基于河道数据采集的智慧河长制信息化建设研究

吴成秋，吴宏宇，温海燕

（1.江苏省水文水资源勘测局徐州分局，江苏 徐州 221006；2.无锡市水利工程管理中心，江苏 无锡 214101）

1 前言

全面推行河长制是解决我国复杂水问题、维护河湖健康生命的重要举措。在智慧水利建设目标要求下，运用物联网、云计算、大数据、移动互联网等技术手段，构建河长制管理信息平台，可以为全面推行河长制工作提供技术支撑、信息化服务和业务协同保障[1-2]。

智慧水利是运用先进信息技术（如物联网、大数据、遥感、人工智能识别、5G 等），对水利信息资源进行充分开发和利用，进而实现水利信息的自动化采集、数字化管理以及智能化决策等目标[3]。随着河湖长制工作的推进，通过基于各种先进信息化手段开展信息平台建设，有助于实现河湖管护模式的高效、便捷、长效以及可持续的发展[4]。将河湖大数据纳入河湖管护治理模式，通过大数据技术与河湖治理模式的深度融合，构建“河长制+大数据”的河湖管护模式，能够有效促进智慧水利建设[5]，已成为智慧水利建设的关键，具有重要意义。当前，以GIS 为核心的智慧水利“一张图”建设已取得重大成果，有效推动了河湖治理信息化建设。然而，如何高效准确地开展以GIS 为核心的河道数据采集，是“河长制+大数据”河湖管护模式构建和智慧水利“一张图”建设所面临的关键问题之一。

本文以江苏省徐州市为研究区域，以徐州地区市、县（区）、镇（社区）、村级河长制河道名录为基础数据支撑，采用ArcGIS 和卫星影像采集河道数据，探究河道现状，剔除已填平、不存在的河道，补充新增河道，完善徐州市各县区河道信息，并基于河道采集数据开发地理数据库，构建徐州市河长制水系“一张图”，促进智慧水利框架下“河长制+大数据”的河湖管护模式的构建。

2 研究区域概况

江苏省徐州市隶属我国淮河流域，分属故黄河水系、濉安河水系以及沂沭泗水系，区域水系河网密集分布，河湖库相互连通，初步建成了能够满足区域供水、洪水防治以及农业灌溉等多项服务功能协调统一的水利工程体系。

为加强徐州市河湖管理与保护能力，切实维护河湖健康生命，徐州市出台《徐州市全面推行河长制工作方案》，提出在全市范围内全面推行河长制，实现湖泊、中小型水库、村级以上沟河等各类水域河长制全覆盖，建立覆盖市、县、镇、村的河长制水利工程体系。因此，梳理河湖现状，进行全面准确的河湖调查，将对徐州市“河长制+大数据”的河湖管护模式和智慧水利建设提供强有力支持。

3 河道信息采集工作流程

一是收集相关资料，主要包括河长制“四级”河道相关数据、行政边界以及遥感影像等资料；二是现场踏勘，市级、县级河道基本保存完好，但是部分镇级、村级河道存在改道、新增、被掩埋，以及相关河长信息变动等情况，因此需到相应河长办及镇水利站搜集相关河道资料，并利用GPS 对新修、改道河道轨迹进行现场测量记录；三是对河道数据统计分类及数据处理，将所收集的资料以及河道编码按照规定导入Excel 表格；四是采用ArcGIS 等空间数据处理软件，基于遥感卫星影像提取到相应河道中心线，并对矢量数据赋值属性信息；五是进行数据自检，整理和校核河道数据资料，补充遗漏信息，删减多余部分；最后建设地理信息数据库，促进河长制信息化平台建设。图1 为河道信息资料采集的工作流程图。

图1 河道信息资料采集的工作流程图

4 河道信息采集方法

4.1 资料收集及处理

河道信息数据采集开始前，需要进行河长制所需资料的收集和处理工作。需要准备的河长制资料如表1 所示。

表1 河长制所需资料数据表

河道属性信息较为冗杂，根据徐州市河湖名录和详细河道信息，剔除已填平和不存在的河道，补充新增河道信息资料。并按河长制巡河系统相关要求录入河道属性信息，如河道层级、河道名称、河道编码、上级河段、起讫点位置坐标、河长名称、河长职务、河长用户名以及所属行政区等信息，河道信息表字段属性设置见表2。

