安徽省水土保持监测信息化建设与思考

1 背景

2011年，全国水土保持监测网络与信息系统建设二期工程在安徽省建设了25个水土保持监测点，安徽省形成了1个省级总站、六安、安庆、宣城和黄山四个水土保持监测分站、25个水土保持监测站点的水土保持监测网络。2017年，水利部印发了《关于加强水土保持监测工作的通知》，要求水土保持监测站点完善监测设施，更新监测设备，实现监测设施标准化、数据采集自动化和数据处理智能化。

2018年，水利部印发了《全国水土流失动态监测规划（2018-2022年）》》，通过实施覆盖全国的水土流失动态监测，掌握到县级行政区域的年度水土流失面积、分布、强度和动态变化。水土保持监测工作全面铺开，点面结合，监测能力有了明显的提升，亟待提高水土保持监测信息化能力与水平，一是水土保持监测工作自身发展需要有与之相匹配的信息技术与手段，二是通过水土保持信息化手段提高监测工作的管理水平。结合安徽省水土保持监测业务发展需求，开展了安徽省水土保持监测信息系统的开发和建设。

2 问题需求

2.1 水土保持站点数据库建设的需求

安徽省现有水土保持监测站点27个，涉及流域控制站、坡面径流场和综合观测站。水土保持监测站点的监测指标较多，涉及降雨、流量、径流量、流速、含沙量、气温、大气湿度、土壤温度、土壤含水量、风速、风向和蒸发量等，为统一监测数据的管理，并实现监测数据的实时传输和入库，急需建设一套水土保持监测数据管理平台。

2.2 水土保持监测数据比测校正需求

为适应新时期水土保持监测改革的需要，新技术新设备的大量应用是水土保持站点监测发展的必由之路和关键环节，但由于新设备尚处于试验和试用阶段，没有通过权威部门的检测认定，设备的稳定性和可靠性需要在使用过程中作进一步检验，需要通过信息化手段协助完成比测校正工作。

2.3 水土保持监测站点可视化管理需求

随着信息技术的发展，利用视频监控、倾斜摄影等技术可提高监测站点的管理水平，采取直观、立体的可视化交互方式大大提高了操作体验。同时，小流域下垫面的水土流失影响因素主要有降雨、土壤、植被、水土保持措施等，通过矢量或栅格图件可以清晰明了的展现。

2.4 水土保持整编资料审核和存储需求

《径流小区和小流域水土保持监测手册》和《水土保持监测资料整编规范》规定了水土保持资料整编十多种表格，为在资料整编过程中实现数据的调用、在线整编，在网络环境下实现资料的在线审查、复审等工作，都需要构建资料整编模块，模块的建立可以标准化格式，满足特征值自动统计分析、数据查错等功能。

2.5 水土流失动态监测和小流域划分成果应用需求

在全省“一张图”等平台基础上，初步实现全省流域和小流域的划分，小流域划分的应用主要体现了水土流失综合治理工程中，基于划分后的小流域和全省水土流失动态监测成果，初步掌握了小流域的水土流失状况，急需采取有效地数据管理方式，开发利用小流域划分成果，充分发挥数据价值。

3 关键技术

3.1 多源数据异构融合

针对水土保持遥感监测、空间地理、水土保持站点监测等数据、专题图件、知识库、模型库、方法库进行信息、技术、功能等多种来源、类型的数据进行有机融合，对遥感数据解译、智能化监测设备进行集成，构建立体、高效、安全的水土保持监测一体化数据资源库。采用空间属性一体化分布式数据库技术路线，可有效地解决异构数据采集存储、成果利用需求。

3.2 业务流程化有序数据控制

水土保持监测的主要目的是获取数据，保障数据的完整性、一致性以及质量，是监测信息化的核心价值。水土保持数据管理业务上包括了自动与人工的监测数据管理、空间数据的存储与查询管理以及资料整编的成果管理，形成了原始数据、过程数据到成果数据的全流程作业。为了让基层测站、地市主管单位、省级监管单位有机有序高效的协同工作，需要采取“互联网+”技术设计开发完成基于流程化控制的水土保持数据资源管理系统，通过建立上报审核更新机制实现标准化工作模式，加强数据质量控制。

3.2 数据可视化应用

对全省遥感影像、数字地图等进行处理、建库、叠加、优化，并进行加强、渲染和三维建模，采用视频监控技术、3S技术实现业务时空数据的集中展现，结合无人机技术构建三维全景可视化软件模块，使得管理者足不出户即可直观掌握监测点现场的画面及周边地形地貌情况，并综合水土保持自动监测过程和结果数据以动态图表可视化方式，实现比测校正和数据成果查阅利用等。

