基于水利监管平台框架的黄河清河行动案例

段 勇，姚保顺

（黄河水利委员会信息中心，河南 郑州 450003）

0 背景

河湖管理涉及水域、岸线、采砂、排污口设置、涉河建设项目等方面，目前主要存在监管能力不足、手段落后等突出问题[1]。黄河水利委员会（以下简称黄委）历来对黄河生态环境保护问题高度重视。按照水利部部署，2018 年启动 “携手清四乱、保护母亲河”专项行动，实施河湖执法 3 a 攻坚和河湖违法陈年积案“清零”行动，严厉打击沿黄各类涉河违法行为[2]。为贯彻落实中央领导关于黄河生态治理问题的批示精神，2019 年 7 月 8 日，黄委召开清河行动动员大会，在全河范围内开展清河行动专项部署工作，专项行动旨在全面落实水利部党组有关“水利工程补短板、水利行业强监管”的工作要求，建立涉河生态问题台账，对黄河沿岸涉及的“四乱”问题进行集中清查，对黄河干流和重要支流入河排污口、取水口进行重新核实与资料更新，在生态台账的基础上，对发现的“四乱”问题提出确切的整改意见，从而建立信息准确、内容动态、自下而上、范围广泛、责任清晰的黄河生态治理专项体系。

为了全面保障黄委清河行动工作的实施效果，确保清查行动数据成果的全面准确，提高行动工作人员的工作效率，按照黄委岳中明主任的工作部署，黄委信息中心提出并设计了水利监管平台框架，并在此基础上开发了黄河清河行动信息服务平台（以下简称清河行动平台）。该平台安全实用，能够提供遥感影像解译服务、移动巡检工具、台账整编与统计服务、数据存储安全保障及可视化专题地图应用表达。

1 建设内容

清河行动所涉及的“四乱”、取水口、排污口等监管对象的清查范围包括黄河干流、重要支流和重点水库。其中，干流从黄河河源至入海口；重要支流包括湟水、大通河、洮河、大夏河、祖厉河、清水河、皇甫川、窟野河、无定河、渭河、泾河、伊洛河、沁河、大黑河、延河、汾河、大汶河；重点水库包括三门峡、小浪底（含西霞院水库）、故县等水库库区及东平湖滞洪区。

清河行动平台建设分为以下 4 个部分：1） 水利监管平台基础环境建设。在现有黄河数据中心的基础上对存储空间进行扩容，为遥感影像解译成果、清河行动现场照片和视频成果的存储提供坚实的存储支撑。2）疑似“四乱”问题的遥感解译。收集黄河流域高分辨率卫星遥感影像并进行数据处理，通过遥感解译技术，解译黄河清河行动工作范围内疑似“四乱”问题对象，分类统计汇总疑似“四乱”核查成果，并提供定位准确的遥感影像解译服务。3）台账数据整编。对流域基础性水利对象数据进行收集、处理和融合，提供功能完善好用的台账整编与统计系统。4）清河信息系统建设。开发移动 App 和巡查信息管理系统，完成台账信息上图等功能，提供方便实用的移动巡检工具和生动形象的专题地图应用展示。

2015 年，黄委印发了《黄委信息化资源整合共享实施方案》（黄总办〔2015〕369 号），明确了信息化资源整合共享的目标、任务和重点工作。2016 年5 月，黄委从治黄全局和战略高度推动信息化资源整合共享，部署实施信息化“六个一”重点工作[3]，经过近 3 a 的建设，已初步实现了黄委各类信息化资源的整合。在黄委信息化资源整合统一标准规范、网络与安全保障体系、黄委云管理平台运维管理体系等建设成果的基础上，提出并构建了水利监管平台框架。通过遥感、物联网、大数据、移动应用等技术手段，在统一黄委监督监管机制体系的保障下，开发建设了清河行动平台，平台依赖的总体框架图如图 1 所示。

