安徽省水土保持監測信息化建設與思考

1 背景

2011年，全國水土保持監測網絡與信息系統建設二期工程在安徽省建設了25個水土保持監測點，安徽省形成了1個省級總站、六安、安慶、宣城和黃山四個水土保持監測分站、25個水土保持監測站點的水土保持監測網絡。2017年，水利部印發了《關於加強水土保持監測工作的通知》，要求水土保持監測站點完善監測設施，更新監測設備，實現監測設施標準化、數據採集自動化和數據處理智能化。

2018年，水利部印發了《全國水土流失動態監測規劃（2018-2022年）》》，通過實施覆蓋全國的水土流失動態監測，掌握到縣級行政區域的年度水土流失面積、分佈、強度和動態變化。水土保持監測工作全面鋪開，點面結合，監測能力有了明顯的提升，亟待提高水土保持監測信息化能力與水平，一是水土保持監測工作自身發展需要有與之相匹配的信息技術與手段，二是通過水土保持信息化手段提高監測工作的管理水平。結合安徽省水土保持監測業務發展需求，開展了安徽省水土保持監測信息系統的開發和建設。

2 問題需求

2.1 水土保持站點數據庫建設的需求

安徽省現有水土保持監測站點27個，涉及流域控制站、坡面徑流場和綜合觀測站。水土保持監測站點的監測指標較多，涉及降雨、流量、徑流量、流速、含沙量、氣温、大氣濕度、土壤温度、土壤含水量、風速、風向和蒸發量等，為統一監測數據的管理，並實現監測數據的實時傳輸和入庫，急需建設一套水土保持監測數據管理平台。

2.2 水土保持監測數據比測校正需求

為適應新時期水土保持監測改革的需要，新技術新設備的大量應用是水土保持站點監測發展的必由之路和關鍵環節，但由於新設備尚處於試驗和試用階段，沒有通過權威部門的檢測認定，設備的穩定性和可靠性需要在使用過程中作進一步檢驗，需要通過信息化手段協助完成比測校正工作。

2.3 水土保持監測站點可視化管理需求

隨着信息技術的發展，利用視頻監控、傾斜攝影等技術可提高監測站點的管理水平，採取直觀、立體的可視化交互方式大大提高了操作體驗。同時，小流域下墊面的水土流失影響因素主要有降雨、土壤、植被、水土保持措施等，通過矢量或柵格圖件可以清晰明瞭的展現。

2.4 水土保持整編資料審核和存儲需求

《徑流小區和小流域水土保持監測手冊》和《水土保持監測資料整編規範》規定了水土保持資料整編十多種表格，為在資料整編過程中實現數據的調用、在線整編，在網絡環境下實現資料的在線審查、複審等工作，都需要構建資料整編模塊，模塊的建立可以標準化格式，滿足特徵值自動統計分析、數據查錯等功能。

2.5 水土流失動態監測和小流域劃分成果應用需求

在全省“一張圖”等平台基礎上，初步實現全省流域和小流域的劃分，小流域劃分的應用主要體現了水土流失綜合治理工程中，基於劃分後的小流域和全省水土流失動態監測成果，初步掌握了小流域的水土流失狀況，急需採取有效地數據管理方式，開發利用小流域劃分成果，充分發揮數據價值。

3 關鍵技術

3.1 多源數據異構融合

針對水土保持遙感監測、空間地理、水土保持站點監測等數據、專題圖件、知識庫、模型庫、方法庫進行信息、技術、功能等多種來源、類型的數據進行有機融合，對遙感數據解譯、智能化監測設備進行集成，構建立體、高效、安全的水土保持監測一體化數據資源庫。採用空間屬性一體化分佈式數據庫技術路線，可有效地解決異構數據採集存儲、成果利用需求。

3.2 業務流程化有序數據控制

水土保持監測的主要目的是獲取數據，保障數據的完整性、一致性以及質量，是監測信息化的核心價值。水土保持數據管理業務上包括了自動與人工的監測數據管理、空間數據的存儲與查詢管理以及資料整編的成果管理，形成了原始數據、過程數據到成果數據的全流程作業。為了讓基層測站、地市主管單位、省級監管單位有機有序高效的協同工作，需要採取“互聯網+”技術設計開發完成基於流程化控制的水土保持數據資源管理系統，通過建立上報審核更新機制實現標準化工作模式，加強數據質量控制。

3.2 數據可視化應用

對全省遙感影像、數字地圖等進行處理、建庫、疊加、優化，並進行加強、渲染和三維建模，採用視頻監控技術、3S技術實現業務時空數據的集中展現，結合無人機技術構建三維全景可視化軟件模塊，使得管理者足不出户即可直觀掌握監測點現場的畫面及周邊地形地貌情況，並綜合水土保持自動監測過程和結果數據以動態圖表可視化方式，實現比測校正和數據成果查閲利用等。

