基于WebGIS技術(shù)的重慶市國家水土保持圖斑精細(xì)化監(jiān)管系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用

摘 要： 重慶市國家水土保持圖斑精細(xì)化監(jiān)管系統(tǒng)是基于WebGIS技術(shù)，采用B/S分布式架構(gòu)模式構(gòu)建的一個(gè)多源數(shù)據(jù)融合的過程可視化監(jiān)管平臺(tái)，可實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)管數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)上傳與多源數(shù)據(jù)的前端展示。將系統(tǒng)應(yīng)用于重慶市潼南區(qū)2022年國家水土保持重點(diǎn)建設(shè)工程集靈項(xiàng)目區(qū)，從總體措施完成進(jìn)度、措施實(shí)施誤差、多源數(shù)據(jù)系統(tǒng)展示方面對(duì)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)成果進(jìn)行了展示。應(yīng)用結(jié)果表明：通過監(jiān)管系統(tǒng)圖層疊加、空間分析功能，可核算項(xiàng)目各項(xiàng)水土保持措施的施工進(jìn)度及施工誤差，并據(jù)此調(diào)整施工計(jì)劃；通過監(jiān)管系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)室內(nèi)虛擬現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)管，為監(jiān)管人員提供身臨其境的施工現(xiàn)場(chǎng)體驗(yàn)；通過WebGIS技術(shù)整合多源數(shù)據(jù)，可實(shí)現(xiàn)多源數(shù)據(jù)與地理信息的有效融合，提高整體監(jiān)管效能及監(jiān)管成果的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞： 多源數(shù)據(jù)融合；可視化監(jiān)管；WebGIS技術(shù)；國家水土保持重點(diǎn)建設(shè)工程；重慶市

中圖分類號(hào)： S157" 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： B" DOI：10.3969/j.issn.1000-0941.2025.01.010

［引用格式］ 宮春明，王星，蔣盛.基于WebGIS技術(shù)的重慶市國家水土保持圖斑精細(xì)化監(jiān)管系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].中國水土保持，2025（1）：36-40.

為積極貫徹習(xí)近平總書記“節(jié)水優(yōu)先、空間均衡、系統(tǒng)治理、兩手發(fā)力”治水思路，2019年水利部提出了“水利工程補(bǔ)短板，水利行業(yè)強(qiáng)監(jiān)管”的水利發(fā)展改革總基調(diào)，旨在通過現(xiàn)代化和信息化手段提升監(jiān)管水平。國家水土保持重點(diǎn)建設(shè)工程措施數(shù)量繁多且分布分散，現(xiàn)有的監(jiān)管方式在監(jiān)管精確度與時(shí)效性上表現(xiàn)出明顯的不足，且信息共享機(jī)制也不夠完善，一定程度上制約了監(jiān)管工作的協(xié)調(diào)性[1-2]。目前，重慶市水土保持重點(diǎn)建設(shè)工程的監(jiān)管主要依靠每年一次的現(xiàn)場(chǎng)抽查，缺乏持續(xù)的過程監(jiān)管，上報(bào)的進(jìn)度信息常缺乏現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)管數(shù)據(jù)支持，導(dǎo)致監(jiān)管措施的實(shí)際執(zhí)行結(jié)果與設(shè)計(jì)方案之間存在較大的偏差。針對(duì)上述問題，重慶市構(gòu)建了一套基于WebGIS技術(shù)的可視化監(jiān)管系統(tǒng)，旨在整合各類空間數(shù)據(jù)資源，實(shí)現(xiàn)圖斑的精細(xì)化管理和監(jiān)管成果的可視化展示，以提高監(jiān)管精確度與時(shí)效性，促進(jìn)信息共享，提升監(jiān)管效能。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

重慶市國家水土保持圖斑精細(xì)化監(jiān)管系統(tǒng)是基于WebGIS技術(shù)構(gòu)建的，系統(tǒng)框架采用B/S（Browser/Server）分布式框架模式進(jìn)行開發(fā)，相比傳統(tǒng)的C/S（Client/Server）框架模式，該模式具有更新速度快、性能好和擴(kuò)展性強(qiáng)的特點(diǎn)。系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集層、數(shù)據(jù)層、平臺(tái)支撐框架、服務(wù)層、應(yīng)用層、用戶層構(gòu)成（見圖1），通過后臺(tái)發(fā)布包括措施矢量圖在內(nèi)的各類具有地理空間信息的數(shù)據(jù)，采用API接口調(diào)用天地圖功能定位現(xiàn)場(chǎng)點(diǎn)，展示現(xiàn)場(chǎng)點(diǎn)信息（包含措施圖斑信息、措施全景視圖、照片和視頻資料等），實(shí)現(xiàn)空間數(shù)據(jù)共享，達(dá)到實(shí)時(shí)影像瀏覽、圖層疊加、空間分析、施工現(xiàn)場(chǎng)查詢等目標(biāo)。

