结构、基本功能和关键技术，以期为全国区域水土保持信息化系统建设提供参考。

1 定位与目标

1.1 建设定位

市级水土保持信息化系统建设，应依据全国水土保持信息化建设规划的总体部署，对接省级水土保持信息化和市级智慧水利和政务信息化的整体要求，立足市级水土保持信息化工作基础，整合所辖各区县水土保持信息化工作需求，统筹建设覆盖全区域、全业务的高效水土保持专项开放信息化系统。对于成都市水土保持信息化系统建设而言，根据《成都市水土保持规划(2015—2030年)》及成都市智慧水务建设部署等要求，具体定位于成都市智慧水务平台的组成系统，设计涵盖全市水土保持预防、监督、监测、治理、公告等业务内容，面向上级与辖区、行业与社会的水土保持专项业务信息化系统。

1.2 建设原则

市级水土保持信息化系统建设，一般应从对象、结构、功能、技术等方面提出整体规划，综合设计。通过面向省、市、县三级的调研及现状与需求分析，成都市水土保持信息化系统建设应主要遵循以下原则：

(1)兼容互通，多维协同。根据水土保持业务特点，水土保持信息化系统建设应预留与发展改革、行政审批、环境保护、住建规划、自然资源等相关部门，省、市、县等各级同行机构进行不同信息系统兼容、连通并进行数据交换的接口，具备打通省、市、县三级业务流程，实现跨部门、多层级业务关联，避免重复录入、反复填报、流程阻隔等问题，搭建互联互通的开放业务框架，为提高效率奠定基础。

(2)一图总览，信息共享。基于统一的空间基准和底图，将地形、土地利用、水土流失、生产建设项目防治责任范围和扰动图斑、重点工程水土保持措施设计与实施图斑、水土流失监测站点等相关数据成果组合式集成展示、空间化统一管理，实现预防、监督、审批业务工作的空间数据共享互通，提供坐标统一的管理底图。

(3)功能全面，操作简便。系统功能应涵盖区域内水土保持管理涉及的生产建设项目事前、事中和事后审批和监督，水土流失综合治理和水土流失监测评价等全部业务及信息发布、文件流转、远程会议等配套功能，并具备操作简便、流程科学、运行稳定、响应高效等特点，提供友好快捷的应用体验。

(4)技术先进，安全可靠。系统设计应具有前瞻性，充分吸收成熟领先技术的同时尽量选用国产软硬件设备，并注重安全性能和备份恢复，降低风险与不可控因素，力求架构开放可扩展、技术先进可升级、功能完整可更新、权限分明可调整。

1.3 建设目标

结合区域经济社会发展水平、水土保持监管需求和水利信息化发展目标等，成都市水土保持信息化系统建设的目标可设定为：通过集成前沿地理信息系统技术、互联网技术、海量数据存储与管理技术等，将水土保持综合治理、预防监督、监测评价等主要业务开发形成服务组件，构建面向水行政主管部门、相关政府行政部门和社会公众的水土保持信息化平台，并确保安全可靠，有效支持全市范围内的水土保持基本业务日常工作，提高水土保持管理、审批、决策等工作效率，形成理念先进、技术领先、效益明显的全国地市级区域水土保持信息化示范样板。

2 框架与功能

系统框架与功能设计是区域水土保持信息化系统建设的核心，一般根据系统建设需求及区域内其他政务系统接口与架构要求深化设计，主要包括总体框架、技术架构和应用功能。成都市水土保持信息化系统框架与功能设计如下：

2.1 总体框架

基于互联互通的网络(“一张网”)，以地理空间位置为纽带，采用统一空间基准，形成水土保持管理底图(“一张图”)，集成系统数据资源，建设专用存储数据库(“一个库”)，并基于网络、底图和数据库，构建面向各级水行政主管部门〔成都市水务局、成都市水利水保监测中心、区(县)水行政部门〕、相关行政审批单位和社会公众等用户的系列业务应用，形成以“一网、一图、一库”为总体框架的系统建设方案。系统总体架构见图1。

