基于大数据的浦东新区河道长效管理系统建设

孟钲秀，周 全

（上海市浦东新区水文水资源管理署，上海 200129）

0 引言

当前，强化城市管理，改善生态环境，实现经济和社会可持续发展已成为衡量一个城市文明和进步的标志[1]。其中，河道长效管理是城市管理的重要组成部分[2]。河道长效管理是指在整治河道的同时，根据“建管并重、重在管理”的方针，按照“整治一条河道，管理一条河道”的指导思想，以健全的管理体制和运行机制作保障，力求使河道管理做到“责任到人，管理到河，纵向到底，横向到边，贯穿常年”，实现河道管理的专业化、规范化、社会化、科学化，实现河道主要设计功能、保持河道设施完整和面清岸洁的目标[3–5]。

近年来，浦东新区各级政府和职能部门对“如何进行有效持续的河道管理、为城市可持续发展”做出了积极探索和努力[6]。《浦东新区国民经济和社会发展第十三个五年规划纲要》提出，根据全市最新的骨干河湖布局规划，浦东要突出“五横、六纵”的水系格局，加强全区水系的连通连接，畅通骨干河网，推进外环运河、沈沙港、浦东运河、人民塘随塘河等骨干河道疏浚、整治和拓展。但专项河道整治之后，如无相应有效的长效管理举措，河道治理成果将很快付之东流[7]。因此，针对浦东新区河道管理的现实问题，建立一套完善的河道长效管理保障机制，利用大数据等信息化手段实现河道养护管理的网格化和信息共享，落实全覆盖、常态化的巡检要求，从根本上改善浦东水环境面貌，最大化地发挥河道整治效益成为当务之急。

1 系统构建

1.1 整体架构

基于大数据的浦东新区河道长效管理系统以浦东新区水务信息共享服务平台为依托、有效整合水文、河道、养护单位等行业数据交换平台，以数据服务、GIS 技术、集成服务等模式支撑系统前端显示、查询和统计和各类功能。系统的总体结构主要由采集传输层、基础运行层、数据资源层、应用支撑层、业务应用层、应用门户层 6 个部分组成。

1.1.1 采集传输层

采集传输层是系统的数据源基础。信息采集方式包括自动和人工采集、在线和离线交换等方式实现数据从自动采集设备至新区水务条线各层级客户端的信息共享交换。

1.1.2 基础运行层

基础运行层主要通信网络主要依托浦东新区政务云平台进行系统搭建和部署。为河道长效管理系统提供基础运行环境，包括支撑各类应用运行和数据存储的服务器设施、存储设备、网络环境等。

1.1.3 数据资源层

数据资源层是系统信息汇集的目的地，主要实现基础地形、实时监测、河道巡检、系统配置等数据的存储与管理。

1.1.4 应用支撑层

应用支撑层主要由数据和集成服务等组成。主要内容如下：

1）数据服务。主要包括统一数据访问接口、数据目录和字典。

2）集成服务。主要包括门户框架，用户统一、权限及安全等管理。

3）服务管理。主要包括服务调用、装配、定制、日志、注册、监控等。

1.1.5 业务应用层

业务应用层作为河道长效管理系统的后台服务系统，依托应用支撑平台环境，提供巡检管理、统计分析、系统管理等多项服务。业务应用层支撑前端系统对各类实时监测和上报数据的访问、提取等功能。

1.1.6 应用门户层

应用门户层是业务管理者、信息服务获取者与系统实现互动的窗口，也是信息发布的平台。按照系统不同的服务对象，在统一门户技术框架下，为各类用户提供统一的信息服务入口和个性化信息服务。

1.2 网络拓扑结构

浦东新区河道长效管理系统主要依托浦东新区政务云平台软硬件基础环境进行部署，水务条线已建立与政务云平台的政务网连接，新区局领导、各业务部门可实现对系统的数据管理和应用服务访问。

