新疆智慧水利實(shí)施方案探析

劉錫安

（新疆泰達(dá)水利水電工程有限責(zé)任公司，新疆 烏魯木齊 830000）

2019年，水利部正式印發(fā)《智慧水利總體方案》[1]，明確了發(fā)展智慧水利建設(shè)要求，為了充分發(fā)揮新一代信息技術(shù)的驅(qū)動(dòng)引領(lǐng)作用，大力推進(jìn)新疆高新技術(shù)與水利業(yè)務(wù)深度融合，需對(duì)新疆智慧水利建設(shè)方案進(jìn)行探討。

1 概況

新疆境內(nèi)山脈融雪形成大小河流570多條，水資源總量727億m3，居全國(guó)前列[2]。進(jìn)入21世紀(jì)后，新疆積極推動(dòng)水利信息化工作，開(kāi)展了水旱災(zāi)害防御、水資源管理等一系列系統(tǒng)建設(shè)和應(yīng)用，水利信息化的制度體系、標(biāo)準(zhǔn)體系、技術(shù)體系初步形成，完成覆蓋全疆區(qū)、地、縣三級(jí)水利部門(mén)和重點(diǎn)流域機(jī)構(gòu)的水利信息網(wǎng)、全疆水利異地視頻會(huì)議系統(tǒng)等，初步構(gòu)建起水利信息化基礎(chǔ)設(shè)施環(huán)境，為新疆智慧水利建設(shè)奠定了基礎(chǔ)。

2 存在問(wèn)題

雖然新疆水利信息化取得了一定的成績(jī)，但距離智慧水利還有一定距離，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

2.1 信息采集方面

采集感知體系不完整，重要水利對(duì)象仍存在監(jiān)測(cè)盲區(qū)，部分對(duì)象雖納入監(jiān)測(cè)范圍，但是監(jiān)測(cè)點(diǎn)時(shí)間空間布局不夠合理，移動(dòng)采集能力不足，存在監(jiān)測(cè)事項(xiàng)不全、密度不足的問(wèn)題。

2.2 基礎(chǔ)設(shè)施方面

水利專(zhuān)網(wǎng)承載能力較弱，網(wǎng)絡(luò)帶寬普遍較低、不足10 M 的帶寬嚴(yán)重制約了云計(jì)算、遙感影像傳輸、大數(shù)據(jù)處理、人工智能等技術(shù)的應(yīng)用。隨著應(yīng)用的持續(xù)開(kāi)展，現(xiàn)有的存儲(chǔ)設(shè)備容量已經(jīng)不能滿(mǎn)足數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)要求。

2.3 應(yīng)用信息化方面

業(yè)務(wù)應(yīng)用水平整體偏低，智能化水平不高，大數(shù)據(jù)分析、人工智能等技術(shù)尚未得到廣泛使用，不足以支撐對(duì)業(yè)務(wù)流程的優(yōu)化再造。信息系統(tǒng)與業(yè)務(wù)工作沒(méi)有深度融合，業(yè)務(wù)工作內(nèi)容尚未完全覆蓋。

2.4 信息保障方面

各部門(mén)對(duì)網(wǎng)信工作的重要性認(rèn)識(shí)還不夠，信息化總體投入不足，信息化發(fā)展中“重建設(shè)，輕應(yīng)用；重建設(shè)，輕運(yùn)維；重?fù)碛校p共享”現(xiàn)象還比較突出。

3 新疆智慧水利總體架構(gòu)

新疆智慧水利堅(jiān)持“服務(wù)中心，需求主導(dǎo)；統(tǒng)籌謀劃，協(xié)同推進(jìn)；健全機(jī)制，明確責(zé)任；工程帶動(dòng)，同步發(fā)展”的要求[3]，按照“大平臺(tái)、大系統(tǒng)、大數(shù)據(jù)”一張藍(lán)圖繪到底的原則，進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)劃建設(shè)。

3.1 監(jiān)測(cè)感知架構(gòu)

