關于縣市級智慧水利平臺建設的幾點認識

王 菂，鄭 凱，賈真真

（1.山東省水利勘測設計院，山東 濟南250014；2.山東傳媒職業(yè)學院，山東 濟南250200；3.泰安市水利勘測設計研究院，山東 泰安271000）

2019年6月，水利部印發(fā)《水利網信水平提升三年行動方案（2019—2021年）》，明確要以習近平新時代中國特色社會主義思想為指導，積極踐行“節(jié)水優(yōu)先、空間均衡、系統治理、兩手發(fā)力”治水方針和網絡強國戰(zhàn)略思想。自20世紀90年代以來，水利信息化事業(yè)經過20余年的建設，已經實現了從無到有、從點到面、從硬件設置到系統集成、由單一業(yè)務到綜合服務、由數字水利向智慧水利發(fā)展的歷程。隨著物聯網、云計算、大數據、人工智能等新技術的快速發(fā)展，智慧水利的內涵也得以迅速拓展提升。省、部和地市級智慧水利平臺建設漸趨完善，縣市級智慧水利平臺建設也已逐步展開。本文僅就縣市級智慧水利平臺建設談幾點膚淺的認識。

1 縣市級智慧水利平臺建設的總體目標

縣市級智慧水利平臺建設應該結合實際情況，搭建形成一個上聯縣市級政府及相關上級水利主管部門，橫聯各業(yè)務科室和水管單位，下聯鄉(xiāng)鎮(zhèn)水利站所和水利設施管理單位，覆蓋縣市全域范圍的綜合管理服務體系?？h市級智慧水利平臺的搭建，也為地市、省級、甚至國家級智慧水利平臺的信息數據庫儲備必要的數據，是上級平臺運行管理的基礎。

2 平臺總體架構

縣市級智慧水利平臺總體架構由客觀感知、信息傳輸、數據管理、平臺支撐和功能服務5個層面組成，如圖1所示。

圖1 縣市級智慧水利平臺總體構架示意圖

客觀感知層是所有信息的源泉，既通過雨量計、流速儀，水位、水質、工情、墑情、濁度、溫度、風速、風向等傳感器，直接客觀地采集水情、雨情、工情等信息；也使用視頻、遙感、定位等綜合技術，形成空天一體化監(jiān)測感知體系；還通過合法數據提取程序從其它數據庫（如氣象數據庫、遙感影像數據庫等）獲取相應信息；亦基于個人計算機、手機等終端填報、采集相關信息。

信息傳輸層主要依托公用有線網絡、無線網絡、水利專用網絡或衛(wèi)星等通訊設施，在程序控制交換系統、加密系統的輔助下，進行數據傳遞。

數據管理層在存儲客觀感知并傳輸過來的所有信息的同時，還要對數據進行過濾、清除、加工、整合等管理與服務工作。

平臺支撐層主要是通過GIS平臺（提供宏觀地理信息）、遙感分析組件（遙感數據反演計算）、數模分析組件（基于云計算的計算模型類決策輔助程序）、SQL服務器等系統為功能服務層提供技術支撐。

功能服務層是直接面對用戶的部分。底層收集的數據傳輸到平臺，經數據管理層存儲、過濾、清除、加工、整合，交由平臺支撐層進行相關應用處理，最后將數據與結論根據不同應用場景的需要提供給用戶，完成信息服務。

3 功能服務層

縣市級水利部門的決策和職能部門主要面對的是功能服務層。

功能服務層主要由水利地理信息管理系統、水旱災害防御決策支持系統、水利工程建設管理系統、水資源管理系統、水環(huán)境與水生態(tài)管理系統、城鄉(xiāng)供水管理系統、農村水利管理系統、水土保持管理系統、水政執(zhí)法管理系統、水利業(yè)務綜合辦公系統以及掌上水利系統等組成。

3.1 水利地理信息管理系統

水利地理信息管理系統建設旨在對數據管理層整合的水利大數據及功能服務層模塊基于大數據處理生產的信息進行多樣化的空間顯示和開發(fā)模擬。

該系統由水利大數據空間顯示及系統管理兩個主體功能部分組成。

1）水利大數據空間顯示。該部分包括數據管理層存儲的基礎數據及功能應用層各模塊處理生成的信息的空間呈現。顯示的內容包括氣象觀測數據、水文觀測數據、工程安全監(jiān)測數據、各監(jiān)測站點采集的信息數據，土壤、植被、生物觀測數據，土地利用變化觀測等資料；此外還有功能應用層各模塊、站網管理和資料整編模塊等模塊對應用層模塊基于水利大數據處理生成的信息。

2）水利大數據系統管理，包括大數據的支撐管理系統平臺開發(fā)及變化趨勢擬合。通過機器學習和深度研究，建立相關模型，對數據進行訓練學習，通過在線數據進行測試分析，不斷提高模型的準確性和健康性。綜上可見，該功能提供了一個可持續(xù)擴展的框架，使得數據資源和水利功能服務可以不斷地擴展和更新。

3.2 水旱災害防御決策支持系統

該系統為水旱災害防御部門及時提供雨情、水情、氣象云圖、雷達測報、災情、險情等信息。從數據庫實時提取的雨水情資料可以基本準確地提供降雨、洪水和旱情等相關數據預報，為水旱災害防御綜合調度分析提供可靠的技術支持。

