水利水務智慧化的實踐探究

龍 環

（湖南省水利廳 長沙市 410007）

作為信息化發展的一個新階段，智慧化是集成應用信息新技術（主要包括物聯網、云計算、智慧終端、大數據等技術）來再創業務（事務）流程，進一步提高水利業務能力，建立方便快捷社會的歷史過程。

1 背景及現狀

1.1 智慧水務產生的背景

近年來傳統水利向現代水利、民生水利的發展，可持續發展治水思路和民生水利的理念不斷豐富完善，同時越來越多的水利工程正在打造，水利管理理念需要特征與轉型。為了改善全球氣候變暖和人類劇烈活動導致的洪澇水災、干旱災難、水體污染、水土流失等多種多樣的水問題，促進水利信息化行業的更高水平的提升，“智慧水務”的概念也就伴隨著水務行業的發展適時的提出來[1]。“智慧水務”是“智慧地球”、“智慧城市”理念在水利行業的重大體現，具體表現在利用包括物聯網、云計算、智慧終端、大數據等技術來對水利行業中如水資源、水環境和水過程處理等相關水利工程進行廣泛、自動和實時的感知，以獲取各關鍵要素、關鍵點、關鍵位置和關鍵環節的數據并在信息通信網絡的基礎上進行在線數據庫、數據倉庫和云存儲的數據傳送；為能作出科學優化性的判斷和決定，采用如云計算、知識發掘、自然計算機等智能計算技術在虛擬水空間內對數據進行處理、分析、建模和演算的操作；分別提高水資源和水利工程的利用率和效益，對解決水利行業中遇到的問題提出合理和高效的措施去使水資源和水環境得到有效的保護，防災減災、實現人水和諧。

1.2 我國水利信息化現狀

這些年來，我國在水利行業信息化所取得的成績是有目共睹的，特別是在水資源、防汛抗旱、供排水、農村水利、水土保持等方面的建設。如附表所示。但是當前我國水利信息化還存在一些一定程度上制約著水利信息化的發展問題。具體表現在以下幾個方面：

（1）業務應用系統孤島現象嚴重。目前正在建設和已運行的各業務應用系統的數據處于較為離散狀態且不能在系統之間進行數據共享。

（2）現有建設資源的統一整合化。目前，我國各水利單位和部門都進行了大量的不同程度的信息化建設，但資源規劃的不到位，仍然存在如：內容重復、建設分散、數據標準規范的不統一等需要解決的問題。

（3）需要將思想進一步統一、完善認識。水利行業各部門能夠在一致統一的思想下進行協同建設一個特性為高整體、高系統和高時效的“智慧水務”信息化工程[3]。

附表 2010年與2015年全國水利信息化21項指標對比[2]

2 推進水務智慧化進展的主要原因

2.1 戰略因素

“十三五”期間中國要進入智慧城市2.0時代，智慧水務作為智慧城市當中重要的子系統是建設的重點。借助智慧水務平臺實現對水務工作的優化升級已成為水利事業發展的必然趨勢。

利用大數據和云計算將 “水務互聯網”結合起來，是智慧水務作為智慧城市建設重要子系統之一的重要體現。通過物聯網將不同信息和分析結果傳遞給政府、企事業單位和公眾；這樣將最新的信息技術結合水利業務管理的方式也使得水利信息實時感知、互聯互通、信息化和智慧化的效果越發的顯著。

現今智慧水務系統的建設在資源、業務和應用的智能共享理念和水利信息化在新形勢下的不斷發展下正在解決水利信息化建設過程中的一系列相關問題。在水利現代化的發展歷程中，智慧水務是一個歷史進程的選擇。

2.2 技術推動

新技術代表的云計算、物聯網、大數據、智慧城市、互聯網＋等技術在水利行業的應用已經初具成果。主動運用新技術提升自身建設水平，創造新的發展生態，逐步在感知、數據、互通、應用、運維等方面技術升級與模式轉變勢在必行。

3 水利水務智慧化特征

水利水務智慧化將分別實現從“單一發展”、“信息技術驅動”、“信息資源離散使用”、“片面強調建設”和“注重應用”向“整體全面”、“信息技術應用需求帶動”、“信息資源共用”、“建設與管理并重”和“注重統籌應用和安全管理”進行轉變，貫徹“感知內容、采集信息、傳輸時間、數據資源、應用貫穿”的全面性理念（圖 1）。

圖1 水利水務智慧化特征示意圖

4 湖南省智慧水務的建設構想

4.1 應用支撐服務體系建設

（1）應用支撐平臺建設（圖2）。

在湖南省智慧水務的建設構想中，應用支撐服務體系的核心是應用支撐平臺，提供給上層應用系統類似如：支撐服務、功能模塊、開發組件、數據訪問接口、安全管理策略、應用協調和約束等資源。通過調用支撐平臺的各項功能模塊、開發組件、數據訪問接口等資源，架構各自的應用系統，并提供自己的公共服務組裝給支撐平臺來達到公用和共享的目的。

（2）大數據中心建設。能夠高效大量的對數據資源進行存儲是大數據中心的主要作用。大數據中心建設完成后，要達到水利綜合業務管理平臺數據“一數一源”的目標。

大數據中心工作內容總體架構主要包括數據收集整合、骨干數據中心建設、分散數據存儲、數據管理、數據抽取、數據備份等內容，圖3所示為大數據中心總體結構，圖4所示為大數據中心數據處理構架。

