鄧宇杰，鄭和震，陳英健

(長江勘測規(guī)劃設計研究有限責任公司，湖北 武漢 430010)

1 概述

長江是我國第一大河流，干流全長6300余km，流域面積約180萬km2，涉及19個省(市、自治區(qū))，是我國重要的資源支撐和生態(tài)屏障，具有重要的戰(zhàn)略地位[1]。長江流域實行流域管理與行政區(qū)域管理相結合的水管理體制，水利、生態(tài)環(huán)境、農(nóng)業(yè)、交通等部委和沿江地方政府不同程度履行部分流域涉水管理職能，體現(xiàn)出跨區(qū)域多部門協(xié)同管理的特征[2]。

受人類活動和氣候變化影響，長江流域水旱災害頻發(fā)、水資源短缺、水生態(tài)損害、水環(huán)境污染等問題突出[3]。習近平總書記高度重視長江流域治理和保護的系統(tǒng)性、整體性、協(xié)同性，多次作出重要指示，要求“共抓大保護”[4]?！堕L江保護法》[5]《長江經(jīng)濟帶生態(tài)環(huán)境保護規(guī)劃》[6]等法律、規(guī)劃要求加強長江流域信息化建設，提升管理信息化水平，統(tǒng)籌長江流域上中下游、江河湖庫、左右岸、干支流的協(xié)同治理與綜合管理，支撐長江大保護工作的開展。

近年來，國家相關部委及其派出機構、沿江地方政府部門在長江流域信息化建設和管理方面取得了較大進展，比如，當前已初步建成覆蓋氣象(735個國家氣象站)、水文(2.9萬余處各類水文站點)、水資源(488個控制斷面的水位、流量)、水環(huán)境(約4500個水質(zhì)監(jiān)測站點)等各類信息的感知體系，開發(fā)了中國氣象數(shù)據(jù)網(wǎng)、全國水雨情信息網(wǎng)、國家地表水水質(zhì)自動監(jiān)測實時數(shù)據(jù)發(fā)布系統(tǒng)、長江流域防汛抗旱指揮系統(tǒng)、長江流域河湖長制管理信息系統(tǒng)、長江流域重要站實時水情表、長江流域水資源動態(tài)管控平臺、長江流域生態(tài)流量監(jiān)控管理平臺、長江全覆蓋水監(jiān)控系統(tǒng)以及各省市水情服務系統(tǒng)與業(yè)務平臺等眾多業(yè)務應用系統(tǒng)。但是，長江流域信息化依然存在監(jiān)測體系尚未形成全覆蓋、數(shù)據(jù)分散且信息交流共享困難、應用系統(tǒng)功能局限且缺少業(yè)務協(xié)同、精細化綜合管理與精準化智能決策支撐能力有限、信息化管理機制體制不健全等問題[7]，難以滿足長江大保護背景下的科學管理需求。

共抓大保護，關鍵在“共”字，亟需研發(fā)統(tǒng)一管理平臺來支撐長江大保護背景下的綜合管理[8]。隨著大數(shù)據(jù)、云計算、移動互聯(lián)等新一代信息技術的發(fā)展，時空大數(shù)據(jù)云平臺在智慧城市、智慧國土等領域得到較好應用，已成為信息化平臺建設的必然趨勢[9]。因此，研究建設長江大保護時空大數(shù)據(jù)平臺，以全面提升長江流域信息感知能力和綜合決策水平，統(tǒng)籌管理長江大保護的各項工作。

需求分析是信息化平臺建設的基礎[10]，本文開展長江大保護時空大數(shù)據(jù)云平臺建設需求分析研究，為長江大保護時空大數(shù)據(jù)平臺的研發(fā)與應用提供指導。

2 需求分析技術路線

長江大保護時空大數(shù)據(jù)云平臺建設需求分析分為“調(diào)研分析—現(xiàn)狀評價—需求梳理”3步。

(1)調(diào)研分析：通過廣泛的文獻檢索與調(diào)研分析，全面了解長江流域監(jiān)測站網(wǎng)、數(shù)據(jù)管理、已有的系統(tǒng)平臺、信息化管理機制現(xiàn)狀以及國內(nèi)外流域信息化、大數(shù)據(jù)云平臺等建設經(jīng)驗。

