信息時代背景下對武漢市水務信息化建設的思考

何 蒙

（湖北省武漢市水務防汛信息中心 湖北武漢 430010）

0 引言

近年來，隨著信息化水平不斷提高，具有“感知、互聯(lián)、智能”等基本特點的物聯(lián)網(wǎng)及其應用極大地改變了行業(yè)信息化服務的效率、易用性和行為范式，由此水務信息化建設也取得了矚目的成績[1]。武漢素有“百湖之城”的美譽，江河縱橫，湖港交織，水資源豐沛，水域面積居全國首位[2]，城市水務治理需求大，水務業(yè)務范圍廣。隨著武漢市水務業(yè)務的逐步擴展、需求的不斷變化以及新技術的進一步革新，其水務信息化發(fā)展亦受到高度重視。

1 水務信息化建設成效

水務是以水的大循環(huán)為線索，涉及“水安全、水環(huán)境、水資源”的各個方面[3]?！笆濉逼陂g，武漢市水務信息化發(fā)展受到高度重視，總投資達2.5 億元。隨著水務信息化發(fā)展速度逐步加快，建設力度持續(xù)增大，信息化基礎設施建設及平臺應用系統(tǒng)建設等取得了長足發(fā)展。

1.1 監(jiān)測站點初具規(guī)模

目前武漢市水務物聯(lián)感知體系主要覆蓋市轄長江段、漢江段，針對險工險段、重點湖泊河流、水庫等監(jiān)測監(jiān)控覆蓋較為全面。其中，堤防、險工險段、泵站、采砂、水源地等視頻監(jiān)控站點共計175 個，接入公安系統(tǒng)視頻監(jiān)控點60 000 余個，湖泊水系、水庫、涵閘、港渠、河道等水位監(jiān)測站點共計763 個，污水管網(wǎng)、污水廠、水源地、湖泊等流量、水質監(jiān)測站點共135 個，雨量監(jiān)測507 個，墑情監(jiān)測22 個，泵站工情44 個，閘門監(jiān)測22 個，各類監(jiān)測站點規(guī)模逐步擴大。

1.2 水務數(shù)據(jù)不斷完善

武漢市已建成了水務綜合數(shù)據(jù)庫和交換系統(tǒng)。一方面，其內部數(shù)據(jù)逐漸數(shù)字化轉型：現(xiàn)已將水利普查、湖泊普查、中心城區(qū)排水設施普查以及各業(yè)務部門的存量數(shù)據(jù)整編入庫，形成了涵蓋河流、湖泊、堤防、水庫、涵閘、泵站、水廠、灌區(qū)、分蓄洪區(qū)、橡膠壩、塘堰、取水口、排污口、管網(wǎng)等要素的專題數(shù)據(jù)庫。另一方面，外部數(shù)據(jù)步入?yún)^(qū)域化整合，對長江委、省、市水文部門關于長江、漢江、中小河流及部分湖泊的流量、水位、降雨等水文數(shù)據(jù)，城市道路和橋涵視頻監(jiān)控信息、實時路況及漬水路段等信息數(shù)據(jù)進行了整合，實現(xiàn)了武漢市空間地理信息和市氣象局115 個雨量站點的實時信息、天氣預報、衛(wèi)星云圖、雷達回波、重大天氣預警等氣象信息的共享。這一系列的數(shù)據(jù)資源接入、整合、共享，在水務管理和應急指揮調度中發(fā)揮了重要的支撐作用。

1.3 應用支撐平臺不斷豐富

目前已建成水文監(jiān)測接收和運維平臺、視頻監(jiān)控管理平臺及地理信息服務平臺。水文監(jiān)測平臺完成對800 余處水位監(jiān)測站點數(shù)據(jù)的接收、解析、運維和分析，站點類型涵蓋了河道站、水庫站、湖泊站、涵閘站、港渠站、泵站等，涉及的監(jiān)測要素包括水位、雨量以及圖像。視頻監(jiān)控管理平臺已接入視頻近1 100 路，接收原有、現(xiàn)有及新建的所有視頻監(jiān)控信息，整合集成其它平臺的視頻監(jiān)控資源，實現(xiàn)視頻監(jiān)控資源的統(tǒng)一管理。地理信息平臺對接市規(guī)劃局時空云平臺，疊加電子政務底圖和多年高分辨率遙感影像，全面集成66個水務設施空間數(shù)據(jù)圖層，支撐所有水務空間數(shù)據(jù)的管理、展示及分析。

