楊恒玲，諶 嵐，羅 汸

（湖南澧水流域水利水電開發(fā)有限責任公司，湖南 長沙 410014）

1 “智慧澧水”建設的背景

隨著云計算、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、移動互聯(lián)網(wǎng)和人工智能等新一代信息技術日趨成熟，流域綜合管理對現(xiàn)代化技術的需求越來越迫切?！爸腔鬯笔撬畔⒒l(fā)展的高級階段，是水利現(xiàn)代化的關鍵，其貫穿于防洪減災、水資源配置、水環(huán)境保護與水管理服務等體系?！爸腔鬯惫芾碇笇枷胧恰爸貞?、重效果、重安全”，體現(xiàn)出了推進水資源數(shù)據(jù)由零散分布向統(tǒng)一共享、風險管控模式由被動向主動、運行管理由人為主導向系統(tǒng)智能、資源調(diào)配由局部優(yōu)化向整體優(yōu)化、信息系統(tǒng)由孤立分散向融合互聯(lián)的“五大轉(zhuǎn)變”，目的在于實現(xiàn)水資源管理“全數(shù)字化移交、全智能化運營、全生命周期管理”。

澧水是湖南四大河流中洪澇災害最為嚴重的河流，與長江流域的防洪安全緊密相關。目前，澧水流域管理部門已建設了部分信息化系統(tǒng)，已建系統(tǒng)主要是針對防洪調(diào)度、發(fā)電調(diào)度等方面，對流域立體監(jiān)測及綜合管理的能力建設還很不夠。庫區(qū)管理、現(xiàn)場巡查、綜合決策等業(yè)務缺乏高新科技支撐，導致無法實現(xiàn)精細化管理。

2 建設“智慧澧水”的必要性

1）國家大力推進水資源管理信息化、智慧化。信息化是當今世界發(fā)展的大趨勢，我國正處在信息化快速發(fā)展的歷史進程之中。國家已經(jīng)明確提出“工業(yè)化和信息化融合發(fā)展水平進一步提高，促進信息技術向市場、設計、生產(chǎn)等環(huán)節(jié)滲透”等要求。工信部信息化發(fā)展規(guī)劃特別強調(diào)要“加快推進水資源管理信息化、智能化進程，構建布局合理、動態(tài)監(jiān)測、信息共享和科學決策的水利智能應用體系，強化水資源信息資源共享”。國家對信息化發(fā)展的一系列工作部署對澧水流域綜合管理信息化、智能化的發(fā)展提供了前所未有的發(fā)展機遇。

2）技術進步推動水利信息化、智慧化。隨著信息技術的高速發(fā)展和新技術廣泛應用，為全行業(yè)帶來了新變革。以云計算、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、5G 為代表的新技術新業(yè)態(tài)迅速興起，不斷推動社會發(fā)生深刻變革。泛在感知、虛擬化資源、知識處理等新技術形態(tài)顯著提升了行業(yè)智能化水平。通過泛在感知，使識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理更加智能化；通過虛擬化資源，使資源擴展、配置、利用、運行、維護和管理更加便捷化、集約化；通過知識化處理，使得管理、決策、評估、監(jiān)督更有科學依據(jù)。這些新技術日益成為創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展的先導力量，必將重塑水利信息化的發(fā)展模式，促使“數(shù)字水利”向“智慧水利”提升。

3）水利事業(yè)改革發(fā)展需要信息化、智慧化。當前我國水利工作的重心已轉(zhuǎn)為“水利工程補短板、水利行業(yè)強監(jiān)管”。對江河湖泊、水資源、水利工程、水環(huán)境和水土保持等治水工作進行監(jiān)管，需要為水利基礎設施配套數(shù)據(jù)采集、傳輸和處理的現(xiàn)代化裝備，需要充分利用遙感、物聯(lián)網(wǎng)等信息技術為水利行業(yè)強監(jiān)管提供新手段。

