縣域智慧水利建設(shè)實(shí)踐

甄世森 吳 浩

(1.壽光市水利局，山東 壽光 262700；2.中國水利水電科學(xué)研究院，北京 100048)

智慧水利是以新一代信息技術(shù)為支撐的一項(xiàng)復(fù)雜系統(tǒng)工程，在頂層設(shè)計(jì)的指導(dǎo)下，需立體化多維度地進(jìn)行統(tǒng)籌集約化建設(shè)。根據(jù)《智慧水利總體方案》總體規(guī)劃和網(wǎng)絡(luò)安全架構(gòu)，智慧水利建設(shè)涉及多個(gè)層級(jí)，其中縣級(jí)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)(縣域智慧水利)屬于智慧水利業(yè)務(wù)網(wǎng)的下層和末端，扮演業(yè)務(wù)系統(tǒng)基礎(chǔ)用戶角色。

縣域智慧水利的構(gòu)建以物理基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和水利業(yè)務(wù)信息服務(wù)為主，通過水情、工情、視頻、水質(zhì)等感知網(wǎng)及傳輸支撐網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)管理中心等基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)，實(shí)現(xiàn)縣域內(nèi)水務(wù)行政部門各類水業(yè)務(wù)信息的互聯(lián)互通，為管理者和公眾提供可知可視的水信息服務(wù)，助力上層智慧水利全網(wǎng)態(tài)勢感知和區(qū)域性決策指揮，使頂層達(dá)到“智能應(yīng)用”的目的。因此，縣域智慧水利是智慧水利體系建設(shè)的“神經(jīng)末梢”和“感知神經(jīng)元”，是實(shí)現(xiàn)智慧水利頂層規(guī)劃的基礎(chǔ)和重點(diǎn)。

本文結(jié)合山東省壽光市水利信息化現(xiàn)狀和實(shí)際需求，從建設(shè)目標(biāo)、總體框架和功能設(shè)計(jì)等方面詳細(xì)介紹了壽光市智慧水利公共服務(wù)平臺(tái)，以期為類似縣域智慧水利建設(shè)提供經(jīng)驗(yàn)和參考。

1 現(xiàn)狀及需求分析

2018年、2019年連續(xù)兩年汛期的極端天氣，使山東省尤其是地處多條河流下游的壽光市遭受了嚴(yán)重水患，究其原因是水利設(shè)施嚴(yán)重不足、水利工程嚴(yán)重欠賬。為此，壽光市按照“根治水患,防治干旱”的要求，統(tǒng)籌全域治水患，持續(xù)開展水利工程建設(shè)，同時(shí)，開發(fā)建立了壽光市重點(diǎn)水利工程質(zhì)量管控系統(tǒng)，對(duì)建設(shè)會(huì)戰(zhàn)中重點(diǎn)水利工程建設(shè)進(jìn)行全過程控制，實(shí)現(xiàn)工程建設(shè)過程資料的收集、審核及查詢等功能。

為進(jìn)一步提升信息技術(shù)在汛期對(duì)于河湖運(yùn)行管護(hù)、工程建設(shè)管理和應(yīng)急物資調(diào)控等的支撐保障，亟需構(gòu)建統(tǒng)一的壽光市智慧水利公共服務(wù)平臺(tái)。在智慧水利頂層設(shè)計(jì)下，一是堅(jiān)持統(tǒng)籌規(guī)劃、協(xié)調(diào)推進(jìn)，統(tǒng)一技術(shù)架構(gòu)、強(qiáng)化資源整合、促進(jìn)信息共享；二是實(shí)現(xiàn)全市范圍內(nèi)彌河、丹河、堯河、東西張僧河、小清河等重點(diǎn)河流防洪治理、水毀橋梁新建及維修加固工程等重點(diǎn)水利工程建設(shè)質(zhì)量管控體系的信息化；三是實(shí)現(xiàn)彌河、丹河等事關(guān)生產(chǎn)發(fā)展、生活安定、生命安全的重點(diǎn)河流防汛管控體系的數(shù)字化；四是實(shí)現(xiàn)重要河道巡查監(jiān)督體系的移動(dòng)化。通過統(tǒng)一規(guī)范的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和安全可靠的保障體系，全面提升水利綜合管理能力，有力推動(dòng)水利現(xiàn)代化建設(shè)。

