長江中游“智慧水文”實踐與思考

張馳 香天元 盛鐘銘 陳嘉翰 瞿蘭蘭

摘要：長江中游水文水資源勘測局近年來實施“智慧水文”建設取得了一系列成果。在總結長江中游“智慧水文”工作的基礎上指出了存在的問題，分析了“智慧水文”發展趨勢。從“智慧水文”頂層設計和基礎建設、保證建設和維護資金投入、重視高層次人才培養等方面對下一階段工作提出了建議，可為長江水文現代化發展提供有益參考借鑒。

關鍵詞：智慧水文;水文信息化;水文大數據;長江中游

中圖法分類號：P33-39文獻標志碼：ADOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2021.05.014

文章編號：1006 - 0081（2021）05 - 0058 - 05

近年來，長江中游水文水資源勘測局（以下簡稱“中游局”）大力推進“智慧水文”建設，使中游局信息化基建水平和業務能力大幅提升，并為改革水文測驗方式、增強水文信息服務能力和擴展服務領域提供了基礎[1-3]。經過多年的建設與發展，中游局“智慧水文”建設工作在信息基礎設施、數據資源、業務與事務應用等方面均取得了重大進展，中游局“智慧水文”智能控制重點實驗室榮獲長江水利委員會首批科技創新基地試點稱號，中游局現代化程度越來越高。

本文對近年來中游局實施的“智慧水文”工作進行了總結，描述了“智慧水文”工作取得的成果和存在的問題，分析了當下“智慧水文”先進技術和發展構想，從“智慧水文”頂層設計和基礎建設、保證建設和維護資金投入、重視高層次人才培養等方面對“智慧水文”下一階段的工作提出了建議，期望能為長江水文現代化發展提供有益的參考借鑒。

1 “智慧水文”建設現狀

1.1 信息采集層

中游局下屬水文監測站點全部采用了計算機智能控制、GPS定位流量施測技術，實現了水位、雨量、水溫、氣象、蒸發自動化測量、傳輸、數據校核與入庫，部分重點水文站部署了網絡視頻監控系統，積極開展了國產超高頻雷達測流、纜道雷達波自動測流、視頻圖像測流、定點雷達波測流、無人機“水位-流量”一體化監測、視頻水位監測、國產H-ADCP測驗等新型監測儀器設備運用，全局聯網計算機、移動平板等數據錄入設備越來越多。

1.2 網絡傳輸層

中游局建成了覆蓋局機關、勘測分局（中心）、水情分中心的計算機骨干傳輸網。與長江水利委員會（以下簡稱“長江委”）、水文局機關及其他勘測局實現了網絡互聯互通，基于移動網絡、有線網絡、水利衛星信道建立了下連測站、上達水文局的實時報汛網絡體系，完成了中游局漢口分局5G網絡試點，在核心網絡上部署了防火墻、APT攻擊預警平臺等網絡安全設備。

1.3 數據資源層

中游局共配置服務器25套，建成了實時水情數據庫、儀器設備管理數據庫、車船管理數據庫、37碼頭水質在線監測數據庫等基礎數據庫。此外，中游局部分部門和勘測分局（中心）根據生產與服務需要，建設了多個面向應用的數據庫。

1.4 業務與事務應用層

中游局建成了分局信息平臺、儀器設備管理系統、車船管理系統、水文纜道遠程控制系統、中游局視頻會議系統、37碼頭水質在線監測系統等業務系統，基本覆蓋了中游局業務的主要領域。根據各級要求[4-6]，推廣應用了綜合辦公系統、RTX、財務報銷管理系統、合同信息管理系統、水利藍信安全移動平臺、檔案管理系統、長江水文APP、水文監測APP、長江水文云桌面、水文局水環境實驗室信息管理系統（LIMS系統）等，初步實現了中游局事務綜合管理系統的集成，基本實現事務綜合管理的移動互聯。目前，全局各級部門開發配置的各類應用軟件達28套。在中游局業務與事務管理中，信息技術的廣泛應用從根本上改善了中游局工作的整體技術條件，提升了裝備和業務能力。

2 “智慧水文”發揮的作用

通過近年“智慧水文”的建設與發展，相關現代化技術已在中游局水文監測、水質監測分析、河道勘測、水文應急監測、水文科技研究開發和單位事務管理等方面得到廣泛應用，為單位優化生產方式、提質增效生產成果、減少人力勞動危險程度、提高監測能力和監測成果的時效性等方面發揮了重要作用。