4）提升澧水流域綜合管理需要信息化、智慧化。目前，澧水流域綜合管理信息化應用尚處于初始階段，信息化基礎設施建設分散、業(yè)務協(xié)同和信息化資源開發(fā)利用水平低、對流域現(xiàn)代化綜合管理支持能力不強等問題十分突出。獲取、理解和利用信息的能力還有待加強，具體表現(xiàn)在流域信息采集、監(jiān)測站網(wǎng)建設、平臺集成、信息共享和支撐流域管理的綜合性應用等方面還需要加強。因此，推動澧水流域綜合管理體系和治理能力現(xiàn)代化需要建設全流域信息化綜合管理平臺，通過澧水流域管理數(shù)據(jù)資源整合共享，促進流域管理在不同系統(tǒng)、不同層級、不同部門之間數(shù)據(jù)互認、互通，最大程度上發(fā)揮監(jiān)管作用，以業(yè)務化應用促進數(shù)據(jù)采集與開發(fā)利用，提升澧水流域管理效能。

5）“一盤棋”整體部署要求澧水流域管控信息化、智慧化。為打造長江利益共同體，長江委提出了“全委一盤棋，共謀新發(fā)展”的整體戰(zhàn)略部署，擬在升級、重構“數(shù)字長江”的基礎上，充分運用物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算等新技術開展“智慧長江”工程，推進長江資源和產(chǎn)業(yè)發(fā)展協(xié)同協(xié)作共贏、長江生態(tài)共治共享，為長江大保護和長江經(jīng)濟帶綠色發(fā)展一體化利益共同體提供智慧服務。澧水作為長江流域重要支流，澧水流域的管控應主動融入“一盤棋”，將“智慧澧水”建設作為“智慧長江”工程頂層設計中分階段推進建設的試點，可為合力實現(xiàn)一網(wǎng)融合的共建、共治、共享、共贏的長江智慧提供寶貴的技術積累。

3 “智慧澧水”的建設原則

1）統(tǒng)籌規(guī)劃，頂層設計。“智慧澧水”的建設應嚴格貫徹“節(jié)水優(yōu)先、空間均衡、系統(tǒng)治理、兩手發(fā)力”的新時代水利工作方針，結合流域綜合治理和公司產(chǎn)業(yè)發(fā)展的實際需求，明確“智慧澧水”的總體目標和階段性任務，科學規(guī)劃建設步驟。梳理流域管理機構現(xiàn)有的信息化系統(tǒng)，規(guī)劃綜合信息管理平臺，提出“智慧澧水”頂層設計。

2）圍繞中心，服務全局。在流域管理機構發(fā)展的總體目標和主要任務框架下，緊密圍繞澧水流域水資源管理、水土保持、水利工程和水工建筑管理、庫岸管理、電力安全生產(chǎn)等中心工作，提供全方位、高效率、智能化的業(yè)務應用。

3）融合創(chuàng)新、整合共享。將創(chuàng)新應用作為重要驅(qū)動力，深化信息技術與流域綜合管理工作融合，積極應用大數(shù)據(jù)、5G、云計算、智能無人機等新一代信息技術、強化信息化對流域綜合管理工作的服務與支撐；強力推進各類信息化資源整合共享，強化跨區(qū)域、跨部門的信息資源整合共享和開發(fā)利用，最大限度發(fā)揮澧水流域信息化資源的效率。

4）統(tǒng)一標準，安全優(yōu)先。在設計和實施中要遵循國家信息化和水利行業(yè)信息化有關技術標準，確保經(jīng)整合后的信息化資源能夠互聯(lián)互通、業(yè)務協(xié)同，避免造成新的信息孤島。同時，要正確處理信息安全與信息化建設之間的關系，將安全作為底線，當其他需求與安全需求沖突時，應優(yōu)先滿足安全需求。

4 “智慧澧水”建設目標與理念

通過應用新一信息技術，進一步完善澧水流域水利信息采集與工程監(jiān)控基礎設施、實現(xiàn)水位、雨量、水質(zhì)、工情等信息的實時監(jiān)測，整合現(xiàn)有的信息資源，建立數(shù)據(jù)中心，使各業(yè)務數(shù)據(jù)統(tǒng)一存儲、共享、服務、管理和應用，實現(xiàn)澧水流域多源、多維、多態(tài)的水利大數(shù)據(jù)服務，實現(xiàn)水資源信息的快速傳遞、共享和綜合管理，達到澧水流域綜合管理精細化、實時化的深度管理，使澧水流域管理更高效、水利工程調(diào)度更智能、綜合決策更科學，人水關系更和諧。