1.1 系統(tǒng)數(shù)據(jù)管理

系統(tǒng)數(shù)據(jù)管理分為項(xiàng)目數(shù)據(jù)管理、項(xiàng)目詳情管理、圖例數(shù)據(jù)管理、專題數(shù)據(jù)管理、用戶管理5個(gè)部分，上傳界面見圖2。其中：項(xiàng)目數(shù)據(jù)管理主要為措施矢量圖層的上傳，包括設(shè)計(jì)及已實(shí)施措施矢量圖層、正射影像圖的上傳；項(xiàng)目詳情管理主要將措施數(shù)據(jù)源上傳，并進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)點(diǎn)編輯，上傳的措施數(shù)據(jù)源要求帶有相應(yīng)的經(jīng)緯度坐標(biāo)及措施全景影像、現(xiàn)場(chǎng)照片等；圖例數(shù)據(jù)管理主要為專題圖圖例的上傳；專題數(shù)據(jù)管理主要包括土地利用及水土流失強(qiáng)度專題圖的上傳；用戶管理主要為賬戶權(quán)限的管理。

1.2 多源數(shù)據(jù)展示

通過多源數(shù)據(jù)展示界面（見圖3）可展示措施現(xiàn)場(chǎng)點(diǎn)信息及措施矢量圖，查看措施各階段的實(shí)施進(jìn)度及施工狀態(tài)，并將圖層管理中的設(shè)計(jì)措施圖層與實(shí)施措施圖層進(jìn)行圖層疊加，查看措施實(shí)施位置是否與設(shè)計(jì)的一致，以此判斷措施實(shí)施是否存在誤差；在措施現(xiàn)場(chǎng)點(diǎn)條目處，可及時(shí)查看措施的基本信息，包括施工進(jìn)度及階段、施工現(xiàn)場(chǎng)近景圖、施工措施視頻及全景影像資料等，實(shí)現(xiàn)對(duì)項(xiàng)目全過程的監(jiān)管。

2 應(yīng)用實(shí)例

2.1 項(xiàng)目介紹

重慶市潼南區(qū)2022年國家水土保持重點(diǎn)建設(shè)工程集靈項(xiàng)目區(qū)（北緯29°52′49″～30°18′18″，東經(jīng)105°43′53″～105°55′34″）分為鷲臺(tái)片區(qū)、碉樓片區(qū)、集靈片區(qū)（見圖4）。項(xiàng)目區(qū)地形起伏較小，整體東北高、西南低，屬于盆地淺丘地貌區(qū)。氣候?qū)僦衼啛釒駶櫦撅L(fēng)氣候，年均氣溫17.9 ℃，年均降水量990.8 mm，降水主要集中在5—9月。植被類型屬川東盆地偏濕性常綠闊葉林亞帶，林地主要分布在山坡上，主要樹種為馬尾松、柏木、楝；經(jīng)果林品種主要為青梅、花椒和桑。

項(xiàng)目設(shè)計(jì)建設(shè)經(jīng)果林131.24 hm2，同時(shí)配套建設(shè)生產(chǎn)道路16.88 km、排灌溝渠5.83 km、沉沙池20座、蓄水池5座、高位水池1座、提灌站1座、竣工牌3處、宣傳牌1處、封禁碑3塊。

2.2 數(shù)據(jù)獲取及處理

1）數(shù)據(jù)獲取。先從國家水土保持重點(diǎn)建設(shè)工程信息管理系統(tǒng)中獲取項(xiàng)目區(qū)邊界、設(shè)計(jì)措施矢量文件，而后通過現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)獲取治理區(qū)正射、斜拍、全景及局部影像。共開展了4次現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)，分別為2022年6月、7月、9月、12月，利用無人機(jī)航拍，獲取3個(gè)治理片區(qū)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施措施的正射影像、施工現(xiàn)場(chǎng)的斜拍影像及全景影像；采用手機(jī)拍攝，獲取單項(xiàng)措施局部質(zhì)量情況照片。

