水土保持遙感監(jiān)管現(xiàn)場復(fù)核協(xié)同工作系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

靳 峰，尚顏顏，康 芮，楊 樂

(1.甘肅省水利廳，甘肅 蘭州 730000； 2.航天宏圖信息技術(shù)股份有限公司，北京 100195)

近年來隨著甘肅省經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，大量生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目的開工建設(shè)導(dǎo)致人為水土流失日益嚴(yán)重，制約了區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展[1]。進(jìn)一步完善水土保持監(jiān)督管理機(jī)制，落實(shí)水土保持事前、事中、事后全周期常態(tài)化監(jiān)管，是水行政主管部門督促建設(shè)單位落實(shí)水土流失防治責(zé)任、有效遏制人為水土流失的有力手段，而借助新技術(shù)的遙感監(jiān)管已成為水行政主管部門開展水土保持監(jiān)管的重要方法。生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土保持遙感監(jiān)管是指通過解譯多期衛(wèi)星影像后進(jìn)行對比分析，發(fā)現(xiàn)可能引起水土流失的疑似違法違規(guī)圖斑，經(jīng)現(xiàn)場復(fù)核后持續(xù)監(jiān)督違法違規(guī)項(xiàng)目整改的過程，包括數(shù)據(jù)收集、數(shù)據(jù)處理、解譯提取疑似違法違規(guī)圖斑、現(xiàn)場復(fù)核、違法違規(guī)項(xiàng)目事后監(jiān)管等工作，其中現(xiàn)場復(fù)核是對提取出的疑似違法違規(guī)圖斑進(jìn)行現(xiàn)場情況調(diào)查、佐證信息采集和判定違法違規(guī)行為及主體的過程，是落實(shí)事后監(jiān)管的重要基礎(chǔ)[2]。

自2019年水利部首次在全國組織開展水土保持遙感監(jiān)管以來，水利部及地方水行政主管部門積累了豐富的遙感監(jiān)管及現(xiàn)場復(fù)核工作經(jīng)驗(yàn)，遙感監(jiān)管向著高效率、高質(zhì)量、多維分析等方面不斷發(fā)展。而目前使用的現(xiàn)場復(fù)核工作系統(tǒng)僅滿足數(shù)據(jù)采集和存儲(chǔ)的基本需求[3]，在數(shù)據(jù)修正、數(shù)據(jù)管理及分析、成果可視化等方面還存在很多不足，逐漸成為制約遙感監(jiān)管效率和質(zhì)量提高的重要因素。

基于生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土保持遙感監(jiān)管現(xiàn)場復(fù)核工作的需求分析，結(jié)合甘肅省水土保持遙感監(jiān)管工作經(jīng)驗(yàn)，開發(fā)了操作簡便、成果可視化、可實(shí)現(xiàn)多端協(xié)同及自動(dòng)化數(shù)據(jù)管理分析的甘肅省生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土保持遙感監(jiān)管現(xiàn)場復(fù)核協(xié)同工作系統(tǒng)，并在甘肅省遙感監(jiān)管現(xiàn)場復(fù)核工作中進(jìn)行了應(yīng)用實(shí)踐，以期為水土保持遙感監(jiān)管工作提供借鑒，推動(dòng)水土保持高質(zhì)量發(fā)展。