2 建設(shè)目標(biāo)和原則

2.1 建設(shè)目標(biāo)

壽光市水利局深入貫徹落實(shí)黨中央、國務(wù)院關(guān)于加快災(zāi)后水利薄弱環(huán)節(jié)建設(shè)的決策部署，按照新時(shí)期防災(zāi)減災(zāi)救災(zāi)工作“兩個(gè)堅(jiān)持，三個(gè)轉(zhuǎn)變”的新理念、新要求，積極謀劃，針對(duì)連續(xù)兩年汛期防災(zāi)減災(zāi)暴露出的短板和問題，全域統(tǒng)籌、長遠(yuǎn)規(guī)劃、系統(tǒng)治理，堅(jiān)持問題導(dǎo)向，打造完整的、覆蓋全市重點(diǎn)河流防汛相關(guān)業(yè)務(wù)和部門的數(shù)據(jù)中心，為全市重點(diǎn)河流防汛指揮工作提供輔助決策支撐。

重點(diǎn)建設(shè)1個(gè)智慧水利公共服務(wù)平臺(tái)，包含重點(diǎn)水利工程質(zhì)量管控系統(tǒng)、重點(diǎn)河流防汛管控系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、統(tǒng)一查詢系統(tǒng)4個(gè)子系統(tǒng)，1個(gè)智慧水利小程序和1個(gè)智慧水利APP，從而實(shí)現(xiàn)壽光市重點(diǎn)水利工程建設(shè)過程質(zhì)量管控，重點(diǎn)河流防汛應(yīng)急信息維護(hù)及查詢，彌河、丹河監(jiān)控實(shí)時(shí)查看等功能目標(biāo)。

2.2 建設(shè)原則

當(dāng)前新一代信息技術(shù)蓬勃發(fā)展，新設(shè)備新手段不斷涌現(xiàn)，系統(tǒng)平臺(tái)的建設(shè)要慎重選擇平臺(tái)架構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)通信和采集感知設(shè)備及相應(yīng)技術(shù)，既要保證設(shè)備和技術(shù)的先進(jìn)性，也要有利于未來平臺(tái)的業(yè)務(wù)擴(kuò)展和升級(jí)換代，避免資源浪費(fèi)和重復(fù)建設(shè)[3]。為滿足實(shí)際應(yīng)用，平臺(tái)架構(gòu)主要遵循以下幾項(xiàng)原則[3-6]：

a.技術(shù)先進(jìn)、穩(wěn)定可靠。系統(tǒng)可靠性是系統(tǒng)長期穩(wěn)定運(yùn)行的基石，平臺(tái)從設(shè)計(jì)理念到架構(gòu)搭建，秉承著系統(tǒng)可靠性原則，采用成熟的技術(shù)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行建設(shè)，具備較高的可靠性、較強(qiáng)的容錯(cuò)能力。

b.兼容度高、擴(kuò)展性強(qiáng)。平臺(tái)充分考慮擴(kuò)展性，采用標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)思維，嚴(yán)格遵循水利部智慧水利要求和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，確保平臺(tái)的系統(tǒng)之間的透明性和互通互聯(lián)。

c.頂層設(shè)計(jì)、分步實(shí)施。全面、系統(tǒng)地規(guī)劃設(shè)計(jì)總體框架，提出總體思路和建設(shè)目標(biāo)要求，明確路線圖和時(shí)間表，分步實(shí)施，協(xié)調(diào)推進(jìn)。

d.綜合分析、安全至上。綜合考慮設(shè)備安全、網(wǎng)絡(luò)安全和數(shù)據(jù)安全，采取可靠手段杜絕非法訪問、入侵或攻擊行為。

3 總體架構(gòu)與平臺(tái)功能

3.1 總體架構(gòu)

3.1.1 架構(gòu)設(shè)計(jì)

