智慧河湖管护云平台系统设计

胡杨，佟旸，张晓严

（1.天津市大数据管理中心，天津300221；2.天津市水文水资源管理中心，天津300061；3.天津市水务局，天津300074）

自2016年在全国范围内推行河长制后，全国大部分省市均开展了河长制管理信息系统的建设，经过几年的建设和运行，河长制在城镇村河湖水环境治理方面发挥了巨大的作用。从目前已建的河长制管理信息系统或者成熟的河长制信息化管理产品来看，大多数系统都是针对河湖水质、堤岸水面环境卫生等水环境质量治理方面进行的建设。但要对河湖进行综合管理与治理，仅包含水环境质量管理是不够的，至少还需要包括河道工程、水工设施的巡检养护和涉水事件的执法办案等。

利用河长制平台协调性好、执行力强的优势，在此平台上搭建水利工程设施巡检管护系统和水政执法系统，实现对河湖水环境、水利工程设施、水生态文明等全方位的管理，以多部门联动共治、合作机制作为保障，建设功能全面和通用性、灵活性、扩展性强的河湖智慧化管护平台，可以为实现河湖综合管护提供统一的信息化管理平台。同时，河长制中的河长、巡查员巡查河湖时也会发现涉水事件，将水政执法等纳入统一的云平台中，在同一个标准下进行建设，避免“信息孤岛”的产生。通过大数据汇集与分析，在统一的GIS地图中直观地展示全市所辖河湖的水环境问题、水利工程运转维修状况、水政执法情况、巡查轨迹等，为全市的河湖治理、水利工程设施运转、水生态文明建设提供数据依据。通过信息化管理手段，做好事前监督预防工作，将危害河湖安全、影响防洪排涝等事件防患于未然。

1 建设目标

（1）依托已建的河长制管理信息系统，在此平台上建设水利工程设施巡检管护系统和水政执法系统，统筹规划，在云设施上搭建统一的智慧河湖管护平台，避免各单位重复投资、系统开发标准不一、信息无法共享等问题。

（2）在平台中实现各种灵活设置功能，为不同的使用单位进行管辖范围设置、水利工程设施设置、业务流程设置等，使全市不同的单位和人员使用同一个移动App、同一个Web平台，完成河湖巡查、事件处理、水利工程巡检维修、水政执法办案等各自的业务，实现上下联动、协同办理，同时为各单位的业务扩展提供便利的配置手段。

（3）利用GIS地图、大数据分析技术，在云平台中可以直观地展示河湖污染状况、高危水利工程、涉水事件频发点位等分析结果，使上级主管部门和领导在同一个平台上就能够实时掌握全市的河湖环境、水利工程运行情况、水政执法状况等信息，并实时接收预警信息。

（4）在GIS地图中展示水利工程设施巡检和执法人员的行动轨迹，显示涉水事件处理过程和当前处理状态，实现水利工程巡检任务管理的网格化、精细化，保证巡检工作定时间、定路线、定任务、定人员、定责任，做到巡检有重点、状况有发现、全程有记录、反馈要及时，确保巡检质量，实现监督功能。

2 业务分析

2.1 河长制管理

由于河长制管理信息系统已经是成熟的系统，所以在此文中只做简述。目前运行的河长制管理信息系统基本是集“电脑端Web应用、移动App、微信公众号、热线电话”于一体，功能包括河湖长等基础信息管理、河长巡河、河湖巡查、事件处理、抽查督导、考核评估、公众投诉、综合展示等，实现各级河长和巡查员对负责河湖的巡查，记录巡河轨迹，上报并处理巡河过程中发现或公众投诉的水质、堤岸水面环境等河湖水环境质量问题，根据河长履职、河道水质质量与卫生情况等对河长进行考核。

2.2 水利工程设施巡检管护

泵站、堤防、闸涵等各类水利工程设施的巡检和养护人员的工作包括日常巡检、定期检查、特别检查、专项检查等[1]。

（1）巡检人员按照规定路线对负责区域内的河湖水工设施进行检查，用移动App上传巡检路线、记录检查记录单，当发现异常或损坏等现象时，及时分析原因，提出处理意见，同时将现场情况拍照或录像上报智慧河湖管护云平台。

（2）巡检部门管理人员通过电脑端Web页面或者移动App可以收到巡检记录，当发现有待处理事件且问题较轻时，可以派单给巡检人员进行处理；当发现问题较重需要维修时，派单给维修养护部门处理。

（3）巡检人员或维修人员现场维修时，通过移动App上传现场情况，记录处理结果。对于超过时效期尚未处理的事件，平台将有预警提醒，管理人员可以进行催单。

智慧河湖管护云平台中的“水利工程设施巡检管护”业务分析流程，如图1所示。

图1 智慧河湖管护云平台中的“水利工程设施巡检管护”业务分析流程

2.3 水政执法

（1）利用河长制管理信息系统中已建的“河长巡河、河湖巡查员巡查、热线电话投诉、微信公众号”等功能，可以实现多渠道采集涉水事件，包括巡河、巡查过程中发现事件后上报，社会公众通过便民热线、微信公众号、河长公示牌上的监督电话进行反馈。