圖2 應用支撐平臺總體架構圖

圖3 大數據中心總體結構圖

（3）云平臺建設。云平臺的建設以IasS作為基礎、PaaS作為開發工具、SaaS作為頂層應用，來取代以往的內部部署應用服務。總體構架為“四橫兩縱”結構，其中四橫為基礎設施服務、平臺服務、數據服務和軟件服務四層服務（DaaS可視為獨立一層），兩縱為云管理和云安全兩大體系，見圖5。

（4）一張圖服務。“一張圖”服務以湖南省基礎地理信息、水利基礎信息和水利業務信息為基礎，實現對多源水利數據的綜合管理與分析，并提供標準接口，給各業務應用系統建設統一的空間數據資源，實現 “數據統一整合、服務接口規范和系統建設高效”的管控目標，形成湖南省水利信息行業“一張圖”服務。

圖4 大數據中心數據處理架構圖

4.2 綜合業務應用體系

（1）綜合信息服務。綜合信息服務主要是通過地理信息系統，大數據、云計算、物聯網等先進技術，實現各類信息的綜合監視與統計分析。

綜合監視以全面的互聯互通、高效的數據整合為依托，將湖南省智慧水利綜合業務整合平臺的聚集的雨量站、水位站、流量站、視頻站、圖像站、水質站、氣象站、大壩安全監測等各類數據按照相應的數據邏輯，以規范的數據格式標準，統一的數據管理機制，建立“一張圖”綜合信息監視場景，單擊某一站點，相關聯信息將會展示，做到用戶足不出戶，就能全面掌握湖南省水利行業的相關信息。

（2）水資源業務管理系統。在基于專業水資源模型技術和深入進行水資源業務的管理需求分析的基礎上，為建設科學、實用、先進和高效的水資源業務管理系統，將綜合結合聯機事務處理技術、組件技術、地理信息系統（GIS）等高新技術進行水資源管理系統的建設。

圖5 云平臺總體框架圖

（3）水環境業務管理系統。根據水環境監測信息管理運行方式特點，水環境業務管理系統管理著地下水質測站、地表水質測站以及排污口等基本信息及監測數據，為達到給水資源管理部門提供管理有效性和決策支持性的目的，還將在數據整理的基礎上實現基于GIS的水質信息的展現、水質實時監控預警、水質評價、趨勢分析統計及寫出相應的水質報表。

（4）農村水利管理系統。依托農村飲水安全提質增效、灌區信息化管理等重點農村水利任務，在已有的基礎上，進一步豐富業務管理內容，提高數據資源建設效率，保證農村水利行業管理應用服務的完善，加速農村水利管理信息化水平的提高。建立農村水利管理系統，對灌區、農村飲用水等工程實行信息化管理，使平臺成為各級農村水利管理部門的日常管理工具。

（5）防汛指揮業務管理系統。系統以洪水和各類災情預測模型為核心，防汛業務流程為基礎，輔佐以數據庫、云計算和3S等高新技術手段才能提供給防汛部門分析處理信息的功能和相關的決策支持服務。建設包括預警管理、汛情簡報、汛情會商、物資管理、防汛應急推演等功能模塊。

（6）工程管理系統。工程項目管理系統軟件是提供給業主方單位的進行管理工程項目的一個工作平臺。平臺提供包括工程項目的全周期管理、業主方預算、投資、購買、施工、理財等管理部門工作和工程建設外部單位協助工作的支撐。

（7）移動應用系統（APP）。伴隨著移動互聯網及智能手機的普遍使用，辦公模式逐漸傾向于移動高效是未來的發展趨勢，應加快建設與整合相關移動業務應用，做到從桌面到移動端的同步，并促進水利行業與互聯網行業的相互結合，盡早實現“智慧水務”的建設。

5 結 語

智慧水務的建設將對湖南水利發展帶來多方面的經濟效益和社會效益。主要體現在：提高協同能力，增強公眾服務能力，推動水利部門政府職能的轉變；優化業務流程，提高工作效率，降低管理工作成本；實現資源共享，基本消除水利信息化重復投資；提高水資源利用效率和綜合效益；為防汛抗旱減災和山洪災害防御工作提供合理的調度和科學的決策，降低災害損失等。

以水務信息化的可持續發展為目的，水務部門所建設的智慧水務平臺應該具備特性：跨平臺、智能、開放、和高包容性的特性。該平臺通過對海量數據進行傳遞、存儲和處理，完成數據智能分析工作，以更加精確的方式動態的管理包含整套采集、監測、管理、計策和服務流程在內的水務業務系統，從而達到“智慧水務”的目的。

[1]王超鋒，安根鳳，袁春麗.智慧水利的發展和關鍵技術研究[J].河南水利與南水北調，2015，（14）:98-100.

[2]艾萍.水利水務智慧化的理念與關鍵技術[A].中國水利信息化技術論壇論文集[C].2017.

[3]劉磊.城市智慧水務建設研究 [A].中國水利信息化與數字水利技術論壇論文集[C].2015.