水利信息網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)框架設(shè)計(jì)初步研究

(1.四川省水利科學(xué)研究院，成都，610072；2.中國水利水電科學(xué)研究院，北京，100038)

1 引言

經(jīng)過一段時(shí)間的大規(guī)模水利工程建設(shè)，目前水利工程基本建成，并發(fā)揮重要效益。隨著水利發(fā)展的逐步推進(jìn)，水利工程項(xiàng)目信息化有了長足的發(fā)展，但水利信息化存在感知不夠、互聯(lián)差距大、共享不足、智慧應(yīng)用不夠等問題，利用快速發(fā)展的信息技術(shù)來提升水利信息化業(yè)務(wù)成了新時(shí)期水利發(fā)展的重要支撐[1]。鄂竟平部長在2019年全國水利工作會(huì)議上也強(qiáng)調(diào)，要補(bǔ)足信息化工程短板，提高水利行業(yè)信息化發(fā)展程度，提高基礎(chǔ)支撐能力、豐富技術(shù)手段、加強(qiáng)業(yè)務(wù)協(xié)同，以水利信息化驅(qū)動(dòng)水利現(xiàn)代化。筆者根據(jù)目前從事的水利信息化研究工作內(nèi)容，結(jié)合現(xiàn)代化水利發(fā)展的需求，針對(duì)目前水利信息化建設(shè)存在的薄弱環(huán)節(jié)，借鑒其他行業(yè)發(fā)展的經(jīng)驗(yàn)，探索研究了水利信息網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)建設(shè)。

2 需求分析

水利信息化近年來得到了長足發(fā)展，但是由于工程項(xiàng)目不同的投資來源、業(yè)務(wù)部門建設(shè)管理各不相同、運(yùn)行維護(hù)難以集中、數(shù)據(jù)源信息無法共享等原因，導(dǎo)致存在基礎(chǔ)模塊重復(fù)建設(shè)、業(yè)務(wù)模塊割裂、信息孤島、缺少頂層設(shè)計(jì)等問題，在造成投資和人力等資源浪費(fèi)的同時(shí)，也嚴(yán)重影響了水利信息化發(fā)揮系統(tǒng)效益。因此，建設(shè)統(tǒng)一的水利信息網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)信息共享、業(yè)務(wù)協(xié)同、智慧應(yīng)用，對(duì)推動(dòng)水利信息化發(fā)展有重要意義[2]。

3 框架設(shè)計(jì)思路

水利信息網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)建設(shè)，要圍繞水利核心工作，深化水利信息資源開發(fā)利用與共享，強(qiáng)化信息技術(shù)與水利業(yè)務(wù)深度融合，構(gòu)建覆蓋全行業(yè)的江河水系、水利基礎(chǔ)設(shè)施體系、水利管理運(yùn)行體系的基礎(chǔ)大平臺(tái)，覆蓋水利各層級(jí)、各專業(yè)、相關(guān)行業(yè)的共享大數(shù)據(jù)，涵蓋水利九大業(yè)務(wù)及水利監(jiān)督等領(lǐng)域的應(yīng)用大系統(tǒng)，建立多層級(jí)、一體化、可防御的網(wǎng)絡(luò)大安全，全面提升水利智能化水平，推進(jìn)水治理體系和水治理能力現(xiàn)代化。水利信息網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)框架思路如圖1所示。

圖1 水利信息網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)框架思路

4 框架設(shè)計(jì)方案

水利信息網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)框架設(shè)計(jì)如圖2。

圖2 水利信息網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)設(shè)計(jì)方案

4.1 智能感知

利用先進(jìn)的傳感、物聯(lián)、視頻、定位等技術(shù)，通過“感知終端、物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)和感控一體平臺(tái)”，來實(shí)現(xiàn)對(duì)江河湖泊水系、水利樞紐工程、管理運(yùn)行設(shè)備等對(duì)象的各類型信息數(shù)據(jù)采集，為上層次大數(shù)據(jù)中心進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、分析、運(yùn)用等提供強(qiáng)有力的感知數(shù)據(jù)。

感知終端主要由傳感器、視頻監(jiān)控等采集設(shè)備和無人機(jī)、衛(wèi)星等移動(dòng)設(shè)備組成，實(shí)現(xiàn)空天地一體化協(xié)同感知。物聯(lián)網(wǎng)由有線、無線等共同組建在任意條件下無所不在的感知網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備、系統(tǒng)、中心間的互聯(lián)互通。感控一體化平臺(tái)，通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，將感知終端采集到的所有數(shù)據(jù)匯聚至平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)的監(jiān)控和管理。

