水利水務(wù)智慧化的實踐探究

龍 環(huán)

（湖南省水利廳 長沙市 410007）

作為信息化發(fā)展的一個新階段，智慧化是集成應(yīng)用信息新技術(shù)（主要包括物聯(lián)網(wǎng)、云計算、智慧終端、大數(shù)據(jù)等技術(shù)）來再創(chuàng)業(yè)務(wù)（事務(wù)）流程，進一步提高水利業(yè)務(wù)能力，建立方便快捷社會的歷史過程。

1 背景及現(xiàn)狀

1.1 智慧水務(wù)產(chǎn)生的背景

近年來傳統(tǒng)水利向現(xiàn)代水利、民生水利的發(fā)展，可持續(xù)發(fā)展治水思路和民生水利的理念不斷豐富完善，同時越來越多的水利工程正在打造，水利管理理念需要特征與轉(zhuǎn)型。為了改善全球氣候變暖和人類劇烈活動導(dǎo)致的洪澇水災(zāi)、干旱災(zāi)難、水體污染、水土流失等多種多樣的水問題，促進水利信息化行業(yè)的更高水平的提升，“智慧水務(wù)”的概念也就伴隨著水務(wù)行業(yè)的發(fā)展適時的提出來[1]?！爸腔鬯畡?wù)”是“智慧地球”、“智慧城市”理念在水利行業(yè)的重大體現(xiàn)，具體表現(xiàn)在利用包括物聯(lián)網(wǎng)、云計算、智慧終端、大數(shù)據(jù)等技術(shù)來對水利行業(yè)中如水資源、水環(huán)境和水過程處理等相關(guān)水利工程進行廣泛、自動和實時的感知，以獲取各關(guān)鍵要素、關(guān)鍵點、關(guān)鍵位置和關(guān)鍵環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)并在信息通信網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上進行在線數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)倉庫和云存儲的數(shù)據(jù)傳送；為能作出科學(xué)優(yōu)化性的判斷和決定，采用如云計算、知識發(fā)掘、自然計算機等智能計算技術(shù)在虛擬水空間內(nèi)對數(shù)據(jù)進行處理、分析、建模和演算的操作；分別提高水資源和水利工程的利用率和效益，對解決水利行業(yè)中遇到的問題提出合理和高效的措施去使水資源和水環(huán)境得到有效的保護，防災(zāi)減災(zāi)、實現(xiàn)人水和諧。

1.2 我國水利信息化現(xiàn)狀

這些年來，我國在水利行業(yè)信息化所取得的成績是有目共睹的，特別是在水資源、防汛抗旱、供排水、農(nóng)村水利、水土保持等方面的建設(shè)。如附表所示。但是當(dāng)前我國水利信息化還存在一些一定程度上制約著水利信息化的發(fā)展問題。具體表現(xiàn)在以下幾個方面：

（1）業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)孤島現(xiàn)象嚴重。目前正在建設(shè)和已運行的各業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處于較為離散狀態(tài)且不能在系統(tǒng)之間進行數(shù)據(jù)共享。

（2）現(xiàn)有建設(shè)資源的統(tǒng)一整合化。目前，我國各水利單位和部門都進行了大量的不同程度的信息化建設(shè)，但資源規(guī)劃的不到位，仍然存在如：內(nèi)容重復(fù)、建設(shè)分散、數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的不統(tǒng)一等需要解決的問題。

（3）需要將思想進一步統(tǒng)一、完善認識。水利行業(yè)各部門能夠在一致統(tǒng)一的思想下進行協(xié)同建設(shè)一個特性為高整體、高系統(tǒng)和高時效的“智慧水務(wù)”信息化工程[3]。

附表 2010年與2015年全國水利信息化21項指標(biāo)對比[2]

2 推進水務(wù)智慧化進展的主要原因

2.1 戰(zhàn)略因素

“十三五”期間中國要進入智慧城市2.0時代，智慧水務(wù)作為智慧城市當(dāng)中重要的子系統(tǒng)是建設(shè)的重點。借助智慧水務(wù)平臺實現(xiàn)對水務(wù)工作的優(yōu)化升級已成為水利事業(yè)發(fā)展的必然趨勢。