系统网络物理拓扑图如图 1 所示。

图1 系统物理拓扑图

1.3 关键技术

河道长效管理系统的建立是一项崭新的、复杂的、技术创新的工作[8]。浦东新区河道长效管理系统一方面在浦东环保局信息中心统一的数据交换平台上，进一步整合完善现有的资源和网络信息；另一方面利用大数据、GIS 等技术，通过对水务设施数据、河道巡检数据等数据的采集、分析和统计，形成可视化的河道巡检养护信息成果，迅速、准确、直观地展现河道和相关水务设施巡检与养护的现状和成效，为河道长效管理和保护机制的建立提供有力的技术支撑。

1.3.1 元数据管理技术

本项目中数据库的分类管理需要利用元数据管理技术，元数据是关于数据的数据，是以计算机系统能够使用与处理的格式存在的、与内容相关的数据，它是对内容的一种描述方式。通过这种方式，可以表示内容的属性与结构信息。元数据分为描述、语义、控制和结构等元数据。通过对元数据与原始内容分离技术，单独对元数据进行处理，从而简化对内容的操作过程。针对语义与结构元数据，根据用户需要，还可用于内容检索和挖掘。元数据模型如图 2 所示。

图2 元数据模型

浦东新区河道长效管理系统一方面充分依托目前水务条线的数据资源，在信息中心数据交换平台基础上，完善水务系统统一的信息化基础设施资源库，通过统一的交换平台实现与外部数据的交换共享，确保数据的实时性、准确性和真实性；另一方面利用元数据技术对数据资源层进行存储和管理，实现基础地形与遥感影像空间、实时监测、水务规划、水务设施、工程管理及系统配置等数据信息汇集和共享。

1.3.2 基于面向服务的体系架构

浦东新区河道长效管理系统使用基于面向服务的体系架构（SOA）提高数据和内容连接性和互用性。与传统的数据和内容管理方法相比，最关键的区分标志是它可以为在合适的时间、地点并且有正当理由需要它的任何用户提供服务。基于 SOA 的信息管理还具有以下优点：

1）允许系统的 IT 资产复用。数据建模、映射及转换功能是最复杂并且是最消耗资源的流程。当前的点对点信息集成不容易导致 IT 资产的复用。

2）加快开发速度，并且减少了开发和维护的费用，实现最大的成本效益。

3）创建了附加的基于完全集成化信息的业务模式。

4）简化了计算模型的总体复杂度。

1.3.3 GIS 技术

河道长效管理系统中各类养护及巡检的数据需要基于一张图的应用技术，WebGIS 是基于 Internet/Intranet 的 GIS 技术。用户可以通过 Web 浏览器浏览 WebGIS 站点中的空间数据、制作专题图，以及进行各种空间检索和分析。WebGIS 具有以下的优点：1）更广泛的访问范围；2）平台独立性；3）可以大规模降低系统成本；4）操作简单。

二三维一体化技术体系能保证二维与三维 GIS技术的无缝融合，包括二维与三维在数据模型、数据存储方案、数据管理、符号、可视化和分析功能的一体化，提供海量二维数据直接在三维场景中的高性能可视化、二维分析功能在三维场景中的直接操作和越来越丰富的三维分析功能。突破了单纯的三维只能查一查、看一看的瓶颈，推动三维 GIS 升华为面向业务管理和辅助决策的深度应用。

2 系统功能

基于大数据的浦东新区河道长效管理系统主要分为五大系统功能。

2.1 平台首页

河道长效管理信息服务平台的首页突出地图功能，各级用户可按照市管、区管、街镇、村级分别筛选查看所属等级的河道。另外包括地图基础操作、查询、定位、专题分析等功能。

2.2 巡检管理

针对河道巡检养护工作的业务特点，巡检管理突出业务管理，对河道长效管理任务的类型、巡检单和巡检员数量等管理目标进行了量化展示。包括巡检概况、巡检上报数量统计、业务处理、巡检单和巡检员管理，主要实现如下：

