廣東智慧水利數(shù)據(jù)資源體系構(gòu)建探討與實(shí)踐

摘" 要：針對水利數(shù)據(jù)長期以來存在的信息孤島和標(biāo)準(zhǔn)不一等問題，基于廣東智慧水利數(shù)據(jù)治理工作實(shí)踐，提出了統(tǒng)一匯聚、統(tǒng)一存儲、統(tǒng)一共享，一數(shù)一源、一源多用，保障安全原則的廣東水利數(shù)據(jù)資源體系框架，從水利數(shù)據(jù)資源規(guī)劃、大數(shù)據(jù)平臺、數(shù)據(jù)治理、數(shù)據(jù)管控和數(shù)據(jù)共享與應(yīng)用五個(gè)方面闡述了水利數(shù)據(jù)資源體系的構(gòu)建流程，并初步構(gòu)建了廣東智慧水利數(shù)據(jù)底座，可為水利行業(yè)數(shù)據(jù)資源整合和治理工作提供參考借鑒。

關(guān)鍵詞：智慧水利；水利數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)資源體系；數(shù)據(jù)治理；數(shù)據(jù)共享

中圖分類號：TP311" 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A" 文章編號：2096-4706（2024）23-0082-05

Discussion and Practice on the Construction of Smart Water Conservancy Data Resource System in Guangdong

LI Weitian1， WANG Liujie2， YANG Jingxue1

（1.Guangdong Research Institute of Water Resources and Hydropower， Guangzhou" 510610， China;

2.Pearl River Water Conservancy Comprehensive Technology and Network Information Center， Guangzhou" 510611， China）

Abstract： In response to the long-standing problems of information islands and inconsistent standards in water conservancy data， based on the work practice of Guangdong smart water conservancy data governance， a Guangdong water conservancy data resource system framework is proposed， which includes unified aggregation， unified storage， unified sharing， unique data for unique source， one source for multiple purposes， and the principle of ensuring security. The construction process of the water conservancy data resource system is explained from five aspects of water conservancy data resource planning， Big Data platform， data governance， data management and control， data sharing and application. The data base of Guangdong smart water conservancy is preliminarily constructed， which can provide reference for the integration and governance work of data resources in the water conservancy industry.

Keywords： smart water conservancy; water conservancy data; data resource system; data governance; data sharing

0" 引" 言

水利部提出將智慧水利和數(shù)字孿生水利建設(shè)作為新階段推動(dòng)水利高質(zhì)量發(fā)展的實(shí)施路徑之一，廣東省委、省政府謀劃了“851”水利高質(zhì)量發(fā)展藍(lán)圖，要打造協(xié)同高效的智慧水利網(wǎng)，切實(shí)提高水利治理現(xiàn)代化水平。在智慧水利體系中，數(shù)據(jù)是底座和基礎(chǔ)，是賦能水利業(yè)務(wù)應(yīng)用的核心支撐[1]。本文將結(jié)合廣東省智慧水利數(shù)據(jù)治理有關(guān)工作實(shí)踐，開展廣東智慧水利數(shù)據(jù)資源體系建設(shè)的研究，推動(dòng)全面升級廣東水利大數(shù)據(jù)中心，建立健全水利數(shù)據(jù)資源體系，打破數(shù)據(jù)壁壘，實(shí)現(xiàn)水利數(shù)據(jù)資源的廣泛共享和深度應(yīng)用。

1" 廣東水利數(shù)據(jù)現(xiàn)狀和存在問題

水利數(shù)據(jù)普遍存在來源廣泛、體量巨大、類型復(fù)雜的特點(diǎn)[2-3]，為解決統(tǒng)一數(shù)據(jù)存儲和共享問題，廣東早在2013年就完成了廣東水利數(shù)據(jù)中心的初步建設(shè)，隨著多年運(yùn)行完善，目前已存儲結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)約1.5 TB的數(shù)據(jù)，涉及水利工程數(shù)據(jù)庫、水利空間數(shù)據(jù)庫等6類基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫，以及水資源數(shù)據(jù)庫、實(shí)時(shí)水雨情數(shù)據(jù)庫、農(nóng)田水利數(shù)據(jù)庫、水利工程移民數(shù)據(jù)庫等19類專業(yè)數(shù)據(jù)庫，總表數(shù)量超過8 400張，數(shù)據(jù)記錄數(shù)超過30億條。非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)包括氣象文件數(shù)據(jù)、圖像文件、地圖數(shù)據(jù)等超過40 TB，主要支撐實(shí)時(shí)監(jiān)測業(yè)務(wù)、遙感分析業(yè)務(wù)為主。