利用大數(shù)據(jù)和云計算將 “水務(wù)互聯(lián)網(wǎng)”結(jié)合起來，是智慧水務(wù)作為智慧城市建設(shè)重要子系統(tǒng)之一的重要體現(xiàn)。通過物聯(lián)網(wǎng)將不同信息和分析結(jié)果傳遞給政府、企事業(yè)單位和公眾；這樣將最新的信息技術(shù)結(jié)合水利業(yè)務(wù)管理的方式也使得水利信息實時感知、互聯(lián)互通、信息化和智慧化的效果越發(fā)的顯著。

現(xiàn)今智慧水務(wù)系統(tǒng)的建設(shè)在資源、業(yè)務(wù)和應(yīng)用的智能共享理念和水利信息化在新形勢下的不斷發(fā)展下正在解決水利信息化建設(shè)過程中的一系列相關(guān)問題。在水利現(xiàn)代化的發(fā)展歷程中，智慧水務(wù)是一個歷史進程的選擇。

2.2 技術(shù)推動

新技術(shù)代表的云計算、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、智慧城市、互聯(lián)網(wǎng)＋等技術(shù)在水利行業(yè)的應(yīng)用已經(jīng)初具成果。主動運用新技術(shù)提升自身建設(shè)水平，創(chuàng)造新的發(fā)展生態(tài)，逐步在感知、數(shù)據(jù)、互通、應(yīng)用、運維等方面技術(shù)升級與模式轉(zhuǎn)變勢在必行。

3 水利水務(wù)智慧化特征

水利水務(wù)智慧化將分別實現(xiàn)從“單一發(fā)展”、“信息技術(shù)驅(qū)動”、“信息資源離散使用”、“片面強調(diào)建設(shè)”和“注重應(yīng)用”向“整體全面”、“信息技術(shù)應(yīng)用需求帶動”、“信息資源共用”、“建設(shè)與管理并重”和“注重統(tǒng)籌應(yīng)用和安全管理”進行轉(zhuǎn)變，貫徹“感知內(nèi)容、采集信息、傳輸時間、數(shù)據(jù)資源、應(yīng)用貫穿”的全面性理念（圖 1）。

圖1 水利水務(wù)智慧化特征示意圖

4 湖南省智慧水務(wù)的建設(shè)構(gòu)想

4.1 應(yīng)用支撐服務(wù)體系建設(shè)

（1）應(yīng)用支撐平臺建設(shè)（圖2）。

在湖南省智慧水務(wù)的建設(shè)構(gòu)想中，應(yīng)用支撐服務(wù)體系的核心是應(yīng)用支撐平臺，提供給上層應(yīng)用系統(tǒng)類似如：支撐服務(wù)、功能模塊、開發(fā)組件、數(shù)據(jù)訪問接口、安全管理策略、應(yīng)用協(xié)調(diào)和約束等資源。通過調(diào)用支撐平臺的各項功能模塊、開發(fā)組件、數(shù)據(jù)訪問接口等資源，架構(gòu)各自的應(yīng)用系統(tǒng)，并提供自己的公共服務(wù)組裝給支撐平臺來達到公用和共享的目的。

（2）大數(shù)據(jù)中心建設(shè)。能夠高效大量的對數(shù)據(jù)資源進行存儲是大數(shù)據(jù)中心的主要作用。大數(shù)據(jù)中心建設(shè)完成后，要達到水利綜合業(yè)務(wù)管理平臺數(shù)據(jù)“一數(shù)一源”的目標(biāo)。

大數(shù)據(jù)中心工作內(nèi)容總體架構(gòu)主要包括數(shù)據(jù)收集整合、骨干數(shù)據(jù)中心建設(shè)、分散數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)抽取、數(shù)據(jù)備份等內(nèi)容，圖3所示為大數(shù)據(jù)中心總體結(jié)構(gòu)，圖4所示為大數(shù)據(jù)中心數(shù)據(jù)處理構(gòu)架。

