基于多源異構數據的水行政執法綜合管理平臺研究與應用

李冬杰 ，楊柳，鄭策，陳良帥

（1.北京金水信息技術發展有限公司，北京 100053；2.水利部信息中心，北京 100053）

0 引言

水行政執法是水行政主管部門履行法定職責、管理水利行政事務的重要方式，水行政執法質量直接關系到涉水法律法規的有效實施、法治政府建設成效及人民群眾切身利益。2022年6 月，水利部印發《水行政執法效能提升行動方案（2022—2025 年）》[1]，明確提出建設全國水行政執法綜合管理平臺，加強信息共享、數據匯集，支持水利部、流域機構和?。▍^、市）各級水政監察隊伍水政監察人員在線執法辦案，逐步打造全國水行政執法一張圖，進一步提升水行政執法智慧化水平?！丁笆奈濉逼陂g推進智慧水利建設實施方案》[2]也明確提出，在水行政執法方面要圍繞業務需求，依托水利部在線政務服務平臺等，搭建水行政執法綜合管理平臺。

通過前期項目實施，各流域機構、省市各級水行政管理部門針對水行政執法建立多個信息系統[3-5]，因業務內容和需求不完全相同，不同用戶使用的系統存在差異，基礎數據缺乏統一技術標準規范，各單位之間存在數據壁壘，導致數據共享不充分，水事案件信息割裂?，F階段主要依托水行政執法統計直報系統，對業務數據進行靜態匯集及分析，難以全面掌握案件線索、辦案、執行的全過程信息，對案件辦理質量進行全過程監督及深入研判的支撐不夠，無法支撐新時期全國水行政執法業務的分析預警、綜合決策和調度指揮。

本研究以多源異構數據融合為目的，重點研究如何提取多源異構數據，并對數據進行清洗、整合、加工，在此基礎上提出全國水行政執法綜合管理平臺設計方案，全面推進水行政執法相關數據共享及業務協同，實現案件線索自動發現、案件辦理網上流轉、執法行為在線監督等協同應用，分析初步應用效果，展望總體應用成效。

1 多源異構數據融合

1.1 數據來源

全國水行政執法綜合管理平臺多源異構數據主要源于以下 5 個方面：1）各流域機構相關水行政遙感、執法巡查等系統，主要包括人員、裝備、線索、辦案、隊伍等信息。2）視頻識別技術在違法線索識別中的大量應用產生的海量數據。3）前期水行政執法能力提升行動中遙感監控工程產生的幾何精校正產品、DOM（數字正射影像圖）、DSM（數字地表模型）等。4）水信息基礎平臺的水利基礎信息，包括水旱災害防御、水資源管理等業務協同數據。5）其他行業相關的案件線索，協同辦案信息等。數據來源千差萬別，數據獲取方式多種多樣。

1.2 數據融合難度分析

在數據標準化方面，空間數據格式包括 MapGIS（WT/WL/WP），ArcGIS（shp），AutoCAD（dwg/dxf/dwt）等。格式不統一，通用性較差，成果轉換難度較大。結構化數據尚未建立統一的標準，目前各流域機構已建系統主要參照司法部等相關系統進行建設，標準適用性不高，數據理解難，機器可讀性差，存在語義分歧。在數據存儲方面，各類信息分散于各業務系統，管理數據分散，數據平臺支撐能力參差不齊。

1.3 基于數據湖架構的多源異構數據融合方法

針對相關領域結構化、半結構化與等異構數據增加，數據來源逐漸多元化的現狀，數據湖作為一種新型大數據存儲處理架構和共享機制已被廣泛應用[6-7]。通過構建數據湖，實現對水行政執法各相關系統數據的全量匯聚存儲，并通過數據復雜關聯計算和深度分析與挖掘，完成數據匯總、模型搭建及運行，為上層系統提供預測分析、即席查詢、復雜計算、數據挖掘等功能，提供一體化、智能化的水行政執法數據融合服務，滿足跨部門、區域、層級的數據流通和治理需求?；跀祿臄祿幚砑軜嬋鐖D 1 所示。