以智慧水利總體方案為綱，按照壽光市智慧水利公共服務(wù)平臺(tái)的建設(shè)規(guī)模和功能需求，充分整合硬件設(shè)施與軟件系統(tǒng)，搭建完整、標(biāo)準(zhǔn)、結(jié)構(gòu)化的智慧水利平臺(tái)，包括數(shù)據(jù)層、服務(wù)層、通信層、應(yīng)用層、用戶層，具體見圖1。

圖1 壽光市智慧水利公共服務(wù)平臺(tái)技術(shù)架構(gòu)

數(shù)據(jù)層主要指數(shù)據(jù)庫的物理存儲(chǔ)及數(shù)據(jù)管理操作。物理存儲(chǔ)數(shù)據(jù)有工程項(xiàng)目數(shù)據(jù)、地理信息數(shù)據(jù)、水文數(shù)據(jù)、水雨情數(shù)據(jù)、工程管理數(shù)據(jù)、應(yīng)急防汛數(shù)據(jù)及運(yùn)行管理數(shù)據(jù)等；數(shù)據(jù)管理操作是對(duì)上述元數(shù)據(jù)進(jìn)行編輯、導(dǎo)出、轉(zhuǎn)換、更新、編輯、入庫等。服務(wù)層是對(duì)數(shù)據(jù)層進(jìn)行服務(wù)封裝，通過數(shù)據(jù)及信息服務(wù)引擎實(shí)現(xiàn)對(duì)外部數(shù)據(jù)的服務(wù)功能。通信層是服務(wù)層與應(yīng)用層間的橋梁，在服務(wù)層基礎(chǔ)上提供數(shù)據(jù)傳輸?shù)慕y(tǒng)一接口。應(yīng)用層是指面向用戶提供具體的應(yīng)用系統(tǒng)層，包括Web、APP、微信小程序的各類應(yīng)用。用戶層針對(duì)的是整個(gè)平臺(tái)硬件、數(shù)據(jù)及軟件的所有參與者的使用和維護(hù)。其中，壽光市智慧水利公共服務(wù)平臺(tái)在5層架構(gòu)基礎(chǔ)上，對(duì)安全系統(tǒng)和終端接口進(jìn)行了重點(diǎn)設(shè)計(jì)。

3.1.2 安全系統(tǒng)設(shè)計(jì)

實(shí)用、安全是水利信息化網(wǎng)絡(luò)的基本要求，為保證數(shù)據(jù)和系統(tǒng)安全，平臺(tái)設(shè)計(jì)了備用數(shù)據(jù)庫和系統(tǒng)維護(hù)策略，從數(shù)據(jù)安全和系統(tǒng)安全兩方面做好平臺(tái)安全工作。

a.數(shù)據(jù)安全：定期建立數(shù)據(jù)庫備份，一旦服務(wù)器數(shù)據(jù)庫被破壞，可以使用最近的一份數(shù)據(jù)庫副本進(jìn)行還原。為防止服務(wù)器故障，可預(yù)備一臺(tái)服務(wù)器，形成“一主一備”模式，只要主服務(wù)器出現(xiàn)故障，可以迅速啟動(dòng)預(yù)備服務(wù)器運(yùn)行系統(tǒng)。

b.系統(tǒng)安全：在基礎(chǔ)數(shù)據(jù)維護(hù)方面，對(duì)于一些基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，由超級(jí)管理員進(jìn)行維護(hù)。在數(shù)據(jù)庫備份和恢復(fù)方面，利用SQLServer2005自身提供的備份和恢復(fù)功能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫備份恢復(fù)。在系統(tǒng)升級(jí)維護(hù)方面，分階段對(duì)用戶使用效果進(jìn)行調(diào)查，根據(jù)調(diào)查結(jié)果，篩選用戶提出的功能要求，對(duì)于合理的要求予以采納，并安排人員對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行修改和完善。

3.1.3 終端系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)