图1 成都市水土保持信息化系统总体框架

(1)系统运行“一张网”。基于成都市水土保持业务体系，以成都市水务局为中心节点，建设数据中心，建立各区县、社会单位、公众用户分支节点。通过对现有网络的规划和建设，依托移动互联网及物联网，纵向连接市级、县级水行政主管部门，横向连接水土保持委员会成员单位、相关行政审批部门、生产建设项目建设单位、社会公众和各级监测站点(设备)，构建包括业务网、互联网、物联网在内的成都市水土保持信息化“一张网”，实现水土保持信息数据互联互通与融合共享。

(2)空间管理“一张图”。基于“天地图”为主的在线底图，结合年度获取的高分遥感影像数据，统一采用CGCS2000空间坐标系统，对全市生产建设项目防治责任范围及其扰动图斑范围、弃渣场范围、水土保持重点治理工程范围、生态清洁小流域、水土流失强度分布、水土保持监测站点、水土保持科技示范园区等基于空间位置进行统一管理，支持展示、统计、查询、下载等应用服务。

(3)数据存储“一个库”。构建满足海量、多源、异构的成都市水土保持信息化系统数据库，实现系统所需的基础地理信息数据、高分遥感数据、水土流失动态监测数据、水土保持重点工程数据、生产建设项目水土保持数据、水土保持监测站点数据等存储和管理。数据库包含基础数据库、业务数据库和综合信息数据库等，数据类型涵盖矢量、栅格、影像、视频、图片、文档等。

(4)应用服务全支撑。在水土保持网络系统平台支撑连接下，基于统一底图，结合多源数据库，构建水土保持综合治理、预防监督、监测评价三大方向为主体的应用功能体系，并兼顾信息公开共享、文件流转、远程会议等信息共享发布功能及涉水项目审批等特色功能，为全市相关机构水土保持履职提供上报、审批、监管、决策等信息化服务。

2.2 技术架构

采用B/S(浏览器/服务器)架构模式，根据系统功能和应用需求，将成都市水土保持信息化系统分为运行支撑层、信息感知层、数据层、服务层和应用层五大结构层。结构框架见图2。

图2 成都市水土保持信息化系统技术架构

(1)运行支撑层。主要包括平台运行所需的软硬件环境、安全保障、法律法规及标准规范等。

(2)信息感知层。主要为系统平台提供信息采集功能，并可时刻掌握生产建设项目水土保持状态等，利用移动端APP、卫星遥感、无人机、监测站传感器等设备，辅以PC端录入功能，可自动获取水土保持管理中的关键信息。

(3)数据层。主要包括地理空间信息基础数据库，水土保持综合治理、预防监督、监测评价等主要业务数据库，以及项目审批、系统管理等综合信息数据库。其中，基础数据库采用空间数据库进行空间数据管理与存储，业务数据库和综合信息数据库采用关系数据库管理与存储。

(4)服务层。以微服务形式构建，并封装成Docker容器，采用Kubernetes进行容器管理。包括水土保持综合治理、预防监督、监测评价方面的主要业务服务和项目审批，以及系统管理方面的综合管理服务等。

(5)应用层。主要包含水土保持综合治理、水土保持预防监督、水土流失监测评价、涉水项目审批、信息公开与共享等功能子系统(图3)，面向桌面端和移动端用户提供相应应用，是成都市水土保持信息化系统的主要实体。

图3 成都市水土保持信息化系统应用层系统结构

2.3 应用功能

(1)水土保持综合治理子系统。主要用于开展年度新增水土流失治理任务下发，对成都市辖区内水土保持重点工程、生态清洁小流域等项目进行网上申报和审批。同时，开发对申报项目范围、措施位置等自动审核，对项目实施进展、验收情况进行监管，对项目实施成效进行定期评估等拓展功能，以及对历年批复的水土保持重点治理工程的空间查看和信息查询，对空间重叠、疑似重复投资的项目进行自动检测预警等特色功能。

