成都市河长制管理信息系统的设计与实践*

刘发永姜跃昆马色伍陈 雨3

(1.成都万江港利科技股份有限公司，成都，610015； 2.四川大学智能控制研究所，成都，610065； 3.四川大学水利信息化联合实验室，成都，610065)

1 引言

为加快成都市水污染防治，加强水资源保护，提供良好的水生态环境保障，成都市委、市政府印发了《关于全面实行河长制管理工作的实施意见》[1]，对江河湖库治理与管护水平进行了布局，提出在2025年基本建成“宜居水岸、活水成都”水生态体系的目标。成都市属长江水系岷江及沱江两大流域，市内河湖分布点多，涉及的面广，在河湖保护管理时需要各个部门协同理事，导致资源利用率不高，整改不及时，任务落实不到位等现象发生，因此，需要采用科学性的技术手段提升河湖管理的水平。

随着大数据、云计算、物联网和移动互联网等信息技术的发展，组建高密度的沟通网络成为了可能。物联网为不同群体、不同事物的信息交换提供了方便；水利大数据为水环境预警预报、水生态评估等提供了重要的参考价值；云计算提供了高效的数据存储、管理以及挖掘等服务[2]；此外，结合互联网，开展河长制管理信息化建设能够有效解决河湖管理面临的难题。李宝贵[3]从五个方面综述了全面推行河长制一年来的进展，提出信息化建设成为提高河长制工作效率的抓手。

为此，国内全面开展了河长制信息化的研究和部署工作，如倪娜娜[4]等研究了河长制管理信息系统服务模式，杨雷[5]等指出了信息化推动水环境建设应注意的问题，倪建军[6]等构建了一套基于水联网模型的综合应用体系与框架，以及提出“1+ 5+ n”河湖长制的建设模式，对河湖长制的信息化建设起到了积极的作用，陈建[7]等从基础信息报送、河长工作支撑、社会宣传与社会监督、其他水利业务系统信息共享等四个方面梳理了系统建设及应用需求，并提出了各项需求的用户主体和建设主体。此外，北京、广州、温州、重庆等城市根据自身的水资源环境部署了自己的河长制综合信息管理平台[8-13]。

考虑到国内河长制的研究进展以及建设现状，成都市于2017年底，启动了河长制管理信息系统的建设。力争实现河湖数据、河长档案、巡河信息、实时监测数据、政策制度、工作进展、群众诉求办理、社会评议等数据的综合管理，全面推动河长制信息化管理。

2 总体架构

丰景春[14]等从技术层面分析了平台建设要满足“三体系”和“五统一”的要求。“三体系”即标准规范体系、安全保障体系和建设与运维体系；“五统一”为统一门户、统一业务应用、统一应用支撑、统一空间信息服务、统一数据管理。此外，在进行系统架构设计时，应当以技术先进、系统实用、结构合理、低成本、低维护量作为基本建设原则。

2.1 基本组成

根据建设的要点以及建设的基本原则，成都市河长制管理信息系统自下而上由前端基础设施支撑层、数据支撑层、应用支撑层、业务应用层和门户层构成，其逻辑关系见图1。

图1 河长制信息管理系统架构

(1)基础设施支撑层：是河长制管理信息系统运行的重要数据来源，包含各种水利监测站以及监控等。

(2)数据支撑层：是支撑河长制管理信息系统运行的主要硬、软件环境，包含基础地理信息数据库、业务数据库以及配套硬件支撑等，依托现有电子政务云平台安装部署。用来存储河长制相关的基础信息、动态信息以及其他业务应用系统共享的信息。

(3)应用支撑层：通过生态数据中心和河道网格化GIS中心，为整个系统的数据计算、查询、统计、分析以及信息展示提供支撑。

(4)业务应用层：用于支撑河长制业务工作的开展，提供工作台、一张图、移动巡查等基础功能，以及智能考评、大数据分析等扩展功能。

(5)门户层：由信息管理系统、手机APP、门户网站、微信公众号和应急指挥及监控中心构成，构建多元化联合监督管理体系。

2.2 技术路线

河长制管理信息系统应当具有这样的效能：一方面能够为水资源管理措施制定、水环境预警预报、水生态健康评估等提供数据支撑；另一方面还可以加强组织领导，健全工作机制，强化考核问责，强化社会监督。因此，需要收集足够的水利信息数据，并能对数据进行处理、分析、展示等，以便提供不同的服务。