1）數據匯集。面向水行政執法數據匯集場景，實現水行政執法統計直報系統、流域機構執法、跨部門等領域業務系統數據接入，以數據資源目錄為核心，通過數據湖匯集平臺實現靈活可配置的數據匯聚、清洗、處理、入湖過程。在數據匯集過程中，對于結構化數據的實時采集，利用 HinkCDC（變化數據捕捉工具）構建采集任務，實現全量與增量數據采集；離線采集則使用 Sqoop（結構化數據連接器模塊）構建采集任務，首次采集執行全量采集，后續使用增量采集方法。對于相關行為數據，使用本研究設計的MongoDB（存儲分布式文件的數據庫）構建 Flume 程序實現增量與全量采集。

2）數據存儲。數據湖中數據具有多樣性特征，通過數據湖多范式存儲系統，保證對數據的有效訪問[8]。將具有原始數據結構的元數據、管理數據，以及指標數據存儲到關系數據庫，將文本、圖片、視頻、日志等非結構化數據存儲到 NoSQL 文本數據庫中，將空間坐標、格柵數據等地理數據存儲到空間數據庫，將非現場執法相關的實時監測數據存儲到時序數據庫，將相關的檢索、查詢索引等存儲到索引數據庫。

3）數據處理。根據水行政執法業務流程和規則，對需要匯集的原始數據進行質量檢查，并按照數據標準和轉換規則等進行數據抽取加載、清洗轉換、除冗規約，實現數據的標準化整編。根據結構化數據的業務需求建立關鍵詞抽取規則，實現對業務數據的提取并上傳。針對非結構化數據，通過建立關鍵字抽取規則，將 XML 格式文件作為中間數據存儲，將非結構化數據進行轉換，在此基礎上，面向水行政執法分析、輔助、決策等專業應用需求，進行數據融合、關聯，形成不同的案件主題、產品等數據。

4）數據服務。對數據進行計算邏輯的封裝（過濾查詢、多維分析和算法模型等計算邏輯），生成 API服務，上層數據應用可以對接數據服務 API，將數據快速應用到業務場景中。除 API 服務之外，業務用戶也可以在智能數據分析平臺中使用一站式的數據即席查詢、自助取數、自助創建報表等在線功能。同時，數據湖提供橫、縱向級聯和級聯拓撲功能，級聯對象為信息資源目錄，所掛接的服務將與信息資源一并被級聯到下級節點。

2 水行政執法綜合管理平臺設計與實現

圖1 基于數據湖的數據處理架構

圍繞水利部及流域管理機構水行政執法業務需求，基于水信息基礎平臺和水利一張圖，匯集各流域管理機構和省、市水行政執法部門已建數據成果，建成水行政執法數據倉，開發水利部水行政執法管理工作平臺，將案件來源、執法巡查、執法辦案、水事糾紛調處、行政復議/訴訟、水法律法規、水政監察隊伍和裝備管理、水行政執法監督檢查管理和綜合調度指揮納入信息化管理，建設集數據交換、預警研判、業務協同、案件督辦、輔助決策和調度指揮等功能的一體化水行政執法綜合管理平臺，逐步構建預警防控及時化、執法操作規范化、執法文書標準化、執法過程痕跡化、統計分析可量化、執法監督嚴密化的水行政執法管理信息化應用，形成全國各級水行政執法部門水行政執法一體化要求，實現一個平臺、多點應用、全面帶動的水行政執法高效能模式。

2.1 平臺框架

水行政執法綜合管理平臺以水利部信息化頂層設計、智慧水利為指導，充分利用云計算、大數據、移動互聯網等先進技術，按照整體規劃、統一建設、集中部署、分級應用的總體原則開展建設，總體框架如圖 2 所示。

