長江大保護時空大數據云平臺建設需求分析

鄧宇杰，鄭和震，陳英健

(長江勘測規劃設計研究有限責任公司，湖北 武漢 430010)

1 概述

長江是我國第一大河流，干流全長6300余km，流域面積約180萬km2，涉及19個省(市、自治區)，是我國重要的資源支撐和生態屏障，具有重要的戰略地位[1]。長江流域實行流域管理與行政區域管理相結合的水管理體制，水利、生態環境、農業、交通等部委和沿江地方政府不同程度履行部分流域涉水管理職能，體現出跨區域多部門協同管理的特征[2]。

受人類活動和氣候變化影響，長江流域水旱災害頻發、水資源短缺、水生態損害、水環境污染等問題突出[3]。習近平總書記高度重視長江流域治理和保護的系統性、整體性、協同性，多次作出重要指示，要求“共抓大保護”[4]。《長江保護法》[5]《長江經濟帶生態環境保護規劃》[6]等法律、規劃要求加強長江流域信息化建設，提升管理信息化水平，統籌長江流域上中下游、江河湖庫、左右岸、干支流的協同治理與綜合管理，支撐長江大保護工作的開展。

近年來，國家相關部委及其派出機構、沿江地方政府部門在長江流域信息化建設和管理方面取得了較大進展，比如，當前已初步建成覆蓋氣象(735個國家氣象站)、水文(2.9萬余處各類水文站點)、水資源(488個控制斷面的水位、流量)、水環境(約4500個水質監測站點)等各類信息的感知體系，開發了中國氣象數據網、全國水雨情信息網、國家地表水水質自動監測實時數據發布系統、長江流域防汛抗旱指揮系統、長江流域河湖長制管理信息系統、長江流域重要站實時水情表、長江流域水資源動態管控平臺、長江流域生態流量監控管理平臺、長江全覆蓋水監控系統以及各省市水情服務系統與業務平臺等眾多業務應用系統。但是，長江流域信息化依然存在監測體系尚未形成全覆蓋、數據分散且信息交流共享困難、應用系統功能局限且缺少業務協同、精細化綜合管理與精準化智能決策支撐能力有限、信息化管理機制體制不健全等問題[7]，難以滿足長江大保護背景下的科學管理需求。

共抓大保護，關鍵在“共”字，亟需研發統一管理平臺來支撐長江大保護背景下的綜合管理[8]。隨著大數據、云計算、移動互聯等新一代信息技術的發展，時空大數據云平臺在智慧城市、智慧國土等領域得到較好應用，已成為信息化平臺建設的必然趨勢[9]。因此，研究建設長江大保護時空大數據平臺，以全面提升長江流域信息感知能力和綜合決策水平，統籌管理長江大保護的各項工作。

需求分析是信息化平臺建設的基礎[10]，本文開展長江大保護時空大數據云平臺建設需求分析研究，為長江大保護時空大數據平臺的研發與應用提供指導。

2 需求分析技術路線

長江大保護時空大數據云平臺建設需求分析分為“調研分析—現狀評價—需求梳理”3步。

(1)調研分析：通過廣泛的文獻檢索與調研分析，全面了解長江流域監測站網、數據管理、已有的系統平臺、信息化管理機制現狀以及國內外流域信息化、大數據云平臺等建設經驗。

(2)現狀評價：根據長江大保護工作對長江流域信息化建設的要求，厘清長江流域管理涉及的各單位、部門的信息化資源和管理現狀和存在的問題，分析長江大保護背景下各單位、部門的業務需求和信息化需求。

(3)需求梳理：基于上述分析，提出長江大保護下時空大數據云平臺的建設需求，主要包括平臺的建設目標、服務對象、業務需求、功能需求、數據需求、安全需求和其它需求等內容。

3 云平臺建設需求

限于篇幅要求，對長江大保護時空大數據云平臺建設需求分析成果進行簡介，如圖1所示。

圖1 需求分析體系圖

3.1 建設目標

以長江流域現有信息化資源為支撐，融合大數據、云計算、智能化、物聯網、移動互聯網等現代信息技術，研發由“一數、一圖、一網、一平臺、N應用”組成的長江大保護時空大數據云平臺。