4.2 水利大數(shù)據(jù)中心

大數(shù)據(jù)主要包含以下特征：大量，存儲(chǔ)空間大，計(jì)算量大；多樣，來源多，格式多；快速，增長速度快，處理速度快；價(jià)值，數(shù)據(jù)中包含各式各樣的有價(jià)值信息[3～4]。

水利信息網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)建設(shè)，必須要充分整合現(xiàn)有的信息資源和外部共享的數(shù)據(jù)資源，結(jié)合最新的技術(shù)和數(shù)據(jù)，面向互聯(lián)互通，創(chuàng)新業(yè)務(wù)應(yīng)用。信息網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的搭建離不開數(shù)據(jù)，要打破目前的數(shù)據(jù)部門割裂、地域割裂、業(yè)務(wù)割裂，利用大數(shù)據(jù)中心實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享開放、數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)傳輸、高質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)等，推動(dòng)數(shù)據(jù)資源從分散、獨(dú)立向互惠共享轉(zhuǎn)變。

建設(shè)水利大數(shù)據(jù)中心，實(shí)現(xiàn)對(duì)水利數(shù)據(jù)高效快速的存儲(chǔ)計(jì)算能力。利用云技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)、數(shù)據(jù)倉儲(chǔ)技術(shù)等，構(gòu)建計(jì)算、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)等云基礎(chǔ)設(shè)施，實(shí)現(xiàn)水利數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和計(jì)算，建設(shè)包括水利基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、空間數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)、專題數(shù)據(jù)、外部數(shù)據(jù)等在內(nèi)的水利數(shù)據(jù)資源網(wǎng)，并向上層次智慧應(yīng)用提供標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)據(jù)、地圖、分析服務(wù)等支撐。

4.3 智慧應(yīng)用

聚焦洪水、干旱、水工程安全運(yùn)行、水工程建設(shè)、水資源開發(fā)利用、城鄉(xiāng)供水、節(jié)水、江河湖泊、水土流失等九大業(yè)務(wù)和水利監(jiān)督工作，在現(xiàn)有水資源管理系統(tǒng)、防汛抗旱指揮系統(tǒng)等各業(yè)務(wù)系統(tǒng)原有基礎(chǔ)上，提升改造實(shí)現(xiàn)九大業(yè)務(wù)和水利監(jiān)督的智慧應(yīng)用。

4.3.1 洪水

通過水雨情等實(shí)時(shí)和共享數(shù)據(jù)的采集，進(jìn)行洪水預(yù)報(bào)預(yù)警，對(duì)洪水、山洪、水庫汛期水位及長期趨勢(shì)進(jìn)行預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)，運(yùn)用水庫、蓄滯洪區(qū)等水工設(shè)施開展洪水調(diào)度，將洪水的預(yù)報(bào)預(yù)警及工程調(diào)度信息第一時(shí)間發(fā)布給有關(guān)單位和部門，并向社會(huì)公眾發(fā)布洪水影響風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警、避險(xiǎn)轉(zhuǎn)移路徑告示等信息。

4.3.2 干旱

通過雨情、水情、墑情等實(shí)時(shí)、共享、遙感和統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的采集和分析，綜合分析干旱監(jiān)測(cè)指標(biāo)網(wǎng)格化、下墊面條件網(wǎng)格化、多指標(biāo)綜合分析等因素，開展旱情預(yù)測(cè)預(yù)警和應(yīng)急調(diào)度，并向社會(huì)公眾及相關(guān)部門發(fā)布干旱預(yù)警、實(shí)況旱情等信息。

4.3.3 水利工程安全運(yùn)行

通過采集水庫、水閘、堤防、農(nóng)村水電站等水利工程管理體制改革信息、日常管理信息、督查考核信息，進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、分析、研究判斷，保障水利工程運(yùn)行安全。

4.3.4 水利工程建設(shè)

通過外部信息共享和決策分析，實(shí)現(xiàn)水利工程建設(shè)規(guī)劃、立項(xiàng)、施工準(zhǔn)備、初步設(shè)計(jì)、建設(shè)實(shí)施、生產(chǎn)準(zhǔn)備、竣工驗(yàn)收、后評(píng)價(jià)等環(huán)節(jié)的全過程管理，依托資質(zhì)管理、招標(biāo)投標(biāo)管理、質(zhì)量管理、監(jiān)督檢查，開展水利建設(shè)市場(chǎng)信用評(píng)價(jià)，并向社會(huì)公眾提供項(xiàng)目公開信息和信用評(píng)價(jià)信息。