4 总体框架

结合安徽省水土保持工作实际和信息化管理需求，开发建设了“安徽省水土保持监测信息管理系统”，系统建设主要包括安全访问、监测数据管理、地理信息专题图、资料整编管理，用户权限和数据管理模块。实现了PC端和手机端共同接入方式，方便了监测信息化的户外移动办公。

（1）水土保持监测数据管理

对于采取自动监测设备的站点，各监测点的降雨、水位、流量、含沙量和气象等数据可实时在线上传和入库，通过软件可查看实时监测统计数据和历史监测数据。同时，系统还实现了月报数据的上报和汇编功能。系统还针对监测设备通信状态提供了故障实时报警，以便管理人员采取措施及时排除故障，保证监测设备处于正常工作状态。

（2）水土保持数据比测功能

监测系统在功能上设置了自动监测数据的比测功能，实测数据通过端口导入，自动监测数据通过RTU传输到系统中。通过同一时间段的实测数据与自动监测数据的对照，以图件和表格的形式对两种数据进行展示，图件可直观的展示数据间的趋势和相关关系，表格则对数据的绝对差值和相对误差进行了列表显示。同时，系统设置了率定参数，可以不定期对率定参数进行微调，以实现实测数据和遥测数据拟合关系。系统比测功能的使用，实现了新设备监测数据的实时监控和检测，通过实测数据的对照分析，为新设备在不同水势情况下的参数选取和率定提供了数据支持。

（3）水土保持监测可视化管理

为实现监测站点数据可视化管理，加强水土流失动态监测和地面定位监测数据融合，站点的地理信息专题图实现了以站点集水区边界为范围调取水土流失动态监测数据，获取集水区域内地形地貌、植被、降雨、土壤、水土保持措施等下垫面信息，动态掌握了水土保持监测站集水区的野外调查数据和基本工况，实现流域土地利用、沟道走向、流域DEM图和水土流失状况的查询、展示和导出功能。可视化管理的另一个功能是实现了视频在线和3D航拍全景管理，通过可移动式航拍画面全景展示水土保持监测站点全貌。对监测站点进行全景航拍，可在系统底图中叠加。在底图上设选择项，实现站点全景地貌查看。每个站点的航拍范围不少于1hm2。

（4）水土保持监测资料整编功能

依据水利部水土保持监测中心制定的《径流小区和小流域水土保持监测手册》、《水土保持监测资料整编规范》，在资料分析模块，包含整编资料、历史资料、资料导出和模板下载四个模块。

资料整编子模块分为四个子模块即原始资料整编、资料审查、资料复审、资料汇编等功能，在站点数据整编上报后，可通过一定权限的审核、审查功能对监测数据进行核查，通过核查后的数据方可导入数据库，并可实现导出、打印等功能。定制开发水土保持资料整编软件，实现数据上报汇总，分级权限管理、计算及整编工作，提供稳定可靠的数据管理平台，改善了数据上报方式，加强数据质量控制，提高数据汇总整编工作效率。

（5）水土保持监测数据统计功能

按照我省水土保持监测站点的监测指标、监测方法、整编格式，资料整编子模块的表格主要包括监测点基本情况表、径流小区基本信息表、径流小区逐次径流泥沙表等9个径流观测场整编表格，小流域调查表、逐日平均流量表、逐日平均含沙量表等9个流域控制站整编表格。分类设计了资料整编方式，模块区分了人工监测数据和遥测监测数据，遥测数据可从数据库中进行数据提取、计算和分析，实现整编数据和表格的自动化获取，因此模块提供了实时数据库导入、数据录入和文档导入等三种模式，方便不同表格的入库需求。基于水土保持站点监测整编成果，可调用水土保持监测数据库，方便查询监测站点关键指标数据，按一定参数可统计相关站点历年监测信息。

（6）基础地理数据库管理功能

按照《小流域划分及编码规范》，在全省“一张图”等平台基础上，对接山洪灾害调查等成果，制作全省水土保持专题矢量图。专题图在已有全省、市、县界行政区划、按流域划分的分干流、一级支流、二级支流、三级支流、全省主要湖泊等边界划分基础上，初步实现全省流域和小流域的展示管理，小流域的面积一般在30-50km2。以流域为单元进行水土保持管理，直观形象地表达流域水土保持专题信息的空间范围、类型、数量、分布等，支持小流域、区域或全省范围内不同时期的土地利用类型、土壤侵蚀强度等基本信息导入、查询及导出，支持小流域管理、图层管理、绘图计算（包括距离量算、面积量算、坡度量算、图例显隐）、属性信息、地图浏览、分类检索等功能。

安徽省水土流失重点防治区查询模块可实现点、线和面数据的系统导入和图上显示，研判点、线和面状所处位置与重点防治区的包含、部分重叠、交叉和不相关等关系，为水土保持管理部门或技术服务单位提供了便捷的工具。