塔里木河流域信息化資源整合實踐與成效

安 東，宋 倍，吳寶國

(黃河水利委員會信息中心，河南 鄭州 450003)

信息技術與水利行業的深度融合，有力地促進了傳統水利向現代水利的轉變[1]。水利信息化在積極推進的同時，受項目投資來源、建設管理差異和運行維護分散等制約，嚴重影響了水利信息化整體效益的發揮。隨著對水利信息化認識的不斷提高，以及水利應用的不斷深入，網絡互聯互通、信息共享和應用協同的需求越來越突出[2-3]。為更好地適應新時期新形勢下水利現代化事業推進的需要，2015年3月水利部印發了《水利信息化資源整合共享頂層設計》，提出推進水利信息化資源整合共享，優化資源配置，提升投資效益，強化履職能力，是促進水利事業又好又快發展的重要手段。隨后，各級水行政主管部門在《水利信息化資源整合共享頂層設計》的整體要求下開展信息化資源整合共享工作。

本文依據《水利信息化資源整合共享頂層設計》要求，結合塔里木河流域管理與信息化現狀，開展了以流域水資源管理為核心的數據資源整合共享、應用資源整合共享和信息化標準體系建設，實現“總量控制、協同管理，一級部署、多級應用”的流域資源整合共享目標。

1 研究背景

塔里木河是我國第一大內陸河，流域總面積102萬km2。塔里木河流域管理局及下屬“四源一干”源干流管理局(巴音郭楞管理局、阿克蘇管理局、喀什管理局、和田管理局和干流管理局)從2000年逐步開展信息化系統建設，在一定程度上提高了業務管理的信息化水平。塔里木河流域水資源管理體系經歷了以區域管理為主到區域服從流域管理的變革[4]。受管理方式、投資力度、技術水平等因素的限制，流域內已建各類信息化系統普遍存在資源分散、條塊分割、標準各異、重復建設、開發利用率低、無法共享共用等問題，不能滿足流域水資源統一管理、統一調度、總量控制的業務需要[5-8]，亟須進行信息化資源整合。

2015年2月，新疆塔里木河流域水資源管理信息化整合項目(一期)(以下簡稱“塔河整合項目”)開始建設，2016年12月上線運行，2018年2月合同完工驗收。通過流域標準體系建設、數據資源整合、應用資源整合，基于塔里木河流域管理局云平臺，建成塔里木河流域一個庫、一張圖和服務于全流域統一管理調度的塔里木河流域管理局綜合業務應用平臺；整合已建及新建水情監測站537個，其中自動監測站366個，完善并建成全流域統一標準的水情信息采集、傳輸、交換體系，實現塔里木河流域“四源一干”90%用水總量控制和“四源一干”85%取水量自動監測的目標；梳理繪制“四源一干”干支渠拓撲關系，建立了全流域各級管理單位、用水單位、取退水口、取水工程、渠道上下級之間的對象關系模型，優化、規范、創新業務流程，實現水資源管理、水量調度、防汛預警、工程管理、生態監測、遙感監測和移動信息服務等多級協同應用；新建和擴建已有網絡體系，建立網絡安全管理和防護體系。項目實現了“總量控制、協同管理，一級部署、多級應用”的資源整合共享目標。

2 現狀及問題分析

塔里木河流域信息化經過近20年的建設發展，尤其是通過塔里木河流域近期綜合治理項目的實施，塔里木河流域管理局建設了一批水利信息化系統工程。

a.信息采集建設。建設全流域水情自動測報系統，覆蓋塔里木河流“四源一干”1個流域中心、5個水情分中心，共366個水情遙測站。

b.基礎設施建設。初步建成依托國家公網、覆蓋“四源一干”的計算機廣域網；建立了會商決策實體環境；建成塔里木河流域管理局云平臺，可為塔里木河流域信息化系統提供統一的軟硬件基礎平臺和統一的應用支撐平臺。

c.應用系統建設。塔里木河流域管理局應用系統涵蓋水量調度管理系統、遠程監控系統、地下水與遙感相結合的干流生態監測系統、上聯新疆維吾爾自治區水利廳下聯源干流管理局的視頻會議異地會商系統、塔河網和辦公自動化等多方面業務領域。源干流管理局也分別建設了各自的水情測報系統、遠程監控系統等。

隨著水利信息化的不斷發展和深入應用，塔里木河流域信息化資源整合共享方面主要存在以下問題：

a.信息采集覆蓋范圍小、種類少、時效性差，達不到塔里木河流域管理局對全流域90%用水總量控制的目標。在補充建設信息采集的基礎上，需要整合源干流管理局自建的水情信息。

b.建設分散、缺乏全局的規劃、標準不統一，信息資源難以共享。隨著體制改革，各源干流管理局整合后，信息化系統缺乏統一規劃和統一標準的問題突顯，表現為系統建設參與廠家眾多、設備種類多、接口不統一，造成部分系統運行維護及升級困難，信息資源無法共享。