1 需求分析

基于現(xiàn)場復(fù)核工作的特點(diǎn)，結(jié)合甘肅省生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目遙感監(jiān)管工作經(jīng)驗(yàn)，現(xiàn)場復(fù)核工作系統(tǒng)需實(shí)現(xiàn)提高外業(yè)復(fù)核效率、保障數(shù)據(jù)管理安全、自動(dòng)化數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析及成果可視化等功能?；诖?，提出遙感監(jiān)管現(xiàn)場復(fù)核工作系統(tǒng)的優(yōu)化需求，主要包括：①數(shù)據(jù)修正邏輯優(yōu)化需求。當(dāng)前工作系統(tǒng)的圖斑信息和項(xiàng)目信息是獨(dú)立的，二者不可同步修正，導(dǎo)致圖斑信息和項(xiàng)目信息經(jīng)常出現(xiàn)邏輯錯(cuò)亂，后期需要大量的校對和邏輯修正工作，影響現(xiàn)場復(fù)核工作效率和準(zhǔn)確性。②數(shù)據(jù)管理需求。隨著遙感監(jiān)管工作的開展，形成大量的遙感監(jiān)管成果數(shù)據(jù)，需要工作系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對成果數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、維護(hù)、預(yù)覽、導(dǎo)出、建立臺(tái)賬等功能。③過程可視化需求。現(xiàn)場復(fù)核工作時(shí)間緊、任務(wù)重、涉及人員多，復(fù)核工作進(jìn)度和復(fù)核結(jié)果的可視化有助于決策人員實(shí)時(shí)掌握復(fù)核工作進(jìn)展，統(tǒng)籌協(xié)調(diào)現(xiàn)場復(fù)核工作，全面掌握生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目和現(xiàn)場復(fù)核工作開展情況。④多維統(tǒng)計(jì)分析需求?；谶b感監(jiān)管成果數(shù)據(jù)進(jìn)行的多維度統(tǒng)計(jì)分析，有助于發(fā)揮成果數(shù)據(jù)的利用價(jià)值，在監(jiān)管部門制定決策時(shí)發(fā)揮支撐作用。

2 總體設(shè)計(jì)

2.1 總體框架

遙感監(jiān)管現(xiàn)場復(fù)核協(xié)同工作系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)采用了基于B/S結(jié)構(gòu)的5層架構(gòu)模式，自下而上分別是物理層、數(shù)據(jù)層、服務(wù)層、網(wǎng)關(guān)層、應(yīng)用層，以及標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范體系、安全與保障體系，系統(tǒng)總體框架見圖1。其中：①物理層主要是系統(tǒng)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)方式，其中結(jié)構(gòu)化業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在MySQL數(shù)據(jù)庫，緩存數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在Redis數(shù)據(jù)庫，地理空間數(shù)據(jù)、多媒體文件數(shù)據(jù)、遙感影像金字塔文件存儲(chǔ)在分布式對象數(shù)據(jù)庫；②數(shù)據(jù)層主要提供系統(tǒng)運(yùn)行所需要的各類數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)管理，包括業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)、緩存數(shù)據(jù)、地理空間數(shù)據(jù)、多媒體文件數(shù)據(jù)、金字塔文件數(shù)據(jù)等；③服務(wù)層主要提供全鏈條支撐服務(wù)，包括通用服務(wù)模塊、分析引擎模塊和GIS/RS專題模塊，提供用戶服務(wù)、任務(wù)服務(wù)、圖斑服務(wù)、審核服務(wù)、文件服務(wù)等；④網(wǎng)關(guān)層是外部請求訪問系統(tǒng)的唯一入口，Nginx網(wǎng)關(guān)起到負(fù)載均衡和靜態(tài)資源配置的作用，Gateway網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)服務(wù)請求的分發(fā)、訪問請求的前置鑒權(quán)和認(rèn)證、訪問流量的控制；⑤應(yīng)用層將水土流失防治范圍、擾動(dòng)圖斑、遙感影像、統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)、分析成果等進(jìn)行集中管理，通過PC端和移動(dòng)端實(shí)現(xiàn)應(yīng)用信息的展示。

圖1 遙感監(jiān)管現(xiàn)場復(fù)核協(xié)同工作系統(tǒng)總體框架

2.2 業(yè)務(wù)流程設(shè)計(jì)

生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目遙感監(jiān)管現(xiàn)場復(fù)核需每年進(jìn)行多個(gè)期次，包括圖斑編輯、圖斑屬性采集、項(xiàng)目認(rèn)定查處、項(xiàng)目信息編輯、佐證文件上傳等多個(gè)業(yè)務(wù)過程，遙感監(jiān)管現(xiàn)場復(fù)核協(xié)同工作系統(tǒng)的業(yè)務(wù)流程設(shè)計(jì)見圖2。其主要包括：①數(shù)據(jù)和任務(wù)準(zhǔn)備，即將解譯后的下發(fā)數(shù)據(jù)、監(jiān)督庫項(xiàng)目數(shù)據(jù)、參考遙感影像經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化處理后存入水土保持遙感監(jiān)管數(shù)據(jù)庫中，創(chuàng)建任務(wù)下發(fā)至PC端和移動(dòng)端；②圖斑復(fù)核，即通過PC端和移動(dòng)端依次進(jìn)行圖形編輯、現(xiàn)場照片采集、所屬項(xiàng)目確認(rèn)、圖斑合規(guī)性判定等過程，此外當(dāng)項(xiàng)目批復(fù)信息發(fā)生變動(dòng)時(shí)需要同步至項(xiàng)目信息中，并重新進(jìn)行圖斑合規(guī)性判定；③項(xiàng)目認(rèn)定查處，即依據(jù)圖斑復(fù)核結(jié)果，判定項(xiàng)目是否有違法違規(guī)問題，對違法違規(guī)項(xiàng)目下發(fā)查處和整改通知；④多維統(tǒng)計(jì)，即將項(xiàng)目認(rèn)定查處信息上傳至水土保持遙感監(jiān)管數(shù)據(jù)庫中，依據(jù)用戶需求，對每一期、每一年度的遙感監(jiān)管成果數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析和可視化展示；⑤成果目錄，即形成遙感監(jiān)管成果數(shù)據(jù)目錄，依據(jù)用戶需求導(dǎo)出成果數(shù)據(jù)。