3 “智慧水文”建設存在的主要問題

3.1 監測設施智能化能力有待提升

監測設施是中游局事業發展的基礎，也是中游局“智慧水文”的重點與難點。中游局所轄各類測站的智能化程度仍有較大提升空間，對于部分實時生產信息的自動化監測和數據共享的能力仍然不高。

（1）水文監測方面。①在流量、懸移質、推移質、顆粒分析等生產項目上仍未完全實現實時數據監測，遙感等現代監測設備設施使用率仍有待提高;②采集站前端設備狀態信息監控設備遠程調試和故障排查能力等需加強;③監測站點視頻監控設施短缺較嚴重，難以基于網絡和可視化條件實現站點安全監控、視頻智能監測，而巡測站點、測船碼頭等安全事故易發區域對網絡可視化管理手段需求迫切。

（2）水質監測、分析方面。①水質監測站現代化自動監測的能力有很大提升空間，如非接觸式實時監測設備、測站網絡、數據處理和傳輸系統等方面，很多監測工作仍需要到現場手工采樣監測;②在水質分析方面，實驗室管理信息系統與監測實驗設備信息不能直接交互，導致在實驗過程中很多步驟必須通過中間設備或人工進行數據信息輸入，智能化生產過程信息完整度較低，且較繁瑣的步驟影響了工作效率。

（3）河道勘測方面。①現代化智能設備采購、使用水平仍有提升空間，多項勘測項目仍使用老舊儀器，影響工作效率和成本;②河道勘測數據庫、信息系統開發利用深度與廣度不夠，軟硬件的技術整合有待加強，自動化和智能化程度仍有待提高。

3.2 資源共享存在困難

中游局配置的服務器和數據庫分散在機關多部門和下屬單位，存在“資源孤島”現象，運維成本較高，且同一數據在不同地點儲存的數值不同的現象時有發生。各類與水文、水質業務密切關聯的遙感信息沒有按時序正常獲取與存儲積累[7-8]，與信息技術應用和科技發展趨勢存在差距。

3.3 信息化保障能力不足

（1） 測站至分中心、分中心至勘測局和水文局通信信道及網絡帶寬較小，且網絡設備大多為單核心配置，僅部分節點有冷備份，發生故障后無法及時恢復;軟件正版化較低，服務器相關操作系統、虛擬機、數據庫等軟件仍存在不少非正版;機房環境條件需優化。

（2）中游局從事網絡安全運維和管理人員與需求存在不匹配現象，全局的網絡安全管理和運維工作還處于起步階段，普遍缺少專業的網絡安全人員和運維人員，辦公電子設備（如：辦公計算機、打印機、智能手機、宣傳大屏幕、會議室設備、活動室設備等設備）應用水平偏低。網絡信息等相關技術具有更新頻率快的特點，相關崗位職工在新技術學習、應用方面普遍缺少時間保障，與行業優秀人才交流機會有待加強。

3.4 整體規劃需進一步提升

應充分結合社會水文、綠色水文、和諧水文開展“智慧水文”的建設，中游局各部門對“四個水文”的認識有待提高。雖然通過“智慧水文”建設，相關新技術運用和推廣工作取得了一定成效，但在事業服務對象需求分析和“智慧水文”的服務形式上仍有較大提升空間。“智慧水文”建設專項資金有限，中游局“智慧水文”建設主要由專項業務驅動，缺乏整體規劃。目前，全局已經購置或開發的應用軟件越來越多，存在“單打獨斗”、功能單一、低水平重復建設、技術標準不統一、運維難度大且資源整合能力有限等缺陷，相關系統的開發、應用的整體水平仍應進一步提高。

4 “智慧水文”發展趨勢

近年來，“智慧水文”現代化技術在算力、數據、算法、互聯互通能力等方面飛速發展，主要技術涉及物聯網、云計算、大數據、人工智能4個領域[9-11]。“智慧水文”利用相關現代化技術，構建透徹感知、全面互聯、智能分析、智慧應用、泛在服務、智慧運維的現代化水文體系，提高水旱災害防御能力，優化水資源管理，保障工程安全，改善生態環境，服務社會經濟發展。