2）圖像處理。①正射影像拼接。通過Agisoft Metashape Professional（64 bit）軟件按以下步驟進(jìn)行正射影像拼接[3]：導(dǎo)入照片—對(duì)齊照片—生成密集點(diǎn)云—生成網(wǎng)格—生成紋理—Build Tiled Model（構(gòu)建平面模型）—Build DEM（構(gòu)建數(shù)字高程模型）—Build Orthomosaic（生成正射影像圖）。②通過Web端登錄賬戶，制作全景圖并發(fā)布，同時(shí)獲取網(wǎng)址URL。③對(duì)無人機(jī)近景斜拍及移動(dòng)端局部措施拍攝的照片進(jìn)行整理，形成具有措施號(hào)及時(shí)間屬性的照片。④采用ArcGIS Map 10.8軟件，對(duì)導(dǎo)入的正射影像圖進(jìn)行矢量化處理。

2.3 系統(tǒng)監(jiān)管成果

2.3.1 總體措施完成進(jìn)度

將工程措施分階段進(jìn)行工程量比例折算，并按各階段措施工程量與折算比例之積進(jìn)行施工進(jìn)度統(tǒng)計(jì)，以獲得單項(xiàng)措施真實(shí)施工進(jìn)度［4］。對(duì)工程各措施的工程量、施工周期及工程造價(jià)進(jìn)行措施權(quán)重的科學(xué)量化處理，得到措施權(quán)重當(dāng)量（見表1），以科學(xué)衡量每種措施在整個(gè)工程中對(duì)進(jìn)度貢獻(xiàn)度的影響程度。計(jì)算各措施某階段已實(shí)施量與其相應(yīng)進(jìn)度折算比例的乘積，得到措施某階段的完成量，再將該完成量與其對(duì)應(yīng)的水土保持措施權(quán)重當(dāng)量乘積值累加，獲得各措施某階段的總體貢獻(xiàn)度，然后將某階段的總體貢獻(xiàn)度與設(shè)計(jì)措施量總體貢獻(xiàn)度相比，即可獲得該階段措施實(shí)施完成的總進(jìn)度，總進(jìn)度用百分比表示。對(duì)于經(jīng)果林面狀措施而言，在施工前就存在一定規(guī)模，只是在秋季適當(dāng)進(jìn)行補(bǔ)植，而其他面狀措施如封育治理及保土耕作均屬于軟措施，并不存在工程施工情況，因此系統(tǒng)中只對(duì)點(diǎn)狀、線狀措施施工總體進(jìn)度進(jìn)行核算。經(jīng)系統(tǒng)核算，集靈項(xiàng)目區(qū)點(diǎn)狀、線狀措施施工進(jìn)度見表2。由表2可知，集靈項(xiàng)目區(qū)點(diǎn)狀、線狀措施設(shè)計(jì)工程量總體貢獻(xiàn)度為59.42，而12月項(xiàng)目總體貢獻(xiàn)度達(dá)57.66，因此施工總進(jìn)度為97.04%。從點(diǎn)狀措施的實(shí)施情況來看，蓄水池和沉沙池的實(shí)施情況在工程量上均滿足設(shè)計(jì)要求，分別完成100%和130%；從線狀措施的實(shí)施情況來看，生產(chǎn)道路實(shí)施情況在工程量上基本滿足設(shè)計(jì)要求，完成了97.99%，而排灌溝渠在工程量上存在較大差異，僅完成了80.45%。

2.3.2 措施實(shí)施誤差

現(xiàn)場(chǎng)措施圖斑能精細(xì)展示點(diǎn)、線、面措施的實(shí)施情況，將現(xiàn)場(chǎng)措施圖斑與設(shè)計(jì)措施圖斑進(jìn)行矢量疊加，獲取疊加矢量圖。疊加矢量圖能清楚展示措施是否按設(shè)計(jì)方案實(shí)施，措施實(shí)施過程中存在哪些誤差。從12月獲取的9張集靈項(xiàng)目區(qū)疊加矢量圖中，可以看出項(xiàng)目截至12月的實(shí)施情況、存在哪些誤差（見表3、圖5）。從表3、圖5可以看出，截至12月面狀措施、線狀措施生產(chǎn)道路、點(diǎn)狀措施沉沙池整體按設(shè)計(jì)實(shí)施情況較好，整體完成度較高，但在實(shí)施位置上存在一定的差異，出現(xiàn)超出設(shè)計(jì)范圍、新增措施量的情況；線狀措施排灌溝渠、點(diǎn)狀措施蓄水池整體按設(shè)計(jì)實(shí)施情況一般，其中排灌溝渠整體完成度不高，蓄水池按設(shè)計(jì)的完成度不高，新增措施量大。從單個(gè)圖來看，截至12月除5號(hào)、7號(hào)圖斑全部完成外，其余圖斑均未完成，且5號(hào)、7號(hào)圖斑均存在超出設(shè)計(jì)量的情況。對(duì)比分析疊加矢量圖，發(fā)現(xiàn)點(diǎn)狀措施在實(shí)施數(shù)量的一致性上表現(xiàn)最優(yōu)，但在實(shí)施位置的一致性評(píng)價(jià)方面顯示出最弱的一致性水平；與此相反，線狀措施實(shí)施數(shù)量的一致性水平最弱，而面狀措施實(shí)施位置的一致性最佳。因此，僅依賴措施實(shí)施數(shù)量的一致性來評(píng)估國家水土保持重點(diǎn)建設(shè)工程的實(shí)施成效不夠全面，必須對(duì)措施實(shí)施位置的一致性進(jìn)行深入分析，才能準(zhǔn)確地量化和掌握重點(diǎn)工程實(shí)施過程中的誤差情況。