圖2 遙感監(jiān)管現(xiàn)場復(fù)核協(xié)同工作系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程設(shè)計(jì)

3 核心功能實(shí)現(xiàn)

遙感監(jiān)管現(xiàn)場復(fù)核協(xié)同工作系統(tǒng)核心功能模塊主要包括任務(wù)看板、數(shù)據(jù)管理、任務(wù)管理、信息采集、多維統(tǒng)計(jì)和成果目錄，系統(tǒng)PC端、移動(dòng)端主界面分別見圖3、圖4。

圖3 遙感監(jiān)管現(xiàn)場復(fù)核協(xié)同工作系統(tǒng)PC端主界面

圖4 遙感監(jiān)管現(xiàn)場復(fù)核協(xié)同工作系統(tǒng)移動(dòng)端主界面

3.1 任務(wù)看板

PC端和移動(dòng)端分別開發(fā)任務(wù)看板，以空間圖和統(tǒng)計(jì)圖表的形式展示項(xiàng)目分布情況、違法違規(guī)項(xiàng)目情況、監(jiān)管任務(wù)進(jìn)度等。PC端任務(wù)看板的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)項(xiàng)主要包括圖斑復(fù)核情況、違規(guī)項(xiàng)目認(rèn)定結(jié)果分類、違規(guī)項(xiàng)目所屬行業(yè)分布、超出防治責(zé)任范圍項(xiàng)目清單、復(fù)核圖斑擾動(dòng)類型等；移動(dòng)端任務(wù)看板的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)項(xiàng)主要包括項(xiàng)目空間分布、違法違規(guī)項(xiàng)目類型和占比、圖斑擾動(dòng)類型、查處和整改進(jìn)度等。

3.2 數(shù)據(jù)管理

實(shí)現(xiàn)對遙感監(jiān)管現(xiàn)場復(fù)核工作涉及的各種類型業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)(主要包括圖斑矢量數(shù)據(jù)、遙感影像數(shù)據(jù)、項(xiàng)目防治責(zé)任范圍矢量數(shù)據(jù)、監(jiān)管成果統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)、監(jiān)管成果佐證材料、多媒體文件等)，依照數(shù)據(jù)專題、數(shù)據(jù)類型、業(yè)務(wù)歸屬、關(guān)鍵字等維度進(jìn)行綜合展示、多條件查詢、預(yù)覽、導(dǎo)出等，確保所有監(jiān)管數(shù)據(jù)“可視、易查、可導(dǎo)”，提高監(jiān)管成果的利用價(jià)值。

3.3 任務(wù)管理

由PC端任務(wù)管理發(fā)起監(jiān)管任務(wù)，設(shè)定監(jiān)管年份、監(jiān)管期別、任務(wù)開始時(shí)間和結(jié)束時(shí)間、認(rèn)定截止時(shí)間、查處截止時(shí)間、整改截止時(shí)間、涉及的行政區(qū)、任務(wù)描述等監(jiān)管任務(wù)信息，日常維護(hù)任務(wù)數(shù)據(jù)和監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)狀態(tài)，可對監(jiān)管任務(wù)數(shù)據(jù)進(jìn)行補(bǔ)充、刪除、編輯等操作，滿足監(jiān)管過程在重要節(jié)點(diǎn)的控制需求。