(2)現(xiàn)狀評價：根據(jù)長江大保護工作對長江流域信息化建設的要求，厘清長江流域管理涉及的各單位、部門的信息化資源和管理現(xiàn)狀和存在的問題，分析長江大保護背景下各單位、部門的業(yè)務需求和信息化需求。

(3)需求梳理：基于上述分析，提出長江大保護下時空大數(shù)據(jù)云平臺的建設需求，主要包括平臺的建設目標、服務對象、業(yè)務需求、功能需求、數(shù)據(jù)需求、安全需求和其它需求等內(nèi)容。

3 云平臺建設需求

限于篇幅要求，對長江大保護時空大數(shù)據(jù)云平臺建設需求分析成果進行簡介，如圖1所示。

圖1 需求分析體系圖

3.1 建設目標

以長江流域現(xiàn)有信息化資源為支撐，融合大數(shù)據(jù)、云計算、智能化、物聯(lián)網(wǎng)、移動互聯(lián)網(wǎng)等現(xiàn)代信息技術，研發(fā)由“一數(shù)、一圖、一網(wǎng)、一平臺、N應用”組成的長江大保護時空大數(shù)據(jù)云平臺。

一數(shù)：建立一套長江大保護時空大數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對長江流域全面、綜合的感知，形成支持大數(shù)據(jù)挖掘的核心，為平臺研發(fā)與應用提供數(shù)據(jù)基礎。

一圖：實現(xiàn)長江大保護一張圖，以可視化的方式呈現(xiàn)長江流域全要素，支持長江大保護工作智慧決策。

一網(wǎng)：通過物聯(lián)網(wǎng)將智能傳感器連接起來，利用互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)感知數(shù)據(jù)的智能傳輸和存儲，實現(xiàn)各種數(shù)據(jù)的融合對話和智慧服務。

一平臺：建立統(tǒng)一的支撐云平臺，將數(shù)據(jù)資源和應用模塊統(tǒng)一在云端，打破長江流域數(shù)據(jù)條段化與孤島效應，提升長江大保護工作服務水平。

N應用：基于長江大保護時空大數(shù)據(jù)云平臺，實現(xiàn)長江大保護時空大數(shù)據(jù)的智慧應用。

3.2 服務對象

長江大保護時空大數(shù)據(jù)云平臺主要服務于長江流域管理相關的國家部委及其派出機構、19省(市、自治區(qū))省級行政主管部門。其中，國家部委及其派出機構主要包括水利部、生態(tài)環(huán)境部、自然資源部、農(nóng)業(yè)農(nóng)村部、應急管理部、國家發(fā)展和改革委員會、中國氣象局、國家林業(yè)和草原局、國家能源局、水利部長江水利委員會、生態(tài)環(huán)境部長江流域生態(tài)環(huán)境監(jiān)督管理局、交通運輸部長江航務管理局、農(nóng)業(yè)農(nóng)村部長江流域漁政監(jiān)督管理辦公室、中國氣象局長江流域氣象中心等，省級行政主管部門主要包括青海、四川、西藏、云南、重慶、湖北、湖南、江西、安徽、江蘇、上海、貴州、甘肅、陜西、河南、浙江、廣西、廣東、福建等 19 個省(市、自治區(qū))的水利、生態(tài)環(huán)境、住建、交通、農(nóng)業(yè)、應急管理、發(fā)改、氣象、林業(yè)等部門。

3.3 業(yè)務需求

根據(jù)調(diào)研分析，長江大保護時空大數(shù)據(jù)云平臺應能統(tǒng)籌管理長江上下游、左右岸、干支流以及跨區(qū)域跨部門的共保共治行動，主要從水安全、水資源、水環(huán)境、水生態(tài)、水空間等5大板塊，遵循“豎向到底、橫向到邊”的業(yè)務梳理要求，細化各項重點業(yè)務，見表1。

表1 長江大保護時空大數(shù)據(jù)云平臺業(yè)務需求表

3.4 功能需求

長江大保護時空大數(shù)據(jù)云平臺應以基礎地理信息、水情、工情、氣象等要素監(jiān)測以及水工程運行設施監(jiān)控為抓手，通過對各類數(shù)據(jù)資源等實施全面整合，實現(xiàn)“數(shù)據(jù)可查、成果可看、業(yè)務完整、決策可用、監(jiān)督考核”的功能要求。因此，長江大保護時空大數(shù)據(jù)云平臺的主體功能需求分為信息服務、業(yè)務管理、決策支持和監(jiān)督考核等4類。