監(jiān)測(cè)感知網(wǎng)包括感知要素、感知手段、傳輸網(wǎng)絡(luò)等。感知要素包括天然河湖水系（河流、湖泊、基本水文要素等）、水利工程設(shè)施（水庫(kù)、涵閘、堤防等）、人類(lèi)的涉水活動(dòng)（保護(hù)水環(huán)境水生態(tài)的治理活動(dòng)、亂采亂建的破壞活動(dòng)、參觀游玩的休閑活動(dòng)及幸福河評(píng)判討論活動(dòng)等）；感知手段包括物聯(lián)感知（現(xiàn)地采集終端、衛(wèi)星、雷達(dá)、無(wú)人機(jī)、視頻等）、社會(huì)感知（媒體、社交網(wǎng)絡(luò)、移動(dòng)設(shè)備）和網(wǎng)絡(luò)感知（網(wǎng)絡(luò)資源、業(yè)務(wù)系統(tǒng)）[4]；傳輸網(wǎng)絡(luò)包括傳統(tǒng)的以太網(wǎng)、光纖等有線傳輸以及5G、NB-IoT等新一代無(wú)線物聯(lián)通信。

3.2 支撐平臺(tái)架構(gòu)

應(yīng)用支撐平臺(tái)主要由基礎(chǔ)應(yīng)用支撐服務(wù)、一張圖平臺(tái)、網(wǎng)格管理、水利模型、知識(shí)圖譜、機(jī)器感知、學(xué)習(xí)算法等部分組成。

基礎(chǔ)組件服務(wù)、可視化支撐、移動(dòng)支撐服務(wù)為應(yīng)用層各類(lèi)業(yè)務(wù)和數(shù)據(jù)資源池提供了通用性的功能支撐能力。水利網(wǎng)格化管理、水利模型為應(yīng)用層各類(lèi)應(yīng)用和數(shù)據(jù)資源池提供了水利管理業(yè)務(wù)相關(guān)服務(wù)支撐能力。學(xué)習(xí)算法、機(jī)器感知和知識(shí)圖譜為上層業(yè)務(wù)應(yīng)用提供模型、算法等計(jì)算與分析的能力。

一張圖平臺(tái)以服務(wù)聚合作為數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，以空間分析作為智能應(yīng)用空間分析支撐，以空間大數(shù)據(jù)作為決策支持，為水利高質(zhì)量發(fā)展提供點(diǎn)、線、面、圖斑、影像、視頻、三維實(shí)景、歷史回溯、分析推演等專(zhuān)題特色服務(wù)。

3.3 總體架構(gòu)

新疆智慧水利基于現(xiàn)有新疆水利網(wǎng)絡(luò)、軟硬件以及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)備份環(huán)境，進(jìn)行集約化建設(shè)和整合，形成新疆水利云，包括政務(wù)外網(wǎng)云和互聯(lián)網(wǎng)云，為新疆水利智能應(yīng)用提供計(jì)算存儲(chǔ)能力。新疆水利云系統(tǒng)軟硬件采用集中式部署，總體架構(gòu)如圖1所示。

圖1 新疆智慧水利總體架構(gòu)

新疆水利大數(shù)據(jù)中心采用“集中+分散”數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模式，業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)在主中心、分中心之間進(jìn)行實(shí)時(shí)同步存儲(chǔ)，邏輯上集中、物理上分散。

4 重點(diǎn)工程建設(shè)內(nèi)容

統(tǒng)籌考慮新疆智慧水利重點(diǎn)亟需以及最近已開(kāi)展的基礎(chǔ)工作，重點(diǎn)需做好以下工作。

4.1 信息采集體系建設(shè)

為了彌補(bǔ)監(jiān)測(cè)空白，需要圍繞新疆水利業(yè)務(wù)、事務(wù)和政務(wù)的監(jiān)管需求，完善各類(lèi)監(jiān)管數(shù)據(jù)采集站網(wǎng)建設(shè)，擴(kuò)大信息采集的種類(lèi)、范圍和密度，提升信息采集和感知能力，促進(jìn)采集體系共建共管，避免重復(fù)建設(shè)、重復(fù)采集等問(wèn)題。其建設(shè)任務(wù)主要包括水庫(kù)大壩安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、水閘安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、堤防安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、水文監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)的信息采集體系的共建共管，嚴(yán)格審批信息采集系統(tǒng)及相關(guān)建設(shè)內(nèi)容，避免重復(fù)建設(shè)、重復(fù)采集等問(wèn)題。

