縣域智慧水利建設實踐

甄世森 吳 浩

(1.壽光市水利局，山東 壽光 262700；2.中國水利水電科學研究院，北京 100048)

智慧水利是以新一代信息技術為支撐的一項復雜系統工程，在頂層設計的指導下，需立體化多維度地進行統籌集約化建設。根據《智慧水利總體方案》總體規劃和網絡安全架構，智慧水利建設涉及多個層級，其中縣級網絡節點(縣域智慧水利)屬于智慧水利業務網的下層和末端，扮演業務系統基礎用戶角色。

縣域智慧水利的構建以物理基礎設施建設和水利業務信息服務為主，通過水情、工情、視頻、水質等感知網及傳輸支撐網絡、數據管理中心等基礎設施的建設，實現縣域內水務行政部門各類水業務信息的互聯互通，為管理者和公眾提供可知可視的水信息服務，助力上層智慧水利全網態勢感知和區域性決策指揮，使頂層達到“智能應用”的目的。因此，縣域智慧水利是智慧水利體系建設的“神經末梢”和“感知神經元”，是實現智慧水利頂層規劃的基礎和重點。

本文結合山東省壽光市水利信息化現狀和實際需求，從建設目標、總體框架和功能設計等方面詳細介紹了壽光市智慧水利公共服務平臺，以期為類似縣域智慧水利建設提供經驗和參考。

1 現狀及需求分析

2018年、2019年連續兩年汛期的極端天氣，使山東省尤其是地處多條河流下游的壽光市遭受了嚴重水患，究其原因是水利設施嚴重不足、水利工程嚴重欠賬。為此，壽光市按照“根治水患,防治干旱”的要求，統籌全域治水患，持續開展水利工程建設，同時，開發建立了壽光市重點水利工程質量管控系統，對建設會戰中重點水利工程建設進行全過程控制，實現工程建設過程資料的收集、審核及查詢等功能。

為進一步提升信息技術在汛期對于河湖運行管護、工程建設管理和應急物資調控等的支撐保障，亟需構建統一的壽光市智慧水利公共服務平臺。在智慧水利頂層設計下，一是堅持統籌規劃、協調推進，統一技術架構、強化資源整合、促進信息共享；二是實現全市范圍內彌河、丹河、堯河、東西張僧河、小清河等重點河流防洪治理、水毀橋梁新建及維修加固工程等重點水利工程建設質量管控體系的信息化；三是實現彌河、丹河等事關生產發展、生活安定、生命安全的重點河流防汛管控體系的數字化；四是實現重要河道巡查監督體系的移動化。通過統一規范的技術標準和安全可靠的保障體系，全面提升水利綜合管理能力，有力推動水利現代化建設。

2 建設目標和原則

2.1 建設目標

壽光市水利局深入貫徹落實黨中央、國務院關于加快災后水利薄弱環節建設的決策部署，按照新時期防災減災救災工作“兩個堅持，三個轉變”的新理念、新要求，積極謀劃，針對連續兩年汛期防災減災暴露出的短板和問題，全域統籌、長遠規劃、系統治理，堅持問題導向，打造完整的、覆蓋全市重點河流防汛相關業務和部門的數據中心，為全市重點河流防汛指揮工作提供輔助決策支撐。

重點建設1個智慧水利公共服務平臺，包含重點水利工程質量管控系統、重點河流防汛管控系統、視頻監控系統、統一查詢系統4個子系統，1個智慧水利小程序和1個智慧水利APP，從而實現壽光市重點水利工程建設過程質量管控，重點河流防汛應急信息維護及查詢，彌河、丹河監控實時查看等功能目標。

2.2 建設原則

當前新一代信息技術蓬勃發展，新設備新手段不斷涌現，系統平臺的建設要慎重選擇平臺架構、網絡通信和采集感知設備及相應技術，既要保證設備和技術的先進性，也要有利于未來平臺的業務擴展和升級換代，避免資源浪費和重復建設[3]。為滿足實際應用，平臺架構主要遵循以下幾項原則[3-6]：

a.技術先進、穩定可靠。系統可靠性是系統長期穩定運行的基石，平臺從設計理念到架構搭建，秉承著系統可靠性原則，采用成熟的技術對系統進行建設，具備較高的可靠性、較強的容錯能力。

b.兼容度高、擴展性強。平臺充分考慮擴展性，采用標準化設計思維，嚴格遵循水利部智慧水利要求和行業標準，確保平臺的系統之間的透明性和互通互聯。

c.頂層設計、分步實施。全面、系統地規劃設計總體框架，提出總體思路和建設目標要求，明確路線圖和時間表，分步實施，協調推進。

d.綜合分析、安全至上。綜合考慮設備安全、網絡安全和數據安全，采取可靠手段杜絕非法訪問、入侵或攻擊行為。

3 總體架構與平臺功能

3.1 總體架構

3.1.1 架構設計

以智慧水利總體方案為綱，按照壽光市智慧水利公共服務平臺的建設規模和功能需求，充分整合硬件設施與軟件系統，搭建完整、標準、結構化的智慧水利平臺，包括數據層、服務層、通信層、應用層、用戶層，具體見圖1。

