電子信息智能化在智慧水利中的應用

黃陳珽

（福清市水利局，福建 福清 350300）

0 引 言

水利部發布的《水利信息化發展“十三五”規劃》中提到，水利信息化作為水利現代化的基礎支撐和重要標志，必須加強立體化監測、精準化管理、規范化監督、智能化決策和便捷化服務能力建設，以水利信息化基礎設施整合為先導，以水利信息資源共享為核心，以水利業務應用推進為重點，以水利網絡安全為保障，以水利信息化保障環境為基礎，進一步完善水利信息化綜合體系，推進水利信息和全面滲透、深度融合、加速創新、轉型發展，推動“數字水利”向“智慧水利”轉變，推進水治理體系和水治理能力現代化。

水安全、水環境關系到人民群眾的生命財產安全，關系到當地經濟發展和社會穩定，我市位處沿海城市常有臺風登入，時常面臨的臺風、洪澇、環境污染等情況。

1 水利業務存在的問題

（1）福清市水利業務信息化工程己經取得了一定的成效，但在應對防汛防風任務、災害頻發、水質污染嚴重、生態系統退化等嚴峻形勢下，水利信息化仍無法有效地支撐水利管理工作。

（2）目前水利信息資源缺乏互連互通，存在信息孤島、資源分散、分析決策能力較差，急需整合共享，尚未形成統一標準、統一規劃、統一部署的水利數據庫，無法與智慧島大數據中心更好地對接共享。

（3）當前業務應用系統中主要存在信息共享程度低、技術標準和開發平臺不統一、系統應用覆蓋面不夠、協同聯動能力差、信息展示不直觀、無法三維立體化的獲取現場狀態信息等客觀問題。

2 智慧水利的需求

智慧水利的核心是“智慧大腦”，需要完善的“數字神經系統”，以便提升感知、分析、預測和風險防范能力。福清市“智慧水利”根據福建省水利廳推進的一張網、一張圖、一個中心、一個平臺、一個窗口的“五個一工程”建設，需把水利全要素動態智能感知網、水利全業務空間地理信息電子地圖、高度集成的水利數據資源中心、綜合業務應用支撐平臺、水利公共服務與信息發布窗口等方面整合起來，強化新一代信息技術與水利業務的深度融合，深化業務流程再造和業務模式創新，建立涵蓋主要水利業務需求的應用大系統，解決水利信息化中的碎片化和信息孤島問題，促進水利信息化提檔升級。

3 電子信息智能化對智慧水利應用現實意義

智慧水利中電子信息智能化，涵蓋水旱災害防御業務應用、流域水環境分析、水利工程管理等方面，系統可按照需求對業務應用進行可持續擴展，并基于智慧水利統一框架，對區水利局用戶、權限進行統一管理，有效提高各科室業務協同效率，充分利用現有資源，減少重復開發；利用物聯網等信息化手段，開發智慧水利指揮決策大屏，實現水利不同業務場景的應用，為水旱災害防御、水資源管理、水利工程調度的會商決策提供支撐服務；利用先進的科學技術實施嚴格的管理手段予以保證，通過開發“實用、先進、可靠、高效”的水資源監控及業務管理系統，實現對水資源的合理配置；利用先進的計算機技術、水文分析計算技術，對接收數據進行合理性檢查，并對水雨情遙測異常數據進行自動預警和人工干預校正，實現水文監測數據分析處理的科學化、自動化、智能化，有效提高水文監測數據的分析處理能力和效率，為防汛決策、水利工程建設、水資源管理等提供可靠的水文基礎信息服務。

大幅度提高水利工程水雨情的預報預測能力以及流域水環境數據的分析，對于水利信息化管理、遠程實時監測監視水利工程動態情況、及時響應災害險情、防災減災、有效整合城市水利資源、提升社會資源利用效率、實現資源共享、降低管理成本、提升辦公效率、提高管理決策有著非常重要的意義。

通過“智慧水利”的建設，可有效解決當前城市面臨的臺風、洪澇等自然災害頻發的形勢，水資源合理優化配置、河湖水庫管理和治理的迫切需求等問題，全面提升水利局在防災減災、河湖水庫管理等各項業務工作水平，減少災害損失，改善水環境水生態問題，提升公眾服務效率及服務能力，更好地滿足城市經濟社會發展和政府的宏觀決策。