3.4 信息采集

現(xiàn)場復(fù)核過程中的主要工作是對調(diào)查對象(圖斑和項(xiàng)目)進(jìn)行現(xiàn)場信息采集，采集內(nèi)容包括圖斑圖形、圖斑擾動(dòng)屬性、項(xiàng)目批復(fù)信息、現(xiàn)場照片等。

3.4.1 圖形編輯

移動(dòng)端可進(jìn)行圖斑拆分、合并、節(jié)點(diǎn)編輯、協(xié)同標(biāo)記等功能，滿足現(xiàn)場復(fù)核工作對圖斑的編輯需求；PC端在移動(dòng)端的圖形編輯功能基礎(chǔ)上，增加了挖洞、打散、重畫、修形、拓?fù)浜妥韵嘟粰z查功能，滿足各種圖斑修正的需求。

3.4.2 屬性信息和照片的采集與判定

移動(dòng)端和PC端均支持現(xiàn)場照片、圖斑擾動(dòng)類型、建設(shè)狀態(tài)、所屬項(xiàng)目、認(rèn)定結(jié)果、查處整改結(jié)果、佐證材料等信息的采集功能，工作系統(tǒng)內(nèi)置邏輯規(guī)則庫可輔助工作人員快速準(zhǔn)確地完成圖斑和項(xiàng)目的合規(guī)性判定。工作系統(tǒng)采取現(xiàn)場照片即拍即存的模式，可減少因誤操作導(dǎo)致現(xiàn)場照片丟失，進(jìn)而影響現(xiàn)場復(fù)核進(jìn)度的情況。

3.4.3 邏輯修正

邏輯修正功能是針對項(xiàng)目批復(fù)方案等關(guān)鍵性信息變動(dòng)導(dǎo)致原圖斑合規(guī)性和項(xiàng)目認(rèn)定結(jié)論存在邏輯錯(cuò)亂問題而采取的信息采集流程優(yōu)化。工作系統(tǒng)在設(shè)計(jì)上打破圖斑和項(xiàng)目的獨(dú)立采集模式，做到圖斑和項(xiàng)目信息的同步修正，當(dāng)修改圖斑信息時(shí)同步檢查和修正項(xiàng)目認(rèn)定信息，當(dāng)修改項(xiàng)目認(rèn)定信息時(shí)同步檢查和修正圖斑信息。

3.5 多維統(tǒng)計(jì)

多維統(tǒng)計(jì)功能是指對遙感監(jiān)管成果數(shù)據(jù)進(jìn)行多維度、多形式的靈活統(tǒng)計(jì)和展示，便于工作人員進(jìn)行分析與決策。協(xié)同工作系統(tǒng)提供的統(tǒng)計(jì)類型包括以年、期、地區(qū)的形式對比分析現(xiàn)場復(fù)核圖斑數(shù)量、面積、合規(guī)性，認(rèn)定、查處、整改的項(xiàng)目數(shù)量和類型，違法違規(guī)項(xiàng)目數(shù)量、批復(fù)級別、行業(yè)類型等。

3.6 成果目錄

遙感監(jiān)管現(xiàn)場復(fù)核工作成果數(shù)據(jù)匯集了大量統(tǒng)計(jì)圖表、遙感影像、矢量數(shù)據(jù)、多媒體文件等，工作系統(tǒng)提供監(jiān)管成果數(shù)據(jù)整編功能，可按照數(shù)據(jù)類型、業(yè)務(wù)類型、地區(qū)、年份等一鍵生成成果目錄，提高監(jiān)管成果數(shù)據(jù)整編的效率和準(zhǔn)確性。

4 應(yīng) 用

甘肅省采用遙感監(jiān)管現(xiàn)場復(fù)核協(xié)同工作系統(tǒng)進(jìn)行了2020—2022年度連續(xù)3 a的生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目遙感監(jiān)管工作，期間依據(jù)實(shí)際需求不斷優(yōu)化系統(tǒng)功能。應(yīng)用結(jié)果表明，協(xié)同工作系統(tǒng)滿足了監(jiān)管部門對數(shù)據(jù)管理、統(tǒng)計(jì)分析、成果展示等方面的需求，切實(shí)提高了現(xiàn)場復(fù)核工作效率以及項(xiàng)目認(rèn)定和查處工作的準(zhǔn)確性，具有較強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值和推廣價(jià)值。