2.3.3 多源數(shù)據(jù)系統(tǒng)展示

系統(tǒng)利用影像底圖集成的現(xiàn)場(chǎng)點(diǎn)功能，允許用戶查看不同施工階段的全景影像數(shù)據(jù)。針對(duì)每一處全景影像區(qū)域，系統(tǒng)巧妙地增設(shè)了熱點(diǎn)標(biāo)記，并存儲(chǔ)相應(yīng)的措施近景照片。通過點(diǎn)擊熱點(diǎn)圖標(biāo)，監(jiān)管人員可直觀查閱到措施當(dāng)前及先前各階段的詳細(xì)近景照片（見圖6）。此方法的核心在于借助熱點(diǎn)鏈接手段，對(duì)全景影像與相應(yīng)的近景措施照片進(jìn)行了無縫銜接，同時(shí)賦予所有近景照片以地理坐標(biāo)屬性，為施工現(xiàn)場(chǎng)情況的復(fù)查提供了精準(zhǔn)的定位，確保能夠全面追蹤每項(xiàng)措施從準(zhǔn)備至結(jié)束整個(gè)施工過程的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)況。主管機(jī)構(gòu)可通過應(yīng)用三維全景技術(shù)結(jié)合近景實(shí)景照片的融合展示，實(shí)現(xiàn)在室內(nèi)虛擬現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)管體驗(yàn)，深入了解各項(xiàng)措施的施工工藝流程，并能精確把握每種措施在不同施工階段的狀態(tài)特征，進(jìn)而分析各階段的水土流失情況。這一創(chuàng)新性做法可確保對(duì)任何一種措施從施工初期直至竣工的全過程施工現(xiàn)場(chǎng)狀態(tài)都能進(jìn)行完整記錄和可視化呈現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)施工全周期現(xiàn)場(chǎng)痕跡管理，有助于優(yōu)化施工計(jì)劃，控制水土流失風(fēng)險(xiǎn)。

3 結(jié)束語

利用重慶市國家水土保持圖斑精細(xì)化監(jiān)管系統(tǒng)，對(duì)重慶市潼南區(qū)2022年國家水土保持重點(diǎn)建設(shè)工程實(shí)施了全過程圖斑精細(xì)化管理。通過該系統(tǒng)平臺(tái)，將設(shè)計(jì)措施矢量圖斑與過程正射影像圖中提取的過程措施矢量圖斑進(jìn)行疊加對(duì)比，可了解各階段措施實(shí)施進(jìn)度情況，評(píng)估措施設(shè)計(jì)水平及實(shí)施誤差，并據(jù)此調(diào)整施工計(jì)劃。系統(tǒng)在360°全景圖像上添加熱點(diǎn)鏈接，以展示各階段措施施工照片，實(shí)現(xiàn)室內(nèi)虛擬現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)管，為監(jiān)管人員提供仿佛身臨其境的施工現(xiàn)場(chǎng)體驗(yàn)。系統(tǒng)進(jìn)一步運(yùn)用WebGIS技術(shù)整合多源數(shù)據(jù)，可以“一張圖”的形式集成展示措施矢量圖斑、全景影像、視頻、斜拍照片等多種信息[5-7]，實(shí)現(xiàn)了多源數(shù)據(jù)與地理信息的有效融合，提高了整體監(jiān)管效能及監(jiān)管成果的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

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（責(zé)任編輯 張緒蘭）