（2）水政执法部门的管理人员通过移动App可以实时接收到事件报警提醒，在App中直接派单给执法部门进行现场核实与处理。

（3）事件处理人员在现场利用移动App进行资料采集、取证，上传执法路线和佐证材料，处理完成后记录处理结果。在此过程中，社会公众可以随时查看本人反馈事件的处理进度和结果。

智慧河湖管护云平台中的“水政执法”业务分析流程，如图2所示。

图2 智慧河湖管护云平台中的“水政执法”业务分析流程

3 设计思路

3.1 总体框架

目前已建的河长制管理信息系统实现的主要功能包括：①各级河长、河湖巡查员定时使用移动App巡查负责的河道段，记录每次的巡河轨迹和巡河日志，上报发现的问题；②社会公众通过热线电话或微信公众号，举报水质、堤岸水面环境等水环境质量问题；③各级河长办和委办单位通过移动App接收水环境问题并现场处理，上传处理结果；④各级河长办使用Web网站，可以查看各级河长的履职情况、跟踪和监督问题处理进度、每个月为各级河长考核评分，同时掌握“一河一档”“一河一策”等基础档案资料。

智慧河湖管护云平台依托成熟的河长制管理信息系统，在其上搭建水利工程设施巡检管护系统和水政执法系统，扩展河长制系统中已建的各模块功能，并增加新的模块，实现水工设施的巡检、维修和涉水案件的上报、处理，以达到更加全面的河湖总体信息化管护的目的。智慧河湖管护云平台的总体框架，如图3所示。

下边，主要阐述新增的系统功能。

3.1.1 展示层

以Internet Web网站进行发布，各相关单位巡检人员、业务处理部门、上级主管部门、各级领导可以通过Internet访问，进行业务处理、分析统计、GIS地图展示和信息查询等。

水工设施的运转记录查询，设施报修、维修进度跟踪与处理结果，水政执法案件的派单、跟踪与办结情况查询，业务人员的巡检轨迹等相关业务工作均可以通过该系统完成，根据登录权限不同，用户可以处理与查看的内容有所不同。

河长巡河、河湖巡查员巡查过程中，可以通过智能移动终端App上报涉水事件和相关的照片、录像资料；业务人员进行水工设施巡检、各类检查时，可以使用移动App填写巡检记录单；相关人员进行水工设施维修或执法办案时，使用移动App在现场记录处理过程、上传各类佐证材料。

社会公众可以通过微信公众号上报涉水事件，查询事件处理进度和结果。

3.1.2 应用层

主要包括智慧河湖管护系统、移动App和微信公众号。智慧河湖管护系统主要负责有关水利工程设施巡检维修和水政执法办案等常规管理工作；移动App主要由水工设施检修人员进行现场检查、维修等工作，水政执法人员进行涉水事件核实、执法办案等现场采集工作；相关部门接收社会公众通过微信公众号上报的事件，转入执法办案流程。

3.1.3 数据层

需要建立相应的基础数据库和业务数据库，以存贮各级河湖管理机构和人员录入、采集的各类基础数据和系统运行过程中产生的各类业务数据，作为查询、统计和上报数据基础。

因该系统中运行地理信息系统（GIS），考虑其数据结构的特殊性，需要建立GIS空间数据库和GIS属性数据库。利用河长制系统中已有的河道、湖泊、水库专题图层，继续绘制水利工程等专题图层，录入相关的属性数据。

系统还需要对巡检、水工设施维修、涉水事件处理、执法办案过程中采集的各类照片、录像资料等多媒体文件进行管理。

3.1.4 运行环境

运行环境是系统运行的软硬件环境，包括云服务器、云存储设备、数据库系统、地理信息系统等。

3.1.5 传输层

为移动数据的采集、传输和用户对系统的访问建立数据传输通道。巡检人员、水政执法人员使用的移动终端设备将利用5G/4G信道进行数据传输；各级用户可以通过Internet访问系统网站。

3.1.6 采集层

包括各类基础数据、动态信息的采集。可以通过Web网站录入、导入，移动终端App现场采集、远程传输，无人机巡查，遥感影像图分析等方式采集各类基础数据和业务数据，通过传输层存入云平台的数据库系统中。

3.2 功能实现

以天津市为例，市水务局下辖多家管理单位，分别承担着各自所辖区域内的水利工程的运行管理、维修养护、安全监测等工作。每个单位都有自己的河道巡查人员定期巡查辖区内的河道、水工设施，他们负责着不同的业务范围，涉及水环境治理、水利工程巡查检修、水政执法等，需要向不同的主管部门上报，通过不同的业务流程进行处理。虽然各单位管辖的河湖和负责的水利工程设施各有不同，但工作性质和业务流程类似。所以，需要建设通用性和扩展性强的平台，通过强大而灵活的系统配置，以实现不同单位和人员的各司其职和各项业务的自动化流转。

