唐 航

（水利部長江水利委員會(huì)網(wǎng)絡(luò)與信息中心，湖北 武漢 430010）

1 研究背景及現(xiàn)狀

1.1 研究背景

長江是中國水資源配置的戰(zhàn)略水源地、重要的清潔能源戰(zhàn)略基地、橫貫東西的“黃金水道”、珍稀水生生物的天然寶庫和改善北方生態(tài)與環(huán)境的重要支撐。

隨著長江流域社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，水資源供需矛盾日益加劇，極端水文氣象和地質(zhì)災(zāi)害等事件造成防洪形勢(shì)日益復(fù)雜，水資源管理與保護(hù)、水生態(tài)與水環(huán)境等問題日漸突出。同時(shí)，隨著南水北調(diào)東線中線一期工程、引漢濟(jì)渭、引江濟(jì)淮等跨流域調(diào)水工程，引江濟(jì)太、引江濟(jì)漢、滇中引水、鄂北水資源配置工程等骨干引排水工程，以及一大批規(guī)模以上沿江泵站、涵閘相繼建成投運(yùn)，水資源的時(shí)空分布和調(diào)配關(guān)系發(fā)生了深刻變化。新的形勢(shì)對(duì)長江流域綜合管理提出了更高的要求，尤其是隨著最嚴(yán)格水資源管理制度的實(shí)施和長江經(jīng)濟(jì)帶發(fā)展戰(zhàn)略的穩(wěn)步實(shí)施，流域機(jī)構(gòu)的治江工作已由長江治理開發(fā)利用向長江保護(hù)與管理轉(zhuǎn)變，流域機(jī)構(gòu)的管理角色也由流域開發(fā)利用的推動(dòng)者向長江的保護(hù)者、母親河的守護(hù)者轉(zhuǎn)變。

因此，流域機(jī)構(gòu)需要在水行政管理和決策中進(jìn)行思路、管理創(chuàng)新，需要統(tǒng)籌兼顧水災(zāi)害、水資源、水環(huán)境、水生態(tài)等管理目標(biāo)，妥善處理流域與區(qū)域、上游與下游、左岸與右岸、豐水與枯水、供水與需水等關(guān)系，充分發(fā)揮信息化技術(shù)優(yōu)勢(shì)，著力提升實(shí)時(shí)感知水信息，準(zhǔn)確把握水問題，深入認(rèn)識(shí)水規(guī)律，高效運(yùn)籌水資源，有力保障水安全的能力，全面提升監(jiān)控、預(yù)警、處置、評(píng)價(jià)的水治理體系和能力現(xiàn)代化水平，從而提高科學(xué)決策水平，提升應(yīng)急反應(yīng)能力，有效行使管理職能[1]。為此，近年來長江水利委員會(huì)（以下簡稱長江委）不斷加強(qiáng)信息化建設(shè)，在長江委信息化頂層設(shè)計(jì)中，將智慧長江建設(shè)納入信息化建設(shè)的中遠(yuǎn)期發(fā)展布局，并開展了一系列基礎(chǔ)工作。

1.2 研究現(xiàn)狀

智慧長江是智慧流域的一部分，智慧流域是智慧水利的組成部分，智慧水利是智慧地球的行業(yè)應(yīng)用。

智慧地球的概念于 2009 年由 IBM 首次提出，主要理念是把新一代 IT 技術(shù)充分運(yùn)用到各行各業(yè)中，IBM 商業(yè)價(jià)值研究中心提出了對(duì)電力、醫(yī)療、城市、交通、供應(yīng)鏈和銀行等六大行業(yè)的智慧方案，為智慧地球從理念提出到付諸實(shí)踐奠定了基礎(chǔ)[2]。2009 年，美國建設(shè)的第 1 個(gè)智慧城市迪比克實(shí)現(xiàn)了水、電、油、氣、交通、公共服務(wù)等方面的感知互聯(lián)；里約熱內(nèi)盧則為迎接 2014 年世界懷，將智慧技術(shù)引入到社會(huì)治安管理領(lǐng)域；新加坡提出了智慧國2015 計(jì)劃；日本、韓國也紛紛圍繞能源和社區(qū)管理等方面開展了智慧行業(yè)管理的建設(shè)?？傮w而言，智慧化的建設(shè)已在全球廣泛興起，歐美等國家起步較早，發(fā)展水平相對(duì)較高，其他國家也緊跟其后。從應(yīng)用范圍來看，多以小的社區(qū)、地區(qū)或地域?yàn)橹鳎粡膽?yīng)用領(lǐng)域來看，涉及到水、電、油、氣、交通、公共服務(wù)等多個(gè)方面，其中交通和公共服務(wù)領(lǐng)域最為突出，荷蘭圍繞水管理領(lǐng)域的智慧管理相對(duì)深入。

