大連智慧水務建設模式研究

劉征濤

(遼寧省葠窩水庫管理局有限責任公司，遼寧 遼陽 )

隨著信息技術的發展，大連水務系統得到了很大空間的提升，但還存在薄弱環節，如信息系統功能體系不完善、數據化資源不足、資源共享服務少、系統管理與維護滯后等，使得信息化業務未得到均衡發展，且水務系統有效整合不足，未能充分發揮作用。智慧水務是當前的新技術，能夠深入采集、傳輸、存儲、處理一系列的信息資源，對水務系統的管理功效有很大提升，能夠更好地整合資源、自動決策等。為此，在大連水務中引入智慧水務，以水資源動態配置、三條紅線動態監測、水利工程動態控制等為重點，建設監測網絡、云數據庫、綜合云決策平臺和應用系統為一體的智慧水務模式，實現大連水務智能化。

1 大連智慧水務建設目標

大連市智慧水務建設的總體目標是基于自然-社會二元水循環理念，充分運用物聯網和云服務技術，通過構建立體感知體系、開發統一數據體系、開發智能應用體系、建設自動控制體系和建立支撐保障體系，實現大連市水務的“監測立體化、決策科學化、管理協同化、服務主動化和控制自動化”，為大連水務由粗放到精細、被動到主動、靜態到動態、點到面、獨立到協同、傳統到現代等轉變管理提供全面支撐。

建設的目標主要包括：“五大體系，‘三+二+六’大業務，四個形成，七個實現”。對區域監測實現全覆蓋、數據資源全共享、業務管理全協同，最終實現對多類用戶、多種業務、多級應用的人性化便捷服務。

1.1 五大體系

構建全面覆蓋的立體感知體系、實用易用的智能應用體系、靈活實用的自動控制體系、面向對象的主動服務體系以及先進兼容的支撐保障體系。

監測包括自然水循環、社會水循環、水生態環境和工程安全等四大監測體系。自然水循環是一個多環節過程，其中降雨、徑流及蒸發是最主要的3個環節。監測站點覆蓋大連全市，并在主要河流及山洪易發、高發區加密布設。社會水循環監測覆蓋社會水循環的各個環節，主要通過數據采集儀、無線網絡、水質水壓表等在線監測設備實時感知社會水循環過程，實現對所有水源地、重要水廠、所有輸水排水管網、得到取水許可證的所有用水戶、大型排水單位等的水量水質監測。水生態環境監測包括水功能區監測、河流監測、水生態環境保護與修復監測、水土保持監測、河口水質監測和應急監測等。對于水功能區監測，基本要實現100%的監測。對于河流監測，結合地表水功能區中部分河流監測，實現全市重要河流的干流及二級以上支流的水量水質監測等。工程安全監測要實現與自然水循環、社會水循環、水生態環境保護與修復相關的重要工程的監測。

1.2 “三+二+六”大業務

水務業務梳理為三大條塊業務(防汛抗旱管理、水資源管理、水生態環境管理)、兩大基礎業務(水務信息監測和水務工程管理)以及六大支撐業務(水政監察、規劃計劃、科技教育、人力資源、財務管理和公共服務)。

1.3 四個形成

構建形成智慧水務的一個服務中心、一個數據中心、一個仿真決策系統、一個面向服務管理平臺。

1.4 七個實現

從數據內容全覆蓋、采集信息全掌握、數據資源全共享、數據傳輸全實時、業務管理全協同、應急聯動全及時、應用操作全過程等7個方面，完成全方位實現。

2 智慧水務建設模式

大連市智慧水務建設目標的實現不是一蹴而就的過程，而是需要長期發展和持續完善、不斷建設、改進、優化、整合。在智慧水務建設過程中，以信息資源開發為核心，以數據資源整合與共享為手段，以“云計算”“物聯網”等信息技術為支撐，推動數據采集、傳輸、存儲和交換共享的全面化、規范化和自動化、業務信息處理的自動化、歷史資料的數字化、決策輔助智能化。建設模式由IaaS(基礎設施)、PaaS(平臺)、SaaS(軟件)組成。

2.1 IaaS(基礎設施)

IaaS層主要實現對基礎設施的多技術架構整合及集中統一。在IaaS層，通過整合多種不同技術架構的軟硬件產品，對整合后的資源池進行集中、統一的管理，規避單一技術風險，使其能夠為大連市智慧水務提供透明和優質的底層服務，并能夠滿足上層軟件即服務(SaaS)的設計需求，起到支撐上層“智慧”的基礎性作用。另外，基于云計算技術構建的應用支撐平臺能夠實現原有軟硬件資源的有效整合，較傳統信息化技術能夠更好的保護現有資產。

2.2 PaaS(平臺)

大連智慧水務支撐保證體系基于平臺即服務的設計框架，云數據中心將存儲能力、計算能力等均以服務的形式提供給上層應用，實現了與基礎支撐層的相對隔離，從而使上層應用的構建有了統一的平臺環境，有利于資源整合和應用集成，這對于解決水務發展過程中遇到的信息孤島、信息煙囪和業務隔離等問題具有重要作用。