4.2 網(wǎng)絡(luò)暢通工程完善

依托現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)，面向下一代網(wǎng)絡(luò)發(fā)展，升級(jí)改造網(wǎng)絡(luò)核心設(shè)備，全面支持IPv6，優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、擴(kuò)展覆蓋范圍、擴(kuò)充帶寬，新建政務(wù)內(nèi)網(wǎng)，升級(jí)政務(wù)外網(wǎng)，健全新疆水利工控網(wǎng)，構(gòu)建全疆水利信息一張網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)地（州）、縣（市）級(jí)水行政主管部門(mén)及水管單位網(wǎng)絡(luò)全覆蓋。

為了達(dá)到各類(lèi)信息資源在自治區(qū)范圍內(nèi)共建共享、互聯(lián)互通的應(yīng)用效果，要求各級(jí)單位根據(jù)網(wǎng)絡(luò)資源現(xiàn)狀，參照新疆水利信息化“一張網(wǎng)”相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，加大對(duì)網(wǎng)絡(luò)設(shè)施建設(shè)的投入，補(bǔ)充完善水利專(zhuān)網(wǎng)。對(duì)于水利專(zhuān)網(wǎng)覆蓋不到的地方，可選擇租用運(yùn)營(yíng)商專(zhuān)線鏈路的方式進(jìn)行聯(lián)通，從而確保自治區(qū)水利廳、各地州和縣級(jí)水利局、流域管理機(jī)構(gòu)及現(xiàn)地采集設(shè)施之間的互聯(lián)互通。按照新疆水利信息化資源整合共享總體要求，全面梳理優(yōu)化新疆政務(wù)內(nèi)網(wǎng)、政務(wù)外網(wǎng)、工控網(wǎng)的結(jié)構(gòu)劃分，形成完備的新疆水利計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。

4.3 水利大數(shù)據(jù)中心建設(shè)

根據(jù)新疆水利業(yè)務(wù)特點(diǎn)，在新疆水利數(shù)據(jù)管理成果基礎(chǔ)上，對(duì)新疆水利現(xiàn)有數(shù)據(jù)體系進(jìn)行全面整理，建立數(shù)據(jù)資源池，整合數(shù)據(jù)資源，建設(shè)上下級(jí)數(shù)據(jù)通道和數(shù)據(jù)匯聚分析平臺(tái)，對(duì)現(xiàn)有的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)體系進(jìn)行完善。其建設(shè)主要任務(wù)包括以下3個(gè)方面。

（1）數(shù)據(jù)資源池建設(shè)。全面利用現(xiàn)有的新疆水利基礎(chǔ)設(shè)施資源，基于云平臺(tái)技術(shù)，完成自治區(qū)水利廳和水文局機(jī)房的“私有云”建設(shè)，使其具備200個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)和50 PB存儲(chǔ)能力。建設(shè)互聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)，以50個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)、10 PB 數(shù)據(jù)量規(guī)模的應(yīng)用提供支撐環(huán)境，形成新疆水利廳信息化云體系的數(shù)據(jù)資源池。

（2）數(shù)據(jù)資源整合。在梳理數(shù)據(jù)資源的基礎(chǔ)上，利用面向?qū)ο蟮乃麛?shù)據(jù)模型，將涉及水利業(yè)務(wù)和政務(wù)應(yīng)用全局的水利對(duì)象基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，以及水利對(duì)象空間和業(yè)務(wù)關(guān)系等數(shù)據(jù)集中統(tǒng)一存儲(chǔ)于基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)和應(yīng)用共享庫(kù)，整合形成面向?qū)ο?、統(tǒng)一語(yǔ)義、易于共享、易于關(guān)聯(lián)、易于管理、易于挖掘的統(tǒng)一數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)“一數(shù)一源”。同時(shí)，抽取元數(shù)據(jù)，生成數(shù)據(jù)資源目錄。通過(guò)數(shù)據(jù)資源目錄、數(shù)據(jù)交換與共享管理服務(wù)等進(jìn)行數(shù)據(jù)共享與應(yīng)用。整合后，原有生產(chǎn)庫(kù)保持不變，實(shí)體數(shù)據(jù)的共享使用需求由“一個(gè)庫(kù)”來(lái)承載，為水利業(yè)務(wù)或政務(wù)應(yīng)用提供權(quán)威、全面、完整和一致的數(shù)據(jù)服務(wù)。