目前，我國的公安、交通、電力、衛(wèi)生等行業(yè)，都提出智慧公安、交通、電網(wǎng)、醫(yī)療等概念，在探索和推進(jìn)國產(chǎn)應(yīng)用中已經(jīng)取得初步成效。其中，平安城市、智慧公安等業(yè)務(wù)模型結(jié)構(gòu)化好，市場(chǎng)需求大，技術(shù)和資金投入大的智慧行業(yè)發(fā)展較快。我國北京、上海、廣東、江蘇、浙江等省市紛紛加入智慧城市和感知中國的建設(shè)之中。從 2015 年開始，國家發(fā)展與改革委員會(huì)、中共中央網(wǎng)絡(luò)安全和信息化委員會(huì)辦公室牽頭，計(jì)劃在“十三五”期間推進(jìn) 100 個(gè)示范性智慧城市建設(shè)[3]。相對(duì)于國土、氣象、交通等信息化水平較高的部門，水利信息化水平還有較大的提升空間。隨著智慧地球不斷實(shí)踐，對(duì)具有特殊地理特征的流域?qū)哟沃贫ㄖ腔刍桨复呱酥腔哿饔?，其目的是為了?yīng)對(duì)全球氣候變化和人類活動(dòng)加劇情景下的流域問題，實(shí)行最嚴(yán)格的水資源管理制度，為推動(dòng)流域的信息化、現(xiàn)代化、可持續(xù)發(fā)展提供全新的流域綜合管理戰(zhàn)略理念。目前，除數(shù)字黃河有一定的流域管理信息化理論框架借鑒意義以外，尚未發(fā)現(xiàn)針對(duì)大地域、多層級(jí)、跨區(qū)域的流域管理智慧化的相關(guān)研究和實(shí)踐，沒有可供智慧長江直接借鑒的成果和案例。智慧流域乃至智慧水利都是剛剛起步，在全面感知、全面互聯(lián)、全面共享、智能應(yīng)用、多目標(biāo)綜合業(yè)務(wù)和模擬模型研究及建立等方面，與發(fā)達(dá)地區(qū)的智慧城市建設(shè)和相關(guān)行業(yè)差距較大。水利部機(jī)關(guān)，以及浙江、江蘇等省水利部門已經(jīng)利用“互聯(lián)網(wǎng) +”和云計(jì)算等技術(shù)進(jìn)行了有意義的探索和實(shí)踐[4]。

2 智慧長江工作基礎(chǔ)

近年來，長江委先后完成了長江委信息化頂層設(shè)計(jì)、長江流域片流域管理水利綜合監(jiān)測(cè)站網(wǎng)規(guī)劃和長江委網(wǎng)絡(luò)安全頂層設(shè)計(jì)等 3 項(xiàng)基礎(chǔ)性的信息化頂層設(shè)計(jì)，描繪了一張發(fā)展藍(lán)圖，劃分了數(shù)字長江和智慧長江 2 步發(fā)展戰(zhàn)略[5]。頂層設(shè)計(jì)的全面完成為智慧長江提供了戰(zhàn)略框架和實(shí)施路徑。

1）在管理制度方面。長江委后修訂或新頒布了一系列信息化工作的管理辦法和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系等規(guī)章制度，完善信息化項(xiàng)目立項(xiàng)、建設(shè)、成果整合等的工作機(jī)制，確保所有建設(shè)項(xiàng)目能夠符合信息化頂層設(shè)計(jì)和標(biāo)準(zhǔn)，滿足信息資源整合和共享的要求；進(jìn)一步運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)，保障信息資源整合與共享的長效機(jī)制[6]。

長江委信息資源整合初見成效，已初步形成以“1 個(gè)中心數(shù)據(jù)庫、1 個(gè)綜合信息門戶、1 張水利專題地圖、1 套信息資源目錄、1 朵基礎(chǔ)設(shè)施云”為主體的整合成果。長江委中心數(shù)據(jù)庫已整合 42 類水利對(duì)象、5 類涉水對(duì)象，共計(jì) 240 余萬條相關(guān)數(shù)據(jù)；借助“一張圖”平臺(tái)匯集了 5 個(gè)來源三大類 50 余種空間數(shù)據(jù)。

