在2014年，水利部印发《全国水土保持信息化实施方案(2014—2016年)》，提出“选择1~2个生产建设项目集中区，利用国产高分卫星影像开展生产建设项目活动的‘天地一体化’动态监测示范”。2015年，水利部印发《全国水土保持信息化工作2015—2016年实施计划》，提出“开发水土保持监督管理信息移动采集系统，实现监督执法信息的快速、准确获取、存储和处理”，要求“全国水土保持监督管理系统为数据管理平台进行数据管理、分析，实现生产建设项目扰动范围动态监督、检查、整改落实等情况信息即时上传和交换”。按照水利部的安排，水利部水土保持监测中心组织编制了《生产建设项目“天地一体化”监管实施方案》(2015年5月)^[1]，各流域管理机构和各省(自治区、直辖市)分别选取1个县级行政区作为示范县，开展预防监督“天地一体化”监管示范。经过2015年的系统开发、测试、生产建设活动高分遥感调查与实地试验，2016年的系统完善、生产建设活动高分遥感调查结果年际更新与进一步实地试验，以及相关单位的用户级全面测试(实验测试)，基本形成“基于高分影像和云数据管理的生产建设项目水土保持监管系统”。系统具有良好的开放性和兼容性，可以嵌入外设硬件、接受各类空间数据和多媒体数据、定制业务支撑组件，具备类似GIS软件GP服务的能力，可水土保持综合治理项目管理、生产建设项目评估验收、监测监理等领域推广应用，也对其他领域相关业务上具有借鉴意义。

为全面了解和准确掌握生产建设活动情况，水土保持工作常常从区域生产建设活动总体状况和单个生产建设项目状况2个层面开展事中监管。前者是指采用现代空间技术手段，快速查清和掌握区域内的生产建设活动现状，其中“区域”可以是一个行政区(如县域)，也可以是一个连片的区域，其基本特征是区域内生产建设活动的数量比较集中、扰动与建设变化比较明显；后者是指通过内业和外业的联合工作，精准掌握某个生产建设项目活动的扰动范围、扰动程度及其造成的水土流失影响等情况。

本系统设计开发就是针对生产建设项目水土保持监管的上述需求，期望综合和集成相关的技术装备，形成一个包括数据采集、数据管理和数据服务等于一体的“技术链”和“数据链”，为生产建设项目监管提供技术和数据支持。

对一个区域而言，水土保持监管所采集的数据应能够全面反映区域生产建设活动的数量、分布、合规性及其水土流失影响等，为防治生产建设活动造成人为水土流失提供依据，主要指标包括区域中每个生产建设活动的位置、扰动面积，以及基于位置、扰动面积与水土保持方案特征参数等空间分析得出的项目合规性、扰动范围(扰动图斑)及其合规性。

对区域中的单个项目而言，水土保持监管所采集的数据应能够全面反映该项目的水土流失防治特征，并为后续的水土保持监督检查与管理执法发挥持续的作用，主要指标包括项目的主要功能单元和主要对象的位置、范围、水土流失防治特征，以及基于位置、范围、水土流失防治特征与水土保持方案及其后续设计特征参数的对比分析得出的水土流失防治措施合规性。

为了依法做实做好生产建设活动水土保持监管工作，其全流程都应体现“痕迹化管理”的要求^[2-3]，将监管流程当作产生和采集数据、应用和发布信息、产生和发挥控制的过程。为此，从表现形式和管理应用上，监管数据管理应满足对象信息务必准确直观、数据采集务必及时现势、各种数据务必有机衔接的需求^[4-6]。

反映生产建设活动及其主要功能单元、主要对象的位置、范围、规模等空间信息及其属性信息务必直观、准确，保证监督检查人员在与生产建设单位交换意见时有根有据、定位定量，通过把生产建设活动及其主要对象看得见、测得准、说得清，将监督管理责任和水土流失防治主体责任落到实处。具有这些特征的数据包括空间配位精准的高分影像、规格尺寸精确的高清摄像、对象一一对应的点位坐标。