2.2.1 数据采集和存储

数据的来源主要有水利监测站的水情数据，水务部门、气象部门等水务数据、空间数据、公众参与数据和基础数据。建立基础设施收集水情数据是河长制管理信息系统重要的一环，物理网监控网如图2所示。

图2 物理网监控网系统

实时检测河流的流速、流量以及温度、pH、溶解度等基础信息，数据入库，按需提供给系统调用，为水生态健康评估打好基础。

来自于水务部门，气象部门等一些非结构化的数据需要搭建共享平台，提供交换共享服务，确保各个部门之间互联互通。这些数据部分涉密，需要进行脱密和脱敏处理，抽取含有客户信息的表进行脱敏处理并且回写，如图3所示。这种方式只处理含有敏感信息的表，处理量小，速度快。

图3 数据脱密脱敏处理

此外，还有GIS的空间数据，公众数据和基础数据等，需要实时采集和存储这些信息。

河长制信息系统的数据来源复杂，业务场景不同，在进行数据集成时采用以下4种方式：

(1)利用大数据采集平台对数据进行提取、转换和加载；

(2)在需要对接的应用系统方部署前置机，通过Web Service接口实现各系统的数据征集提取功能；

(3)通过网络爬虫算法，采集互联网数据；

(4)文件导入。

由于结构化数据和和非结构化数据皆有，存储和管理这些数据可以通过Apache Hadoop来实现，Hadoop实现了一个分布式文件系统(HDFS)，河长制系统通过HDFS框架，以命令行模式和API模式来操作，无需关心文件究竟存储在哪个节点上，只要通过API访问文件即可(流操作)。这样就实现了系统视频、图片、文件的分布式存储，存储空间可灵活扩展。

2.2.2 数据库设计

河长制(湖长制)管理数据库是支撑河长制管理业务应用的基础。为了与其他业务应用之间实现信息共享和业务协同，应遵循：①采用面向对象方法；②统一对象代码编码规则；③采用全国统一的信息分类与代码标准；④按照对象生命周期和属性有效时间设计全时空的数据库结构，保障各种信息历史记录的可追溯性。

依照上述规则并结合河长制的应用需求建立以下四个数据库：基础数据库、动态数据库、属性数据库和空间数据库。

(1)基础数据库：包含河湖(河段)、河长(总河长)、行政区、基础地理数据等基本信息；河长树结构、河长办树结构等组织体系信息；工作方案、会议制度、激励制度等制度体系信息；“一河一档”的水资源动态台账、水域岸线动态台账等；“一河一策”的问题清单、目标清单、任务清单以及考核评估指标体系与参考值等。

(2)动态数据库：包括巡河管理、事件处理等工作过程信息；抽查督导的工作方案、工作过程、检查结果等信息；考核评估指标实测值、考核评估结果等信息；社会监督、卫星遥感、水政执法等监督信息。

(3)属性数据库：包含对象表、对象基础表、主要业务表、对象关系表和元数据库表。

(4)空间数据库：包含遥感影像数据、基础地理数据、河长制对象空间数据等。

2.2.3 系统集成

考虑到河长制系统的业务需求，采用B/S架构，主要事务逻辑在服务器端实现，减轻了客户端电脑载荷。

另外采用面向服务的体系结构进行应用开发、系统集成，可摆脱面向技术的解决方案的束缚，集中精力于构建业务模型，从而提高软件复用、加快应用软件的实施。

在面向服务体系架构(SOA)下，结合数据资源为业务应用提供应用支撑服务，主要提供通用工具和通用服务两类支撑服务。通用工具主要有：企业服务总线(ESB)、数据库管理系统(DBMS)、地理信息系统(GIS)、报表工具等；通用服务主要有：统一用户管理、统一地图服务、统一目录服务、统一数据访问等。

基于应用支撑服务，提供以下业务：信息管理、信息服务、巡河管理、事件处理、抽查督导、考核评估、展示发布、移动服务等，需要其他相关业务应用信息的，通过业务协同实现信息共享。