圖2 應(yīng)用支撐平臺總體架構(gòu)圖

圖3 大數(shù)據(jù)中心總體結(jié)構(gòu)圖

（3）云平臺建設(shè)。云平臺的建設(shè)以IasS作為基礎(chǔ)、PaaS作為開發(fā)工具、SaaS作為頂層應(yīng)用，來取代以往的內(nèi)部部署應(yīng)用服務(wù)?？傮w構(gòu)架為“四橫兩縱”結(jié)構(gòu)，其中四橫為基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)、平臺服務(wù)、數(shù)據(jù)服務(wù)和軟件服務(wù)四層服務(wù)（DaaS可視為獨立一層），兩縱為云管理和云安全兩大體系，見圖5。

（4）一張圖服務(wù)?！耙粡垐D”服務(wù)以湖南省基礎(chǔ)地理信息、水利基礎(chǔ)信息和水利業(yè)務(wù)信息為基礎(chǔ)，實現(xiàn)對多源水利數(shù)據(jù)的綜合管理與分析，并提供標(biāo)準(zhǔn)接口，給各業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)建設(shè)統(tǒng)一的空間數(shù)據(jù)資源，實現(xiàn) “數(shù)據(jù)統(tǒng)一整合、服務(wù)接口規(guī)范和系統(tǒng)建設(shè)高效”的管控目標(biāo)，形成湖南省水利信息行業(yè)“一張圖”服務(wù)。

圖4 大數(shù)據(jù)中心數(shù)據(jù)處理架構(gòu)圖

4.2 綜合業(yè)務(wù)應(yīng)用體系

（1）綜合信息服務(wù)。綜合信息服務(wù)主要是通過地理信息系統(tǒng)，大數(shù)據(jù)、云計算、物聯(lián)網(wǎng)等先進技術(shù)，實現(xiàn)各類信息的綜合監(jiān)視與統(tǒng)計分析。

綜合監(jiān)視以全面的互聯(lián)互通、高效的數(shù)據(jù)整合為依托，將湖南省智慧水利綜合業(yè)務(wù)整合平臺的聚集的雨量站、水位站、流量站、視頻站、圖像站、水質(zhì)站、氣象站、大壩安全監(jiān)測等各類數(shù)據(jù)按照相應(yīng)的數(shù)據(jù)邏輯，以規(guī)范的數(shù)據(jù)格式標(biāo)準(zhǔn)，統(tǒng)一的數(shù)據(jù)管理機制，建立“一張圖”綜合信息監(jiān)視場景，單擊某一站點，相關(guān)聯(lián)信息將會展示，做到用戶足不出戶，就能全面掌握湖南省水利行業(yè)的相關(guān)信息。

（2）水資源業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)。在基于專業(yè)水資源模型技術(shù)和深入進行水資源業(yè)務(wù)的管理需求分析的基礎(chǔ)上，為建設(shè)科學(xué)、實用、先進和高效的水資源業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)，將綜合結(jié)合聯(lián)機事務(wù)處理技術(shù)、組件技術(shù)、地理信息系統(tǒng)（GIS）等高新技術(shù)進行水資源管理系統(tǒng)的建設(shè)。

圖5 云平臺總體框架圖

（3）水環(huán)境業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)。根據(jù)水環(huán)境監(jiān)測信息管理運行方式特點，水環(huán)境業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)管理著地下水質(zhì)測站、地表水質(zhì)測站以及排污口等基本信息及監(jiān)測數(shù)據(jù)，為達到給水資源管理部門提供管理有效性和決策支持性的目的，還將在數(shù)據(jù)整理的基礎(chǔ)上實現(xiàn)基于GIS的水質(zhì)信息的展現(xiàn)、水質(zhì)實時監(jiān)控預(yù)警、水質(zhì)評價、趨勢分析統(tǒng)計及寫出相應(yīng)的水質(zhì)報表。