“智慧澧水”采用“五個一”設計理念，即一個平臺、一張網(wǎng)絡、一張地圖、一個中心和一套保障制度。一個平臺是指所有業(yè)務系統(tǒng)集成為統(tǒng)一門戶、采用統(tǒng)一認證；一張網(wǎng)絡是指包括無線傳感、移動互聯(lián)在內(nèi)的專線傳輸網(wǎng)絡，實現(xiàn)各種數(shù)據(jù)的融合對話和智慧服務，一張地圖即澧水一張圖，依托長江一張圖，以澧水流域主要庫岸、斷面的智能傳感器單元構建澧水CPS，以BIM 等技術，以可視化的方式呈現(xiàn)澧水流域主要工程系統(tǒng)和空間布局等，支撐澧水流域智慧決策；一個中心指統(tǒng)一數(shù)據(jù)中心，充分利用已建成的信息平臺軟硬件資源，對各業(yè)務系統(tǒng)的采集和處理的海量異構數(shù)據(jù)按照統(tǒng)一、標準的格式進行存儲和處理架構，為各業(yè)務系統(tǒng)數(shù)據(jù)共享和外部數(shù)據(jù)交換提供支撐；一套保障制度是指建立相應的系統(tǒng)標準與安全保障制度，包括制定信息化軟硬件、數(shù)據(jù)與交換系統(tǒng)等各類標準規(guī)范，構建全生命周期信息安全防護體系。

5 “智慧澧水”建設內(nèi)容

“智慧澧水”的總體架構如圖1 所示。主要建設內(nèi)容包括：

圖1 “智慧澧水”的總體架構

1）澧水指揮調(diào)度中心。澧水指揮調(diào)度中心是“智慧澧水”的大腦，建設澧水指揮調(diào)度管理中心，以數(shù)據(jù)資源匯聚、加工、整理、共享、應用的澧水數(shù)據(jù)中心為先導，整合現(xiàn)有信息資源，通過集中樞紐，對水利各類業(yè)務管理數(shù)據(jù)進行集中采集、集中存儲、集中管理和集中服務，一體化地解決水利信息系統(tǒng)的建設、運行和管理問題，解決信息資源整合與應用系統(tǒng)集成問題，為澧水各級水利行政主管部門的行業(yè)監(jiān)管、業(yè)務指導、政務建設和公共服務能力建設提供技術保障和及時、準確、完整的信息綜合服務。

澧水數(shù)據(jù)中心應以空間信息為基準，以對象為核心，采用大數(shù)據(jù)、云計算等先進技術，對澧水流域跨業(yè)務的海量異構數(shù)據(jù)的存儲與處理架構進行統(tǒng)一規(guī)劃，通過各類采集適配器，從數(shù)據(jù)庫、存儲過程、Excel 模板、日志等數(shù)據(jù)源自動采集元數(shù)據(jù)信息，經(jīng)過統(tǒng)一的分析轉(zhuǎn)換，形成全局的數(shù)據(jù)地圖。結合具體的業(yè)務應用，建立業(yè)務應用的信息資源目錄。通過分析幫助管理者掌握數(shù)據(jù)變化的來源和目的，并準確追蹤數(shù)據(jù)變化在全局范圍內(nèi)的影響。

2）全面物聯(lián)感知體系。物聯(lián)感知是“智慧澧水”的眼睛，以地面站網(wǎng)為基礎，以無人機、高清視頻、無線傳感器等新裝備、新產(chǎn)品為牽引，整合、優(yōu)化澧水流域庫岸、水利水電工程現(xiàn)有的監(jiān)測基礎設施，實現(xiàn)澧水流域水安全、水資源、水環(huán)境、水生態(tài)等信息的立體高效監(jiān)測，以支撐多業(yè)務應用。充分利用現(xiàn)代科技成果，通過配置先進的、適合澧水流域特性的新儀器、新設備，提高信息采集的精度，為澧水流域管理工作提供更好更準確的信息服務。

3）全面互聯(lián)通信網(wǎng)絡系統(tǒng)。通信網(wǎng)絡是“智慧澧水”的血管，建設和完善通信網(wǎng)絡，以5G、互聯(lián)網(wǎng)+、物聯(lián)網(wǎng)為技術支撐，打造澧水公司內(nèi)部各業(yè)務系統(tǒng)之間、以及公司與長委等主管部門之間信息化資源的互聯(lián)共享。為澧水公司各業(yè)務部門之間以及與澧水行政管理機構之間數(shù)據(jù)、圖像、視頻等各種信息提供高速可靠的傳輸通道，是保證實時、海量信息正確、安全傳輸?shù)幕A。