由于體制機(jī)制問題以及長期以來孤島式的信息化項(xiàng)目建設(shè)方式，納入廣東水利數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)存儲分散且不齊全，特別是水文監(jiān)測數(shù)據(jù)未完整納入數(shù)據(jù)中心，數(shù)據(jù)質(zhì)量低、一數(shù)多源、數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)不一致問題突出，比如坐標(biāo)高程體系不統(tǒng)一，遙測數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議不一致，數(shù)據(jù)編碼不一致等，導(dǎo)致水利數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)匯聚、業(yè)務(wù)融合、共建共享方面面臨不少難題，對數(shù)據(jù)中心長期穩(wěn)定發(fā)揮效益造成了不利影響，亟須開展水利數(shù)據(jù)治理工作，推動(dòng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)資源整合和體系構(gòu)建，支撐水利業(yè)務(wù)協(xié)同與智能應(yīng)用。

2" 水利數(shù)據(jù)資源體系框架

全省水利數(shù)據(jù)資源管理遵循統(tǒng)一匯聚、統(tǒng)一存儲、統(tǒng)一共享，一數(shù)一源、一源多用，保障安全原則，統(tǒng)一構(gòu)建廣東智慧水利數(shù)據(jù)資源體系，總體框架圖如圖1所示。依托廣東省數(shù)字政府政務(wù)云能力，搭建水利大數(shù)據(jù)工具平臺，構(gòu)建云上大數(shù)據(jù)中心。工具平臺具備水利數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)管理、數(shù)據(jù)質(zhì)量管理、元數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)安全防護(hù)能力，可以匯聚各類監(jiān)測感知數(shù)據(jù)和水利業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，經(jīng)過數(shù)據(jù)清洗、融合轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)質(zhì)檢等治理流程，全面提升數(shù)據(jù)質(zhì)量，形成基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、監(jiān)測數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)、空間數(shù)據(jù)等各類水利數(shù)據(jù)資產(chǎn)。各類資產(chǎn)可進(jìn)一步開展關(guān)聯(lián)分析和數(shù)據(jù)挖掘，通過統(tǒng)一數(shù)據(jù)服務(wù)和安全接口訪問，全面支撐水安全、水資源、水環(huán)境、水生態(tài)、水工程、水服務(wù)等水利“2+N”應(yīng)用，亦可支撐縱向水利系統(tǒng)和橫向應(yīng)急、環(huán)保等省級政務(wù)部門數(shù)據(jù)共享服務(wù)[4-5]。

3" 水利數(shù)據(jù)資源體系構(gòu)建方法

根據(jù)上述整體框架，制定水利數(shù)據(jù)資源體系構(gòu)建流程，包括數(shù)據(jù)資源規(guī)劃、大數(shù)據(jù)平臺構(gòu)建、數(shù)據(jù)治理、數(shù)據(jù)管控、數(shù)據(jù)服務(wù)5個(gè)方面，如圖2所示。

3.1" 數(shù)據(jù)資源規(guī)劃

數(shù)據(jù)資源規(guī)劃是水利數(shù)據(jù)資源體系建設(shè)的關(guān)鍵，該階段任務(wù)主要有兩點(diǎn)：一是對全省水利資源進(jìn)行全面梳理，建立全面、標(biāo)準(zhǔn)、量化的數(shù)據(jù)資源臺賬，明確水利數(shù)據(jù)集、數(shù)據(jù)項(xiàng)、數(shù)據(jù)源頭、共享交換條件等數(shù)據(jù)描述，為數(shù)據(jù)資源規(guī)劃及后續(xù)數(shù)據(jù)治理提供現(xiàn)狀數(shù)據(jù)參考。二是建立標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，包括數(shù)據(jù)分類、數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議、數(shù)據(jù)治理、數(shù)據(jù)質(zhì)量管控、元數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)存儲和共享、運(yùn)行維護(hù)等規(guī)范，明確水利部標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范和地方標(biāo)準(zhǔn)的差異性，建立具有廣東省特色的省級數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。

