大數(shù)據(jù)技術在河長制管理中的應用探討

王 蕾，楊 洋

（1.西安迪飛科技有限責任公司，陜西 西安 710018；2.陜西省引漢濟渭工程建設有限公司，陜西 西安 710010）

1 河長制管理

河長制工作的主要任務包括全面落實最嚴格水資源管理制度、河湖水域岸線管理保護、水污染防治、水環(huán)境治理、水生態(tài)修復、執(zhí)法監(jiān)管共六方面[1]。伴隨著信息化發(fā)展的大趨勢，河長制管理數(shù)據(jù)的收集、存儲、分析和應用逐漸流程化、電子化。由于涉及河湖管理和保護的方方面面，在工作中生成、累積的管理、業(yè)務數(shù)據(jù)規(guī)模更是龐大，如何分析、如何深入應用這些珍貴數(shù)據(jù)的問題也隨之而來。

2 河長制管理大數(shù)據(jù)

河長制工作開展至今涉及了大量的數(shù)據(jù)，包含水文、水質、地質、供水、環(huán)境等多個專業(yè)，結構化、非結構化和半結構化并存，下至終端河湖水位、水質、生態(tài)等檢測數(shù)據(jù)，上至河長考核評定、社會公眾問題反饋與建議等管理數(shù)據(jù)都是河長制管理數(shù)據(jù)的范圍，涉及面較廣。由于傳統(tǒng)數(shù)據(jù)技術的限制，傳統(tǒng)數(shù)據(jù)分析基于結構化、關系性的數(shù)據(jù)，而且往往是取一個很小的數(shù)據(jù)集，來對整個數(shù)據(jù)進行預測和判斷，針對多專業(yè)、多領域、多種數(shù)據(jù)結構并存的河長制管理數(shù)據(jù)而言，分析、應用深度十分有限。

自2011 年麥肯錫公司發(fā)布了關于大數(shù)據(jù)的報告，對大數(shù)據(jù)的優(yōu)勢和應用前景進行詳細描述后，大數(shù)據(jù)技術發(fā)展迅速，在多個領域得到了應用，尤其突出表現(xiàn)在物聯(lián)網方面。通過各類龐大的數(shù)據(jù)深入分析和挖掘，使其能夠從日常點擊習慣中判斷用戶的近期、遠期需求、工作領域等內容。大數(shù)據(jù)技術以其超強的決策力、洞察力得到了大眾的認可，它的出現(xiàn)也為河長制管理數(shù)據(jù)提供了新的處理模式，面對海量、復雜的河長制信息，挖掘潛質和預測準確性都是十分可觀的[2]?；诖髷?shù)據(jù)技術的河長制管理應用，將不斷提高河長對河湖事件的預測能力和河湖管理的執(zhí)行能力，全面促進河長制實施。

3 河長制管理大數(shù)據(jù)處理

大數(shù)據(jù)技術的精髓是能夠將大規(guī)模數(shù)據(jù)中隱藏的信息和知識挖掘出來，為人類社會經濟活動提供依據(jù)，提高各個領域的運行效率，甚至整個社會經濟的集約化程度[3]?；诤娱L制管理數(shù)據(jù)的大數(shù)據(jù)特性，要想利用好大數(shù)據(jù)技術并最大限度的發(fā)揮數(shù)據(jù)效能，需要經歷大數(shù)據(jù)采集、導入、預處理、分析、挖掘等多個處理階段。

3.1 采集

數(shù)據(jù)采集是通過設備獲取河長制管理的相關數(shù)據(jù)，最后傳輸、存儲，是大數(shù)據(jù)技術應用必不可少的基礎。由于河長制管理涉及多個與河湖管理相關的領域，數(shù)據(jù)采集終端設備較多。如針對河流生態(tài)，河長需及時了解水位流量情況，采集設備應包含水位計、流速儀、流量計等各種傳感器，遙測終端機等傳輸設備，服務器、攝像頭監(jiān)控，平臺等監(jiān)控中心軟硬件；針對水污染防治，河長需及時排查河湖污染源，加強綜合治理，采集設備應至少包括各排污口的水質采集設備、水質監(jiān)控設備等。

為確保數(shù)據(jù)安全進入數(shù)據(jù)倉庫或數(shù)據(jù)集市，應根據(jù)現(xiàn)場環(huán)境和終端設備情況，考慮成本后選擇適當?shù)膫鬏敺绞剑ㄓ芯€傳輸、無線傳輸?shù)龋?，確保數(shù)據(jù)的安全性與連續(xù)性。

3.2 導入、預處理

為實現(xiàn)對來自各專業(yè)領域的海量數(shù)據(jù)進行有效的分析，需將這些來自終端的數(shù)據(jù)導入到一個集中的大型分布式數(shù)據(jù)庫，或者分布式存儲集群，同時進行一些簡單的有效信息篩選和預處理，修正殘缺數(shù)據(jù)，去除多余和錯誤數(shù)據(jù)，篩選有效數(shù)據(jù)進行集成。由于數(shù)據(jù)量級原因，導入與預處理過程對網絡環(huán)境和設備性能要求較高。數(shù)據(jù)預處理的常見方法有數(shù)據(jù)清洗、數(shù)據(jù)集成與數(shù)據(jù)變換，具體的處理方法需對比、分析終端數(shù)據(jù)和預處理后數(shù)據(jù)庫結構確定，通常通過引入數(shù)據(jù)庫中間件或建立數(shù)據(jù)交換平臺實現(xiàn)[4]。