圖2 總體框架圖

2.2 數據標準

針對水行政執法數據在信息流程各環節的數據格式及存儲不統一、不規范等問題，制定《水行政執法綜合管理數據資源共享交換管理辦法》《水行政執法綜合管理業務數據庫表結構標準》等，為避免各自為政和形成信息孤島提供指導性意見，是實現資源共享和互聯互通的重要技術保障。

2.3 業務流程

水行政執法相關業務包括執法辦案、水事糾紛調處、行政復議、水法律法規、水利普法等，其中，核心業務主要為執法辦案，依法處理包括下發責令停止水事違法行為通知書、責令改正違法行為通知書、水事案件處理呈報表、重大案件集體討論記錄、限期拆除通知書、催告通知書、公告書、強制執行審批表、強制執行決定書等過程，水行政執法概化業務流程如圖 3 所示。

2.4 平臺核心功能

2.4.1 執法線索監控管理

圖3 水行政執法業務流程圖（概化）

執法線索監控主要來自投訴舉報、遙感監測、網絡輿情、流域上報等。根據具體任務需要，通過批量交換、動態采集和服務接口等多種方式，將執法線索匯集至綜合監管數據庫。各流域對已建視頻監控工程及遙感數據進行分析，將疑似案件接入水行政執法綜合管理平臺。

1）投訴舉報。接收水利部監督舉報服務平臺相關的水行政執法投訴舉報信息，進行轉派、核查、立案、處理、結案等全流程管理。

2）遙感監測。以各流域管理機構重點執法區域遙感影像數據為基礎，通過遙感“四查”平臺，全方位獲得岸線變化、沿江河湖庫工程建設情況、圍湖造地、圍網養殖、非法占用水面等水事活動信息，從而提高全國水政執法監控、調查取證和案件查處準確性。對監測發生變化的區域進行重點現場巡查，及時發現和查處水事違法活動。

3）網絡輿情?；谒恳呀ㄝ浨樾畔⑾到y定制水行政執法專題，接入每個輿情分類對應的新聞列表，包括總條數、分頁數，以及每條新聞的標題、摘要、來源、原文鏈接及當前新聞報警級別等相關信息。其中報警分為紅色和藍色 2 個級別，分別代表重點和一般輿情。

4）流域上報。在水利部統一制定水政業務信息模型和存儲交換標準的基礎上，各級流域管理機構按統一標準要求對已建執法數據和數據源進行轉換，建設本級執法基礎數據庫，存儲水政執法監控工程產生的衛星遙感、無人機、執法音視頻和監控視頻等監控數據，存儲執法管理系統的業務數據。水利部執法基礎數據庫按照業務要求，從各流域管理機構執法基礎數據庫提取相關的監控和業務管理等數據，并進行匯總處理。執法基礎數據庫為水行政執法統計系統提供統一標準的業務數據匯集上報渠道，同時為各水政業務應用系統提供數據支撐。流域上報信息包括流域管理機構遙感監測成果、無人機監控、視頻監控目錄、執法巡查等信息。

5）各專業監管系統轉辦。各專業監管系統發現水事違法事件，可直接推送到水行政執法管理應用。

2.4.2 水行政執法業務管理

按照業務流程實現水行政立案審批、登記立案、調查取證、提出初步處罰意見、處罰事先告知審批、處罰事先告知（初步處罰意見、陳述申辯權、聽證權）、記錄申辯意見、制作聽證記錄、形成調查終結報告、法制審核、行政處罰決定及送達、執行行政處罰決定、結案、案件卷宗管理全環節線上辦理。支持動態采集水事矛盾和糾紛情況，主要包括水事糾紛基本信息和調處過程及結果等管理。

2.4.3 水政監察隊伍和裝備管理

實現對水政監察隊伍、人員、培訓、證書等動態管理，便于各級水行政監察隊伍掌握管轄范圍內水行政執法能力情況；實現執法裝備建設管理；提供水行政執法培訓管理功能，通過集成中國水利教育培訓網的水行政執法模塊完成培訓計劃、記錄和監督等內容。