接口是兩方之間數(shù)據(jù)交互的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，平臺(tái)綜合考慮技術(shù)、成本、性能等因素，定義了用戶接口、外部接口和內(nèi)部接口。

a.用戶接口：按窗口化、菜單式進(jìn)行設(shè)計(jì)。

b.外部接口：軟件接口通過jdbc對(duì)接mysql數(shù)據(jù)庫進(jìn)行連接。對(duì)上接入上級(jí)省市雨情水文系統(tǒng)中的雨量、水文站等數(shù)據(jù)，對(duì)外部監(jiān)控平臺(tái)上傳云平臺(tái)數(shù)據(jù)，同時(shí)接入壽光市應(yīng)急管理局平臺(tái)部分?jǐn)?shù)據(jù)。

c.內(nèi)部接口：通過面向?qū)ο笳Z言設(shè)計(jì)類，在public類中實(shí)現(xiàn)調(diào)用，類間實(shí)現(xiàn)嚴(yán)格封裝。

3.2 平臺(tái)功能

應(yīng)用系統(tǒng)是多系統(tǒng)的有機(jī)整合，是基于龐大數(shù)據(jù)基礎(chǔ)之上的不同功能應(yīng)用的集合[7]。智慧水利公共服務(wù)平臺(tái)包含重點(diǎn)水利工程質(zhì)量管控系統(tǒng)、重點(diǎn)河流防汛管控系統(tǒng)、綜合查詢系統(tǒng)、智慧水利小程序和APP，分別實(shí)現(xiàn)了壽光市重點(diǎn)水利工程建設(shè)過程質(zhì)量管控、重點(diǎn)河流防汛應(yīng)急信息維護(hù)及查詢、彌河和丹河監(jiān)控實(shí)時(shí)查看、多元防汛信息關(guān)聯(lián)搜索、移動(dòng)巡河等功能。

3.2.1 重點(diǎn)水利工程質(zhì)量管控系統(tǒng)

重點(diǎn)水利工程質(zhì)量管控系統(tǒng)是在原工程質(zhì)量管控系統(tǒng)基礎(chǔ)上進(jìn)行的整合升級(jí)，該系統(tǒng)的目的是對(duì)水利“大會(huì)戰(zhàn)”中維修新建的橋、閘、涵洞、泵站、攔河壩和防洪墻等所有水工建筑物的工程質(zhì)量、進(jìn)度、安全三大核心要素進(jìn)行管控[8]，系統(tǒng)界面見圖2。

圖2 重點(diǎn)水利工程分布

a.項(xiàng)目管理。在壽光市電子地圖上用不同顏色、符號(hào)將涵閘、橋梁、道路、泵站、橡膠壩、險(xiǎn)工段、攔河閘、堤防、波浪樁護(hù)灘、路燈監(jiān)控及裝配式防洪墻等境內(nèi)涉及的11類水利工程要素進(jìn)行一張圖顯示，可按照片區(qū)、標(biāo)段、工程名稱、位置類型、鄉(xiāng)鎮(zhèn)、完成狀態(tài)和位置名稱等屬性對(duì)以上水利工程的基本信息進(jìn)行動(dòng)態(tài)查詢和管理，實(shí)現(xiàn)地圖上展示、瀏覽、定位和查詢等功能。

b.質(zhì)量信息管理。對(duì)各水利工程中涉及安全、質(zhì)量、進(jìn)度三大關(guān)鍵因素的制度文件、程序文件、圖像視頻等資料全部電子化，從開工至完工進(jìn)行全生命周期的流程化管理。一個(gè)工程一張電子卡，從電子地圖即可點(diǎn)選進(jìn)入，電子卡片包含工程基本信息、參建各單位基本信息、安全管理體系和規(guī)章制度、質(zhì)量管理體系和規(guī)整制度、施工過程電子化檔案、各類專題會(huì)議資料及驗(yàn)收資料等。同時(shí)，設(shè)有問題追溯反饋模塊，對(duì)施工中發(fā)現(xiàn)的問題進(jìn)行全鏈條閉合管控。

3.2.2 重點(diǎn)河流防汛管控系統(tǒng)

經(jīng)過應(yīng)對(duì)連續(xù)兩年嚴(yán)重水患，壽光市將汛期應(yīng)急搶險(xiǎn)所涉及人員、物資兩大關(guān)鍵要素作為管控重點(diǎn)，構(gòu)建覆蓋境內(nèi)全部河道的河流防汛管理系統(tǒng)，見圖3。同時(shí)提供水雨情信息、應(yīng)急預(yù)案和險(xiǎn)情信息等各類實(shí)時(shí)服務(wù)，方便查看，為防汛應(yīng)急工作提供數(shù)據(jù)支撐，輔助主管人員科學(xué)決策。

