省級水利時空信息網絡構建的思考及建議
——以貴州省為例

劉心怡，茍勝國，朱孟蘭，劉 冉

(中國電建集團貴陽勘測設計研究院，貴州 貴陽 550081)

1 省級水利時空信息網絡建設的必要性分析

2008年，水利部出臺《加快推進水利信息化資源整合與共享指導意見》[1]，2017年出臺《水利部政務信息系統整合共享工作方案》[2]，一系列共享工作方案的出臺旨在進一步加快水利信息系統的整合共享，深化水利信息資源的綜合利用，促進支撐“放管服”改革，進一步提升政務治理能力。近年來，隨著水利信息化投入的不斷增加[3]，對于各業務領域的支撐逐漸完善，但業務領域之間數據卻難以共享，資源相對獨立容易形成孤島。那么如何打破數據壁壘，為各類業務數據搭建橋梁，最終形成信息網絡，顯得尤為重要。時空信息網絡是一個十分寬泛的概念，所有水利行業監管的對象都有著相應的時空屬性，而對于各種關注對象的監管，嚴格上來說亦是對其本體屬性在時空四維概念中變化情況的監管。由此可見，只要利用好時空屬性，以時空為橋梁鏈接各類信息數據，將從數據層面上打破壁壘為水利信息系統的整合共享打下堅實的基礎。

2 貴州省級水利時空信息數據現狀基礎分析

根據《貴州省水利信息化發展“十三五”規劃》相關要求，“十三五”期間，貴州省水利時空信息化主要從基礎設施整合優化、資源共享與服務、資源深度開發與利用3個主要層面進行擴展[4]。以信息化資源管理與服務為核心的水利信息化建設體系，將包括基礎設施與運行環境體系、信息化資源管理與服務體系、綜合應用體系和之配套的保障體系等4個方面，形成具有感知識別普適化、異構設備互聯化、聯網終端多樣化、管理決策智能化特征的新階段信息化建設體系。現階段進入“十三五”末期，貴州省水利信息化在物聯網的構建上、云環境的搭建上都取得了長足的進步。但在調研中發現各業務部門對于信息化成果的應用并不普遍，建設成果對技術單位依賴性較強，上下調度仍采用傳統方法，跨部門數據獲取通道仍未打通，現有的幾十個應用系統也多以“煙囪式”的方式存在，在提升工作效率，加強監管等方面沒能展現出應用的優勢。

3 貴州省級水利時空信息網建設步驟及建議

省級水利時空信息網數據模型、應用關系見圖1。

3.1 業務需求為舵，標準規范為帆

3.1.1 業務需求的深度調研與分析

根據國家及貴州省水利信息化發展方向，利用好水利一張圖已有建設成果，積極服務“六網會戰”，目光長遠地分析“水網”建設過程中對于時空信息數據的需求。以需求為導向，制定時空數據信息網編織方案。

結合貴州省水利“十四五”規劃等指導性文件，對該省各級別工作人員包括基層一線工作人員的業務需求進行深度補充調研，對現有系統業務服務短板重新進行調研，對其背后所需的時空數據支撐短板進行總結，結合衛星遙感技術、無人機采集技術等新興技術對時空數據補短板工作進行統一謀劃。

對發達省份水利信息化水平進行調研和對標，總結其時空數據采集及管理的經驗教訓，有效提升該省智慧水利應用。根據浙江舟山、江蘇無錫、上海市等地區多部門協同利用大數據與水利結合應用的成功案例，針對災害易發、頻發地區，橫向對接通信、氣象、自然資源、應急管理等部門，以大數據挖掘為手段，以水利行業專業特長及優勢為基礎，結合多行業多部門的數據及專長，形成多部門協同應急的能力。

3.1.2 制定時空數據相關標準規范

根據水利業務部門的特點，針對不同業務層面、不同業務分析尺度，針對不同地域或業務邏輯，其相應的時空數據采集類型、范圍、精度、頻次、維度等也有所不同。構建相應分級標準及規范，建設標準化數據庫，確保數據采集相關工作的規范化實施，引導各級部門采集數據順利入庫，實現海量數據規范化管理。

圖1 省級水利時空信息網數據、模型、應用關系

水利時空數據涉及范圍廣、數據類型多而雜，其中部分數據屬于敏感涉密數據，為此，需要嚴格按照國家相關信息安全管理政策法規，建立完善的信息安全管理制度體系，研究既能保證業務應用又能保證數據安全的兩權辦法，確保安全而高效地數據使用、數據挖掘和數據應用研究。對所涉時空數據進行密保等級劃定，建立統一的水利大數據安全體系，加強重要數據和基礎網絡的安全防護和監管能力，同時開放低密數據面向公眾服務，提高公眾服務能力。另一方面，需要建立安全可靠的數據傳輸、遷移、交付機制以防止數據被泄密和被竊取，在此基礎上建立水利時空大數據的權限管理和審計機制，確保數據被正確的使用和管理。

與相關業務部門之間的時空數據流轉、調配等可根據應急相關等級簽訂數據交互協議，實現在特殊時期特殊區域時空數據的迅速共享，共同支撐和服務于決策。

3.2 補充數據短板、編織時空網絡

3.2.2 現有多源異構時空數據治理

(1)長期以來，隨著水利行業采集數據能力不斷提升，水利行政部門在日常和應急工作中積累了大量數據，這些數據呈現出多源異構、分布廣泛和動態增長的趨勢[5]。通過對數據進行分析，從來源類別看，來源于不同自然環境特征、不同應用專題、不同業務分析尺度、不同體系、不同物聯網設備及交叉業務領域等；從數據結構格式看，存在結構化數據和非結構化數據，以及不同數據的存儲和交換格式；從數據時間維度看，來源于不同采集時間、不同監測頻次以及歷史階段采集數據等。而目前已覆蓋區域仍然存在數據采集不完整、不全面情況。對以上數據進行全面治理，任務艱巨，但基礎工作決定了上層建筑。地基不牢，則系統應用只能飄在空中，對業務的支撐也無法實現。