1.4 水務應用逐步深入

2015年—2020年，先后建設了政務辦公、武漢市水務局空間地理信息、水庫管理、城市排水管理、防汛物資管理、污水處理廠監(jiān)測信息、排水管網(wǎng)及隱患信息、智慧排澇管理、水務通、綜合管理平臺門戶、湖泊管理等十余個信息化應用系統(tǒng)。經(jīng)過不斷發(fā)展完善，已建成以防洪排澇、資產管理為主，同時融合視頻監(jiān)控以及移動端應用的系統(tǒng)應用平臺。

1.5 基礎設施支撐及網(wǎng)絡通信能力進一步提高

現(xiàn)今，武漢市水務數(shù)據(jù)中心機房在用的服務器共有55 臺，存儲設備3 套，基本可以滿足當前的使用需求。隨著水務業(yè)務不斷發(fā)展，信息安全管理制度不斷完善，已形成上至省水利廳、武漢市委市政府，下至各區(qū)水務局及市水務局屬各單位，橫向與市屬各部門、各區(qū)政府互聯(lián)互通的網(wǎng)絡體系。

2 水務信息化建設存在的問題

近年來，武漢市各流域以及各區(qū)的水務信息化建設不斷發(fā)展，但由于水務業(yè)務的不斷擴展及新興技術的進一步革新，水務信息化現(xiàn)狀已不能滿足水務管理的需要[4]。

2.1 物聯(lián)感知不透，難以支撐武漢市水體全面態(tài)勢感知

現(xiàn)有監(jiān)測監(jiān)控站點主要以水位和視頻為主，主要用于防洪排澇，少量視頻用于采砂執(zhí)法和水源地監(jiān)控。其主要表現(xiàn)為：監(jiān)測要素單一，缺乏水質、水量和工況等監(jiān)測監(jiān)控；站點覆蓋度不足，在管網(wǎng)關鍵點、大型排口、易澇點監(jiān)測、閘門的工情監(jiān)測仍存在大量盲區(qū)；部分監(jiān)測設備使用年限過長，設備老化，故障率較高。武漢市江河湖庫、水務設施眾多，現(xiàn)有監(jiān)測設施在監(jiān)測范圍和要素方面覆蓋不全，其可靠性和穩(wěn)定性上存在一定程度的不足，無法滿足武漢市對水體的全面態(tài)勢感知需求。

2.2 數(shù)據(jù)質量不高，不能支撐心中“有數(shù)”的水務管理要求

水務數(shù)據(jù)來源與構成復雜，沒有形成“一數(shù)一源”機制和統(tǒng)一的數(shù)據(jù)管理標準，現(xiàn)有水利普查系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)存在多年未更新與維護，且缺乏建立數(shù)據(jù)更新維護的長效機制，給后續(xù)數(shù)據(jù)進一步分析與利用帶來了困難。缺失基本的元數(shù)據(jù)管理、主數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)標準管理和數(shù)據(jù)質量管理功能，缺少大數(shù)據(jù)平臺，各業(yè)務系統(tǒng)單獨建設數(shù)據(jù)庫，導致存在數(shù)字鴻溝、信息壁壘、水務數(shù)據(jù)資源的共享與交換程度較低等一系列問題[5]。

2.3 應用支撐能力不足，無法滿足水務精細化管理要求

目前已有信息化系統(tǒng)主要應用于“防洪水”、“排澇水”業(yè)務場景，基本實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的查詢、展示及簡單的統(tǒng)計分析功能，但功能較為分散，響應速度和交互性還不完善，預警預報及指揮調度功能薄弱，與當前防洪排澇的科學調度的實際要求還有差距。首先，“保供水、治污水、促節(jié)水、嚴管水”應用系統(tǒng)缺失，尚未實現(xiàn)數(shù)字化、網(wǎng)絡化管理，制約了治水能力和體系的現(xiàn)代化發(fā)展；其次，支撐應用系統(tǒng)的平臺能力有限，技術較為落后，無法支持現(xiàn)有新技術、新產品，導致應用開發(fā)量劇增，代碼冗余，響應速度降低，不能滿足應用系統(tǒng)的輕量開發(fā)和快速上線。