圖3 人員、物資分布

a.人員管理。在汛期和非汛期分別設(shè)定全市15條河道堤壩巡視檢查范圍、頻次，實(shí)時(shí)在線顯示人員在崗情況和巡視路線，巡視人員可在移動(dòng)端通過圖片或視頻上傳險(xiǎn)情情況，并記錄險(xiǎn)情發(fā)生位置。管理人員可通過系統(tǒng)與現(xiàn)場人員對(duì)講通話，即時(shí)展開險(xiǎn)情處置及人員調(diào)度[9]。

如圖4所示，通過電子地圖點(diǎn)選，可進(jìn)入人員管理卡片，顯示隊(duì)長信息、隊(duì)伍人數(shù)及人員性質(zhì)等隊(duì)伍屬性，系統(tǒng)自動(dòng)統(tǒng)計(jì)堤防日常巡視檢查隊(duì)伍、人員、巡檢情況報(bào)告，實(shí)時(shí)人員定位，確保相關(guān)責(zé)任人按時(shí)到崗。

圖4 人員在崗狀態(tài)

b.物資管理。防汛物資管理是險(xiǎn)情處置的重要保障，系統(tǒng)顯示了境內(nèi)全部防汛物資點(diǎn)，對(duì)所有的物資裝備均建立了流水臺(tái)賬(見圖5)，可實(shí)時(shí)查看各物資儲(chǔ)備庫防汛物資使用情況，根據(jù)險(xiǎn)情發(fā)生和未來發(fā)展情況，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)物資裝備的補(bǔ)充調(diào)度。

圖5 物資裝備儲(chǔ)備情況

c.水雨情信息服務(wù)。通過本地新建、接入上級(jí)、調(diào)用同級(jí)3種方式完善境內(nèi)水雨情數(shù)據(jù)，快捷提供河道各處實(shí)時(shí)水位、雨量信息，并可查詢年度汛期至近1h的水雨情數(shù)據(jù)特征值。

3.2.3 綜合查詢系統(tǒng)

綜合查詢系統(tǒng)是依托平臺(tái)電子地圖，承繼上述兩大業(yè)務(wù)系統(tǒng)中的全部資料，統(tǒng)一整合水雨情、工情、視頻、防汛應(yīng)急等數(shù)據(jù)，在平臺(tái)上通過多種篩選條件直觀高效查詢各類信息。

a.綜合查詢，將境內(nèi)河道、水利工程等分為670個(gè)關(guān)鍵控制點(diǎn)，一站式綜合查詢各控制點(diǎn)的人員、物資裝備、視頻監(jiān)控、水雨情信息、工程質(zhì)量信息、應(yīng)急預(yù)案等，見圖6。

圖6 綜合查詢系統(tǒng)服務(wù)

b.巡壩統(tǒng)計(jì)，主要承繼了重點(diǎn)河流防汛管控系統(tǒng)中的人員隊(duì)伍信息，可實(shí)現(xiàn)考勤的查詢、統(tǒng)計(jì)、匯總，險(xiǎn)情處置閉合和巡壩人員等信息瀏覽，對(duì)相關(guān)責(zé)任人履職盡職情況進(jìn)行考核。

c.物資裝備，主要承繼了重點(diǎn)河流防汛管控系統(tǒng)中的物資裝備信息，此處將物資裝備分為臨設(shè)的沿河物資點(diǎn)和應(yīng)急管理局長設(shè)的儲(chǔ)備庫兩類，方便查詢調(diào)用。

d.應(yīng)急預(yù)案，根據(jù)“一河一策”的相關(guān)規(guī)定，將境內(nèi)相關(guān)的12條河流渠道應(yīng)急預(yù)案電子化，滿足應(yīng)急查詢響應(yīng)的需要。