3.2" 大數(shù)據(jù)平臺

平臺基于Hadoop開源軟件體系開發(fā)，支持大規(guī)模數(shù)據(jù)處理和分析，兼?zhèn)涓咄掏铝亢筒樵冃剩邆淞己玫臄?shù)據(jù)倉庫查詢和管理功能。水利大數(shù)據(jù)平臺主要由水利數(shù)據(jù)資源運(yùn)營、數(shù)據(jù)資產(chǎn)管理、數(shù)據(jù)匯聚、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采編、數(shù)據(jù)安全、服務(wù)集成管理6個(gè)模塊構(gòu)成，應(yīng)用架構(gòu)如圖3所示，可滿足數(shù)據(jù)采集、匯聚、治理、共享、安全等數(shù)據(jù)全生命周期管理業(yè)務(wù)需求。

3.3" 數(shù)據(jù)治理

利用大數(shù)據(jù)平臺構(gòu)建的數(shù)據(jù)倉庫及相關(guān)數(shù)據(jù)治理工具，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化的是數(shù)據(jù)治理的核心目標(biāo)。基于分層數(shù)倉的數(shù)據(jù)治理技術(shù)目前在江西智慧水利數(shù)據(jù)中臺、安徽水利大數(shù)據(jù)中心、深圳市智慧水務(wù)數(shù)據(jù)治理等實(shí)施案例中取得良好效果[6-7]。根據(jù)數(shù)據(jù)治理需求，數(shù)據(jù)倉庫分為ODS貼源層、DWD明細(xì)層、DWS主題層、DM專題層四層數(shù)倉結(jié)構(gòu)：

1）ODS貼源層存儲的數(shù)據(jù)來源于各個(gè)業(yè)務(wù)系統(tǒng)，與源系統(tǒng)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)保持完全一致，目的是為了與各系統(tǒng)保持物理隔離從而為后續(xù)數(shù)據(jù)治理提供數(shù)據(jù)。通過數(shù)據(jù)探查工具提取各數(shù)據(jù)源信息，再基于數(shù)據(jù)集成工具將數(shù)據(jù)同步至ODS層。

2）DWD明細(xì)層存儲的是從ODS層經(jīng)過ETL（Extract抽取—Transform轉(zhuǎn)換—Load加載），剔除臟數(shù)據(jù)后的干凈數(shù)據(jù)。ODS層數(shù)據(jù)經(jīng)過數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)清洗、數(shù)據(jù)提取等處理過程，將數(shù)據(jù)加工成符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的明細(xì)數(shù)據(jù)。

3）DWS主題層。該數(shù)據(jù)又稱為主數(shù)據(jù)，是數(shù)據(jù)治理工作維護(hù)的核心數(shù)據(jù)。DWD層數(shù)據(jù)經(jīng)過數(shù)據(jù)比對、數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)、數(shù)據(jù)融合、數(shù)據(jù)標(biāo)識的處理過程，將DWD的數(shù)據(jù)映射到基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、監(jiān)測數(shù)據(jù)、空間數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)四大類數(shù)據(jù)中，并按照數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)對應(yīng)到相關(guān)的二級、三級主題庫中。

4）DM專題層存儲的是根據(jù)不同業(yè)務(wù)需求將主數(shù)據(jù)加工處理后形成可供業(yè)務(wù)系統(tǒng)直接使用的數(shù)據(jù)。主數(shù)據(jù)經(jīng)過數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)挖掘、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、數(shù)據(jù)提取的處理，按照水安全、水應(yīng)用等2+N應(yīng)用專題庫所需要的方式進(jìn)行存儲和使用。

具體流程圖如圖4所示。

3.4" 數(shù)據(jù)管控

數(shù)據(jù)管控是對數(shù)據(jù)資源全生命周期的過程控制和質(zhì)量監(jiān)督[8]，通過數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化管理、元數(shù)據(jù)管理、資源目錄管理、質(zhì)量管理、分類分級以及一數(shù)一源管理，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的透明、高效與安全利用。鑒于篇幅限制，本文將重點(diǎn)分析數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)管理、元數(shù)據(jù)管理、一數(shù)一源及分類分級管理等5大核心議題：