一數：建立一套長江大保護時空大數據，實現對長江流域全面、綜合的感知，形成支持大數據挖掘的核心，為平臺研發與應用提供數據基礎。

一圖：實現長江大保護一張圖，以可視化的方式呈現長江流域全要素，支持長江大保護工作智慧決策。

一網：通過物聯網將智能傳感器連接起來，利用互聯網實現感知數據的智能傳輸和存儲，實現各種數據的融合對話和智慧服務。

一平臺：建立統一的支撐云平臺，將數據資源和應用模塊統一在云端，打破長江流域數據條段化與孤島效應，提升長江大保護工作服務水平。

N應用：基于長江大保護時空大數據云平臺，實現長江大保護時空大數據的智慧應用。

3.2 服務對象

長江大保護時空大數據云平臺主要服務于長江流域管理相關的國家部委及其派出機構、19省(市、自治區)省級行政主管部門。其中，國家部委及其派出機構主要包括水利部、生態環境部、自然資源部、農業農村部、應急管理部、國家發展和改革委員會、中國氣象局、國家林業和草原局、國家能源局、水利部長江水利委員會、生態環境部長江流域生態環境監督管理局、交通運輸部長江航務管理局、農業農村部長江流域漁政監督管理辦公室、中國氣象局長江流域氣象中心等，省級行政主管部門主要包括青海、四川、西藏、云南、重慶、湖北、湖南、江西、安徽、江蘇、上海、貴州、甘肅、陜西、河南、浙江、廣西、廣東、福建等 19 個省(市、自治區)的水利、生態環境、住建、交通、農業、應急管理、發改、氣象、林業等部門。

3.3 業務需求

根據調研分析，長江大保護時空大數據云平臺應能統籌管理長江上下游、左右岸、干支流以及跨區域跨部門的共保共治行動，主要從水安全、水資源、水環境、水生態、水空間等5大板塊，遵循“豎向到底、橫向到邊”的業務梳理要求，細化各項重點業務，見表1。

表1 長江大保護時空大數據云平臺業務需求表

3.4 功能需求

長江大保護時空大數據云平臺應以基礎地理信息、水情、工情、氣象等要素監測以及水工程運行設施監控為抓手，通過對各類數據資源等實施全面整合，實現“數據可查、成果可看、業務完整、決策可用、監督考核”的功能要求。因此，長江大保護時空大數據云平臺的主體功能需求分為信息服務、業務管理、決策支持和監督考核等4類。

(1)信息服務

信息服務功能包括基礎信息服務、監測信息服務、信息共享服務、信息融合服務及信息發布服務等5類，極大豐富長江大保護時空大數據資源，為長江大保護時空大數據云平臺智慧應用提供數據基礎。

(2)業務管理

業務管理功能包括水安全、水資源、水環境、水生態、水空間等5大板塊業務的科學管理。

(3)決策支持

決策支持功能是長江大保護時空大數據云平臺的“智慧”所在，在整合多源數據的基礎上，進行大數據的深度挖掘分析及專業模型應用服務，將分析場景應用至水安全、水資源、水環境、水生態、水空間等5大板塊業務，最終實現平臺智慧應用的決策支持。

(4)監督考核

監督考核功能主要針對長江流域水安全、水資源、水環境、水生態、水空間等5大板塊業務，提供移動/PC多終端一體的投訴舉報、定期核查、人工抽查等多種方式以及包含單位自查、社會監督、群眾監督等多種渠道的監督考核入口，從而強化業務內部管理、提高公眾滿意度。

3.5 數據需求

數據是長江大保護時空大數據云平臺建設和應用的核心，數據需求分為數據類型與來源、多源數據整合建庫、數據共享服務和數據挖掘分析等4類。

(1)數據類型與來源

經過分析，長江大保護時空大數據云平臺的數據類型可分為基礎時空數據、公共專題數據、物聯網實時感知數據、互聯網在線抓取數據等4類，可來源于監測站點、已有數據庫和信息系統共享、相關統計及規劃設計報告等成果、互聯網在線抓取等。