新時代的 “智慧水文”建設在水文信息化資源整合共享頂層設計的指導下進行，應加強水文改革頂層設計，通過資源整合、統籌共建以及必要補充，優化水文資源配置，以在更廣范圍和更高層次上為社會各行業提供水文服務。新時代的“智慧水文”發展主要借助智能感知+物聯網、互聯網（移動）+大數據分析、云計算+業務模型、人工智能+智慧應用等高新技術，通過普遍連接形成水文物聯網即“大感知”。然后，通過云計算將水文物聯網整合形成水文“大數據”，實現社會與水文信息資源的整合，水文業務的深度融合形成“大應用”，進一步優化站網、監測能力、服務和保障水平，如圖1所示。

5 “智慧水文”未來發展與思考

中游局“智慧水文”發展應進一步強化“智慧水文”產業建設，在傳統生產基礎上充分結合信息化主流技術構架——中游局“云”“網”“端”體系，生產不可或缺的水文、水質、河道成果;進一步強化“智慧水文”模式的運用，把傳統水文、水質、河道積累的數據和經驗轉變成科技服務，快速實現數字化轉型，更好地助力“智慧水文”支撐“四個水文”可持續發展。

結合“智慧水文”相關技術發展的新特點[12-13]，做好頂層設計和建設、保證建設和維護資金投入、重視高層次人才培養是解決當前“智慧水文”中存在的主要問題和推動建設取得突破的關鍵。

5.1 頂層設計與建設

以長江委、水文局“智慧水文”相關設計工作思路為指導，結合中游局“智慧水文”實際，加強大數據戰略性研究，進一步梳理“智慧水文”建設，從頂層設計把握中游局“智慧水文”，以服務需求推動“智慧水文”建設。

5.1.1 智能感知層

智能感知層是“智慧水文”最基礎的配置。通過應用聲、光、電等先進感知設備，破解流量、泥沙等要素在線自動監測的技術難題，提高監測站點自動化程度。通過各種自動化、智能化的監測設備開發和運用，優化測點布局、線路設置、儀器配備等，拓展信息采集站網，豐富采集種類，規范監測技術，整合監測站點，制定常規、應急等信息采集策略，實現水文、水質、河道等業務的全面感知，從而構建天空地網智能一體化水文感知體系，提高信息感知的完備性、時效性和準確性。通過運用可視化智能視頻監控技術和加強測站監測設備運行狀態遠程訪問能力，開發測站監測運維可視化智能管理平臺，對所有測站進行可視化控制與管理，通過關鍵績效指標工具使監測站點實現自動化監控、智能化預警、移動化連接、實時化響應，提高監測工作效率、降低風險損失。

5.1.2 網絡層

網絡層采用信息化網絡技術，對網絡邏輯結構進行規劃和布置，是“智慧水文”的第二層級。對于網絡層，在感知層的各種硬件設備支持下，選擇相互匹配的網絡結構，成為各種數據的傳輸通道。為滿足網絡數據傳輸的穩定性和高效性，需高度重視網絡的邏輯隔離和網絡安全配套建設工作。例如：對于生產數據，采用物理隔離的獨立網絡構建專網，配合邊界與出口網絡安全防護，再同時建立適當的涉密網絡專區和涉密PC終端;對于辦公數據，采用互聯網方式，將服務器與業務終端分級接入核心層和匯集層，以方便使用。根據“智慧水文”建設需求不斷完善應急通信系統，對防汛重點區和公網能力薄弱地區，設立應急通信網絡，進一步確保重要信息傳輸的安全穩定。

5.1.3 應用層

應用層通過即席查詢、多維分析、交互式計算為上層服務層提供基礎數據，采用分層實施按視野區域展現，以云計算、大數據等技術作為支撐，為不同種類用戶提供管理和服務的運行支撐環境，是實現水文數據交互整編、視頻監控會商、工作流傳遞、權限管理的空間信息服務平臺。首先，應著力加快基礎數據治理工作進程，通過整理水文監測數據、水質數據、河道勘測數據以及辦公專項數據等基礎數據，按照各級標準規定，建立統一互聯、安全共享的核心數據庫、編輯數據庫和系統數據庫，形成數據資源管理中心，整合各類數據資源，實現集中存儲、集中管理和集中共享。其次，針對中游局面向多服務單位、多主管部門的特點，需要定義統一標準、兼容性強的通用類型軟件，在應用過程中，逐步優化各類專用軟件，積累通用模塊，形成通用軟件功能庫，便于后期與其他行業和部門的協同作業。