既然是监督检查、跟踪检查，就要了解和掌握当下的情况、目前的形势，最快速地、最方便地采集生产建设活动的数据，能够分析和预测动态变化；否则，就难以达到现场检查、跟踪复核、督促整改的目的。这就要求监管系统具备现场快速采集、当场分析处理、当时提供核对信息的能力，具备无线在线、移动办公的功能。

鉴于生产建设活动水土保持监管涉及的数据量大、形式多样、结构复杂，涉及的分析、应用和存储设备包括智能移动终端、计算机、服务期、云服务及嵌入的其他硬件设备，这就要求数据既能够被快速交换和处理、又不发生损失与丢失，以便全面满足监管工作可以在任何地点、任何场景下顺利实施^[7]。

系统是指全面支撑生产建设项目水土保持监管工作整个业务过程的软件和硬件体系。水土保持监管工作的整个业务过程开始于基础数据的获取与分析处理，贯穿于现场监督检查、检查意见反馈，落脚于对违法违规行为的依法处理上。为了做到各环节分别采集数据，全过程协调应用数据，测与管协同提高效能^{[6, 8]}，系统功能包括如下4方面。

系统可以对监管工作全领域的数据进行全过程管理，所有数据可以被各个环节实时获取和应用。“全领域”是指管理数据的全面性，涉及如前所述的所有空间信息和属性信息，如区域高分遥感影像、地形图等基础地理信息，水土保持方案及后续设计信息，监理监测信息，监管过程中生产的信息(如监督检查计划、现场采集的主要功能单元和主要对象信息、交换意见与整改要求等)。

这是系统最具特征的功能，即：现场采集数据，即时提供监督检查信息。通过嵌入系统的测绘设备、GIS软件以及输出设备等构成的现场数据采集平台，获取诸如对象的位置、范围、规模以及视频音频等数据，为分析建设活动合规性、查找水土流失隐患、督导水土流失防治措施实施等提供“可以说话”的数据，为落实生产建设单位水土流失防治主体责任提供“现场说法”的第一手资料。

系统具备全面准确地保存每一次的监管信息、并能够为后续监管中提供历史信息这一性能，即在只有信息覆盖、而没有有线网络的区域，通过现场采集设备，即时把监管信息发送到管理服务平台。

这是系统又一特征性功能，即：现场分析建设活动合规性，即时发现违法违规行为。如前所述，合规性包括项目合规性、扰动图斑合规性和防治措施合规性等3个层面。

项目合规性是从水土保持方案是否获得批复来分析其合规性，若生产建设项目水土保持方案已经相关部门批复，则判定为“合规”(即已批在建)，否则，为“不合规”(即未批先建)。扰动图斑合规性是从扰动图斑是否超出批复的水土流失防治责任范围(红线图斑)来分析其合规性，若生产建设活动实际扰动图斑完全位于批复的红线图斑内，则判定为“合规”，否则，为“不合规”，包括超出红线图斑和建设地点未经批准发生变化的2种情况。防治措施合规性是从实际扰动分布、水土保持措施建设与批复方案的一致性来分析其合规性，若各类水土保持设施的配置与批复的布局一致，且数量足、质量好、位置准、进度及时，则判定为“合规”，否则，为“不合规”^[1-2]。前2个层面的实质是将生产建设活动实际扰动的时间范围和空间范围(扰动图斑及其发生时间)与水土保持方案批复时间及其后续设计确定和设计的水土流失防治责任范围进行关联和对比分析，根据二者的时间差异与空间差异判断扰动图斑的合规性，进而分析项目的合规性。此处，把这种突出反映时间与空间的合规性称为“时空合规性”。第3个层面的实质是将生产建设活动实际造成的水土流失及其隐患、防治措施实施情况与水土保持方案及其后续设计提出的防治措施、防治标准进行对比分析，根据二者的时间、数量与质量的差异判断防治措施实施的合规性。此处，把这种突出反应数量与质量的合规性称为“量质合规性”。