4）綜合業(yè)務管理系統(tǒng)。業(yè)務管理系統(tǒng)是“智慧澧水”的器官，將澧水流域水資源管理與澧水公司綜合管理、電力生產(chǎn)管理、財務管理和工程建設管理等業(yè)務系統(tǒng)進行集成應用。利用現(xiàn)代信息技術，整合現(xiàn)有信息資源，全面支撐澧水流域水庫聯(lián)合調(diào)度系統(tǒng)、水資源管理信息系統(tǒng)、防災減災決策指揮系統(tǒng)、水環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)、水利工程管理信息系統(tǒng)等業(yè)務的綜合智能管理。建立統(tǒng)一信息門戶和身份認證平臺，提升公司所有信息系統(tǒng)的整體性、一致性，打破信息孤島，實現(xiàn)多系統(tǒng)集成、數(shù)據(jù)共享、統(tǒng)一標準。通過單點登錄和身份認證，相關業(yè)務人員根據(jù)權限處理業(yè)務，能夠有效防范風險，優(yōu)化管理，降低信息化維護成本，提升公司運營效益。

通過“智慧澧水”建設，實現(xiàn)如下重點業(yè)務應用：

①加強澧水流域水旱監(jiān)測預警預報。利用天地一體化動態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)，結合澧水流域基礎地理等，重點開展集中雨水情趨勢預測、山洪災害預警、險情監(jiān)測預測和災情評估等功能于一體的澧水流域水旱災情預測預報服務。

②增強澧水流域水環(huán)境監(jiān)測監(jiān)管能力。開展澧水流域水環(huán)境信息服務，通過天地一體化采集和集成多源社會監(jiān)督數(shù)據(jù)，提升水環(huán)境監(jiān)測能力。利用大數(shù)據(jù)、加強對水環(huán)境的關聯(lián)分析，實現(xiàn)對澧水流域重要水功能區(qū)、排污口、水源地等監(jiān)測評估，增強水環(huán)境趨勢分析和預警能力，支撐澧水流域水環(huán)境精細化分析和監(jiān)管。

③推進澧水流域生態(tài)環(huán)境綜合保護。圍繞提升水生態(tài)風險防范等能力，建立澧水流域生態(tài)大數(shù)據(jù)應用，整合現(xiàn)有生態(tài)流量、大鯢等珍貴水生生物保護區(qū)綜合治理等各類業(yè)務數(shù)據(jù)，建立統(tǒng)一的信息采集，管理與服務體系，全面支撐和服務生態(tài)流量管理、水土保持綜合管理、河岸帶生態(tài)修復和重點水域監(jiān)測與監(jiān)管等工作。

④提高澧水流域大壩安全監(jiān)測及智能監(jiān)控預警能力。結合物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算、GIS、三維可視化等技術，融合大壩安全監(jiān)測理論與方法，開展澧水公司大壩安全監(jiān)測遠程集控管理及智能監(jiān)控預警系統(tǒng)建設，構建流域統(tǒng)一的大壩安全管理平臺，實現(xiàn)澧水公司對各水電站大壩安全信息的智能感知、集中管理、專業(yè)分析、監(jiān)控預警、綜合展示與全局共享，提升安全監(jiān)測數(shù)據(jù)的管理和利用效率，為工程安全穩(wěn)定運行提供科學的決策依據(jù)。

⑤提高澧水流域水庫群聯(lián)合調(diào)度能力。以大數(shù)據(jù)、云計算等技術作為支撐，以提升澧水流域防洪能力和電站發(fā)電效益等方面的潛力為目標，建立澧水流域水庫群聯(lián)合調(diào)度數(shù)學模型，提高流域防洪能力，實現(xiàn)發(fā)電效益最大化、改善發(fā)電質(zhì)量，優(yōu)化枯水期水資源配置及改善水環(huán)境，實現(xiàn)澧水流域水資源的集約合理利用。

6 結 論

在水利行業(yè)“強監(jiān)管、補短板”總基調(diào)引領下，以澧水流域綜合管控為對象，深化信息資源開發(fā)利用與共享，強化信息技術與水利業(yè)務的深度融合，完善水利信息化基礎設施和水利網(wǎng)絡安全體系，推動“數(shù)字澧水”向“智慧澧水”轉(zhuǎn)變，從而可以全面提升澧水流域治理體系和管理能力現(xiàn)代化水平。