3.3 分析、挖掘

分析是大數(shù)據(jù)技術的主要內容，是對數(shù)據(jù)進行計算、分析、處理，并獲得有價值結果的過程。通過數(shù)據(jù)分析能實現(xiàn)河長制管理的三個層次[5]：一是數(shù)據(jù)統(tǒng)計層次，實現(xiàn)統(tǒng)計學方法對數(shù)據(jù)進行排序、篩選、運算、統(tǒng)計等處理，如當月水位變化情況，當月各采樣點水質情況排行；二是聯(lián)機分析處理層次，指基于數(shù)據(jù)倉庫的在線多維統(tǒng)計分析。它允許用戶在線的從多個維度觀察某個度量值，從而為決策提供支持，如通過近三年水位、流量、水質數(shù)據(jù)獲取每月發(fā)展趨勢；三是從海量河長制管理數(shù)據(jù)中找到未知的、可能有用的、隱藏的規(guī)則，通過關聯(lián)分析、聚類分析、時序分析等各種算法發(fā)現(xiàn)一些無法通過觀察圖表得出的深層次原因，如水位、流量變化和當?shù)谿DP 的關聯(lián)趨勢，某個采樣點水質情況與當期降水量、當?shù)靥厥庹呱踔辆用耧L俗的相關程度等。

常見的大數(shù)據(jù)分析工具有 Hadoop、IBM SPSS Modeler、Teradata、國云大數(shù)據(jù)魔鏡等。河長制管理工作涉及部分保密數(shù)據(jù)，應謹慎選擇適合的分析工具，完成集成或自主研發(fā)，確保數(shù)據(jù)的安全性。

4 河長制管理大數(shù)據(jù)應用現(xiàn)狀

河長制是我國河湖工作的重大決策，重要性不言而喻，而河長制管理數(shù)據(jù)具有的大數(shù)據(jù)特性，恰恰為河長制管理提供了新的思路和方法。目前，部分河長制實施機構已初步規(guī)劃或建立了基于大數(shù)據(jù)技術的河長制管理平臺，力求通過大數(shù)據(jù)技術提升管理工作效率，但由于河長制管理涉及領域較廣、各專業(yè)數(shù)據(jù)相對獨立的現(xiàn)狀，應用深度有限，應用效果也有待提高。

4.1 缺乏頂層設計規(guī)劃

河長制管理工作涉及面較廣，數(shù)據(jù)來源及結構復雜，如何梳理繁雜的數(shù)據(jù)關系，建立有序、可持續(xù)發(fā)展的數(shù)據(jù)來源通道，使相關數(shù)據(jù)都能實現(xiàn)價值最大化是大數(shù)據(jù)技術的基礎任務。頂層設計是運用系統(tǒng)論的方法，從全局的角度，對河長制管理工作的各方面、各層次、各要素進行統(tǒng)籌規(guī)劃，以集中有效資源，高效快捷地實現(xiàn)預期目標。因此，適用、先進的頂層設計規(guī)劃是實現(xiàn)河長制管理大數(shù)據(jù)應用的基礎。然而，由于信息化建設的漸進性（投入一定時間后才可能見成效）致使應用成效緩慢；頂層決定性（一把手工程）致使信息化個性發(fā)展緩慢，因此，常常陷入遇到問題被動解決，走一步看一步的局面，嚴重影響數(shù)據(jù)應用效果。

4.2 專業(yè)數(shù)據(jù)共享困難

河長制管理數(shù)據(jù)的來源不盡相同，具體職能部門劃分明確，尚未建立有效的相關數(shù)據(jù)共享機制，多數(shù)數(shù)據(jù)未實現(xiàn)共享。同時，隨著信息化技術的發(fā)展，多數(shù)職能部門已建立了相關業(yè)務系統(tǒng)，基本完成了基礎數(shù)據(jù)的展示、簡單統(tǒng)計等功能，但業(yè)務系統(tǒng)相對獨立，數(shù)據(jù)、流程無法互聯(lián)互通，缺乏統(tǒng)一集約化數(shù)據(jù)平臺。數(shù)據(jù)共享困難嚴重制約了大數(shù)據(jù)技術的實施。

4.3 配套資源缺乏

河長制管理大數(shù)據(jù)的維護直接影響了近期或遠期的數(shù)據(jù)分析結果，是數(shù)據(jù)挖掘的保障。鑒于信息化建設的漸進性，多數(shù)單位尚未重視或忽略了數(shù)據(jù)管理、維護的重要性，未同步配套數(shù)據(jù)維護的相關設備、人員、經費等資源，致使信息化建設成果后期用不起來的僵局頻頻再現(xiàn)。