5.1.4 服務層

服務層是“智慧水文”的最高層級，通過各種移動終端和綜合門戶的展示，面對各類型不同需求的用戶，為決策者提供智能化的決策服務，進而實現自主管理，而非數字水文的信息集合，是智慧化的最終體現。將中游局水文信息資料融入流域治理、執法巡查、考核評定等業務流程，為長江流域水庫群梯級調度、河長制、最嚴格水資源管理制度和三條紅線等管理制度等提供決策支持。同時，加強公共服務和應用服務，采用公共網站、微信公眾號、重要區域二維碼覆蓋、手機 APP 等方式，為用戶和公共提供豐富的信息服務。

5.2 保證建設和維護資金投入

建設和維護資金是中游局“智慧水文”發展和建設的重要保障。多年來，在主管部門努力下，合理使用國家專項資金，較好地提升了中游局的基礎設施現狀，但距離水文信息化和“智慧水文”尚有差距。只有積極建立資金投入機制，申請專項建設資金和后期運行維護資金，才能保證良好的“智慧水文”系統建設和運行環境。

5.3 重視高層次人才培養

需要引進精通水文、水質、河道專業知識與信息化的復合型人才，以謀求長江水文事業的現代化發展。隨著傳統水文向“智慧水文”的轉變，工作方式、職能分工發生變化，要注重互聯網、物聯網、云計算、大數據、人工智能等專業人才在重要業務部門的占比，還要加強對職工的集中技術培訓，以不斷提高其信息化技術水平。

6 結 語

在長江“智慧水文”的總體框架下，中游局“智慧水文”建設取得了顯著成績，初步形成了包括智能監測、網絡互連、業務應用系統及運行管理制度規范等在內的“智慧水文”體系，是中游局踐行“四個水文”發展戰略的重要支撐。但是，隨著物聯網、大數據、云計算、人工智能等相關科技的進步和水文學研究的不斷深入，中游局的“智慧水文”建設在向縱深發展、提升綜合服務能力等方面依然面臨很多問題，需要進一步提高認識、理清思路、統一規劃、注重協調，結合信息技術發展的新特點，解決當前中游局“智慧水文”中存在的主要問題，進一步推動“智慧水文”建設。

參考文獻：

[1] 長江委水文中游局. 長江委水文中游局推進“四個水文”實施方案[R]. 武漢：長江委水文中游局，2018.

[2] 國務院. 國家新型城鎮化規劃（2014-2020年）[R]. 北京：國務院，2014.

[3] 李伯根，馬紹雄. 云南省建設“智慧水文”的思考[J]. 水利信息化，2020（10）： 11-14.

[4] 李佐斌，曾俊軒. 長江水利信息網絡頂層設計探討[J]. 人民長江，2016， 47（4）： 93-96.

[5] 劉雅鳴. 關于長江委信息化建設的思考[J]. 人民長江，2015 （1）： 1-5.

[6] 唐航. 智慧長江規劃研究[J]. 水利信息化，2018 （6）： 1-5.

[7] 陳春華，程海云，肖志遠. 長江水文信息化建設實踐與發展思考[J]. 人民長江，2015，46（3）： 70-73.

[8] 許弟兵. “智慧水文”構建初探[J]. 中國水利，2017（19）： 15-18.

[9] 查治榮，宋云江，徐保超. “智慧水文”建設發展研究[J]. 水資源開發與管理，2018（5）：12-14.

[10] 楊鵬. 關于建設“智慧長江”的思考[J]. 人民長江，2014（23）：30-34.

[11] 蔡陽. 水利信息化“十三五”發展應著力解決的幾個問題[J]. 水利信息化，2016（1）： 1-5.

[12] 張建云，劉九夫，金君良. 關于智慧水利的認識與思考[J]. 水利水運工程學報，2019（6）： 1-7.

[13] 袁勇， 王飛躍.? 區塊鏈技術發展現狀與展望[J].? 自動化學報，2016，42（4）：481-494.

（編輯：李 慧）

Abstract： The intelligent hydrology construction of Middle Changjiang River Bureau of Hydrology and Water Resources Survey has made some remarkable achievements in recent years. This paper summarizes the practice of intelligent hydrology of Middle Yangtze River， introduces the achievement and existed problems， analyzes the developing trend of intelligent hydrology. Some suggestions are given in terms of top-level design and infrastructure construction， investment assurance to the construction and maintenance and personnel training. It can provide reference to the modern development of hydrology.

Key words： intelligent hydrology; hydrology informationization; hydrology big data; Middle Yangtze River