（3）上下級(jí)數(shù)據(jù)通道和數(shù)據(jù)匯聚分析平臺(tái)建立。實(shí)現(xiàn)將各類(lèi)管理數(shù)據(jù)下發(fā)到管理末端，將基層各類(lèi)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、控制數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)、視頻數(shù)據(jù)上傳到新疆水利數(shù)據(jù)中心。建立能夠滿(mǎn)足各類(lèi)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、控制數(shù)據(jù)匯聚的接入平臺(tái)，建立各類(lèi)數(shù)據(jù)的綜合管理手段，建立視頻圖像數(shù)據(jù)的大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)分析平臺(tái)，對(duì)現(xiàn)有的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)體系進(jìn)行完善。

4.4 業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)建設(shè)和完善

4.4.1 水旱災(zāi)害防御系統(tǒng)

水旱災(zāi)害防御體系建設(shè)任務(wù)主要包括：在托里縣、青河縣、烏什縣等73個(gè)山洪災(zāi)害防治縣開(kāi)展工程治理和非工程措施完善相結(jié)合的山洪災(zāi)害防治體系建設(shè)，進(jìn)一步開(kāi)展洪澇災(zāi)害調(diào)查評(píng)價(jià)和分析工作；持續(xù)實(shí)施重點(diǎn)山洪溝防洪治理，開(kāi)展策勒縣、阿拉山口市、奎屯市等21個(gè)外洪內(nèi)澇威脅縣農(nóng)村基層防汛預(yù)報(bào)預(yù)警體系建設(shè)[5]；進(jìn)一步完善監(jiān)測(cè)預(yù)警平臺(tái)，完善預(yù)警指標(biāo)，擴(kuò)大預(yù)警信息覆蓋面，運(yùn)用大數(shù)據(jù)、云共享等技術(shù)手段，提高自治區(qū)級(jí)系統(tǒng)的監(jiān)視、督查、綜合應(yīng)用和管理能力，全面提升山洪災(zāi)害防御能力；初步建立旱情監(jiān)測(cè)預(yù)警綜合平臺(tái)，利用衛(wèi)星遙感監(jiān)測(cè)及智能分析技術(shù)，建立旱情基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)，通過(guò)河流、湖泊、水庫(kù)、地下水旱警（限）水位（流量）以及氣象、水文信息，開(kāi)展旱情監(jiān)測(cè)、評(píng)估和校核，實(shí)現(xiàn)旱情綜合監(jiān)測(cè)評(píng)估，提升旱情監(jiān)測(cè)預(yù)警、水量調(diào)度及應(yīng)急響應(yīng)能力。

4.4.2 水資源利用監(jiān)管及節(jié)水管理系統(tǒng)

水資源利用監(jiān)管及節(jié)水管理體系建設(shè)任務(wù)主要包括：實(shí)現(xiàn)水量分配在線監(jiān)督管理，基于水利一張圖實(shí)現(xiàn)水資源利用決策分析專(zhuān)題化，實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)、監(jiān)視、監(jiān)控、業(yè)務(wù)、基礎(chǔ)、大文本、影像、視頻、遙感、GIS、區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)信息、工農(nóng)業(yè)用水調(diào)度方案、引水實(shí)況等多信息多要素的綜合分析，實(shí)現(xiàn)水資源開(kāi)發(fā)利用分析評(píng)價(jià)，為水資源監(jiān)管提供決策依據(jù)；在國(guó)家水資源監(jiān)控能力建設(shè)項(xiàng)目的基礎(chǔ)上，完善國(guó)控一、二期建設(shè)，推進(jìn)取水口監(jiān)測(cè)設(shè)施改造，擴(kuò)大取用水監(jiān)管數(shù)據(jù)應(yīng)用范圍。

4.4.3 水利工程建設(shè)與安全運(yùn)行監(jiān)管平臺(tái)

著力推動(dòng)水利工程補(bǔ)短板，加快提升水利工程保障能力，建設(shè)任務(wù)主要包括：利用“互聯(lián)網(wǎng)+”等新技術(shù)，建立水利工程建設(shè)全生命周期管理；建立新疆水利建設(shè)多信息共享平臺(tái)，理順多平臺(tái)獨(dú)立格局，增加關(guān)于水利工程建設(shè)多信息平臺(tái)通道，實(shí)現(xiàn)信息資源共建、共享，發(fā)揮大數(shù)據(jù)作用，為落實(shí)水利工程強(qiáng)監(jiān)管提供信息保障；加強(qiáng)全疆重點(diǎn)水庫(kù)安全運(yùn)行在線監(jiān)管，實(shí)現(xiàn)對(duì)水庫(kù)運(yùn)行情況的在線監(jiān)管與分析。