雖然大數(shù)據(jù)技術發(fā)展日新月異，但基于以上或其它原因，大數(shù)據(jù)分析在河長制管理中的應用目前主要限于數(shù)據(jù)統(tǒng)計層次，尚處于起步階段，仍有很大的進步空間。

5 大數(shù)據(jù)在河長制中的應用前景

河長制全面實施后，相關信息量增長迅速，雖然河長制信息化發(fā)展迅速，但基于大數(shù)據(jù)技術的管理方式剛剛起步，根據(jù)河長制的工作特點和大數(shù)據(jù)技術的發(fā)展趨勢，未來河長制管理大數(shù)據(jù)應用的發(fā)展趨勢主要表現(xiàn)為大數(shù)據(jù)挖掘逐漸深入和相關技術深度融合。

5.1 大數(shù)據(jù)挖掘逐漸深入

近年來，對河長制管理大數(shù)據(jù)的應用主要體現(xiàn)在數(shù)據(jù)統(tǒng)計層次和簡單的聯(lián)機分析處理層次，缺乏深入分析與挖掘，數(shù)據(jù)的價值未深入展現(xiàn)。積累大量的數(shù)據(jù)后，未來河長制管理大數(shù)據(jù)應用將以深層次挖掘為主。通過相關數(shù)據(jù)分析，找尋潛在關聯(lián)性與規(guī)律性，用于指導當前工作，對未來事件進行預測，為下一步工作提供參考方向。例如，分析連續(xù)10 年水位、流量的情況，結合當?shù)赝瑫r段國民經濟和社會發(fā)展統(tǒng)計公報中的GDP、三次產業(yè)構成等因素，通過類比及趨勢推算分析，制定合理的河流生態(tài)保護措施；分析當年某區(qū)域內水質特點與當?shù)禺a業(yè)政策的相關要素點，定量相關程度，制定適合的水生態(tài)修復目標，增強目標實現(xiàn)的可行性。

5.2 相關技術深度融合

指與GIS、無人機遙感、人工智能等前沿創(chuàng)新技術深度融合。大數(shù)據(jù)、GIS、遙感、人工智能等前沿技術的產生和發(fā)展均來自社會生產方式的進步和信息技術產業(yè)的發(fā)展。而前沿技術的彼此融合將能實現(xiàn)超大規(guī)模計算、智能化自動化和海量數(shù)據(jù)的分析，整合大量的河長制管理數(shù)據(jù)，使數(shù)據(jù)發(fā)揮最大的使用價值，助力河湖生態(tài)全面、健康發(fā)展。例如，在水域、岸線范圍內按一定比例布置水質監(jiān)測點、視頻監(jiān)控，無人機實施巡航，利用GIS、遙感技術建立水域、岸線的三維協(xié)同地理信息平臺，接收監(jiān)測數(shù)據(jù)，同時打通水文、供水、環(huán)境等數(shù)據(jù)的共享壁壘。利用大數(shù)據(jù)技術對河流的水位、流量、含沙量等進行深入分析，結合其他河流要素和社會要素，制定適宜的河流健康指標，編制河長制工作規(guī)程，明確管理責任，對河長制工作規(guī)范化具有指導意義；也可利用大數(shù)據(jù)技術對大量的水質相關數(shù)據(jù)進行分析、挖掘，若突發(fā)監(jiān)測點水質數(shù)據(jù)異常事件，信息平臺將自動提醒河長異常點位置，推送該監(jiān)測點近期視頻監(jiān)控，幫助查找異常原因，同時根據(jù)無人機巡航路線實時修正平臺地理信息數(shù)據(jù)，根據(jù)數(shù)據(jù)分析與挖掘，超前確定水域、岸線內可能受影響區(qū)域，在平臺中對區(qū)域影響元素和影響程度進行定性、定量預測并展示，顯示相各專業(yè)、各單位聯(lián)系人員信息，為河長進行突發(fā)事件應急處理提供思路和方向，有效提高應急處理能力。

6 結語

河長制實施至今，陜西省共設河長湖長3.53 萬名、河警2156 名，帶動了陜西水安全體系建設，其中，13 個市縣基本建成河長制管理信息平臺，西安市河長制管理信息系統(tǒng)更是被水利部評為水利實用技術“優(yōu)秀示范工程”，渭河流域陜西段河長制管理工作已見時效。但是，目前的河長制管理信息平臺更側重于信息的采集和預處理，隨著河長制管理工作不斷深入，信息平臺的應用范圍和潛在需求必然逐步深入，數(shù)據(jù)挖掘將成為主要趨勢。因此，從現(xiàn)在起制定適宜的頂層設計勢在必行。通過大數(shù)據(jù)技術的應用，無疑將顯著提高河長制管理工作水平，真正釋放信息化福利，達到珍貴數(shù)據(jù)價值最大化，是信息化水平迅速發(fā)展的迫切需要。然而不可忽視的是，鑒于部分數(shù)據(jù)的保密性，應建立相關數(shù)據(jù)的共享機制，配套建立對應的安全機制，確保信息安全見實效，為大數(shù)據(jù)技術的深入應用提供安全的支撐環(huán)境。