圖1 壽光市智慧水利公共服務平臺技術架構

數據層主要指數據庫的物理存儲及數據管理操作。物理存儲數據有工程項目數據、地理信息數據、水文數據、水雨情數據、工程管理數據、應急防汛數據及運行管理數據等；數據管理操作是對上述元數據進行編輯、導出、轉換、更新、編輯、入庫等。服務層是對數據層進行服務封裝，通過數據及信息服務引擎實現對外部數據的服務功能。通信層是服務層與應用層間的橋梁，在服務層基礎上提供數據傳輸的統一接口。應用層是指面向用戶提供具體的應用系統層，包括Web、APP、微信小程序的各類應用。用戶層針對的是整個平臺硬件、數據及軟件的所有參與者的使用和維護。其中，壽光市智慧水利公共服務平臺在5層架構基礎上，對安全系統和終端接口進行了重點設計。

3.1.2 安全系統設計

實用、安全是水利信息化網絡的基本要求，為保證數據和系統安全，平臺設計了備用數據庫和系統維護策略，從數據安全和系統安全兩方面做好平臺安全工作。

a.數據安全：定期建立數據庫備份，一旦服務器數據庫被破壞，可以使用最近的一份數據庫副本進行還原。為防止服務器故障，可預備一臺服務器，形成“一主一備”模式，只要主服務器出現故障，可以迅速啟動預備服務器運行系統。

b.系統安全：在基礎數據維護方面，對于一些基礎數據，由超級管理員進行維護。在數據庫備份和恢復方面，利用SQLServer2005自身提供的備份和恢復功能實現數據庫備份恢復。在系統升級維護方面，分階段對用戶使用效果進行調查，根據調查結果，篩選用戶提出的功能要求，對于合理的要求予以采納，并安排人員對系統進行修改和完善。

3.1.3 終端系統及接口設計

接口是兩方之間數據交互的一個標準，平臺綜合考慮技術、成本、性能等因素，定義了用戶接口、外部接口和內部接口。

a.用戶接口：按窗口化、菜單式進行設計。

b.外部接口：軟件接口通過jdbc對接mysql數據庫進行連接。對上接入上級省市雨情水文系統中的雨量、水文站等數據，對外部監控平臺上傳云平臺數據，同時接入壽光市應急管理局平臺部分數據。

c.內部接口：通過面向對象語言設計類，在public類中實現調用，類間實現嚴格封裝。

3.2 平臺功能

應用系統是多系統的有機整合，是基于龐大數據基礎之上的不同功能應用的集合[7]。智慧水利公共服務平臺包含重點水利工程質量管控系統、重點河流防汛管控系統、綜合查詢系統、智慧水利小程序和APP，分別實現了壽光市重點水利工程建設過程質量管控、重點河流防汛應急信息維護及查詢、彌河和丹河監控實時查看、多元防汛信息關聯搜索、移動巡河等功能。

3.2.1 重點水利工程質量管控系統

重點水利工程質量管控系統是在原工程質量管控系統基礎上進行的整合升級，該系統的目的是對水利“大會戰”中維修新建的橋、閘、涵洞、泵站、攔河壩和防洪墻等所有水工建筑物的工程質量、進度、安全三大核心要素進行管控[8]，系統界面見圖2。

圖2 重點水利工程分布

a.項目管理。在壽光市電子地圖上用不同顏色、符號將涵閘、橋梁、道路、泵站、橡膠壩、險工段、攔河閘、堤防、波浪樁護灘、路燈監控及裝配式防洪墻等境內涉及的11類水利工程要素進行一張圖顯示，可按照片區、標段、工程名稱、位置類型、鄉鎮、完成狀態和位置名稱等屬性對以上水利工程的基本信息進行動態查詢和管理，實現地圖上展示、瀏覽、定位和查詢等功能。

b.質量信息管理。對各水利工程中涉及安全、質量、進度三大關鍵因素的制度文件、程序文件、圖像視頻等資料全部電子化，從開工至完工進行全生命周期的流程化管理。一個工程一張電子卡，從電子地圖即可點選進入，電子卡片包含工程基本信息、參建各單位基本信息、安全管理體系和規章制度、質量管理體系和規整制度、施工過程電子化檔案、各類專題會議資料及驗收資料等。同時，設有問題追溯反饋模塊，對施工中發現的問題進行全鏈條閉合管控。

3.2.2 重點河流防汛管控系統

經過應對連續兩年嚴重水患，壽光市將汛期應急搶險所涉及人員、物資兩大關鍵要素作為管控重點，構建覆蓋境內全部河道的河流防汛管理系統，見圖3。同時提供水雨情信息、應急預案和險情信息等各類實時服務，方便查看，為防汛應急工作提供數據支撐，輔助主管人員科學決策。

