移动GIS 在饮用水水源地常态化监管中的应用

童为民，李建峰，邓会凯

（1. 贵州省水利水电勘测设计研究院有限公司，贵州 贵阳 550002）

水是生命的源泉，更是人类赖以生存和发展不可或缺的物质资源[1]。近年来，工业化的飞速发展，对生态环境造成了灾难性的损害，导致资源短缺、环境污染、生态破坏等全球性的重大危机[2]。面临严重的水危机已是不争的事实，全球化解水资源危机已刻不容缓[3-5]。因此，如何加强饮用水水源地的管控力度已引起相关部门的重视。为保障人民身体健康和经济建设发展，保证饮用水水源保护区的环境质量，我国于1989年7月颁布了《饮用水水源保护区污染防治管理规定》，将饮用水水源保护区分为一级和二级保护区，必要时还可在饮用水水源保护区外围划定一定的区域作为准保护区。各地区根据实际发展状况，制定了相应的法律法规和规章制度，成立了相关水源地保护机构，预防饮用水水源保护区污染。同时，各相关机构、单位等也研究并构建了水质预警指标体系，从而增强水资源的保护力度[6-9]。然而，在实际工作中，各部门存在意见不统一、互相推诿、监管不到位等现象，导致水质预警指标体系多样复杂，给饮用水水源地的监管造成了诸多问题。本文针对集中式饮用水水源地的监管现状，结合移动GIS 关键技术，利用信息化手段加强水源地的常态化监管。

1 饮用水水源地监管现状

从长期监管的角度出发，饮用水水源地监管的主要技术手段包括不定期获取高分辨率影像、水质检测设备实时监测、巡查人员定期巡查等。详细监管方案与特点如表1所示[10-14]。

表1 饮用水水源地监管方案与特点

尽管当前的饮用水水源地监管技术手段丰富多样，但仍存在一些问题：①影像解译结果查看不方便；②水质检测设备预警信息使用简单；③现场巡查人员难以监管；④突发事件处理不及时，且难以追踪溯源等。为了进一步通过信息化手段加强集中式饮用水水源地的常态化监管，本文基于移动终端、无线通信、地图服务、空间定位、空间数据库等移动GIS 关键技术，实现了遥感影像、无人机影像、水质监测设备、巡查人员的综合化管理，支持及时展示高分辨率影像解译结果、实时掌握水质趋势情况、精准掌握巡查人员的工作状况以及动态跟踪事件处理流程。

2 关键技术

2.1 移动GIS技术

随着移动终端、移动通信、GIS 等技术的高速发展，移动GIS 已成为热门研究领域，应用于国土、环保、筑建、农业等行业[15]。移动GIS将移动通信、GIS与空间定位等技术完美融合，实现了基于移动终端的地理信息采集、传输、处理与分析。人们日常使用的移动终端集成了诸多空间定位设备，能精确测定三维坐标、移动速度、时间等空间信息，且抗干扰性好、隐蔽性强、能适应野外复杂的地理环境，具有实时性、全球性、连续性等监测特点，被广泛应用于各种大型工程项目中，为水源保护区巡查提供了强有力的空间数据采集平台。同时，其强大的二次开发功能，还为饮用水水源地常态化监管系统提供了良好的基础平台。

2.2 地图服务技术

地图服务技术是为实现互联网或局域网内数据共享而提供的数据发布或空间分析接口，主要包括地图引擎、数据管理、数据库、权限控制等功能。目前，国外的Google Map、MapBox 等以及国内的百度地图、腾讯地图、高德地图和天地图等已广泛服务于各个领域。同时，国内外企业或单位提供了ArcGIS Server、GeoServer、超图等诸多地图服务发布功能，能为饮用水水源保护区解译后的影像发布提供地图服务平台。

2.3 空间数据管理

饮用水水源保护区常态化监管产生的数据具有数据量大、类型繁杂的特点，一般的关系型数据库难以满足系统需求。相对于传统关系型数据库，空间数据库能有效支持具有一定空间要素特征的复杂对象存储，具有数据量庞大、可访问性高、数据模型复杂、属性数据和空间数据联合管理等特点。通过空间数据和属性数据相结合，可高效准确地对污染源数据进行定位、筛选、空间统计和空间分析，从而提升水源保护区常态化监管工作的效率和准确性。