1）數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)管理。數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)是為了消除概念界定與描述差異，可為各信息系統(tǒng)建設(shè)、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)交互提供重要參考[9]。數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)管理流程包括申請流程、制定審核流程、數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布流程、推廣流程和復(fù)審流程五部分，前三個(gè)流程組成數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)制定與維護(hù)的全過程，后兩個(gè)流程組成數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行與驗(yàn)證的全過程，兩大過程形成數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)管理的閉環(huán)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的持續(xù)提升和落地實(shí)施模式。

2）元數(shù)據(jù)管理。元數(shù)據(jù)按照定義分類可分為業(yè)務(wù)元數(shù)據(jù)、技術(shù)元數(shù)據(jù)、操作元數(shù)據(jù)和管理元數(shù)據(jù)四類。前三者包括名稱、單位、標(biāo)識符、時(shí)間戳等信息，在數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)或使用的時(shí)候自動(dòng)采集獲得，而管理元數(shù)據(jù)是按照數(shù)據(jù)管理要求新增的比如數(shù)據(jù)責(zé)任部門、安全級別、更新頻率等信息，需要人工進(jìn)行重點(diǎn)維護(hù)。由于數(shù)據(jù)倉庫大部分?jǐn)?shù)據(jù)是外部數(shù)據(jù)經(jīng)ETL后入庫的，如果缺乏清晰的元數(shù)據(jù)信息，那么數(shù)據(jù)倉庫可能會變得雜亂，出現(xiàn)數(shù)據(jù)描述不清晰、數(shù)據(jù)質(zhì)量評估困難，加大運(yùn)營和使用成本。元數(shù)據(jù)管理主要工作包括元數(shù)據(jù)的定義、采集、變更及版本管理，尤其是對主數(shù)據(jù)的元數(shù)據(jù)要實(shí)行強(qiáng)管控。

3）一數(shù)一源管理。根據(jù)廣東水利廳發(fā)布的《廣東水利數(shù)據(jù)資源管理辦法》，按照業(yè)務(wù)處室和有關(guān)單位職能分工，在水利數(shù)據(jù)資源清單中標(biāo)記責(zé)任部門或數(shù)源部門，經(jīng)各業(yè)務(wù)部門確認(rèn)后，由首席數(shù)據(jù)官發(fā)布推廣使用。根據(jù)數(shù)據(jù)資源清單實(shí)施數(shù)據(jù)融合，形成一套標(biāo)準(zhǔn)的水利數(shù)據(jù)，與標(biāo)準(zhǔn)不一致的數(shù)據(jù)應(yīng)銷毀不得再使用。制定數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)更新和質(zhì)量考核機(jī)制，從數(shù)據(jù)更新周期、數(shù)據(jù)完整性、數(shù)據(jù)可靠性等維度形成數(shù)據(jù)質(zhì)量評分，全面調(diào)動(dòng)業(yè)務(wù)部門力量管好數(shù)據(jù)。

4）分類分級管理。根據(jù)水利部《水利數(shù)據(jù)分類分級指南》要求，按照“誰管業(yè)務(wù)、誰管業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)、誰管數(shù)據(jù)安全”原則，落實(shí)水利數(shù)據(jù)資源的安全責(zé)任。數(shù)據(jù)分類可參考圖1的數(shù)據(jù)資源類別細(xì)化各級子目錄。數(shù)據(jù)分級按照數(shù)據(jù)遭到泄露、篡改或非法利用，對國家安全、公共和個(gè)人權(quán)益造成的危害程度，將水利數(shù)據(jù)分為一般數(shù)據(jù)、重要數(shù)據(jù)、核心數(shù)據(jù)，原則上每類數(shù)據(jù)只隸屬于一個(gè)安全等級。數(shù)據(jù)分類分級是對數(shù)據(jù)資源訪問級別進(jìn)行限定的基礎(chǔ)和依據(jù)，通過分類分級形成水利重要數(shù)據(jù)目錄，對涉及敏感內(nèi)容、隱私內(nèi)容、定位信息等內(nèi)容的記錄和字段進(jìn)行分級別的訪問限制，配合商用密碼、數(shù)據(jù)動(dòng)靜態(tài)脫敏、統(tǒng)一鑒權(quán)、流量監(jiān)控等安全防護(hù)技術(shù)，防止敏感信息的擴(kuò)散[10]。