4.4.4 水土保持信息化系統(tǒng)

利用遙感、大數(shù)據(jù)等新技術(shù)，構(gòu)建地面監(jiān)測(cè)站點(diǎn)觀測(cè)數(shù)據(jù)與遙感監(jiān)測(cè)擾動(dòng)圖斑數(shù)據(jù)融合模型，建設(shè)水土保持信息管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)主要業(yè)務(wù)的精細(xì)化、全流程信息化管理，實(shí)現(xiàn)水土流失預(yù)測(cè)預(yù)警、生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)監(jiān)管全覆蓋等的智能決策支持和服務(wù)。

4.4.5 農(nóng)村飲水安全管理系統(tǒng)

完善升級(jí)農(nóng)村飲水安全管理系統(tǒng)，提升面向行業(yè)管理者、工程運(yùn)行管理者和社會(huì)公眾的農(nóng)村飲水信息化管理功能，強(qiáng)化農(nóng)村飲水工程動(dòng)態(tài)監(jiān)控，接入集中式農(nóng)村飲水工程水體監(jiān)測(cè)信息，實(shí)現(xiàn)配水、輸水、用水?dāng)?shù)據(jù)實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)、統(tǒng)計(jì)復(fù)核、預(yù)警提示、監(jiān)督檢查等，提高農(nóng)村飲水安全管理現(xiàn)代化水平。

4.4.6 河湖管理系統(tǒng)

圍繞河湖長(zhǎng)制、水域岸線管理、河道采砂監(jiān)管、水土保持監(jiān)測(cè)監(jiān)督治理等重點(diǎn)需求，運(yùn)用高分遙感數(shù)據(jù)解譯分析、無(wú)人機(jī)、圖像智能分析等技術(shù)，提升河湖長(zhǎng)效保護(hù)與動(dòng)態(tài)管控能力，增強(qiáng)河湖保護(hù)信息管理能力，到2025 年，實(shí)現(xiàn)河長(zhǎng)制湖長(zhǎng)制從“有名”向“有實(shí)”轉(zhuǎn)變。

4.4.7 政務(wù)管理系統(tǒng)

政務(wù)管理系統(tǒng)需要實(shí)現(xiàn)覆蓋新疆水利廳機(jī)關(guān)各部門(mén)的在線監(jiān)督管理，與辦公系統(tǒng)緊密結(jié)合，實(shí)現(xiàn)機(jī)關(guān)和下屬單位業(yè)務(wù)與數(shù)據(jù)的貫通，實(shí)現(xiàn)對(duì)事項(xiàng)的分解、批示、追蹤、監(jiān)控、落實(shí)，達(dá)到“發(fā)現(xiàn)、分析、解決問(wèn)題，促進(jìn)工作”的效果。推進(jìn)政務(wù)辦公一體化進(jìn)程，建立統(tǒng)一的平臺(tái)，滿(mǎn)足各級(jí)單位的政務(wù)信息化應(yīng)用需求。統(tǒng)一移動(dòng)辦公平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)各單位間的公文交換，實(shí)現(xiàn)電子公章，形成一體化、服務(wù)高效、應(yīng)用方便的綜合辦公體系，提高工作效率。在財(cái)務(wù)管理信息系統(tǒng)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)資金在線監(jiān)管，滿(mǎn)足新疆水利資金動(dòng)態(tài)監(jiān)控管理要求，全力防范資金使用和管理風(fēng)險(xiǎn)。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)分析探討可知，新疆智慧水利建設(shè)方案主要以現(xiàn)代信息化技術(shù)實(shí)現(xiàn)水利工程建設(shè)、監(jiān)管、運(yùn)行、維護(hù)和服務(wù)的便捷化管理，提高水利業(yè)務(wù)應(yīng)用智能化和決策科學(xué)化水平，有利于解放人力，提升效力，可有效提升水資源管理與保護(hù)預(yù)警能力，實(shí)現(xiàn)水資源的優(yōu)化配置和科學(xué)調(diào)度，為新疆的經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展提供可靠的水資源保證，支撐經(jīng)濟(jì)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展。