(1)信息服務

信息服務功能包括基礎信息服務、監(jiān)測信息服務、信息共享服務、信息融合服務及信息發(fā)布服務等5類，極大豐富長江大保護時空大數(shù)據(jù)資源，為長江大保護時空大數(shù)據(jù)云平臺智慧應用提供數(shù)據(jù)基礎。

(2)業(yè)務管理

業(yè)務管理功能包括水安全、水資源、水環(huán)境、水生態(tài)、水空間等5大板塊業(yè)務的科學管理。

(3)決策支持

決策支持功能是長江大保護時空大數(shù)據(jù)云平臺的“智慧”所在，在整合多源數(shù)據(jù)的基礎上，進行大數(shù)據(jù)的深度挖掘分析及專業(yè)模型應用服務，將分析場景應用至水安全、水資源、水環(huán)境、水生態(tài)、水空間等5大板塊業(yè)務，最終實現(xiàn)平臺智慧應用的決策支持。

(4)監(jiān)督考核

監(jiān)督考核功能主要針對長江流域水安全、水資源、水環(huán)境、水生態(tài)、水空間等5大板塊業(yè)務，提供移動/PC多終端一體的投訴舉報、定期核查、人工抽查等多種方式以及包含單位自查、社會監(jiān)督、群眾監(jiān)督等多種渠道的監(jiān)督考核入口，從而強化業(yè)務內(nèi)部管理、提高公眾滿意度。

3.5 數(shù)據(jù)需求

數(shù)據(jù)是長江大保護時空大數(shù)據(jù)云平臺建設和應用的核心，數(shù)據(jù)需求分為數(shù)據(jù)類型與來源、多源數(shù)據(jù)整合建庫、數(shù)據(jù)共享服務和數(shù)據(jù)挖掘分析等4類。

(1)數(shù)據(jù)類型與來源

經(jīng)過分析，長江大保護時空大數(shù)據(jù)云平臺的數(shù)據(jù)類型可分為基礎時空數(shù)據(jù)、公共專題數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)實時感知數(shù)據(jù)、互聯(lián)網(wǎng)在線抓取數(shù)據(jù)等4類，可來源于監(jiān)測站點、已有數(shù)據(jù)庫和信息系統(tǒng)共享、相關統(tǒng)計及規(guī)劃設計報告等成果、互聯(lián)網(wǎng)在線抓取等。

(2)多源數(shù)據(jù)整合建庫

長江大保護時空大數(shù)據(jù)云平臺數(shù)據(jù)來源廣泛、數(shù)據(jù)量巨大、數(shù)據(jù)格式多樣、內(nèi)容豐富，且各類數(shù)據(jù)之間存在著緊密的聯(lián)系，互為彼此使用和管理的重要依據(jù)。為了提高數(shù)據(jù)整體管理效能、加強數(shù)據(jù)共享，節(jié)約資源建設，更好的服務于長江大保護時空大數(shù)據(jù)云平臺的業(yè)務應用，需要對多源數(shù)據(jù)整合建庫，主要包括數(shù)據(jù)匯聚、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)建庫等3個步驟。

(3)數(shù)據(jù)共享服務

長江大保護時空大數(shù)據(jù)云平臺不但需要集成已有的各種數(shù)據(jù)，還要向相關單位、部門共享各業(yè)務系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，保持數(shù)據(jù)的聯(lián)動更新，提高信息資源利用效率。針對全國水雨情信息網(wǎng)、各省市水情服務系統(tǒng)、國家地表水水質(zhì)自動監(jiān)測實時數(shù)據(jù)發(fā)布系統(tǒng)、中國氣象數(shù)據(jù)網(wǎng)等已有系統(tǒng)的水雨情、水文、水資源、水質(zhì)、氣象等相關數(shù)據(jù)，長江大保護時空大數(shù)據(jù)云平臺應與各系統(tǒng)進行充分的數(shù)據(jù)共享與交換，支撐相關單位、部門共享應用數(shù)據(jù)，科學履行職責業(yè)務。