(2)對現有數據范圍進行解析，就時空數據空白區域結合實際業務需求及未來發展方向，補充相應關注點、線、面空間數據及智能感知終端、覆蓋范圍等的空間位置并對監測數據進行二三維一體化可視化集成顯示，對大面積基礎數據的缺失，則需制定相應采集規劃或采集方案，逐步實現全省水利相關時空數據的完善。

3.2.3 時空數據標準化

(1)基于實現“一數一源、一源多用”的原則，通過搭建統一數據庫框架、編織數據網絡，可以實現數據高效集成與互聯互通；通過統一的空間數據庫框架打破數據牢籠，消除業務壁壘，實現多源異構數據的整體應用。

(2)反向制定各類數據采集尺度、標準以及入庫、查詢、提取統一編碼規則，實現數據標準化管理。通過統一的架構和集成方式實現數據的標準化采集，標準化錄入、標準化儲存，集中管理、集中應用和集中聯動更新，有效降低數據交換和共享的復雜度及耗時度，提高數據使用效率。向上與國家水利一張圖相互銜接，向下支撐全省各層級水利信息化查詢、分析、計算、規劃及決策。橫向對標通信、氣象、自然資源體系國土空間規劃等，進行跨行業、跨部門、多維度、多角度的數據使用與分析計算，實現水利時空數據賦能。

(3)構建多層級數據體系，對時空數據進行甄別和分等定級，建立完善的信息安全管理體制。對供給側按照業務需求及數據等級進行數據管理和資源調配，精簡數據提取流程，提升數據使用效率，全面支撐各級業務部門信息交換及工作調度。全面支撐各級主管部門水利規劃、實施及監督的相關工作；而對于需求側公眾服務，則自動提供低風險或脫密數據，提升公眾服務能力。

(4)建立完善的數據索引，對已存在水利信息的原始數據進行分析，解析各類數據結構和邏輯關系，利用時空數據挖掘技術在繁雜的水利大數據中迅速查詢并提取到關鍵的數據[6～8]，保證時空數據的使用效率。建立資源目錄，優化索引機制，建立動態索引維護機制，對數據進行增、刪、查、改操作時，自動完成索引迭代更新。

3.3 優化分析模型、支撐智能應用

3.3.1 現有模型優化升級

(1)數據導向型短板補充，已有系統中，部分時空演算模型為經典模型，在研究與實驗中均能取得理想的計算結果，在大量實踐中獲得證明其演算結果與現實對應性強，但在特定區域實際應用中，分析結果卻與現實情況差距較大，分析其問題根源，往往來自于該區域基礎時空數據的缺失。數據精度不達標、數據范圍不充足、數據時限性不滿足等都會造成分析結果的大相徑庭。對于這一類問題，應針對性的補充采集相關時空數據，支撐分析計算，真正實現輔助決策。

(2)模型導向型短板補充。在原有系統中，水利分析模型往往基于一些經驗模型或是概念模型，模型構建基于某區域抽樣數據或小范圍數據，在參數的選擇及權重的確定上具有偶然性或不確定性，在理想狀態下可以進行部分情況的現實模擬，但在實際應用中，雖時空數據量充足其計算仍然頻頻出現偏差。針對類似原有時空分析模型已不滿足于實際需求的，應基于大數據處理思維對原有模型進行優化或重新研發，結合時空數據網絡的編織、引入神經網絡、機器學習等先進技術，構建全新算法模型，支撐和適應不斷變化的水利業務計算需求。

(3)原有系統平臺中，對于已不符合現實情況、業務需求已更新、或算法已過時的模型塊進行及時剔除，減少系統冗余。

3.3.2 智能應用輕量精準

在大數據及分析模型的支撐下，應用應盡量輕量化，能精準的觸及業務痛點。專業而龐大的應用系統過于繁瑣而且使用門檻較高，通過對專業分析功能進行模塊化處理，簡化優化應用功能及操作，實現應用智能化，行業智慧化。

水利時空大數據從多個方面對頂層應用進行支撐，其涉及類型主要分為基礎測繪地理信息數據、地理信息專題數據，而結合實際業務需求，對這兩種數據中的一部分數據對象增加時間維度后，則形成了第三種用于時間屬性的時空數據。三種數據類別共同搭建了整個時空數據的底層基礎，而模塊化的分析計算工具是數據流向應用的交通橋梁，基礎、頂層輕量化應用直接解決客戶需求，從而三者相互支撐，共同編織形成貴州省水利時空信息大數據網。

4 結語

隨著信息化的快速發展，水利信息化建設面臨著新的變革與挑戰。在《貴州省水利信息化發展“十三五”規劃》期間，貴州省實現了“數字水利”到“智慧水利”的轉變，水利信息化建設取得了一定的成效。但在時空信息化建設方面仍存在一定的不足，本文分析了水利信息化中時空信息網絡建設的必要性，并從業務、數據、模型三個方面對時空信息化網絡提出建設意見，以業務需求為導向、數據完善為基礎，優化分析模型輔助進一步加強貴州省水利信息化建設，提升水利信息智能化應用。