1）巡检类型汇总。巡检上报问题的概况分析，可以按单位、时间、问题类型进行检索。

2）巡检数量统计。统计当天、本周和本月的巡检上报数量。

3）待办事项。根据登录用户的权限，动态生成待功事项，用户巡查业务流程处理，包括待派遣、待处理、待复核、待审核。

4）巡检单管理。提供多条件的组合查询，条件包括单位类型、河道等级、整改类型、处理状态、养护等级、标段、所属镇、河道名称、单位名称和巡查员名称，查询结果以分页列表显示；巡检单详细页面的内容包括基本信息、照片和流转记录。

5）巡查员管理。按单位列出已经注册到本系统中的移动端用户，并显示用户的基本信息和版本信息。

2.3 统计分析

统计分析功能在浦东新区河道长效管理系统中占据重要地位，对掌握河道巡检工作的总体情况和各单位的使用情况，了解各类问题发生比例和处理情况，最终按照考核标准得出各单位巡检工作的评分结果，具体实现如下：

1）一周巡查统计。显示本周的巡查统计信息，包括巡查覆盖情况、巡检单问题占比和巡查单处理情况占比，覆盖率图表中区管河道的巡检情况按养护标段排名，镇管河道的巡检按街镇排名。

2）问题类型汇总。按部件类的分类子项汇总出各标段养护河道的巡检问题数量、整改数量和按时整改率。

3）问题整改统计。按部件类的分类子项统计出各标段养护河道的巡检问题数量、按时整改率和整改优良数量。

4）考核评分统计。根据河道中心制定的考核标准，结合巡查工作的业务处理情况，对区镇管两级养护单位进行考核评分，按考核得分进行排名。

5）系统使用情况统计。统计区镇管两级养护单位的人员注册情况和各类问题的巡查上单情况，结果支持导出，每周向养护单位公示。

6）河道巡查情况汇总。依据巡视覆盖标准，按养护公司、时间段（年、季、月、周）汇总一线巡检人员的巡视覆盖情况。

2.4 信息公示

河道养护主管部门通过本功能向养护公司发送信息，传达巡查管理通知等，主要实现以下功能：

1）信息显示与查询。通过设置时段查询信息公示的记录。

2）信息编辑与发布。创建一个用于发布的信息公示，内容包括标题、内容和发布人。

2.5 系统管理

系统管理为整个平台提供服务支撑，包括用户基本信息管理、系统模块管理和用户权限分配。

3 系统应用

浦东新区河道长效管理系统上线 3 个月以来，河道养护管理用户达到 700 多个，用户范围涉及区环保市容管理部门、各镇河道管理部门、镇管河道养护公司、各镇河道保洁社和第三方监管单位，累计巡查养护上报单数 57 000 余起，有效巡河里程达到280 000 多 km，基本实现了全区河道养护全覆盖。

1）实现了河道网格化管理。建立和完善了河道养护工作的流程及相关制度，强化了监督发现机制，提高问题的发现能力，促进网格化管理和河道长效管理的创新，为河道长效管理工作的精细化、智能化、集成化提供了有力支撑。

2）形成了常态化巡检管理机制。系统通过全覆盖、常态化的设计思路，基于大数据，在原有巡检和地图数据的基础上，充分利用物联网、视频监控等技术优化管理范围内河道巡检工作的点位和布局，建立统一的养护工作量和设施管理监控网络，实现全天候、空天地一体的实时监控系统；通过图像分析处理、数据存储和大数据等技术实现对各类养护信息的采集，存储，处理和展示，实现指挥中心与现场多媒体之间的信息交互，便于决策者及时全面地掌握管理范围内的河道水体养护现状和趋势。

4 结语

通过大数据系统构建，面向新区河道管理和巡查养护单位的浦东新区河道长效管理系统集巡检管理、统计分析、信息公示和系统管理等多项功能于一体，完成了全区河道养护全覆盖目标，实现了与河道巡检养护、网格等系统的资源共享和信息互通，促进了网格化和河道长效管理的创新，进一步提高了水资源水环境为区域经济社会可持续发展的服务保障能力。