2.4 基礎設施不強，不能支撐民生水務的高可靠性要求

計算存儲資源設備使用年限較長，故障率較高，且沒有備用資源，給現(xiàn)有系統(tǒng)正常運行帶來極大風險，難以支撐事關城市運行安全的水務業(yè)務系統(tǒng)穩(wěn)定可靠運行。由于網(wǎng)絡配置策略和管理較為復雜，網(wǎng)絡故障難以排查和預警，且目前出口寬帶設備不具備萬兆端口，性能也達不到萬兆吞吐量，其大二層網(wǎng)絡和網(wǎng)絡自動化等能力演進支持也明顯不足，導致運維響應速度較慢，網(wǎng)絡部署效率和策略靈活性不夠。

3 新時期武漢市水務信息化發(fā)展思路探索

水務信息化是一個覆蓋多行業(yè)、多層面、多應用的現(xiàn)代化管理進程，武漢市水務信息化建設應參照國家、省、市相關政策規(guī)范以及部、省水利信息化發(fā)展“十四五”規(guī)劃，結合業(yè)務應用需求，堅持問題和目標導向，強化信息技術與水務業(yè)務深度融合，形成武漢市水務信息化發(fā)展規(guī)劃建設的總體發(fā)展構架。

3.1 深入推進“水地空”系統(tǒng)化物聯(lián)感知體系的構建

“水地空”系統(tǒng)化物聯(lián)感知體系是指以水量水質傳感器、視頻監(jiān)控設備、氣象觀測站、設施工況監(jiān)測設備等智能感知終端為基礎，利用高空衛(wèi)星遙感影像數(shù)據(jù)及低空無人機飛行平臺，結合先進模型算法與大數(shù)據(jù)、BIM建模等新技術，實現(xiàn)全面化、系統(tǒng)化、智能化、便捷化、精細化的涉水業(yè)務和涉水事務監(jiān)管的水利水務智能感知網(wǎng)絡。武漢市河湖水系眾多，水系網(wǎng)絡復雜，進一步加強非重點流域、水源地、管網(wǎng)關鍵點、大型排口、易澇點等水域與地面監(jiān)測監(jiān)控點位建設，補齊水情、水質、水量、工情、設施設備健康監(jiān)測及視頻監(jiān)控短板，優(yōu)化各項監(jiān)測設備的布局，有利于提升河流湖泊水文、水庫水雨情、大中型水庫安全等監(jiān)測覆蓋率，全面感知江河湖庫、水務設施和水務管理活動，形成“全流域、全要素、全時段、全天候”物聯(lián)感知體系。通過衛(wèi)星遙感技術、無人機技術與地面、水面?zhèn)鞲衅骷夹g相結合，將高分辨遙感影像識別與在線監(jiān)測體系引入到武漢市水務執(zhí)法管理、重點河湖監(jiān)測、自然水資產評估、水生態(tài)管理等系統(tǒng)應用之中，能進一步實現(xiàn)占湖、采砂、管網(wǎng)偷排等違法行為的智能識別，以及自然水資產的分區(qū)管理、評估和藍、綠藻預測預警。在此基礎上，開展水政務、水資產、水資源、水安全、水環(huán)境等領域的監(jiān)測和業(yè)務應用系統(tǒng)建設，采集衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)、導航及無人機、無人船監(jiān)測數(shù)據(jù)、視頻解析數(shù)據(jù)等大量數(shù)字化基礎數(shù)據(jù)，通過物聯(lián)網(wǎng)對數(shù)據(jù)和信息進行分析，將分級分類后的數(shù)據(jù)信息在水務物聯(lián)網(wǎng)應用平臺上進行匯聚，有利于全面掌握涉水綜合信息，動態(tài)監(jiān)測評估自然—社會水循環(huán)[6]，實現(xiàn)水情評估、水資源配置、河湖監(jiān)管的精細化和精準化，以及防汛抗旱、水資源管理、安全監(jiān)測等應用的智慧化，對推動武漢市水務信息化建設具有重要支撐作用。