2 水利监管平台框架

图 1 黄河清河行动信息服务平台整体架构图

水利监管平台框架分为以下 4 个部分：

1）智慧感知层。清河行动依赖的数据资源通过卫星遥感、网络舆情、知识提取和填报校核等技术手段获取，并统一汇聚至清河专业数据库中。通过卫星遥感技术，获取了黄河流域高分辨率卫星遥感影像，影像分辨率以优于 1 m 的遥感影像为主，优于 2.5 m 的遥感影像为辅。结合机器学习技术，对卫星遥感影像进行正射校正、融合、图像增强、真彩色合成、镶嵌、裁切等数据处理，为疑似“四乱”问题解译提供影像数据资源，同时为清河行动平台提供最新遥感影像。通过网络爬取技术，在互联网上搜集了黄河流域发生的重点涉河“四乱”、排污等问题的报道，利用文本挖掘技术，将信息内的核心关键词信息进行分词和结构化入库。清河行动核查对象的主要信息来自于黄委化信息资源整合工作的数据成果，利用知识图谱技术，将遥感解译成果、网络爬取成果、黄委信息化资源整合已有的排污口和取水口对象与行政区划、黄河干支流、水文分区等基础信息进行关联分析和信息抽取，并将成果信息入库，从而形成了清河行动工作核查的目标对象信息，以上数据处理工作在清河行动开始前进行。填报校核采集数据在清河行动开始后进行，由清河人员在巡河检查过程中，针对分析处理得到的目标清查数据进行检查和校核，通过移动 App，Web 端报表等手段，对于错误的数据进行纠错和更新，对于不全的数据进行填报和补充。

2）应用支撑层。包括数据资源池、数据服务和应用支撑。数据资源池是黄委信息化资源整合成果的重要组成部分。基于“一数一源、一源多用”的原则，汇聚黄河全流域全时多元数据资源。在黄委信息化资源统一标准规范的基础上，对各类采集或交换数据进行抽取、清洗、除重、转换等数据治理工作，形成标准一致的黄河全流域数据资源平台。对于清河行动而言，通过水利专网汇聚水利行业内部已有的各类基础和业务数据，网络舆情数据通过互联网进行实时的汇聚接入，数据接入后存入汇集库中。通过机器感知、知识图谱和数据治理服务的处理，从而最终形成清河行动目标清查数据，并将数据存入主题库中。清河行动结束后，其审核通过的最终成果数据在基础库中进行存储。清河行动各类原始、中间过程和台账数据通过微服务的封装与部署，为上层应用提供了针对用户数据存储、访问能力和共享与交换能力。应用支撑则借助黄委信息资源整合形成的通用组件、移动支撑、黄河一张图、网格管理、知识图谱和机器感知等服务为清河行动应用提供必要的应用服务资源，从而实现清河行动应用在移动端交互、在水利一张图体系下进行专题展示、网格化的信息统计与管理、与河湖监管相关的快速知识发现和知识抽取及敏捷的遥感观测与机器解译。

3）监管规则层。清河行动工作的实质是对黄河流域河湖岸线的监管，为了增强清河行动应用的专业性和实用性，水利监管平台框架扩展了黄委信息化资源整合应用框架，单独设立了监管规则层，可根据实际业务工作，设置预警预测指标、分析评价指标、审计监督指标和督察考核目标，未来黄委的各类河湖、水资源、水工程等监管应用可针对用户设置的监管指标与标准，在分析业务数据的基础上，在应用中开展预警预测、分析评价、审计监督和督察考核工作。清河行动应用作为监管规则层应用的先期实验，针对河湖监管问题，在抽取、清洗、汇聚、转换、统计清河行动数据的基础上，可实现对河道“四乱”、排污等问题的疑似分类和督察考核。

4）监管应用层。包括黄委清河行动成果展示系统、移动巡检 App 和台账管理系统 3 个部分内容，结合黄河一张图服务，分别实现了清河行动成果的统计展示、巡检过程追踪、上报巡检问题的审核与管理等功能。

3 “清河行动”案例成果

自 2019 年 7 月 8 日黄河清河行动启动以来，经过黄委各级单位的共同努力，至 9 月 8 日，圆满完成了《黄河清河行动工作方案》所确定的目标任务。全河直接参与清河行动的外业调查人员 210 余人，内业 50 余人，行程 33 万余 km。清河行动涉及沿黄9 个省区，参与人数众多，清查对象分布广泛，任务时间较为紧迫。清河行动平台为清河行动能在如此短时间内高效地完成既定工作目标起到了积极作用，提供了坚实的数据支撑、业务规范和应用保障。

1）数据支撑方面。通过卫星遥感、知识图谱、机器感知等技术的结合应用，在黄委信息资源整合成果的基础上，建成了机器解译与人工校核相结合的遥感解译、自动化定时采集网络舆情信息的数据采集、通过知识图谱技术进行数据关系梳理与数据抽取的知识发现等平台。其中，机器解译与人工校核相结合的遥感解译平台构建过程及成果示例如图2 所示。

2）业务规范方面。创新性地提出并开展了监管规则层的建设，通过与清河行动业务部门及相关专家的沟通，建立了标准统一、规则清晰的巡河巡查，“四乱”问题发现分类和清河监管对象下阶段的督察考核标准。