雁蕩山完整地記錄了火山爆發(fā)、塌陷、復(fù)活隆起的完整地質(zhì)演化過程，不僅是亞洲大陸邊緣巨型火山帶中白堊紀(jì)火山的典型代表，還是研究流紋質(zhì)火山巖的天然博物館，為中生代晚期亞歐大陸邊緣復(fù)活型破火山模式的典型范例，對(duì)研究全球白堊紀(jì)時(shí)期破火山演變規(guī)律和地貌演化特征具有重要的科學(xué)意義。雁蕩山融山水美學(xué)、自然科學(xué)、歷史文化于一身，被譽(yù)為“海上名山、寰中絕勝”，史稱“東南第一山”，是中國大地上的一顆“東方明珠”。2004年11月8-10日，聯(lián)合國教科文組織地學(xué)部主任伊登博士，在考察雁蕩山后題詞，稱贊雁蕩山是“一首由巖石、水和生命組成的交響樂。”

2）在融合應(yīng)用方面。以水利專題“一張圖”、綜合信息門戶和辦公等為代表的公共基礎(chǔ)應(yīng)用已日益深度融合至日常管理工作中；以聯(lián)合調(diào)度信息共享、預(yù)報(bào)調(diào)度一體化、水資源綜合監(jiān)控管理等為代表的業(yè)務(wù)應(yīng)用逐步實(shí)現(xiàn)域內(nèi)或域間業(yè)務(wù)協(xié)同；在近期長江岸線開發(fā)利用與保護(hù)總體規(guī)劃，長江經(jīng)濟(jì)帶沿江取水口、排污口和應(yīng)急水源地規(guī)劃，規(guī)模以上入河排污口核查，長江干流溪洛渡以下涉河項(xiàng)目核查，小水庫督查等工作過程中，“一張圖”平臺(tái)應(yīng)用效果明顯。

3 智慧長江規(guī)劃

3.1 目標(biāo)體系

立足現(xiàn)有信息化基礎(chǔ)，進(jìn)一步夯實(shí)數(shù)字長江建設(shè)，以透徹感知、全面互聯(lián)、深度整合、廣泛共享、智能應(yīng)用、泛在服務(wù)為提升方向，打造符合智慧水利特征的信息化綜合體系，逐步建成智慧長江，為“安瀾、綠色、和諧、美麗”4 個(gè)長江和長江經(jīng)濟(jì)帶水利支撐保障工作提供有效信息支撐?？傮w目標(biāo)框架如圖 1 所示。

具體可劃分為以下 3 個(gè)目標(biāo)層次：

圖 1 目標(biāo)框架示意圖

1）信息化目標(biāo)。以數(shù)字長江為基礎(chǔ)，進(jìn)一步深化運(yùn)用云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、智能化、移動(dòng)互聯(lián)等信息技術(shù)，基于易于匯集、便于挖掘的數(shù)據(jù)資源和啟發(fā)式分析模型，在人類智慧參與的基礎(chǔ)上，利用更加智能的信息感知、機(jī)器學(xué)習(xí)、知識(shí)理解、人工智能、輔助決策等方法為各類流域水行政管理工作提供信息支撐，著力提升實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、模擬預(yù)測(cè)、優(yōu)化調(diào)度、動(dòng)態(tài)預(yù)警、智能研判、精準(zhǔn)監(jiān)管、長效跟蹤、定期評(píng)估等方面的信息化水平，促進(jìn)管理模式從數(shù)字化管理向智能化管理轉(zhuǎn)變[7]。

2）業(yè)務(wù)目標(biāo)。按照“實(shí)時(shí)感知水信息，準(zhǔn)確把握水問題，深入認(rèn)識(shí)水規(guī)律，高效運(yùn)籌水資源，有力保障水安全”的流域水利現(xiàn)代化目標(biāo)，突出“動(dòng)態(tài)掌握長江健康狀況，長序積累長江健康檔案，長效保持長江健康狀態(tài)”這一主線條，進(jìn)一步促進(jìn)水利信息化與流域綜合管理各個(gè)環(huán)節(jié)的深度融合，基本實(shí)現(xiàn)河勢(shì)水情可感知，管理對(duì)象可核查，資源配置可模擬，工程運(yùn)行可掌控，調(diào)度指揮可協(xié)同，著力增強(qiáng)水資源、水生態(tài)、水環(huán)境、水災(zāi)害統(tǒng)籌治理能力，助推流域綜合管理效能和水平的全面提升[8]。