e.雨情水文，綜合統(tǒng)計(jì)了所有水雨情監(jiān)測點(diǎn)的數(shù)據(jù)，可進(jìn)行實(shí)時(shí)水位、雨量過程線及特征值統(tǒng)計(jì)。

f.質(zhì)量信息，整合質(zhì)量管控系統(tǒng)數(shù)據(jù)，按片區(qū)、標(biāo)段、工程名稱、位置、完成狀態(tài)等多屬性列表查看工程質(zhì)量情況。

g.視頻監(jiān)控，新建視頻監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)重要河流監(jiān)控全覆蓋，可通過電子地圖點(diǎn)擊視頻監(jiān)控點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)查看，且可以回訪歷史錄像，同時(shí)具備球機(jī)的遠(yuǎn)程控制功能。

h.重要防汛位置，穿堤涵閘、強(qiáng)排泵站、路口缺口、攔河閘壩等重點(diǎn)防汛位置在電子地圖上總體呈現(xiàn)，并可進(jìn)一步顯示所屬區(qū)劃、責(zé)任單位、責(zé)任人和防汛物資裝備等信息。同時(shí)，對(duì)沿河各類應(yīng)急防汛物資儲(chǔ)備庫集中展示，輔助應(yīng)急調(diào)度。

3.2.4 智慧水利移動(dòng)端

針對(duì)汛期險(xiǎn)情來得快、響應(yīng)要求急的特點(diǎn)，開發(fā)了與平臺(tái)關(guān)聯(lián)的智慧水利小程序和APP，實(shí)現(xiàn)隨時(shí)隨地移動(dòng)辦公，平臺(tái)用戶交互多元化。智慧水利小程序接入了綜合查詢中的水雨情信息、工情信息、應(yīng)急預(yù)案和物資儲(chǔ)備信息以及工程質(zhì)量管控系統(tǒng)中的安全檢查、各類規(guī)章制度信息，實(shí)現(xiàn)全市水利基本數(shù)據(jù)的查看。智慧水利APP主要作用是實(shí)現(xiàn)河道巡視檢查的智慧化，強(qiáng)化落實(shí)巡視檢查責(zé)任。通過APP可記錄巡檢時(shí)間、參與巡檢的人員及巡檢軌跡，并可通過移動(dòng)端即時(shí)上傳險(xiǎn)情圖片影像資料、文字描述及地圖標(biāo)注準(zhǔn)確位置。移動(dòng)端的使用極大地提升了工作的靈活性，提高了應(yīng)急響應(yīng)效率和協(xié)同工作能力[10]。

4 結(jié) 語

十四五期間，我國水利將繼續(xù)堅(jiān)持科技引領(lǐng)和智慧賦能，提高水資源智慧管理水平，提升防災(zāi)減災(zāi)能力。本文以壽光市智慧水利公共服務(wù)平臺(tái)為例，介紹了縣域智慧水利的建設(shè)實(shí)踐，立足自身需求，堅(jiān)持問題導(dǎo)向，建立了一套可視化、數(shù)字化、信息化的綜合服務(wù)平臺(tái)，促進(jìn)了壽光市縣域水利信息化的發(fā)展，提升了工程建設(shè)管理能力和防汛減災(zāi)能力，初步進(jìn)入了智慧水利初級(jí)階段。壽光市智慧水利公共服務(wù)平臺(tái)將區(qū)域內(nèi)河流、水工建筑物、水利信息感知設(shè)備及人的行為、物的狀態(tài)進(jìn)行了數(shù)字化融合，實(shí)現(xiàn)了水利信息在電子地圖上應(yīng)用展示，推動(dòng)了工程建管和防汛減災(zāi)工作的精細(xì)化管理，提高了信息共享和綜合應(yīng)用水平。同時(shí)，采用移動(dòng)設(shè)備和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對(duì)重點(diǎn)工程、河道進(jìn)行管護(hù)，用科技的手段壓實(shí)責(zé)任，使水利事務(wù)參與者能夠及時(shí)、高效地完成工作和調(diào)度。這種需求為先、急用先建的縣域智慧水利建設(shè)模式可為類似縣域智慧水利的建設(shè)提供經(jīng)驗(yàn)和參考。