图 2 机器解译与人工校核相结合的遥感解译平台成果

3）应用保障方面。开发了定位准确、携带与使用方便的移动巡检 App 应用，为巡查人员提供了高效的巡查信息上报与纠错工具。建立了条目清晰的黄河清河台账管理系统，能够实时对巡检更新数据进行汇总、统计和归档。搭建了黄委清河行动成果大屏幕展示系统，能够深入结合已有黄河一张图的服务，将清河行动的最新成果在大屏幕投影，并向监管决策层领导进行统计成果的展示、数据挖掘分析和实时路线仿真。图 3，4 和 5 分别展示了清河行动移动巡检 App、台账管理系统和成果展示系统的建设成果。

图 3 清河行动移动巡检 App

图 4 清河行动台账管理系统

图 5 清河行动成果展示系统

4 经验总结

黄委清河行动的顺利完成离不开组织有序的行政管理和先进实用的技术支撑。

监管意识到位，行政措施得力有序是保障清河行动能够顺利实施的关键。在清河行动前，按照黄委领导指导、黄委机关部门牵头、黄委属单位作为技术支撑的原则，依据省（区）分为山东、河南、陕西、山西、宁蒙、甘肃、青海四川共 7 个行动组开展巡查工作，黄委机关制定《黄河清河行动工作方案》，明确了时间表、路线图和任务书。同时，为了确保各业务人员能够快速地对清河行动平台的各类软件快速上手，在巡查工作开始前，在黄委机关组织了为期 3 d 的技术培训。此外，按照“四不两直”标准，在工作开展前，专门针对巡查人员开展了以“不发通知、不打招呼、不听汇报、不用陪同接待、直奔基层、直插现场”为主题的工作动员会。

平台应用贴近清河专题监管业务，技术队伍有力保障提升了清河行动的工作效率。借助于黄委信息化资源整合成果，通过利用与机器学习技术相结合的遥感解译、网络数据爬取和知识图谱等技术，在黄委统一数据标准的基础上提供了清河行动原始的清查目标数据，通过利用移动技术，结合黄河一张图服务，构建了标准化的信息填报、审核、修改、统计、分析和展示应用服务体系。通过与业务工作的深度结合，利用信息化技术，由清河业务人员依据实际工作需要定制了清河行动中的各类监管规则，从而最终为清河行动巡查和决策人员提供了专业的移动巡检 App 应用、信息台账系统和清河行动成果大屏幕展示系统。

5 展望

习近平主席在黄河流域生态保护和高质量发展座谈会上指出“黄河流域生态保护和高质量发展，同京津冀协同发展、长江经济带发展、粤港澳大湾区建设、长三角一体化发展一样，是重大国家战略”。清河行动平台按照安全实用的信息系统建设要求，基于水利监管平台框架，结合清河行动工作目标，充分运用大数据、卫星遥感、知识图谱等新一代信息技术，提供了信息采集、上报、校对、上图等功能，协助各工作组对全河河湖管理范围内乱占、乱采、乱堆、乱建等“四乱”突出问题，以及取水口和排污口现状情况进行排查，全面摸清“家底”，建立台账和问题清单，弥补了相关水利对象基础监管数据资源不足、不全、不准的短板，为流域水利行业强监管奠定基础。

然而，由于建设时间紧迫，项目中涉及到的水利监管平台框架中的部分关键技术，在今后工作中仍然有必要进一步完善。如遥感影像解译问题，本次清河行动使用的影像自动分类技术仍然处于探索阶段，其解译成果仍然需要人工进行一定程度的干涉与校正。利用机器学习方法对影像自动分类、快速提取信息，将是日后应用的一大趋势[4]。此外，知识图谱本质上是一种复杂网络，往往需要借助于图算法完成。本次清河行动最终核查对象数据的主要来源是利用知识图谱技术关联分析黄委已有基础、网络舆情和遥感解译等数据后的综合成果，运算时间较长。此外数据更新时，需要重新进行重复性的二次运算，实施效率不高。如何科学地制订针对更新数据的应对策略,设置相关规则，并将检测到的数据更新情况及时高效地反馈到知识图谱中[5]，如何以清河行动平台案例为契机，将水利监管平台框架不断完善，将基于监管平台框架的各类监管应用做深做实是下阶段研究面临的另一问题。

下阶段工作的重点是监督整改并考核黄委清河行动中发现的河湖四乱及排污问题，建议各相关部门要以问题为导向，统筹考虑水资源保护、水域岸线管理与保护、水污染防治、水环境治理、水生态修复、执法监管等宏观管理目标，开展后续监管工作，强化地方河湖长机制的日常管理保护，保障后续监管措施“有抓手”“不落空”[6]。

黄河生态问题具有独特性，原因复杂。今后工作中，要加强部门协调联动，强化行政执法和刑事司法有效衔接，形成工作合力，尽快解决流域内存在的乱占乱建、乱围乱堵、乱采乱挖、乱倒乱排等重点难点问题，为黄河沿岸“河畅、岸固、水净、景美”而不断努力。