主要从系统总体结构、主要功能、监管核心业务算法等设计，以及应用支撑开发、软硬件选择配置与集成等方面阐述系统的功能实现。

系统的总体结构，是基于高分影像和云数据管理的生产建设项目水土保持监管的全流程业务的形象反映，涉及主要功能的实现及其相关软硬件的综合集成。其中：监管业务全流程包括获取监管基础数据、现场开展监督检查、当场交流实测数据、反馈检查整改意见等4个环节；主要功能包括必需数据采集、重要信息生产、后续活动管控、结果信息服务等；软硬件集成涉及管理服务平台、移动采集平台、嵌入的相关设备以及无线与有线网络等。

系统总体上由管理服务平台(安装有“全国水土保持监督管理系统”)和移动采集平台构成。其中，管理服务平台主要承担着系统的所有数据管理、基础设备管理、业务操作支撑、信息发布及系统自学习等功能，是整个系统数据管理与综合分析的主体，是移动采集平台的基础支撑。管理服务平台基于JAVA EE平台、采用MVC架构思路设计和开发，数据库基于oracle开发的，地图服务、影像存储服务等基于DTGIS(流域地理信息服务平台)开发。

移动智能采集平台主要作用包括3方面：一是通过嵌入的相关外设硬件，采集野外监督检查数据，分析产生监管信息，并管理自身生产的数据；二是将分析产生的监管信息^{[2, 8]}及其支撑数据(如从管理服务平台或云服务获取的高分影像、无人机当时拍摄的影像)当场即时输出(打印、信息发送、微信群交换)，提供予生产建设单位交换意见使用；三是既从管理服务平台获取支持开展现场监督检查的基本数据，又把现场采集的监管数据传输回管理服务平台。系统总体如图 1所示。

图 1(Figure 1)

图 1 系统总体结构图 Figure 1 System structure diagram

移动智能采集平台将移动智能终端、现代野外量测设备、成像系统、数据输出设备等硬件设备集成起来，并通过自主开发的“水土保持监督管理信息移动采集软件”(已申请软件著作权登记证书，登记号2016SR092387。简称“水保监管APP”)实现业务深度集成与有机融合，形成了定制式的现场数据采集系统。其中，移动智能终端可以是智能手机、PDA智能终端、平板电脑等，现代野外量测设备包括激光测距仪、高精度GPS、方位传感器等，成像系统包括无人机、照相机、摄影仪等，数据输出设备可以是蓝牙打印机、便携式打印机等。在实际的开发和应用中，移动智能采集平台由离线数据传输与管理、地图操作、监督检查现场办公、辅助设备(传感器)连接等模块组成。移动智能采集平台主要由基础软件开发工具包(Android SDK)和移动空间开发工具包(ArcGIS SDK for Android)组成。这就保证了运行Android系统的移动智能终端都可以安装该APP，可支撑如下野外数据采集工作^[5]。

1) 现场监督检查信息调查。

通过该平台，采集生产建设活动水土保持监督检查必需的信息，如水土保持工作组织情况，水土保持方案变更、水土保持措施重大变更审批、水土保持后续设计情况，表土剥离、保护和利用情况，取、弃土场选址及防护情况，水土保持措施落实情况，水土保持补偿费缴纳情况，水土保持监测监理情况，历次检查整改落实情况等^{[1, 8]}。

2) 扰动状况调查与复核。

基于高分遥感影像提取的生产建设活动扰动情况及其合规性分析结果，通过GIS、GPS技术实现扰动图斑的位置、面积等的复核，以及新发现扰动图斑的现场勾绘，并采集相关属性信息与照片、音频视频等多媒体数据。

3) 监督管理重点调查。

实现对水土保持设施、取土(石、料)场、弃土(石、渣)场等监管重点对象的长度、坡度、面积、体积等的量测及属性信息、照片、音频视频等多媒体数据快速采集。

4) 数据现场输出与业务办理。

实现移动公文流转、移动审批、移动电子签章、移动输出等现场办公功能，如：通过蓝牙打印机，即时输出当场采集的空间数据、监督检查信息以及影像、照片；通过输出导入“全国水土保持监督管理系统”，支持及时更新网络发布数据。