4 智慧水利中電子信息智能化的應用

4.1 智慧水利的總體框架

基于電子信息智能化的智慧水利遵循國家、省、市、縣各級及行業相關標準、安全體系規范，總體框架主要分為：“感知層—支撐層—數據層—應用層—用戶層”多層分布式體系架構形式搭建，以保障系統具有良好的擴展性和穩定性。福清市智慧水利作為一個長期規劃的項目，同時考慮為后期系統建設及數據接入預留接口，以便智慧水利總體集成。智慧水利的總體框架如圖1所示。

圖1 智慧水利的總體框架

感知層：主要有在水利工程部署的攝像頭、雨量計、水位計、流速計等傳感器。

基礎設施層：包括網絡設備、服務器、存儲設備、安全防護產品、地理信息服務（GIS 地圖）為上層應用系統提供基礎支撐。

數據層：將原有數據源包括已建設的系統、水利局歷史重要文件材料以及第三方公司或者網站將數據進行匯聚，通過抽取、清洗、轉化、載入等數據治理搭建關系型數據庫、分布式文件系統、分布式非關系型數據庫，并構建“地理空間數據庫”“水利專題要素數據”“水利專題圖集數據”“氣象實況/預報數據庫”“預警告警數據庫”“水系監測數據庫”“水利業務數據庫”“水利知識庫數據庫”“關系分析方案數據庫”“系統管理數據庫”等主題數據庫對數據進行統一的管理維護；并通過數據檢索服務、數據計算服務、數據分析服務為上層應用系統數據支撐服務，并通過數據共享服務將整合匯聚好的數據提供標準化接口提供福建省、福州市相關文件要求的部門和單位。

應用層：智慧水利應用平臺包括流域水環境分析系統、數字防汛綜合應用系統、水庫信息化管理系統、水利物聯感知采集管理系統、智慧水利移動應用管理系統、統一管理維護系統。實現數據采集實時化、信息利用共享化、業務流程協同化、決策分析智能化。

用戶層：包括領導、業務工作人員、系統管理人員、其他人員（公眾、上級相關文件需求數據對接使用人員）。

4.2 建立電子信息智能化的智慧水利應用

根據福清市智慧水利的現狀和需求，“以需求為導向、以應用為核心、以服務為目標”開展建設工作，智慧水利建設規模及內容有：

4.2.1 水系物聯監測站系統

通過傳感器、電子遙感、工控設備監控等物聯感知設備的布設搭建，建立起覆蓋福清智慧水利監測站網，主要包括水雨情自動監測站、流速自動監測站、視頻監控點位等監測設備補充完善等內容。

水雨情自動監測站系統：系統對水庫的水雨情全面進行實時監測；另外，在重要河段進行布點，實現對流域的水位漲落情況實時監測。

流速自動監測站系統：實現在流域上游、中游以及下游分別進行流速自動監測站，實現對流域的水流量監測。

視頻監控點位擴容：實現干渠沿線、流域河道沿線視頻監控可視化展示。

4.2.2 智慧水利應用平臺

智慧水利應用平臺面向水利工作監管、防汛、河長制管理等業務工作需要，建立全面、智能的業務應用系統平臺，為水利局開展各項政務工作及業務管理提供便捷的管理平臺及通道，提高工作效率。整合原有應用系統的基礎上，新增流域水環境分析系統、數字防汛綜合應用系統、水庫信息化管理系統、水利物聯感知采集管理系統、智慧水利移動應用管理系統、統一管理維護系統。圖2為智慧水利應用平臺界面展示。

圖2 智慧水利應用平臺

4.2.3 流域水環境分析系統

依據“整縣推進、全域治理”基本原則，整合已有建設多個業務應用的數據，實現多應用系統數據集成、分析、展示與管理，為水利局的管河治水工作實現全面的流域治理態勢分析與治理決策支撐的數字化管理目的。通過匯聚當前水利局河長辦具體業務的多個應用系統的基礎數據、業務數據，系統功能有流域治理地圖分析展示、業務數據融合分析展示、決策應用分析、綜合統計分析、治理專題管理、數據集成處理管理后臺。

4.2.4 數字防汛綜合應用系統

數字防汛綜合應用系統（圖3）通過物聯智能化感知網獲取監測設備終端數據結合氣象預報的數據分析對防汛風險要素進行預報預測推演，并結合其他防汛各類要素展示指揮圖中可快速獲取重要信息，輔助指揮部人員確定響應級別，并迅速通知市指揮部成員與鎮街領導、具體經辦等，實現防汛預案管理功能，管理各級單位預案文件，設置自動啟動響應條件，在啟動應急工作程序時自動生成對應級別應急方案。將防汛應急事件中上報的突發事件、汛情、災情、險情等數據信息進行審核分析并及時反饋，同時，通過防汛數字大腦決策、模擬方案預演展示及相關預案的管理，以及通過指令下達、應急響應、災情上報、可視化指揮調度、風險態勢。使水利防汛應急指揮工作更科學、智能、便捷。