圖3 人員、物資分布

a.人員管理。在汛期和非汛期分別設定全市15條河道堤壩巡視檢查范圍、頻次，實時在線顯示人員在崗情況和巡視路線，巡視人員可在移動端通過圖片或視頻上傳險情情況，并記錄險情發生位置。管理人員可通過系統與現場人員對講通話，即時展開險情處置及人員調度[9]。

如圖4所示，通過電子地圖點選，可進入人員管理卡片，顯示隊長信息、隊伍人數及人員性質等隊伍屬性，系統自動統計堤防日常巡視檢查隊伍、人員、巡檢情況報告，實時人員定位，確保相關責任人按時到崗。

圖4 人員在崗狀態

b.物資管理。防汛物資管理是險情處置的重要保障，系統顯示了境內全部防汛物資點，對所有的物資裝備均建立了流水臺賬(見圖5)，可實時查看各物資儲備庫防汛物資使用情況，根據險情發生和未來發展情況，實現系統內物資裝備的補充調度。

圖5 物資裝備儲備情況

c.水雨情信息服務。通過本地新建、接入上級、調用同級3種方式完善境內水雨情數據，快捷提供河道各處實時水位、雨量信息，并可查詢年度汛期至近1h的水雨情數據特征值。

3.2.3 綜合查詢系統

綜合查詢系統是依托平臺電子地圖，承繼上述兩大業務系統中的全部資料，統一整合水雨情、工情、視頻、防汛應急等數據，在平臺上通過多種篩選條件直觀高效查詢各類信息。

a.綜合查詢，將境內河道、水利工程等分為670個關鍵控制點，一站式綜合查詢各控制點的人員、物資裝備、視頻監控、水雨情信息、工程質量信息、應急預案等，見圖6。

圖6 綜合查詢系統服務

b.巡壩統計，主要承繼了重點河流防汛管控系統中的人員隊伍信息，可實現考勤的查詢、統計、匯總，險情處置閉合和巡壩人員等信息瀏覽，對相關責任人履職盡職情況進行考核。

c.物資裝備，主要承繼了重點河流防汛管控系統中的物資裝備信息，此處將物資裝備分為臨設的沿河物資點和應急管理局長設的儲備庫兩類，方便查詢調用。

d.應急預案，根據“一河一策”的相關規定，將境內相關的12條河流渠道應急預案電子化，滿足應急查詢響應的需要。

e.雨情水文，綜合統計了所有水雨情監測點的數據，可進行實時水位、雨量過程線及特征值統計。

f.質量信息，整合質量管控系統數據，按片區、標段、工程名稱、位置、完成狀態等多屬性列表查看工程質量情況。

g.視頻監控，新建視頻監控系統，實現重要河流監控全覆蓋，可通過電子地圖點擊視頻監控點進行實時查看，且可以回訪歷史錄像，同時具備球機的遠程控制功能。

h.重要防汛位置，穿堤涵閘、強排泵站、路口缺口、攔河閘壩等重點防汛位置在電子地圖上總體呈現，并可進一步顯示所屬區劃、責任單位、責任人和防汛物資裝備等信息。同時，對沿河各類應急防汛物資儲備庫集中展示，輔助應急調度。

3.2.4 智慧水利移動端

針對汛期險情來得快、響應要求急的特點，開發了與平臺關聯的智慧水利小程序和APP，實現隨時隨地移動辦公，平臺用戶交互多元化。智慧水利小程序接入了綜合查詢中的水雨情信息、工情信息、應急預案和物資儲備信息以及工程質量管控系統中的安全檢查、各類規章制度信息，實現全市水利基本數據的查看。智慧水利APP主要作用是實現河道巡視檢查的智慧化，強化落實巡視檢查責任。通過APP可記錄巡檢時間、參與巡檢的人員及巡檢軌跡，并可通過移動端即時上傳險情圖片影像資料、文字描述及地圖標注準確位置。移動端的使用極大地提升了工作的靈活性，提高了應急響應效率和協同工作能力[10]。

4 結 語

十四五期間，我國水利將繼續堅持科技引領和智慧賦能，提高水資源智慧管理水平，提升防災減災能力。本文以壽光市智慧水利公共服務平臺為例，介紹了縣域智慧水利的建設實踐，立足自身需求，堅持問題導向，建立了一套可視化、數字化、信息化的綜合服務平臺，促進了壽光市縣域水利信息化的發展，提升了工程建設管理能力和防汛減災能力，初步進入了智慧水利初級階段。壽光市智慧水利公共服務平臺將區域內河流、水工建筑物、水利信息感知設備及人的行為、物的狀態進行了數字化融合，實現了水利信息在電子地圖上應用展示，推動了工程建管和防汛減災工作的精細化管理，提高了信息共享和綜合應用水平。同時，采用移動設備和互聯網技術對重點工程、河道進行管護，用科技的手段壓實責任，使水利事務參與者能夠及時、高效地完成工作和調度。這種需求為先、急用先建的縣域智慧水利建設模式可為類似縣域智慧水利的建設提供經驗和參考。