5) 数据导入导出与管理。

通过网络连接，实现生产建设项目基本信息、矢量数据、图件的下载、上传和自动导入；通过数据线连接，实现遥感影像数据导入。

1) 时空合规性判别。

生产建设活动“时空合规性”判别其实就是GIS中的图斑空间关系分析，即：在某一时刻，对扰动图斑与红线图斑的空间拓扑关系和空间距离关系进行分析。扰动图斑的合规性可通过GIS的空间叠加分析、几何求交等技术进行判别，确定多边形与多边形的空间关系，由系统预警后分析确定。分析结果包括表 1所列出的7种情况，凡是扰动图斑超出红线图斑、只有扰动图斑的，表明扰动活动为“未批先建”、“超出防治责任范围”、“地点变更”等，扰动图斑均判定为“不合规”；凡是扰动图斑包含在红线图斑内、与红线图斑重叠相等、只有红线图斑的，表明扰动活动“在规定范围内”、“项目已建成”或“已批未开工”等，扰动图斑均判定为“合规”。对初步判定为“不合规”的扰动图斑，经现场监督检查复核，对图斑进行修正或重新勾绘，最终确定合规性，并通过不同标识在GIS数据上标记。^{[1, 9]}

表 1(Table 1)

表 1 生产建设项目扰动图斑与水土流失防治责任范围图斑空间分析结果 Table 1 Spatial analysis of disturbance range and responsibility range of soil erosion prevention and control of production and construction projects 叠加分析结果 Spatial analysis result DR与SR空间关系示意 DR & SR spatial relationship 合规性分析初步结论 Preliminary conclusions of compliance analysis 预警与现场复核要求 Warning and site review requirements 只有DR，没有SR：代表只有扰动发生Only DR，no SR：only disturbance occurring 疑似未批先建，或地点变化，均判别为“不合规”Suspected not approved before construction or construction site changed. Distinguish: “illegal” “预警”，重点复核水土保持方案报批情况“Early warning”, priority review of soil and water conservation program approval 没有DR，只有SR：代表防治责任范围内无扰动No DR，only SR：there is no disturbance within the responsibility range of soil erosion prevention and control 已批未建，或已批建成，均判别为“合规”Not built, or built in after approved. Distinguish: “legal” “不预警”：不复核“No early warning”: no need to review 有DR，有SR Both DR & SR DR包含于SR内 DR contained in SR 判别为“合规”Distinguish: “legal” “不预警”：不复核“No early warning”: no need to review DR包含SR DR contains SR 疑似超出防治责任范围，判别为“不合规”Suspected beyond the responsibility range of soil erosion prevention and control. Distinguish: “illegal” “预警”：重点复核扰动是否超出防治责任范围“Early warning”: focus on checking whether the disturbance exceeds the scope of responsibility for prevention and control DR与SR相交 DR & SR intersect 判别为“不合规”Distinguish: “illegal” “预警”：重点复核扰动是否超出防治责任范围“Early warning”: focus on checking whether the disturbance exceeds the scope of responsibility for prevention and control DR与SR相等 DR & SR coincide 判别为“合规”Distinguish: “legal” “不预警”：不复核“No early warning”: no need to review DR与SR相离 DR & SR disjoint 疑似建设地点变化，或者DR为未批先建、SR为已批未见或已批建成，判别为“不合规”Suspected not approved before construction or construction site changed，or not built, or built in. Distinguish: “illegal” “预警”：重点复核变更报备情况“Early warning”: focus on reviewing of changing and preparation 注：DR代表生产建设项目扰动范围图斑(扰动图斑)，SR代表水土流失防治责任范围图斑(红线图斑)。Note：DR stands for disturbance range of production and construction projects (disturbance polygon in map), SR stands for responsibility range of soil erosion prevention and control (red polygon in map).