3）政務(wù)目標(biāo)。全面支撐 4 個(gè)長江的治江目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，補(bǔ)齊補(bǔ)強(qiáng)防洪抗旱減災(zāi)體系短板，打造“安瀾長江”；優(yōu)化強(qiáng)化水資源配置和節(jié)約利用，建設(shè)“綠色長江”；建立健全流域綜合管理體制機(jī)制，構(gòu)建“和諧長江”；加快推進(jìn)水生態(tài)環(huán)境保護(hù)與修復(fù)，創(chuàng)建“美麗長江”。為有效履行流域管理職能，做好長江經(jīng)濟(jì)帶發(fā)展戰(zhàn)略水利支撐保障，助力流域經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展提供信息支撐。

3.2 框架體系

1）動(dòng)態(tài)的感知體系。作為智慧長江的神經(jīng)末梢，利用物聯(lián)網(wǎng)、傳感器、遙感遙測(cè)、視頻、無人機(jī)和數(shù)據(jù)采集與交換等技術(shù)手段，構(gòu)建集站網(wǎng)監(jiān)測(cè)、視頻監(jiān)視、遙感監(jiān)測(cè)、無人機(jī)應(yīng)急監(jiān)測(cè)于一體的全覆蓋水監(jiān)控和多源信息采集等體系。

2）智聯(lián)的大數(shù)據(jù)體系。作為智慧長江的供血系統(tǒng)，以數(shù)據(jù)中心為主要載體，利用大數(shù)據(jù)技術(shù)將各類數(shù)據(jù)進(jìn)行有機(jī)融合和同化處理，支撐信息匯聚、存儲(chǔ)、共享和挖掘服務(wù)。

3）智能的應(yīng)用支撐體系。作為智慧長江的骨骼系統(tǒng)，是各應(yīng)用系統(tǒng)間有效集成、有機(jī)協(xié)同的紐帶，主要由用戶、認(rèn)證、權(quán)限管理，以及總線服務(wù)、基礎(chǔ)工具等公共功能服務(wù)組成。

4）智慧的應(yīng)用體系。作為智慧長江的神經(jīng)中樞，用于支撐日常業(yè)務(wù)、事務(wù)行為和管理決策，以智能的信息處理、機(jī)器學(xué)習(xí)、知識(shí)理解、人工智能、輔助決策等技術(shù)為依托，構(gòu)建有機(jī)協(xié)同、深度融合的智慧管理與決策支持體系。核心是采用整合和新建相結(jié)合的方式，對(duì)現(xiàn)有業(yè)務(wù)系統(tǒng)進(jìn)一步整合，整合形成以規(guī)劃成果、流域模擬、監(jiān)視評(píng)價(jià)為依托的控制性水利工程綜合調(diào)度和河湖保護(hù)與管理兩大綜合業(yè)務(wù)應(yīng)用，分別用于管理水資源和水生態(tài)空間 2 類管理對(duì)象；整合形成以公文流轉(zhuǎn)為依托的綜合政（事）務(wù)應(yīng)用，分別服務(wù)于監(jiān)督、人事、計(jì)劃、財(cái)務(wù)、黨群的管理及行政許可等領(lǐng)域。

5）運(yùn)行環(huán)境體系。包括機(jī)房及配套設(shè)施、網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)、會(huì)商系統(tǒng)、計(jì)算和存儲(chǔ)與備份資源等硬軟件基礎(chǔ)設(shè)施，為智慧長江提供基礎(chǔ)設(shè)施支撐。

6）安全與保障環(huán)境體系。由組織、制度、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、經(jīng)費(fèi)、人才隊(duì)伍等保障及安全防護(hù)組成，為智慧長江提供安全與保障支撐。

3.3 階段劃分

智慧長江擬分為以下 3 個(gè)階段實(shí)施：

1）近期（2018—2020 年）打基礎(chǔ)。持續(xù)抓整合，促融合，進(jìn)一步夯實(shí)有機(jī)協(xié)同，共建共享數(shù)字化的數(shù)字長江，動(dòng)態(tài)感知體系能力得到有效加強(qiáng)，流域水安全和水生態(tài)大數(shù)據(jù)中心初現(xiàn)輪廓，主要業(yè)務(wù)應(yīng)用按水資源和水生態(tài)空間的不同管理特征得到進(jìn)一步深度整合，智慧長江建設(shè)全面啟動(dòng)。