3 系统组成

基于Android、ArcGIS、SQL Server 空间数据库等平台，本文研发了饮用水水源保护区常态化监管系统。该系统由移动端App、Web 端和服务器端3 个部分组成，如图1 所示，其中移动端App 包括影像数据管理、水质监测预警、水源保护区巡查、事件上报与处理、工作统计等模块；Web 端包括基础数据管理、业务管理、预警分析、监管App、水质监测等功能；服务器端由代理服务器、应用程序服务器、数据库服务器、GIS服务器以及文件服务器组成。

图1 系统组成架构

4 在饮用水水源地中的应用

系统已成功应用于贵州省黔中水利枢纽一期工程集中式饮用水水源保护区中，保护区位于长江和珠江两大流域分水岭地带，是贵州省首个大型跨地区跨流域长距离水利调水工程，用以解决黔中地区十多个县（市）的农业、工业、生活、城市等用水，覆盖面积达4 711 km2。保护区范围内包括水质监测站点30 多个、巡查人员100多人以及突发事件处理责任人30多人。

4.1 水源保护区巡查

水源保护区的定期巡查，是及时发现、制止、处理和报告保护区内发生的各种破坏水环境违法行为的重要手段；但一些管理人员难免存在流于形式、不负责、不作为等行为问题。为解决上述问题，需要明确每个巡查人员在水源保护区的巡查范围，管理人员在巡查时需要启动开始巡查功能，实时采集巡查人员的轨迹数据。巡查地图上标记了界桩、界牌、保护区范围线等信息，并支持导航功能，确保巡查人员能够准确快速地在保护区范围内履行职责。在工作统计中，能实时统计每位巡查人员的巡查次数、巡查距离和巡查时间，一键生成考核表，支持管理员随时掌握巡查人员的实际情况，有效解决了现场巡查人员难以管理的问题，如图2所示。

图2 保护区巡查

4.2 水质检测预警

采用水质检测设备是直接反映水质健康状况的必要手段。通过水源保护区范围内安装的水质检测设备，实时获取设备检测到的氨氮、总磷、PH 值、电导率、溶解率等各项指标结果（图3），将水质检测超标、设备采集异常等信息迅速推送至移动终端；管理人员在接收异常值预警后，结合不同时间段的水质实时数据、各项监测值指标趋势信息、监测站点位置、采集时间等信息，进行管理决策。

图3 水质检测预警

4.3 影像数据管理

经过自动解译与人工解译相结合的方式，对采集的卫星遥感影像数据或无人机航飞影像数据进行解译，并通过ArcGIS地图服务接口，以地图服务的形式发布解译结果，支持移动终端随时查询解译结果。系统可叠加显示多期相同饮用水水源地解译影像，分别设置不同期的影像透明度，如图4 所示，直观显示水源地不同时期的实地变化情况；再结合影像解译报告，可从大范围上对水源保护区进行监管。

图4 航飞遥感影像管理

4.4 突发事件上报与处理

在巡查过程中，需要及时报告突发事件，可通过饮用水水源地常态化监管系统的事件上报功能，选择处理人、事件类型、发生时间、发生库区、发生地址、文字描述、语音描述、拍摄照片、拍摄视频等快速上报事件。相关处理人将会收到待办事件，且必须在规定时间内及时提交处理结果，否则相关部门将进行追责。结合系统的工作统计功能，可对巡查人员的上报次数、处理次数、事件处理率、上报类型等进行实时统计，不仅记录了事件处理的整个流程，而且对处理事件的人员进行了监督管理，确保突发事件能被快速、准确、有迹可循的高效处理。

5 结 语

为加强饮用水水源保护区的常态化监管，进一步防止水环境污染、破坏等行为，本文提出了一种基于移动GIS 技术的饮用水水源保护区常态化监管方案，实现了影像数据、解译报告、水质检测信息、巡查人员以及突发事件处理的综合化管理，有效解决了影像解译结果查看不直观、水质检测信息应用简单、现场巡查人员难以监管、突发事件处理不及时、事件无法追踪溯源等水源保护监管问题，为饮用水水源保护区常态化监管提供了一种更加全面、精细、实时、科学的决策参考。保护区监管平台产生了海量的监测数据，本文尚未充分综合运用平台采集的监测数据，基于监测数据的挖掘分析、可视化分析等有待进一步深入研究。