3.3 水利工程建設管理系統

該系統主要由水利工程基本信息管理、水利工程建設管理、水利工程規(guī)劃管理等子系統組成。對于已建水利工程，海量存儲其基本資料，以供上報、查詢、共享等用途。對于在建水利工程，通過該系統實現對在建項目的開工準備、生產實施、質量管理、進度管理和資金管理等，為通過信息化手段進行水利工程全生命周期管理奠定良好的基礎。對于規(guī)劃中的水利工程，通過該系統完成項目建議書、可行性研究、初步設計階段的咨詢、報告編制、專家評審、上報批復等工作。

3.4 水資源管理系統

通過該系統可以實現縣市全域水資源數據的收集、管理與網絡上報功能，其中包括水資源綜合評價，水功能區(qū)管理、水資源費征收管理、入河排污口管理、計劃用水、取水許可管理、飲用水源地管理以及相關數據統計管理等功能。建立相關水資源管理數據模型，結合機器學習對數據進行訓練，提高決策支持的準確率。

3.5 水環(huán)境與水生態(tài)管理系統

該系統由水位監(jiān)測、水質監(jiān)測、生物量監(jiān)管、風險評價、危機預警、安保措施、安全評價、突發(fā)事故應急反應預案、事故后評估以及綜合處理等子系統組成。通過該系統可以實現縣市級水環(huán)境與水生態(tài)信息的采集、傳輸、存儲、管理、查詢、評價、預測、處理、上報、共享、發(fā)布等服務。

3.6 城鄉(xiāng)供水管理系統

城鄉(xiāng)供水系統包括水源地、凈水廠、管道、泵站以及向千家萬戶送水的配水管網,同時還提供消防及各種危急狀況下自來水的使用,是城鄉(xiāng)賴以生存的生命線系統,所以,保證供水系統安全可靠地運行,是一項極為重要的工作。

該系統主要由物聯網感知取水監(jiān)測點（圖像站、視頻站、水質站、水量站）、與自動化運行控制體系組成，可實現全程水質、水量實時監(jiān)控，實時掌握供水的質與量是否達標；監(jiān)測數據實時傳至平臺，對數據及時進行匯總、整理、分析和處理，確保供水系統安全運行。

3.7 農村水利管理系統

建設該系統的主要目標：一是以行業(yè)和項目管理為中心，基于提高農村水利工程建設管理水平以及資金使用效率、確保資金安全使用的要求，實現項目申報審批、數據上報下達、項目建設及時跟蹤等功能；二是以用水管理為中心，滿足合理調度、科學管理的要求，實現在線監(jiān)測、數據采集、數據分析等功能。內容涵蓋農村水利基本建設、灌區(qū)建設與改造、農村飲水安全、泵站建設與改造、節(jié)水灌溉、小型農田水利、山區(qū)雨水集蓄利用等農村水利業(yè)務。

3.8 水土保持管理系統

該系統以電子地圖GIS軟件為基礎空間數據庫，構建以水土保持數據采集、存儲、分析、管理為一體的架構，實現水土保持監(jiān)測評價、生態(tài)治理、綜合管理等功能。

水土保持監(jiān)測通過物聯網、遙感、大數據分析等先進的數據采集分析技術，對水土流失的發(fā)生、發(fā)展及其危害進行監(jiān)測，記錄水土流失的類型、強度、分布特征以及造成的危害。通過分析監(jiān)測數據，掌握水土流失的影響因子、發(fā)展規(guī)律、動態(tài)變化趨勢，以便對水土流失綜合治理、生態(tài)環(huán)境建設的宏觀決策提出科學、合理、系統地水土保持措施。

3.9 水政執(zhí)法管理系統

該系統由水政監(jiān)察遙感動態(tài)監(jiān)測系統、水政執(zhí)法巡查管理系統、執(zhí)法檔案管理系統、執(zhí)法文書管理系統等組成。通過該系統可以實現水事案件從產生、發(fā)現、舉報、登記、立案、調查、處理、聽證、結案全過程的信息化管理，大大提高了水政執(zhí)法的效率和水平。

3.10 水利業(yè)務綜合辦公系統

縣市級水利部門業(yè)務綜合辦公系統建設的主要目標：一是服務于局機關領導辦公和政務工作；二是服務于各部門的辦公和政務工作；三是有利于局、科、室、站、所之間的協作、交流；四是實現辦公流程化、規(guī)范化、自動化、資源共享和信息電子化，有利于加強工作管理，提高辦公辦事效率，提升輔助領導決策的能力。該系統可以為縣市水利局提供一套現代化的PC終端和移動端的辦公平臺。

4 結語

信息是智慧水利的基礎，縣市級水利局和鄉(xiāng)鎮(zhèn)水利站所的主要工作在基層，直接采集、監(jiān)測、匯總、上傳海量的水利信息。知識是智慧水利的核心，要利用先進的信息技術，充分挖掘信息的潛力，從中提取有用的知識，以便進一步積累、梳理、研究和升華。實際應用和能力提升是智慧水利的目的，縣市級智慧水利平臺建設應該基于實際縣市級水利事業(yè)的需要而進行設置，運行過程中須結合用戶的反饋信息，反復多次優(yōu)化，切實提升工程檢測、監(jiān)測、預測、預報、調度、決策、運行、管理以及解決實際問題的能力。

智慧水利平臺是水利人、水利工程、水環(huán)境、水生態(tài)、水利信息等與物理傳感、數據采集、信息傳輸、云計算、大數據、人工智能技術和產品等深度融合的產物，其研究內容屬于新興學科“信息生態(tài)學”的范疇，涉及水利行業(yè)的各個層面，需要相關行業(yè)的科技工作者精誠合作，加強知識體系建設，共同努力，團結攻關，不斷改進工作手段，提升工作效率，持續(xù)推動智慧水利事業(yè)的發(fā)展和進步。