圖3 數字防汛綜合應用系統

4.2.5 水庫信息化管理系統

實現對水庫水雨情及工程安全的實時監控、監視和監測，實現對水庫工程信息的標準化、數字化入庫處理，實現水庫運行調度計劃和防洪搶險預案的可視化運用，達到“無人值班、少人值守”的科學管理目的。水庫信息化管理系統（圖4）通過前端傳感器的數據收集，水庫歷史積累數據，以及降水量數據的采集，形成水庫水情信息數據庫。系統功能模塊有水庫實景可視化、水庫綜合監測監控、水庫調度方案管理、水庫告警管理、統計報表管理、水庫名錄管理等模塊，將全市的水庫基礎信息、物聯監測信息、監控信息同水庫安全調度、應急預案等進行多維分析和綜合應用。

圖4 水庫信息化管理系統

4.2.6 水利物聯感知采集管理系統

實現水利物聯感知傳感設備的統一管理、統一標準規范、統一數據處理、分析與應用，為智慧水利應用平臺的各大應用系統提供標準的監測數據資源。系統內容有水利物聯傳感器設備管理、監測對象管理、視頻監控管理以及監測數據從采集、解析、轉化、處理、核實校正、入庫到數據分析、展示應用的全過程功能模塊。

4.2.7 智慧水利移動應用管理系統

實現城市居民可以實時了解風情雨情等氣象情況，防汛動態資訊，災情上報讓工作人員多渠道了解汛情災情與上報信息。工作人員可以快速掌握江河水庫及預警告警信息，應急預案信息，通過防汛通訊錄可快速查找對應負責人，接收防汛過程中各類消息，實現移動辦公工作；并提供城市積水分布信息地圖以及水利知識庫AI 助手服務。系統包括公眾移動服務、移動業務應用、城市水知道、水利知識庫AI 助手、移動應用用戶中心、水利知識庫后臺管理、協同文件管理與分享、城市水知道后臺管理八個模塊。

4.2.8 統一管理維護系統

通過該系統對各個智慧水利業務應用系統進行各業務應用安全與數據的管理和維護、提升系統運維自身管理水平、提高各業務應用系統的服務能力、提升各類數據的有效利用率。統一管理維護系統可分安全管理子系統，數據匯聚交換子系統兩個部分。由單位機構管理、用戶管理、角色權限管理、統一登錄認證授權門戶、模塊配置管理、數據字典管理、日志管理、匯聚數據接口管理、數據共享服務管理等功能模塊組成。

4.2.9 水利數據資源（含基礎設施及安全體系）

水利數據資源中心根據國家、省及行業相關標準規范及要求，利用現代信息管理技術建立完善的基礎水利信息數據和水利額外數據等數據資源，將水利局基礎數據進行一體化匯聚、治理、存儲、管理、服務，為上層應用系統提供數據支撐，并提供標準數據接口為上級單位或者橫向單位提供數據共享服務，實現資源整合和綜合利用，最大限度地滿足水利局信息化發展的需求。搭建應用平臺的硬軟件運行環境及安全環境，構建一套基于“云”的模型服務平臺，集成水文、水質，水力學等所有與水相關的模型、計算方法，打造一套集防洪、水文分析、水資源等所有服務的模型計算平臺，統一管理、統一服務，為洪水預報、智慧水利提供智能分析決策支撐。

5 結 論

電子信息智能化在智慧水利應用中圍繞信息資源由“零散”走向“綜合”、工作模式由“孤立”走向“協同”、管理方式由“傳統”走向“智能”的整體建設目標，重點推進感知網絡全面覆蓋、數據融合共享及關鍵業務智能應用，快速提升水利局在防災減災、河湖水庫管理等各項業務工作水平和強監管支撐能力，同時將防汛抗旱的工作逐步從被動轉為主動，通過完善的預警機制和應急指揮系統，實時地對可能或正在發生的汛情、險情、災情進行動態監視，對領導決策和減少洪水災害，排除汛期隱患，緩解城市的防洪壓力，危險狀況預警，保障人民生命財產的安全，提升公眾服務效率及服務能力，提高水利信息化水平具有重要作用。下一步，我們應該繼續擴電子信息智能化在智慧水利應用的推廣領域，在水利業務日常辦公也引入“電子信息智能化在智慧水利”理念，將電子信息智能化新時代技術廣泛并巧妙地應用于水利信息化的實踐中。