2）中期（2021—2025 年）見成效?；窘ǔ蓜?dòng)態(tài)感知體系，智聯(lián)的大數(shù)據(jù)體系初步實(shí)現(xiàn)涉水行業(yè)和領(lǐng)域信息的匯集貫通，以控制性水利工程綜合調(diào)度為代表的重點(diǎn)應(yīng)用領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)智慧應(yīng)用突破，智慧長江初見成效。

圖 2 智慧長江總體架構(gòu)示意圖

3）遠(yuǎn)期（2025—2035 年）現(xiàn)水平。建成較為完善的動(dòng)態(tài)感知體系，智聯(lián)的大數(shù)據(jù)體系不斷充實(shí)完善，實(shí)現(xiàn)各相關(guān)行業(yè)和領(lǐng)域信息的匯集貫通，實(shí)現(xiàn)與相關(guān)單位和部門的信息化體系深度融合、高效協(xié)同、充分共享，隨著長江流域水生態(tài)共同體的各個(gè)層面逐步實(shí)現(xiàn)智慧管理，深度融合、綜合管理現(xiàn)代化的智慧長江基本實(shí)現(xiàn)。

3.4 實(shí)施路徑

近期主要以以下 2 個(gè)骨干項(xiàng)目為依托，啟動(dòng)智慧長江的建設(shè)：

1）長江流域控制性水利工程綜合調(diào)度支持系統(tǒng)。將主要定位于水流管理，擬利用 3 a 時(shí)間，在長江上中游水庫群聯(lián)合調(diào)度基礎(chǔ)上，將調(diào)度對(duì)象從目前 40 座水庫擴(kuò)展至 165 座引調(diào)水工程、涵閘、泵站等控制性水利工程，調(diào)度目標(biāo)從防洪和水量調(diào)度擴(kuò)展至水生態(tài)、泥沙、應(yīng)急等方面，構(gòu)建基于統(tǒng)一技術(shù)架構(gòu)的多源數(shù)據(jù)匯集平臺(tái)、大數(shù)據(jù)庫、應(yīng)用支撐平臺(tái)為一體的綜合調(diào)度支持系統(tǒng)，提高信息化支撐服務(wù)能力，提升調(diào)度決策智能化水平，實(shí)現(xiàn)流域防洪、水量、水生態(tài)等多目標(biāo)綜合調(diào)度，為全面推進(jìn)長江經(jīng)濟(jì)帶高質(zhì)量發(fā)展提供強(qiáng)有力的水利支撐與保障。

2）長江流域全覆蓋水監(jiān)控能力建設(shè)。將主要定位于水盆管理，擬利用 5 a 時(shí)間，按照“先干流后支流、先業(yè)內(nèi)后業(yè)外、先整合后新建、先常規(guī)后智能”的原則，構(gòu)建全覆蓋水監(jiān)控系統(tǒng)，采用整合與新建相結(jié)合的方式，匯集水文、水質(zhì)、水生態(tài)、水土保持、采砂、河道、水工程管理等方面的水監(jiān)測(cè)信息，提供監(jiān)測(cè)、評(píng)估、告警、處置、總結(jié)全閉合管控信息化支撐服務(wù)，進(jìn)一步提升長江流域治江管水能力，為充分履行流域綜合管理職責(zé)服務(wù)，從而為遏制亂占、亂堆、亂建、亂采等突出問題，增強(qiáng)水資源、水生態(tài)、水環(huán)境、水災(zāi)害統(tǒng)籌治理水平，推進(jìn)“安瀾長江、綠色長江、和諧長江、美麗長江”建設(shè)，助推長江經(jīng)濟(jì)帶綠色發(fā)展提供有效的信息支撐。

4 結(jié)語

長江委經(jīng)過多年的努力，數(shù)字長江已現(xiàn)雛形，智慧長江初現(xiàn)藍(lán)圖，當(dāng)前，亟需按照頂層設(shè)計(jì)的總體布局，緊緊圍繞“水利工程補(bǔ)短板、水利行業(yè)強(qiáng)監(jiān)管”水利改革發(fā)展的新思路，不斷夯實(shí)數(shù)字長江，提前謀劃智慧長江的項(xiàng)目儲(chǔ)備，加快建立智慧長江的評(píng)價(jià)體系，不斷完善智慧長江的保障措施，分步實(shí)現(xiàn)智慧長江的遠(yuǎn)景建設(shè)目標(biāo)，更好地支撐新時(shí)代治江事業(yè)。