4.3.5 水資源開發(fā)利用

通過采集水文水資源數(shù)據(jù)，開展不同尺度的水資源開發(fā)利用評(píng)價(jià)和水資源承載能力評(píng)價(jià)與預(yù)警，進(jìn)行水資源供求專項(xiàng)規(guī)劃、流域水資源水量分配、供水工程的建設(shè)開發(fā)和運(yùn)行管理維護(hù)，編制水資源調(diào)度方案和調(diào)度計(jì)劃，為供水工程運(yùn)行調(diào)度提供指令。

4.3.6 城鄉(xiāng)供水

通過采集城市供水信息、城市供水水源信息、城市自來水(自備水)水廠、農(nóng)村飲水安全工程等信息和共享信息，開展輸配水工程實(shí)時(shí)調(diào)度、供水水廠運(yùn)行情況、供水水質(zhì)監(jiān)測(cè)、農(nóng)村工程建設(shè)和運(yùn)行管理等監(jiān)管工作，實(shí)現(xiàn)水資源供需管理，保障供水安全。

4.3.7 節(jié)水

通過共享內(nèi)外部數(shù)據(jù)，對(duì)國家節(jié)水行動(dòng)方案實(shí)施進(jìn)行全過程管理，控制用水總量和用水效率，對(duì)計(jì)劃用水、重點(diǎn)用水戶和縣域節(jié)水型社會(huì)達(dá)標(biāo)建設(shè)情況進(jìn)行節(jié)水監(jiān)督，實(shí)現(xiàn)節(jié)水信息的分類分級(jí)和統(tǒng)計(jì)查詢，將節(jié)水產(chǎn)品、水效領(lǐng)跑者、節(jié)水載體、節(jié)水宣傳、節(jié)水公報(bào)等信息向社會(huì)公眾發(fā)布。

4.3.8 江河湖泊

通過監(jiān)測(cè)、調(diào)查、互聯(lián)網(wǎng)、遙感等方式，獲取河道利用、岸線開發(fā)、采砂等信息，基于采砂許可和涉河項(xiàng)目審批結(jié)果，河湖長對(duì)河道采砂及水域岸線進(jìn)行監(jiān)管，按問題派發(fā)不同的管理部門進(jìn)行處置，對(duì)問題跟蹤反饋。

4.3.9 水土流失

基于遙感影像、野外調(diào)查信息和監(jiān)測(cè)點(diǎn)定量觀測(cè)數(shù)據(jù)和共享數(shù)據(jù)，獲取土壤侵蝕量、水土保持措施、生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目防治情況等信息，掌握水土流失治理項(xiàng)目實(shí)施進(jìn)展情況和治理情況，以及水土流失狀況、變化和治理成效，發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)建設(shè)活動(dòng)對(duì)水土流失造成的影響和違法違規(guī)問題。

4.3.10 水利監(jiān)督

通過多種方式獲取水利行業(yè)監(jiān)督信息，實(shí)現(xiàn)各類監(jiān)督檢查，發(fā)現(xiàn)問題、上報(bào)問題、處理問題、反饋情況、責(zé)任追究等全過程管理，反映行業(yè)重點(diǎn)工作落實(shí)情況，預(yù)測(cè)行業(yè)風(fēng)險(xiǎn)。

4.4 支撐體系

水利信息網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的建設(shè)離不開支撐體系的建設(shè)，主要分為以下兩方面：

一是建立水利標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)范，水利信息網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)是一個(gè)系統(tǒng)性的工程，涉及到不同管理層級(jí)、不同業(yè)務(wù)范圍，大量的、種類繁多的數(shù)據(jù)需要接入、分析、統(tǒng)計(jì)。因此，需要建立統(tǒng)一的規(guī)范管理，確保信息網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)各子模塊的互聯(lián)互通、信息共享和業(yè)務(wù)協(xié)同。

二是建立完善的安全保障體系，網(wǎng)絡(luò)信息安全是水利信息網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)建設(shè)的重要保障，應(yīng)遵照《中華人民共和國網(wǎng)絡(luò)安全法》等相關(guān)法律法規(guī)的要求，采用先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)，諸如邏輯隔離、入侵檢測(cè)、系統(tǒng)訪問控制、惡意代碼防護(hù)等，確保水利信息網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的安全可靠。

5 結(jié)語

本文提出的框架設(shè)計(jì)是對(duì)水利信息網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)發(fā)展的初步研究和探索，通過智能感知、水利大數(shù)據(jù)中心、智慧應(yīng)用、支撐體系等方面論述，為水利信息網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)建設(shè)提供了參考的思路。在下一階段水利信息網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)建設(shè)的過程中，數(shù)據(jù)的整合、業(yè)務(wù)智慧化的提升、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)劃的建立等方面還需要進(jìn)一步推進(jìn)和細(xì)化。