3.2 集約化建設水務大數(shù)據(jù)中心，形成數(shù)據(jù)管理長效機制

武漢水務信息化數(shù)據(jù)管理應聚焦業(yè)務發(fā)展需要，匯集整合水務全時空、全方位、全要素數(shù)據(jù)資源，構建標準統(tǒng)一、體系完善、覆蓋全面的水務數(shù)據(jù)資源體系，打造“結構清晰、數(shù)據(jù)全面、使用順暢、管理規(guī)范”的水務大數(shù)據(jù)中心，實現(xiàn)水務數(shù)據(jù)匯集、治理、計算、開發(fā)應用及交換共享的全過程規(guī)范化管理，為水務應用提供全面數(shù)據(jù)支撐。此外，依托社會專業(yè)力量開展互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)交互分析，提供所需的智能服務功能開發(fā)條件，補齊數(shù)據(jù)管理短板，并完善數(shù)據(jù)監(jiān)測、質量管理、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)展示和共享交換機制，從而打破數(shù)字鴻溝與信息壁壘，保障水務數(shù)據(jù)有效更新和充分共享[7]。同時立足武漢市現(xiàn)有安全技術基礎，加強數(shù)據(jù)安全、應用安全、邊界防護等方面的安全保障，增強基礎安全防護能力；利用各類網(wǎng)絡連接資源強化信息安全設施建設，構建網(wǎng)絡安全技術、管理和運營體系，提升本地網(wǎng)絡及基于云服務的信息安全等級測評級別，讓水務網(wǎng)絡安全由被動防御向主動控制轉變；完善安全數(shù)據(jù)采集、建立威脅感知預警系統(tǒng)、安全管理控制平臺等，實現(xiàn)從物聯(lián)通信、基礎設施、數(shù)據(jù)共享、業(yè)務應用等多維度全方位保障信息安全。

3.3 深化水務一體化業(yè)務應用平臺建設，保障信息功能交互及應急指揮調度[8]

通過互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能與水務管理深度融合，整合現(xiàn)有業(yè)務信息系統(tǒng)，依托武漢市水聯(lián)網(wǎng)與視頻管理平臺的物聯(lián)感知數(shù)據(jù)、水務大數(shù)據(jù)平臺的數(shù)據(jù)服務及應用支撐平臺，考慮統(tǒng)一認證及用戶管理、統(tǒng)一網(wǎng)頁和移動端門戶、數(shù)據(jù)表單填報審核、業(yè)務應用專題數(shù)據(jù)服務、水務空間數(shù)據(jù)管理及服務、視頻管理服務、水專業(yè)模型應用、微服務架構、業(yè)務和消息集成、統(tǒng)一運維、信息安全保護等共性能力，建設一體化的應用支撐平臺，為“防洪水、排澇水、治污水、保供水、促節(jié)水、嚴管水”六大業(yè)務場景應用提供支撐服務。為避免每個應用的煙囪式開發(fā)，應開發(fā)系統(tǒng)需要的共性能力，減少重復開發(fā)，并根據(jù)事件的類型驅動相應的決策分析專題進行深度分析、處理及多級協(xié)同指揮，從而提升治水能力和體系的現(xiàn)代化發(fā)展。

3.4 強化信息化基礎，構建完善智慧水務信息保障體系

在“十四五”期間，以《武漢市水務發(fā)展“十四五”規(guī)劃（2021-2025年）》為指導，以現(xiàn)代化水務的管理建設為中心，強化基礎設施建設及支撐平臺建設等水務信息化的基礎建設，保障水務管理和服務的暢通[9]。充分利用武漢云和武漢政務網(wǎng)資源與能力，加快構建廣域覆蓋、彈性伸縮、穩(wěn)定可靠、高速泛在、云網(wǎng)融合、智能敏捷、綠色低碳、安全可控的智能化綜合性水務數(shù)字信息基礎設施，實現(xiàn)新建系統(tǒng)全部上云，舊系統(tǒng)逐步上云。并基于水務信息化建設要求，結合水務信息“感知、互聯(lián)、共享、支撐、應用”各層面運維的特點，發(fā)布《武漢市智慧水務建設指導意見》，明確建設任務，落實工作分工和協(xié)調機制，建立覆蓋各級水務部門和信息基礎設施運行管理單位的智慧水務信息保障專職機構，全面保障智慧水務信息建設與發(fā)展[10]。

4 結語

進入信息時代，物聯(lián)感知及數(shù)據(jù)成為行業(yè)核心資產，信息技術創(chuàng)新將賦能水務行業(yè)高質量發(fā)展。抓住信息技術發(fā)展機遇，深入推進“水地空”系統(tǒng)化物聯(lián)感知體系與政務服務大數(shù)據(jù)中心的構建，深化水務一體化業(yè)務應用平臺及智慧水務信息保障體系建設，對形成智能高效、科學創(chuàng)新的水務綜合管理體系，提高武漢市水務信息化建設質量和水平，驅動武漢水務治理能力現(xiàn)代化轉變，實現(xiàn)全方位、深層次、高效率的公眾服務有著重要的現(xiàn)實意義。