2.3 SaaS(軟件)

云服務能夠方便地接入各種應用組件，最終以接口方式暴露給用戶調用，同時通過統一門戶、單點登陸、統一認證等技術手段，實現一個入口、多種服務、未來接入的系統也同樣通過服務的注冊實現，快速部署應用。智慧水務應用體系建設基于云計算的軟件即服務(SaaS)進行設計，將大連市水務業務及事務通過不同的服務模塊的形式建設，每個水務業務或事務根據自身的業務特點搭建符合自身需求的業務應用。該建設模式可以有效避免系統重復性建設，易于系統升級改造，從而實現系統的動態性。

3 智慧水務總體框架

3.1 總體框架

根據“監測立體化、服務主動化、資源整合化、決策科學化和控制自動化”的建設目標，大連市智慧水務總體框架由“立體感知體系、智慧應用體系、自動控制體系、主動服務體系和支撐保障體系”等五大體系組成，如圖1所示。

3.2 功能架構

智慧水務以業務需求為導向，以物聯網技術為支撐，建立以監測、仿真、診斷、預警、調度、處置、控制為一體的智能服務體系。構建的功能框架可為防洪、水資源、水環境、水生態四大業務領域實現管理服務，在日常狀態和應急狀態2種情況下實時動態反饋，全面支撐四大水務業務。如圖2所示。

4 大連智慧水務建設內容

大連市智慧水務建設內容主要包括智能監控體系構建、智慧應用體系構建以及基礎支撐體系構建等3個方面。

4.1 智能監控體系構建

完善、合理、有效的監控終端網是物聯網技術在智慧水務規劃中的集中體現，是支撐智慧水務智能應用等智慧特征的重要手段。并以擴大監控范圍、提高監控精度為重點，達到“全面感知，自動控制”的目標。

智慧水務監控終端包括監測終端和自動控制終端兩大部分。監測終端要實現地表、地下和遙感監測相結合，水量水質監測相結合，駐站監測和移動監測相結合的一體化立體監測技術，構建自然水循環監測體系、社會水循環監測體系、水生態環境監測體系和工程安全監測體系等四大監測體系，實現對二元水循環過程、與水相關的水生態環境以及工程安全等及時、全面、準確的監測，實現信息內容全覆蓋、循環過程全貫穿、監測時間全天候的智能感知目標；自動控制終端要對水務工程設施進行全方位、多手段、多角度、多方法的自動控制，形成包括防洪、水源、城鄉供水、城市排水和生態河湖等五大控制體系。

圖1 城市智慧水務總體架構

圖2 智慧水務功能架構

監測終端建設采用地面、地下、遙感等多種監測手段。地表水監測根據實際情況可通過布設雨量站、水文站等實現，也可以通過北斗衛星等遙感技術實現，地下水監測可通過布設地下水監測站等實現。另外，分別從自然水循環、社會水循環、水生態環境與水務工程運行管理等方面建設監測終端，沒有涉及同一監測站點同時進行多項監測的分析。

4.2 智慧應用體系建設

通過水務業務的需求梳理，在水務局局機關每個處室設置一個應用，供領導進行決策和業務管理，主管業務的局屬單位分別設置一個系統，如圖3所示，應用體系架構共包括5層：門戶層，為水務業務應用門戶和水務公共信息門戶；應用層和局機關處室層對應，其中水資源管理應用服務于水資源管理處、供水管理應用服務于供水管理處、農村水利應用服務于農村水利處，防汛抗旱指揮應用服務于市防汛抗旱指揮辦公室，應急管理應用服務于安全監督處，水務電子政務應用服務于政策法規處、規劃計劃處、科技處、辦公室、黨委辦公室；局屬單位層和局屬單位系統層對應，自來水集團管理系統服務于自來水集團有限公司，供水公司管理系統服務于供水有限公司，碧流河水庫管理系統服務于碧流河水庫管理局，城市供水管理系統服務于城市供水管理處，水土保持管理系統服務于水土保持辦公室，水政監察管理系統服務于水政監察支隊。

圖3 大連智慧水務應用系統架構

圖4 智慧水務基礎支撐體系架構

4.3 基礎支撐體系構建

建設統一數據體系，基于一數一源的原則，開發標準統一的數據資源體系，即數據中心，包括監測數據庫、業務數據庫、基礎數據庫、空間數據庫、多媒體數據庫等；傳輸網絡體系，即網絡中心，包括骨干網+幾大局域網等；支撐平臺體系(支撐存儲服務、應用服務的軟硬件環境)等支撐保障體系。如圖4所示。

5 結語

城市智慧水務是水務管理工作的重大舉措、是城市化發展道路上的新突破、是智慧城市建設的試金石。根據水務智慧化需求，建立各種體系，能及時掌握與城市發展關系緊密的水務動態，為智慧水務提供強大數據支撐，更有效地為城市水務管理部門服務和提供決策信息。但是，目前由于各行業領域系統是一個獨立部門，各自為政，都有各自的一套運行模式，雖然智慧水務的建設能夠將現有的資源整合、信息共享、管理統一，但是融入智慧水務平臺后運行過程必然存在困難，大量的數據保密性是否能夠得到保障是一項挑戰。