5）數(shù)據(jù)共享與應(yīng)用。數(shù)據(jù)治理的效益體現(xiàn)在數(shù)據(jù)共享與應(yīng)用，基于水利大數(shù)據(jù)平臺構(gòu)建的水利數(shù)據(jù)資源和統(tǒng)一數(shù)據(jù)服務(wù)能力逐步替代舊有共享鏈路，保障數(shù)據(jù)一致性、及時(shí)性、可靠性。在水利系統(tǒng)內(nèi)部，向上兼容水利部原有數(shù)據(jù)交換共享方式，提供庫表交換、服務(wù)接口、文件同步等多種數(shù)據(jù)共享方式，向下則以服務(wù)接口為主的方式到各地市水行政主管部門；在省級政務(wù)部門之間，通過廣東數(shù)字政務(wù)構(gòu)建的“省一網(wǎng)共享”平臺共享有關(guān)數(shù)據(jù)。

4" 應(yīng)用初步成效

目前，廣東水利數(shù)據(jù)資源體系已初步構(gòu)建，基于水利大數(shù)據(jù)平臺已累計(jì)匯聚全省約15 TB的數(shù)據(jù)，初步治理形成河湖、水利工程、監(jiān)測站點(diǎn)和其他管理對象51類水利對象基礎(chǔ)數(shù)據(jù)資產(chǎn)，水文、水質(zhì)、工程運(yùn)行和安全監(jiān)測、取用水、水土保持等各類約4.2萬個(gè)監(jiān)測感知數(shù)據(jù)資產(chǎn)，傾斜攝影模型、BIM、DEM、DOM等各類重點(diǎn)河湖和水利工程地理空間數(shù)據(jù)資產(chǎn)，防洪四預(yù)、臺風(fēng)暴潮、水庫巡查等水利業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)資產(chǎn)，打造了面向數(shù)字孿生水利和智慧水利的數(shù)據(jù)底板。圖5所示為水利大數(shù)據(jù)平臺數(shù)據(jù)倉庫中統(tǒng)一存儲的各類數(shù)據(jù)資產(chǎn)信息，可以點(diǎn)擊查看每類資產(chǎn)的數(shù)據(jù)集、數(shù)據(jù)項(xiàng)、元數(shù)據(jù)信息，并且通過大數(shù)據(jù)平臺實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一數(shù)據(jù)服務(wù)和鑒權(quán)管理，發(fā)布一套標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)供所有省級應(yīng)用系統(tǒng)共用，真正實(shí)現(xiàn)了一數(shù)一源和一數(shù)多用，初步形成廣東智慧水利數(shù)據(jù)底座，全面支撐水安全、水資源等各類業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)互通和業(yè)務(wù)協(xié)同。圖6所示為水利一張圖的水庫查詢界面，其調(diào)用了大數(shù)據(jù)平臺的水庫基礎(chǔ)信息、空間三維信息以及關(guān)聯(lián)的水、雨、工情、視頻圖像監(jiān)測信息，可為各類水利業(yè)務(wù)開展提供統(tǒng)一、全面、便捷的信息查詢工具。

5" 結(jié)" 論

水利數(shù)據(jù)資源體系構(gòu)建是一項(xiàng)長期性工作，除了要解決數(shù)據(jù)質(zhì)量、數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)、數(shù)據(jù)共享等技術(shù)問題，更重要的是要推行和建立數(shù)據(jù)責(zé)任制，從上層推動(dòng)各個(gè)業(yè)務(wù)部門管好各家數(shù)、耕好自家責(zé)任田，才能真正落實(shí)“一數(shù)一源”管理機(jī)制。本文結(jié)合廣東智慧水利數(shù)據(jù)治理工作，提出了廣東水利數(shù)據(jù)資源體系框架和建設(shè)方法，初步形成廣東智慧水利數(shù)據(jù)底座，可為水利行業(yè)數(shù)據(jù)資源整合和治理工作提供參考借鑒。現(xiàn)階段形成的數(shù)據(jù)底座以支撐省級業(yè)務(wù)應(yīng)用為主，對市、縣水利（務(wù)）和水利工程管理單位支撐比較薄弱，在共建共享共用機(jī)制、技術(shù)、安全等方面仍待深入研究和探索。

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作者簡介：李偉添（1992—），男，漢族，廣東梅州人，工程師，本科，研究方向：水利信息化研究。