（4）農(nóng)村水利管理系統(tǒng)。依托農(nóng)村飲水安全提質(zhì)增效、灌區(qū)信息化管理等重點農(nóng)村水利任務(wù)，在已有的基礎(chǔ)上，進一步豐富業(yè)務(wù)管理內(nèi)容，提高數(shù)據(jù)資源建設(shè)效率，保證農(nóng)村水利行業(yè)管理應(yīng)用服務(wù)的完善，加速農(nóng)村水利管理信息化水平的提高。建立農(nóng)村水利管理系統(tǒng)，對灌區(qū)、農(nóng)村飲用水等工程實行信息化管理，使平臺成為各級農(nóng)村水利管理部門的日常管理工具。

（5）防汛指揮業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)。系統(tǒng)以洪水和各類災(zāi)情預(yù)測模型為核心，防汛業(yè)務(wù)流程為基礎(chǔ)，輔佐以數(shù)據(jù)庫、云計算和3S等高新技術(shù)手段才能提供給防汛部門分析處理信息的功能和相關(guān)的決策支持服務(wù)。建設(shè)包括預(yù)警管理、汛情簡報、汛情會商、物資管理、防汛應(yīng)急推演等功能模塊。

（6）工程管理系統(tǒng)。工程項目管理系統(tǒng)軟件是提供給業(yè)主方單位的進行管理工程項目的一個工作平臺。平臺提供包括工程項目的全周期管理、業(yè)主方預(yù)算、投資、購買、施工、理財?shù)裙芾聿块T工作和工程建設(shè)外部單位協(xié)助工作的支撐。

（7）移動應(yīng)用系統(tǒng)（APP）。伴隨著移動互聯(lián)網(wǎng)及智能手機的普遍使用，辦公模式逐漸傾向于移動高效是未來的發(fā)展趨勢，應(yīng)加快建設(shè)與整合相關(guān)移動業(yè)務(wù)應(yīng)用，做到從桌面到移動端的同步，并促進水利行業(yè)與互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的相互結(jié)合，盡早實現(xiàn)“智慧水務(wù)”的建設(shè)。

5 結(jié) 語

智慧水務(wù)的建設(shè)將對湖南水利發(fā)展帶來多方面的經(jīng)濟效益和社會效益。主要體現(xiàn)在：提高協(xié)同能力，增強公眾服務(wù)能力，推動水利部門政府職能的轉(zhuǎn)變；優(yōu)化業(yè)務(wù)流程，提高工作效率，降低管理工作成本；實現(xiàn)資源共享，基本消除水利信息化重復(fù)投資；提高水資源利用效率和綜合效益；為防汛抗旱減災(zāi)和山洪災(zāi)害防御工作提供合理的調(diào)度和科學(xué)的決策，降低災(zāi)害損失等。

以水務(wù)信息化的可持續(xù)發(fā)展為目的，水務(wù)部門所建設(shè)的智慧水務(wù)平臺應(yīng)該具備特性：跨平臺、智能、開放、和高包容性的特性。該平臺通過對海量數(shù)據(jù)進行傳遞、存儲和處理，完成數(shù)據(jù)智能分析工作，以更加精確的方式動態(tài)的管理包含整套采集、監(jiān)測、管理、計策和服務(wù)流程在內(nèi)的水務(wù)業(yè)務(wù)系統(tǒng)，從而達到“智慧水務(wù)”的目的。

[1]王超鋒，安根鳳，袁春麗.智慧水利的發(fā)展和關(guān)鍵技術(shù)研究[J].河南水利與南水北調(diào)，2015，（14）:98-100.

[2]艾萍.水利水務(wù)智慧化的理念與關(guān)鍵技術(shù)[A].中國水利信息化技術(shù)論壇論文集[C].2017.

[3]劉磊.城市智慧水務(wù)建設(shè)研究 [A].中國水利信息化與數(shù)字水利技術(shù)論壇論文集[C].2015.