(2)水土保持预防监督子系统。按照“放管服”改革要求，简化审批流程，通过系统支持完成水土保持预防监督相关业务工作。主要包括：对区域内生产建设项目水土保持方案开展网上报批，由方案编制单位上传方案文本及项目防治责任范围矢量数据等资料，系统自动初审后抽取专家送审，通过网络为主、线下为辅的方式完成审查后，上报水行政部门审批；支持生产建设项目水土保持补偿费征收、水土保持监测/监理成果报备、自主验收备案、项目事中与事后随机督察和违法违规查处管理，以及遥感监管成果管理与应用。通过上述功能实现生产建设项目全过程信息化监管。

(3)水土流失监测评价子系统。主要包括：下发区域水土流失动态监测任务及其相关复核任务等，动态监测成果查询、分析与应用；对区域内水土保持监测站点的水沙监测设备、气象监测设备、视频监控设备等进行远程管理，对相关数据资料进行适时收集、存储、调用、个性化展示及其成果输出与上报等。

(4)涉水项目审批子系统。根据成都市水利水保监测中心的职能分工，通过明确适用范围、规范审批权限、优化审批流程，对所负责的区域内涉水项目审批事项进行整合，建立网络审批功能模块。

(5)信息公开与共享子系统。梳理水土保持相关信息公告需要，建立信息发布功能模块，包括建立覆盖生产建设项目单位、水土保持技术服务单位等在内的违法违规“重点关注名单”或“失信黑名单”等信用体系及其公告平台板块；建立向社会公众介绍区域水土流失状况、水土保持治理成效、水土保持示范工程等信息的宣传平台板块等。

3 关键技术

为确保系统高效、安全、稳定运行，区域水土保持信息化系统建设主要涉及四方面关键技术。

(1)数据安全技术。区域水土保持信息化系统需要收集多源、海量数据，并对其进行存储、查询、分析、展示和应用，使用过程中数据量大，涉及部门、流程和用户多，为确保数据安全，需部署硬件防火墙、网络入侵检测系统等主动安全技术。

(2)高效信息传输技术。区域水土保持信息化系统信息交换量大，受网络传输协议、实时访问量、带宽占用等因素约束，确保及时有效传输用户请求指令与系统反馈信息是其稳定运行和良好应用的关键。采用增加存储节点、优化数据库配置、提高信息压缩比例、提高解码效率等高效信息传输技术，可有效提高信息传输效率。

(3)高并发数据承载技术。区域水土保持信息化系统应用中，势必面临众多用户异地同步进行大批量操作和处理等情况，要求很高的并发性能，应采用分布式部署、持久化数据库分库、内存数据库缓冲、接口优化等并发数据处理技术，保障高并发、高负载应用需求。

(4)图库一体化技术。为方便一线管理人员和社会公众应用，区域水土保持信息化系统需最大程度将不同业务实现直观、便捷的“线上实地”操作，应采用图库一体化技术将管理对象的数据、信息及地理位置等密切关联，以地图为基础，辅以表格、文字和多媒体信息，实现图文互访的综合管理。

4 结论与展望

成都市水土保持信息化系统设计，充分契合成都市作为四川省省会城市和西部中心城市的定位，在对接省、市、县三级已有水务和政务信息化架构基础上，明确水土保持专项业务信息化系统的建设定位，并从对象、结构、功能、技术等方面提出建设原则和目标，依此制定了“一网、一图、一库”为总体框架的系统建设方案，并设计了技术架构、应用功能，依托相关关键技术，确保系统高效、安全、稳定运行。其设计思路和建设模式，兼顾了区域水土保持信息化系统灵活定制性和区域统一性的建设需求，既可支撑区县级多元化业务需求，减少系统重复建设，又可对接国家和全省管理要求，避免信息重复填报和录入，形成水土保持业务“一盘棋”工作格局，是实现市域水土保持提速增效、提档升级的重要支撑，也是加快推进全国水土保持信息化建设的重要组成。随着我国信息化发展和数字经济国家战略的深入推进，相信以成都市为代表的市级水土保持信息化系统建设，将逐步成为当前和未来一段时期区域水土保持信息化系统先行示范、创新发展的主体，成为推动全国水土保持信息化和现代化建设的重要力量。