c.水量統計不精細，缺乏邏輯清晰的、能夠支撐流域用水量結算的渠系拓撲關系。水量調度不統一，缺乏明確的全流域各級管理單位、用水單位、取水口之間的邏輯關系。

d.缺乏支撐流域統一管理和塔里木河流域管理局、源干流管理局、管理站三級調度的自動化應用系統，缺少業務協同應用。

e.基礎設施和運行環境有待完善和統一管理。

f.信息化專業人才匱乏，運行維護力量不足，信息化建設無法發揮持續作用。

3 技術框架

3.1 框架構建

塔河整合項目的總體框架和技術方案以水利部信息化資源整合共享總體思路為指導，符合“十三五”國家政務信息化工程建設規劃中“大平臺共享新設施”“大數據慧治新能力”“大系統共治新格局”的建設要求，切合《水利信息化資源整合共享頂層設計》的思路，具備向上兼容現階段水利部提出的智慧水利總體框架的條件[9-11]。

塔里木河流域屬于西北干旱地區，野外作業環境惡劣[12-13],流域面積大、河流長、渠系關系復雜等問題[14-15]加大了信息采集建設和運維的難度；流域管理單位層級深、涉及單位多、信息化建設早等問題加大了資源整合共享的難度；系統用戶層級多、用戶對信息化的接受度普遍較低，對信息化平臺的易用、實用性提出了更高要求。

結合塔里木河流域水利信息化的全局發展需求，塔河整合項目覆蓋數據采集、傳輸、處理、存儲、應用、決策輔助等各個環節，總體框架(圖1)的基本組成包括信息采集層、通信網絡層、數據資源層、應用支撐平臺層、業務應用層。

圖1 塔里木河流域水資源管理信息化整合總體框架

a.信息采集。通過建設統一的數據監測平臺、統一的數據傳輸規約、統一的測站編碼規定、統一的數據傳輸通道，實現新建采集水情測站數據和源干流管理局自建項目采集數據的整合共享。

b.通信網絡。對塔里木河流域管理局及源干流管理局現有網絡系統進行升級改造，建立全流域統一的網絡平臺，擴建現有通信傳輸系統，建立全流域統一的通信傳輸系統。

c.數據資源。建設涵蓋基礎數據庫、各專業業務數據庫共17類子庫的“一個庫”，為數據資源提供合理集中的存儲空間，并充分整合已有歷史數據資源。建設范圍覆蓋塔里木河流域管理局及源干流管理局的數據資源管理平臺，實現各類數據資源的存儲、管理與數據交換服務。

d.應用支撐平臺。按照集中部署，分級應用的原則，充分利用已有硬件基礎平臺，根據塔河整合項目的運行需要進行補充完善。新建覆蓋塔里木河流域管理局、源干流管理局的應用支撐軟件平臺。

e.業務應用。新建覆蓋塔里木河流域管理局及源干流管理局的一體化的應用系統，并對原有業務應用系統進行完善整合，實現水資源管理、水量調度、防汛預警、工程管理、生態監測、遙感監測和移動信息服務等多級協同應用。

3.2 關鍵技術

塔河整合項目共享關鍵技術包括一張渠系拓撲圖、一套業務關系表、一套業務流程和一套信息化規約。

a.一張渠系拓撲圖。繪制塔里木河流域“四源一干”渠系拓撲結構圖[16]，理清塔里木河流域用水總量監控管理對象的業務關系，有效推進流域水資源精細化管理，為覆蓋流域水資源全過程監測、監督與分析提供有效支撐。渠系拓撲結構如圖2所示。

圖2 塔里木河流域渠系拓撲結構

b.一套業務關系表。梳理三級水管單位與其管理對象的業務關系，建立塔里木河流域管理局、源干流管理局、管理站、取用水口、用水單位、縣(團場)、地州(師)之間的邏輯關系。建立“四源一干”渠系監測點拓撲結構關系表、“四源一干”用水單位對應取退水口關系表、“四源一干”河損計算河段對應取退水口關系表、“四源一干”引調水工程對應監測站關系表等，實現對塔里木河流域水資源管理業務應用的基礎支撐。

c.一套業務流程。實現水資源管理與水量調度業務流程和業務數據生產的規范管理。梳理了一套詳盡的、標準的、貼合塔里木河流域實際的水資源管理業務處理流程，涵蓋自動采集水情數據處理、水位-流量關系曲線率定、自動采集水情、水量計算、年度水量分配方案和月調度方案編制、斷面考核河損計算、水費計算等功能。將用水計劃、配水方案、取水數據采集及校驗、取用水考核、水費征收等流程有機結合，形成一套完整覆蓋塔里木河流域管理局水量調度管理的業務流程，實現塔里木河流域管理局水量調度的業務應用，在實際生產工作中產生了很好的應用效果。塔河整合項目核心業務功能設計流程總圖如圖3所示，圖4、圖5展示了部分業務功能設計流程。

圖5 逐月斷面考核計算流程

d.一套信息化規約。建立塔里木河流域信息采集、數據傳輸、數據存儲的信息化標準規約體系，包括信息采集編碼及傳輸規約、17類監控對象代碼編制規約。統一水資源監測對象名稱及對象編碼，建立唯一的身份標識。