2.4.4 水行政執法監督檢查管理

調取水行政執法業務管理相關資料，對巡查檢查記錄、執法臺賬、執法案卷、執法“三項制度”的執行情況進行檢查；根據《水行政執法監督檢查辦法（試行）》，對行政處罰過程中執法行為、程序進行檢查，對于檢查發現的問題進行責任追究；以水行政執法業務管理相關數據為基礎，強制性全流程監督，對以上過程提供監管過程及責任追究結果的管理，重點檢查責任落實、執法能力建設等情況。

2.4.5 水行政執法綜合調度指揮

主要內容包括：1）一圖展示。將巡查、詳查、核查、復查等業務過程數據與空間地圖關聯，實現執法過程回溯，增強上下游業務的透明度，具備空間定位、展示、分析等功能。支持基于空間位置的違法水事對象監測信息綜合查詢，具備軌跡錄制和回放，以及視頻輸出等輔助功能。2）一圖監管。以執法一張圖和綜合監管等數據為基礎，建立執法監管信息展示、執法監管分析、監管預警與處理等功能于一體的一圖監管體系。3）綜合決策支持。依托數據匯集，結合一張圖應用，通過數據處理分析，對水行政執法工作中各個環節進行全流程業務展示，提供數據、綜合預警研判、會商、案件抽樣監督、重大案件督辦、歷史事件復現等決策支持。

2.5 技術對接

水利部前期已通過本研究項目發布的《水行政執法綜合管理平臺接口文檔》，各級部門須按照文檔規定的統一標準進行辦案業務系統對接改造。流域管理機構及各級水行政主管部門可依托本研究系統開展水行政執法業務，對于已建相關業務系統的流域機構及省級水行政主管部門，須根據水行政執法綜合管理平臺開發的標準接口，主動做好本地區平臺與水行政執法綜合管理平臺的對接。由于目前數據湖的相關建設工作還在推進過程中，不能滿足水利部水行政執法數據匯集進度要求，現階段提供 2 種數據匯集方式：1）流域機構或相關水行政主管部門先將歷史數據從原有系統導出或者收集，經整理后，再由水利部信息中心統一一次性導入本研究平臺數據庫；2）采取中間庫對接方式，對接規范依據《水行政執法綜合管理平臺接口文檔》。

3 建設成效分析

圍繞水利部及各流域管理機構水行政執法業務，目前完成流域管理機構已建數據成果匯集，初步建設水行政執法數據倉，并搭建水行政執法綜合管理平臺，通過接口開發打通數據交換鏈路，實現與黃河水利委員會和海河水利委員會等流域機構執法巡查監控系統、案件、隊伍、裝備、人員等 7 類實時在線數據，以及統計直報系統水事糾紛、行政復議、訴訟等 3 類實時在線數據的對接，完成長江水利委員會、黃河水利委員會等 7 家單位，執法巡查、案件、水事糾紛等 10 類，共10 320 條歷史數據的對接入庫。統計實時數據，通過熱力圖形式精準聚焦重點區域案件、線索分布情況，基于多維度指標分析各流域執法巡查情況，提供案件重點領域及辦件量趨勢等拓展分析功能。水行政執法綜合管理平臺如圖 4 所示。

4 結語

本研究圍繞全國水行政執法數據共享和業務協同管理需求，綜合考慮多源異構數據融合難點，采用基于數據湖架構的水行政執法數據融合治理方法，提出水利部水行政執法管理工作平臺的建設框架與核心功能，實現了流域級數據共享和業務協同，對于下階段推動全國水行政執法數據共享和業務協同具有積極意義。下階段水行政執法綜合管理平臺將作為全國水行政執法數據匯集和交換的總樞紐，推動試點省份對接建設，探討采用基于數據湖架構的數據融合處理方式，實現數據匯集與業務協同，充分挖掘統計分析廣度與深度，進一步提升水行政執法決策支持能力。

圖4 水行政執法綜合管理平臺