表2 河道信息字段属性表

4.2 河段、河长编码方法

为满足河长制信息平台的各项业务功能与河段相对应，需要为每条河段设定一个特定的编码。相应河道的河长设置一个单独的河长用户名，用尽可能简要的编码表达更详细的河段信息是研究编码规则的主要目的[6]。

本次河段编码方式采用“河道名称+行政区划”的组合形式。编码采用河道名称加行政区划首字母的方式编码，如JHYHXZDPXDWDZDLDCD 表示京杭运河徐州段沛县段五段镇段六段村段。河长用户名采用“行政区划+河长姓名”的组合形式。编码采用所属行政区划首字母及河长姓名全拼的方式编码，如京杭运河沛县段县级河长张三，其用户名为pxzhangsan。河道编码和河长用户名首字母及全拼的提取可通过在Excel 中VisualBasic 模块中编写汉字提取拼音程序批量完成，便捷且不易出错。

4.3 河道位置信息采集及属性挂接

河道地理位置信息采集，即采集河道的整个轨迹[7]，主要是基于遥感卫星影像数据资料、近年测绘基础数据资料，以及GPSRTK 全野外的数字化信息采集手段等。以数字化技术方法进行河道中心线平面位置的信息采集，具体如下：对于在卫星遥感影像图中能够清晰辨认的河道，可以直接于卫星影像图中绘制河道中心线；对于在卫星影像图或者测绘基础数据图中没有的村级河道，则采用GPSRTK进行实地数字化采集；采用AutoCAD 软件连接得到河道中心线，并结合ArcGIS 空间分析软件得到可用于编辑的Shapefile 文件资料。

以河段起讫点作为河流分段的参考点，基于徐州市行政区划边界的数据资料，采用ArcGIS 软件内置的矢量编辑功能，提取整个河道的轨迹坐标，根据起讫点位置和行政区划边界位置对河段进行处理，单独提取相应河段河道轨迹，最终得到符合要求的整条河的轨道坐标，以及依据行政边界、河道起讫点分割的河段数据，保存至属性信息表，录入河长制信息平台。

在矢量编辑完成后，为每条河段赋值属性信息，确保属性关联的一一对应。可将河道编码当作关联字段，以县为关联单元，使ArcGIS 与Excel 进行属性批量自动关联。

4.4 生成地理信息数据库

对矢量数据进行属性关联后，对河道轨迹按照市、县（区）、镇（社区）、村四级分类，制作可用于编辑的Shapefile 矢量数据文件。使用ArcCatalog 软件将各图层数据进行整合，纳入统一的Geodatabase 地理数据库，可以作为基础底图数据资料进入河长制平台。

5 结论

智慧水利信息平台建设可以有效服务于河长制的全面建设，直观展示河长制各类信息，切实推进河管护工作的顺利开展。基于ArcGIS 空间分析软件在空间地理信息处理方面的强大功能，对河道信息进行采集和空间编辑，制作可用于编辑的Geodatabase 河道地理信息数据库。未来将以更为精准和完善的数据采集资料来促进河长制的全面深化推行，压实河长制主体责任，提升河长履职能力。

（1）遥感卫星影像资料可以有效辅助市级和县级河道河段空间位置的准确定位，较传统河道测绘数据资料更为高效便捷。因卫星遥感影像分辨率精度受限，部分镇级和村级河道轨迹可采用GPS 数据进行辅助精确定位。

（2）采用“河道名称+行政区划”组合的河段编码方式，能够将河段细分到行政村级别，进而实现各级河长与不同河段之间的准确关联。

（3）以GIS 为核心的河道数据采集是河长制信息化平台建设的基础，是河长制智慧水利“一张图”建设的关键，能够为河长巡河、河道环境处理、河道管理提供依据，有效提升河湖管理服务水平，降低运行成本。

（4）采用ArcGIS 和卫星影像提取河道轨迹数据，可以为河道数据采集工作提供整套信息化建设方案。

本文研究可为其他类似研究区域智慧水利框架下“河长制+大数据”河湖管护模式和智慧水利“一张图”建设提供借鉴，促进河长制背景下智慧河湖发展。未来研究工作中，可以进一步优化数据采集步骤，提升河长制信息化建设水平■