(2)多源數據整合建庫

長江大保護時空大數據云平臺數據來源廣泛、數據量巨大、數據格式多樣、內容豐富，且各類數據之間存在著緊密的聯系，互為彼此使用和管理的重要依據。為了提高數據整體管理效能、加強數據共享，節約資源建設，更好的服務于長江大保護時空大數據云平臺的業務應用，需要對多源數據整合建庫，主要包括數據匯聚、數據處理、數據建庫等3個步驟。

(3)數據共享服務

長江大保護時空大數據云平臺不但需要集成已有的各種數據，還要向相關單位、部門共享各業務系統的數據，保持數據的聯動更新，提高信息資源利用效率。針對全國水雨情信息網、各省市水情服務系統、國家地表水水質自動監測實時數據發布系統、中國氣象數據網等已有系統的水雨情、水文、水資源、水質、氣象等相關數據，長江大保護時空大數據云平臺應與各系統進行充分的數據共享與交換，支撐相關單位、部門共享應用數據，科學履行職責業務。

(4)數據挖掘分析

為了充分發揮數據價值，滿足長江大保護業務管理決策需求，長江大保護時空大數據云平臺利用各種數據資源的融合，通過大數據分析模型和水文氣象預報模型、洪水災情預測模型、水資源預測模型、水生態環境預測模型、調度模型等各類專業模型，輔助決策管理，支撐水安全、水資源、水環境、水生態、水空間等5大板塊業務應用。

3.6 安全需求

長江大保護時空大數據云平臺的建設成果包括物聯感知體系、基于大數據和云計算等新技術的業務應用系統等，在信息安全方面有著強烈的需求，需按照《中華人民共和國網絡安全法》《信息安全等級保護管理辦法》、GB/T 25070—2010《信息系統等級保護安全設計技術要求》、GB/T 22239—2019《信息安全技術網絡安全等級保護基本要求》等相關法律法規和規程規范的要求，建立“可信、可控、可管”的信息安全保障體系，使得平臺能夠按照預期運行，免受攻擊和破壞。

3.7 其它需求

3.7.1性能需求

物聯感知性能方面，應能快速獲取信息，匯聚的監測數據精度應滿足相關規程規范的要求，多源數據應傳輸順暢；專業模型性能方面，各專業模型應在滿足業務需求的情況下最大程度提高計算效率和計算精度，且能長期穩定運行；業務應用性能方面，應能滿足平臺全部用戶同時在線操作，響應速度能滿足業務工作要求。

3.7.2接口需求

為了保證長江大保護時空大數據云平臺高效、準確地交換信息，接口需求如下：①平臺與外部系統接口應具備完整性、規范性、開放性和靈活性；②接口定義應遵循易理解、易使用、易交流和易擴展的原則；③保證平臺與外部系統中的數據一致性；④在滿足業務需求的前提下，使接口數據量盡量少，最大限度地減輕數據提供方壓力；⑤具有可靠完善的接口數據傳輸與錯誤處理機制；⑥平臺的服務接口應符合開放系統的標準協議，且具有安全控制機制和擴展能力。

3.7.3界面需求

長江大保護時空大數據云平臺建設要強調結構化、模塊化、標準化，做到界面清晰，連接暢通。界面完全遵照 GUI(圖形用戶界面)的標準，用戶只要了解業務應用的工作流程和操作系統的使用方法，無需經過復雜的操作培訓即可很方便地使用。菜單格式、快捷鍵等要充分考慮用戶習慣，做到方便易用。

3.7.4運維需求

長江大保護時空大數據云平臺應定期巡檢、檢修，必要時進行升級、更新，發生故障后應及時處理故障并出具故障調查處理報告，定期編制平臺運維分析報告。

4 結論

為解決當前長江流域信息化建設難以滿足長江大保護背景下的科學管理需求的現實問題，研究建設長江大保護時空大數據云平臺十分必要。本研究按照既定的技術路線，提出了科學合理的平臺建設需求。

長江大保護時空大數據云平臺建設需求分析可為平臺研發與應用提供指導，同時為其它時空大數據云平臺建設需求分析提供參考。下一步將繼續深入研究長江大保護時空大數據平臺建設方案，積極推進長江大保護時空大數據平臺盡快研發，以全面提升長江流域信息感知能力和綜合決策水平，統籌管理長江大保護的各項工作，開創長江大保護的新局面。