本系统逻辑上分为Web表示层、业务构件层、基础服务层、数据访问层(DAO)、JavaEE层、存储层。

(1)Web表示层：封装了用来服务访问本系统的所有客户端的表示层逻辑。

(2)业务构件层：提供业务服务，包括业务数据和业务逻辑，集中了系统大多数业务处理。

(3)基础服务层：提供业务过程使用的一些技术服务接口，比如系统发送短信时需要连接到独立的短信系统、调用CA服务、身份认证服务，审计服务、日志服务、消息服务、调度服务等。

(4)DAO层：主要实现与关系数据库的交道，每个关系数据库可能互相分开，业务层访问数据库数据，必须通过DAO层的程序逻辑统一进行访问，有效地控制数据库读写效率。使用JFinal Db + Record模式开发，可以很方便地切换到不同的数据库版本进行工作，并且具有更好的横向扩展性支持更大的数据量存储。开启分布式的数据缓存功能可以大量地减少数据库的工作负荷，同时也方便地支持群集扩展应用程序服务器。

(5)存储层：主要负责数据的存储和组织、数据库的分布式管理等。存储方式采取数据库的存储管理，由数据库软件统一管理所有关系数据库的存储。对于PDF文档、扫描文档、以及申报系统的原始资料，存储于磁盘阵列的文件系统中，文件系统采取LVM逻辑盘卷管理。

3 系统功能应用与实践效果

3.1 河长制管理信息系统的组成

河长制管理信息系统主要由四个部分构成：河长制管理信息系统PC端、手机APP端、微信公众号、门户网站，四个模块互相关联，互相补充，如图4所示。

图4 成都市河长制信息系统在线功能

3.1.1 河长管理信息系统PC端

PC端包含系统的所有功能，主要由河长、河长办及成员单位使用，功能主要包括首页、基础信息、河湖库信息“一张图”、巡河管理等。主要功能结构如图5所示。

PC端的界面如图6所示。

图 5 PC端主要功能结构

图 6 河长制管理信息系统PC端界面展示

PC端包含了河长制信息管理系统最主要的功能，汇集各类监测及管理数据，实现在线监督、日常管理、地图浏览、数据统计分析、分级考核、问题督办处理、通知公告等功能。

3.1.2 河长管理APP

河长APP主要由河长使用，功能主要包括首页、河道信息“一张图”、公众投诉受理、问题处理、事件流转、移动巡查、统计分析、个人设置等功能模块。

河长通过APP进行智能巡河，系统根据GPRS定位数据自动生成巡河轨迹，巡河过程中可通过选择水体、排口、河床、堤岸、公共设施、违章行为和其他等要素进行依次巡查，并填写巡河记录，通过文字、照片、视频上传，实现工作日志的电子化管理。

3.1.3 微信公众号

微信公众号支持公众查询河道基本信息、水质状况，搭建河长与公众间的桥梁，公众可以随时将投诉建议、问题水域照片等上传至平台；通过微社交形式以区域进行护河大使评选和排名公示，提高参与积极性；展示查看河长发布的整改反馈、治水成效、治水百科等相关信息。图7为微信公众号的主要功能结构。

图7 微信公众号主要功能结构

3.2 应用成效

成都市河长制管理信息系统按照“3月16日，启用系统第一期试点，选取青羊区、新都区、新津县、崇州市、蒲江县开展试用工作；5月7日，启用系统第二期试点，全市22个区(市)县全部开展系统试用工作。

图8 应用成效

截至2018年5月30日，全市巡河总数27805人次，问题上报4535个，到7月24日，全市巡河总数134018人次，问题上报12716，全市问题处理率为33.45%。各个区县的问题处理如图9所示。

图 9 问题处理柱状图

应用效果主要体现在以下几个方面：

(1)实现智慧办公，督促河长履职尽责；

(2)实现远程扁平化指挥，提供远程可视化指挥调度的技术保障；

(3)推动智慧监管，考核评价公开透明；

(4)完善联动机制，实现数据信息共享。

4 结语

成都市河长制信息管理系统依托“互联网+河长制”的解决方式，实现河长巡河、信息通报、巡查督导、考核评比等工作信息化、客观化以及公开化。本套系统覆盖了PC端，门户网站，手机APP以及微信公众号，解决了河长制工作中人员组织管理的问题、人员工作考核的问题、环境事件处理的问题、群众参与问题以及政府工作中的相关问题，全方位满足经济社会发展对水务行业的需要，对城市生态的转型升级和成都绿色发展起到积极的推动作用。