4 總體框架

結合安徽省水土保持工作實際和信息化管理需求，開發建設了“安徽省水土保持監測信息管理系統”，系統建設主要包括安全訪問、監測數據管理、地理信息專題圖、資料整編管理，用户權限和數據管理模塊。實現了PC端和手機端共同接入方式，方便了監測信息化的户外移動辦公。

（1）水土保持監測數據管理

對於採取自動監測設備的站點，各監測點的降雨、水位、流量、含沙量和氣象等數據可實時在線上傳和入庫，通過軟件可查看實時監測統計數據和歷史監測數據。同時，系統還實現了月報數據的上報和彙編功能。系統還針對監測設備通信狀態提供了故障實時報警，以便管理人員採取措施及時排除故障，保證監測設備處於正常工作狀態。

（2）水土保持數據比測功能

監測系統在功能上設置了自動監測數據的比測功能，實測數據通過端口導入，自動監測數據通過RTU傳輸到系統中。通過同一時間段的實測數據與自動監測數據的對照，以圖件和表格的形式對兩種數據進行展示，圖件可直觀的展示數據間的趨勢和相關關係，表格則對數據的絕對差值和相對誤差進行了列表顯示。同時，系統設置了率定參數，可以不定期對率定參數進行微調，以實現實測數據和遙測數據擬合關係。系統比測功能的使用，實現了新設備監測數據的實時監控和檢測，通過實測數據的對照分析，為新設備在不同水勢情況下的參數選取和率定提供了數據支持。

（3）水土保持監測可視化管理

為實現監測站點數據可視化管理，加強水土流失動態監測和地面定位監測數據融合，站點的地理信息專題圖實現了以站點集水區邊界為範圍調取水土流失動態監測數據，獲取集水區域內地形地貌、植被、降雨、土壤、水土保持措施等下墊面信息，動態掌握了水土保持監測站集水區的野外調查數據和基本工況，實現流域土地利用、溝道走向、流域DEM圖和水土流失狀況的查詢、展示和導出功能。可視化管理的另一個功能是實現了視頻在線和3D航拍全景管理，通過可移動式航拍畫面全景展示水土保持監測站點全貌。對監測站點進行全景航拍，可在系統底圖中疊加。在底圖上設選擇項，實現站點全景地貌查看。每個站點的航拍範圍不少於1hm2。

（4）水土保持監測資料整編功能

依據水利部水土保持監測中心制定的《徑流小區和小流域水土保持監測手冊》、《水土保持監測資料整編規範》，在資料分析模塊，包含整編資料、歷史資料、資料導出和模板下載四個模塊。

資料整編子模塊分為四個子模塊即原始資料整編、資料審查、資料複審、資料彙編等功能，在站點數據整編上報後，可通過一定權限的審核、審查功能對監測數據進行核查，通過核查後的數據方可導入數據庫，並可實現導出、打印等功能。定製開發水土保持資料整編軟件，實現數據上報彙總，分級權限管理、計算及整編工作，提供穩定可靠的數據管理平台，改善了數據上報方式，加強數據質量控制，提高數據彙總整編工作效率。

（5）水土保持監測數據統計功能

按照我省水土保持監測站點的監測指標、監測方法、整編格式，資料整編子模塊的表格主要包括監測點基本情況表、徑流小區基本信息表、徑流小區逐次徑流泥沙表等9個徑流觀測場整編表格，小流域調查表、逐日平均流量表、逐日平均含沙量表等9個流域控制站整編表格。分類設計了資料整編方式，模塊區分了人工監測數據和遙測監測數據，遙測數據可從數據庫中進行數據提取、計算和分析，實現整編數據和表格的自動化獲取，因此模塊提供了實時數據庫導入、數據錄入和文檔導入等三種模式，方便不同表格的入庫需求。基於水土保持站點監測整編成果，可調用水土保持監測數據庫，方便查詢監測站點關鍵指標數據，按一定參數可統計相關站點歷年監測信息。

（6）基礎地理數據庫管理功能

按照《小流域劃分及編碼規範》，在全省“一張圖”等平台基礎上，對接山洪災害調查等成果，製作全省水土保持專題矢量圖。專題圖在已有全省、市、縣界行政區劃、按流域劃分的分幹流、一級支流、二級支流、三級支流、全省主要湖泊等邊界劃分基礎上，初步實現全省流域和小流域的展示管理，小流域的面積一般在30-50km2。以流域為單元進行水土保持管理，直觀形象地表達流域水土保持專題信息的空間範圍、類型、數量、分佈等，支持小流域、區域或全省範圍內不同時期的土地利用類型、土壤侵蝕強度等基本信息導入、查詢及導出，支持小流域管理、圖層管理、繪圖計算（包括距離量算、面積量算、坡度量算、圖例顯隱）、屬性信息、地圖瀏覽、分類檢索等功能。

安徽省水土流失重點防治區查詢模塊可實現點、線和麪數據的系統導入和圖上顯示，研判點、線和麪狀所處位置與重點防治區的包含、部分重疊、交叉和不相關等關係，為水土保持管理部門或技術服務單位提供了便捷的工具。