(4)數(shù)據(jù)挖掘分析

為了充分發(fā)揮數(shù)據(jù)價值，滿足長江大保護業(yè)務管理決策需求，長江大保護時空大數(shù)據(jù)云平臺利用各種數(shù)據(jù)資源的融合，通過大數(shù)據(jù)分析模型和水文氣象預報模型、洪水災情預測模型、水資源預測模型、水生態(tài)環(huán)境預測模型、調(diào)度模型等各類專業(yè)模型，輔助決策管理，支撐水安全、水資源、水環(huán)境、水生態(tài)、水空間等5大板塊業(yè)務應用。

3.6 安全需求

長江大保護時空大數(shù)據(jù)云平臺的建設成果包括物聯(lián)感知體系、基于大數(shù)據(jù)和云計算等新技術的業(yè)務應用系統(tǒng)等，在信息安全方面有著強烈的需求，需按照《中華人民共和國網(wǎng)絡安全法》《信息安全等級保護管理辦法》、GB/T 25070—2010《信息系統(tǒng)等級保護安全設計技術要求》、GB/T 22239—2019《信息安全技術網(wǎng)絡安全等級保護基本要求》等相關法律法規(guī)和規(guī)程規(guī)范的要求，建立“可信、可控、可管”的信息安全保障體系，使得平臺能夠按照預期運行，免受攻擊和破壞。

3.7 其它需求

3.7.1性能需求

物聯(lián)感知性能方面，應能快速獲取信息，匯聚的監(jiān)測數(shù)據(jù)精度應滿足相關規(guī)程規(guī)范的要求，多源數(shù)據(jù)應傳輸順暢；專業(yè)模型性能方面，各專業(yè)模型應在滿足業(yè)務需求的情況下最大程度提高計算效率和計算精度，且能長期穩(wěn)定運行；業(yè)務應用性能方面，應能滿足平臺全部用戶同時在線操作，響應速度能滿足業(yè)務工作要求。

3.7.2接口需求

為了保證長江大保護時空大數(shù)據(jù)云平臺高效、準確地交換信息，接口需求如下：①平臺與外部系統(tǒng)接口應具備完整性、規(guī)范性、開放性和靈活性；②接口定義應遵循易理解、易使用、易交流和易擴展的原則；③保證平臺與外部系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)一致性；④在滿足業(yè)務需求的前提下，使接口數(shù)據(jù)量盡量少，最大限度地減輕數(shù)據(jù)提供方壓力；⑤具有可靠完善的接口數(shù)據(jù)傳輸與錯誤處理機制；⑥平臺的服務接口應符合開放系統(tǒng)的標準協(xié)議，且具有安全控制機制和擴展能力。

3.7.3界面需求

長江大保護時空大數(shù)據(jù)云平臺建設要強調(diào)結構化、模塊化、標準化，做到界面清晰，連接暢通。界面完全遵照 GUI(圖形用戶界面)的標準，用戶只要了解業(yè)務應用的工作流程和操作系統(tǒng)的使用方法，無需經(jīng)過復雜的操作培訓即可很方便地使用。菜單格式、快捷鍵等要充分考慮用戶習慣，做到方便易用。

3.7.4運維需求

長江大保護時空大數(shù)據(jù)云平臺應定期巡檢、檢修，必要時進行升級、更新，發(fā)生故障后應及時處理故障并出具故障調(diào)查處理報告，定期編制平臺運維分析報告。

4 結論

為解決當前長江流域信息化建設難以滿足長江大保護背景下的科學管理需求的現(xiàn)實問題，研究建設長江大保護時空大數(shù)據(jù)云平臺十分必要。本研究按照既定的技術路線，提出了科學合理的平臺建設需求。

長江大保護時空大數(shù)據(jù)云平臺建設需求分析可為平臺研發(fā)與應用提供指導，同時為其它時空大數(shù)據(jù)云平臺建設需求分析提供參考。下一步將繼續(xù)深入研究長江大保護時空大數(shù)據(jù)平臺建設方案，積極推進長江大保護時空大數(shù)據(jù)平臺盡快研發(fā)，以全面提升長江流域信息感知能力和綜合決策水平，統(tǒng)籌管理長江大保護的各項工作，開創(chuàng)長江大保護的新局面。