本平台是在基础资料管理模块中实现该项功能。基础资料管理包括对单位、部门、负责人、执行人、巡检人员、河道、河段、湖泊、水库、水利工程、责任段、巡检内容、涉水事件、水政执法等业务和流程的管理，建立相互之间的关联关系。

3.2.1 建立字典库

录入单位、部门、负责人、执行人、巡检人员、执法人员的基本信息，均以主键ID值作为唯一标识，用于业务流程处理的每个环节。

河道、河段、湖泊、水库、水工设施（包括GPS位置信息）、巡检内容的数据录入，同样以不同的ID值来标识。

3.2.2 建立关联关系

将单位、巡检人员、河湖责任段、水工设施、巡检内容通过ID值相互绑定，以上内容出现变化时变更ID值即可。

最后，配置水工设施维修和涉水事件处理流程，为不同的流程设置每个环节进行处理的部门和人员。如此设置后，当有维修申请或涉水事件上报时，系统会自动流转给相关的处理部门和人员，每个环节处理后由系统自动流转到下一个环节。

3.3 智慧移动App设计

在河长制系统中已经设计了移动App用于河长和河湖巡查员巡河，本平台继续增加水工设施的巡检、定期检查、特别检查、专项检查、维修养护和水政执法。

移动App业务流程，如图4所示。

图4 移动App业务流程

3.3.1巡检轨迹精准定位

对于有条件的省市，可以在GIS地图中绘制出巡检路线，巡检人员使用App巡检时打开手机GPS定位功能，在巡检过程中如果巡检员超过距离既定路线5 m的范围，App会自动报警提示巡检员沿规定路线巡检，实现精准定位功能。

在没有条件绘制巡检路线的情况下，由系统管理员设定GPS坐标上传的时间间隔，App每隔既定时间上传一次GPS坐标，在巡检结束后即可从Web端的GIS地图上查看到巡检员的巡检轨迹图，通过与GIS地图的比对，可以实现对巡检人员的考核。

3.3.2 自动填报提醒

根据水工设施的GPS坐标，当巡检员到达其附近时，移动App自动变换为该水工设施的巡检单，巡检员只需进行挑勾等简单的操作即可完成巡检任务，实现智能管理。

3.3.3 自动预警

当巡检员发现有违法、违章现象或水工设施损坏、安全隐患等现象发生时，通过App上报，下一个环节的处理人员的手机中能够自动接收到提示信息，进行事件处理或派单操作，可加速事件办理速度。

与此同时，利用智能语音交互技术实现语音录入[2]，即可转换为文字存贮，减少巡检员、各项业务处理人员的手工录入工作量，提高工作效率。

4 新技术应用

4.1 GIS技术的应用

通过统一云平台的搭建，避免了“信息孤岛”的产生，实现了大数据的汇集。通过大数据分析技术，借助数学模型，可以在全市同一张GIS地图中直观地展示以下信息。

（1）计算每个水工设施出现问题的频次、时间间隔，通过各类数据的同比、环比，预估水利工程设施的运转状况，在GIS地图上标识出高危工程，为下一年度的项目规划提供依据。

（2）统计并显示不同时间段内各类涉水事件的发生比例，在GIS地图中用不同的颜色进行标识，直观地展示出问题点位和最易发生的涉水事件类型，为决策者制定或调整管理办法提供依据。

（3）通过分析不同时间段内的不同类型涉水事件的出现频率，设定警戒点，当事件连续发生次数超过警戒点，在GIS地图上通过颜色闪烁进行预警提醒，同时将预警信息发送到相关人员的手机中。

（4）通过自定义不同的查询、统计条件，在GIS地图或Web页面中可以查询各类事件的处理过程和结果、水利工程维修养护状况、水政执法情况、巡检人员的巡检轨迹等，还可以在GIS地图上直观展示河湖、水质类别、各类水利工程的分布和建设运转信息，包括视频接入信息等。

4.2 无人机的应用

采用无人机，配备可见光、红外等多光谱相机，利用4G/5G移动通信，实现对巡查人员无法到达的河段等地进行自动化巡查，可以自行设定1个月内的巡查次数，快速发现涉水事件等问题，接收存储巡查过程中采集的遥测数据，并对采集数据进行展示和分析。

5 结论

在信息化快速发展的今天，各种大数据分析技术为各行业的管理提供了便利的高科技手段，但各自建设、彼此不通的“信息孤岛”等现象制约了大数据的汇集和共享。通过智慧河湖管护云平台的建设，为水利各单位和相关单位提供一个标准和流程均统一的信息化管理系统，既避免了资金浪费，又为大数据的汇集共享提供了平台。相关领导和主管部门在同一个平台上就可以掌握全市河湖水环境、水利工程、水政执法情况，做到了对河湖情况的整体掌控。同时，智慧河湖管护云平台为各相关单位人员进行简单的培训即可使用，实现了智能操作，在充分利用河长制系统已有的河长巡河、河湖巡查员巡查功能的基础上，使得同一批巡查人员运行同一个手机App即可处理不同的业务，降低了工作人员的操作复杂度，提高了涉水事件的处理速度。