4 建設成果

塔河整合項目共享應用實踐成果包括一張網、一個庫、一張圖、一個門戶、一套業務系統。

a.一張網。建立全流域統一的網絡平臺，擴建源干流管理局現有通信傳輸系統，建立全流域統一的通信傳輸系統，實現從現地站到管理站、源干流管理局、塔里木河流域管理局的互聯互通，為全流域信息互聯互通和資源共享建立了基礎。

b.一個庫。實現多級管理單位、跨部門多源異構數據資源的整合與共享。通過數據監測平臺、數據交換平臺、業務應用平臺等多種方式及統一的信息化規約，將多數據源、不同結構的數據有機融合，建立數據資源整合與共享機制，實現塔里木河流域已建信息化系統和新建信息化系統的數據整合，實現與新疆維吾爾自治區水利廳等其他單位的數據資源共享。

c.一張圖。整合塔里木河流域30余類水利對象圖層和遙感影像，實現基礎地理信息的整理入庫，發布多業務專題地理信息服務，為流域綜合管理和業務應用提供空間信息支撐以及統一的流域一張圖服務，保證地理信息的一致性和權威性。塔里木河流域水利一張圖如圖6所示。

圖6 塔里木河流域水利一張圖

d.一個門戶。實現涵蓋塔里木河流域管理局及源干流管理局和灌區用水單位的多元一體化權限管理。建立統一的用戶管理及身份認證機制，實現水管單位與灌區用水單位等跨單位、跨部門的權限管理，桌面端與移動端跨平臺權限統一管理，功能使用權限、地圖信息訪問權限、業務數據生產與應用權限的獨立管理。圖7為塔里木河流域管理局綜合門戶首頁。

圖7 綜合門戶首頁

e.一套業務系統。建立有效的數據采集、率定體系，為業務的順利開展奠定了堅實的基礎，通過多種手段解決數據采集“最后一公里”的完整、穩定、可靠問題。建立滿足塔里木河流域三級水量調度、服務不同管理層級的完整業務處理體系，統一水資源調配和用水量統計與結算。業務系統的應用覆蓋水情監測、水量調度、工程管理、運維管理、水政管理、防汛預警以及移動App等方面，為水管單位和灌區用水單位提供有效的應用支撐。圖8為塔里木河流域管理局綜合業務系統功能導航頁面。

圖8 綜合業務系統功能導航頁面

5 實踐成效

a.塔河整合項目建設提升了塔里木河流域水資源統一管理的能力和水平，通過信息化手段實現水量日清月結，有效解決了水量測不準、水賬算不清的問題，實現了塔里木河流域“四源一干”90%用水總量控制和“四源一干”85%取水量自動監測的目標；提高了水量調度與計量精度，可逐步實現流域精細化調度。

b.通過塔河整合項目的建設，塔里木河流域管理局改變了傳統的水量調度管理方式，建立了塔里木河流域“四源一干”水量統一調度管理機制，首次實現了塔里木河流域“四源一干”水量調度全過程的信息化管理，提高了塔里木河流域管理局、源干流管理局、管理站三級調度及與灌區用水單位之間的業務協同及工作效率。

c.實現了涵蓋塔里木河流域管理局及源干流管理局和灌區用水單位的多元一體化權限管理。建立統一的用戶管理及身份認證機制，實現了水管單位與灌區用水單位等跨單位、跨部門的權限管理，桌面端與移動端跨平臺權限的統一管理，功能使用、地圖信息訪問、業務數據生產與應用等權限的獨立管理。

d.實現跨層級、跨地域、跨系統、跨部門、跨業務的多源異構數據資源的管理、整合與共享。通過數據監測平臺、數據交換平臺、業務應用平臺等多種方式及編制信息化規約，將多數據源、不同結構數據有機融合，并建立了數據資源整合與共享機制，實現了塔里木河流域已建信息化系統和新建信息化系統的數據整合，并實現了與新疆維吾爾自治區水利廳等其他單位的數據資源共享。

e.塔河整合項目采用的資源整合與共享關鍵技術以及制定的信息化標準規約體系、流域河渠及測站標準名稱體系，統一了各類標準，解決了多管理層級、跨部門、多種技術、多數據源之間的整合共享難題，可為流域后續資源整合工作提供保障。

6 結 語

目前，塔里木河流域已經具備比較良好的信息化基礎，經過塔河整合項目近4年的運行，積累了豐富的歷史數據，各級管理單位對信息化系統的使用程度也逐漸加深，支撐基礎業務應用的系統功能都趨于穩定。塔河整合項目信息化建設成果已初步具備了智能感知、網絡泛在、數據全面共享的智慧水利基礎，建成的一系列應用已初具智慧應用的雛形。今后應繼續發揮流域信息化建設的良好基礎優勢，將智慧水利技術手段和流域管理實際需求相融合，利用物聯網技術實現流域信息全面感知，利用大數據技術發掘數據價值，推進智慧流域建設，提高應用系統的智慧化程度，從而實現塔里木河流域的智慧化管理。