表 1 生产建设项目扰动图斑与水土流失防治责任范围图斑空间分析结果 Table 1 Spatial analysis of disturbance range and responsibility range of soil erosion prevention and control of production and construction projects

2) 量质合规性判别。

生产建设活动“量质合规性”判别是通过现场监督检查，结合项目建设施工图设计、监理监测资料，分析水土保持设施建设的时间、数量、规模和质量等是否符合水土保持方案及其后续设计，分析是否存在水土流失隐患、是否造成了水土流失，若各类水土保持设施的配置与批复的布局一致，且数量足、质量好、位置准、进度及时，既未造成水土流失又不存在水土流失隐患，则判定为“合规”；否则，为“不合规”。对判定为“不合规”的水土保持设施及其图斑，作为整改对象在GIS数据上进行标识，并现场拍摄数字照片、在其属性数据中记录为“不合规”。现场拍摄的数字照片上附有拍摄对象的坐标信息和时间信息，这些信息被系统设置为只能由GPS直接赋值，而人为无法自行设置也无法更改。系统的这些设置，为在后续监督检查中跟踪复查、依法采取行政措施(甚至行政处罚)提供了刚性的技术手段，为保证限期整改到位、及时消除水土流失隐患提供了刚性的数据支撑。

1) 管理服务平台数据库管理与服务设计。

在管理服务平台上，管理着系统必需的数据、移动采集平台获得的数据以及系统自身生产的数据，并对外提供和发布监管信息。按照水土保持监管涉及数据的类型特征、数据的生产环节，设计了数据库及其存储和管理的数据项，如遥感数据库、空间数据库、水土保持方案与设计等基础数据库、多媒体数据库等。

2) 移动采集平台云端数据管理与应用设计。

为保证移动采集平台既能够即时共享管理服务平台的数据与服务、又能够即时把采集的信息发送到管理服务平台，保证及时从其他公用平台获取必要的数据，系统利用云计算技术，构建了从现场信息采集到云端存储的一体化平台。基于相关基础设施云，通过集群应用、网络技术及分布式文件系统等功能，将网络中大量各种类型的存储设备通过应用软件集合起来、协同工作，共同对水土保持监管工作提供数据存储和业务访问服务，在技术方面，可利用Geoprocessing服务技术(GP服务)，实现空间成果数据的导入导出，大大方便了各类系统及桌面端应用软件交互数据和应用服务；在经济方面，用户无需购买和运维大量的数据存储软硬件及网络，只需分担云端资源运行维护成本，大大节约了物力财力和人力^[5]。

本系统的研发与应用实现了水土保持监督检查基础数据管理、监管信息采集与分析、生产建设活动合规性判别与预警、空间数据GP服务、数据一键导入与导出、信息发布与共享服务的一体化，进一步强化了生产建设项目水土保持监管工作的流程化和规范化，为开展监督检查的动态管理提供了坚实的技术基础。

自“生产建设项目水土保持监管示范”工作开展以来，系统于2015年在珠江流域以及广东、河南、安徽、贵州、重庆、西藏等省份试用，于2016年在水利部水土保持监测中心、7大流域机构监测中心站和31个省级监测总站部署，并对地市级监测分站及相关技术单位进行推广应用。从各类用户反馈情况可知：使用系统后，普遍提高了现场到达效率(智能移动采集平台提供目标搜索与导航服务)、实地监测与数据采集效率、简化了数据存储和共享难度，显著提升监督检查现场说法效果，使得生产建设单位不得不重视监督检查“数据”及整改意见，积极落实水土保持方案。

本系统具有良好的开放性和兼容性，可以嵌入外设硬件、接受各类空间数据和多媒体数据、定制业务支撑组件，具备类似GIS软件GP服务的能力。因此，系统可以在综合治理项目管理、生产建设项目评估验收、监测监理等水土保持业务领域推广应用。只要通过相关的业务定制与信息处理程序开发，就可形成一套完备的水土保持监管系列产品，极大地推进水土保持现代化和信息化。

本系统的开发思路及所应用的技术，也对其他领域相关业务上具有借鉴意义。这些相关业务的主要特征体现在基础数据获取的即时性、业务定制与应用的规范性、监管对象数据采集的即时性、信息生产与应用的现势性以及技术装备的先进性。