劉錫安

（新疆泰達水利水電工程有限責任公司，新疆 烏魯木齊 830000）

2019年，水利部正式印發(fā)《智慧水利總體方案》[1]，明確了發(fā)展智慧水利建設(shè)要求，為了充分發(fā)揮新一代信息技術(shù)的驅(qū)動引領(lǐng)作用，大力推進新疆高新技術(shù)與水利業(yè)務(wù)深度融合，需對新疆智慧水利建設(shè)方案進行探討。

1 概況

新疆境內(nèi)山脈融雪形成大小河流570多條，水資源總量727億m3，居全國前列[2]。進入21世紀后，新疆積極推動水利信息化工作，開展了水旱災(zāi)害防御、水資源管理等一系列系統(tǒng)建設(shè)和應(yīng)用，水利信息化的制度體系、標準體系、技術(shù)體系初步形成，完成覆蓋全疆區(qū)、地、縣三級水利部門和重點流域機構(gòu)的水利信息網(wǎng)、全疆水利異地視頻會議系統(tǒng)等，初步構(gòu)建起水利信息化基礎(chǔ)設(shè)施環(huán)境，為新疆智慧水利建設(shè)奠定了基礎(chǔ)。

2 存在問題

雖然新疆水利信息化取得了一定的成績，但距離智慧水利還有一定距離，主要表現(xiàn)在以下幾個方面。

2.1 信息采集方面

采集感知體系不完整，重要水利對象仍存在監(jiān)測盲區(qū)，部分對象雖納入監(jiān)測范圍，但是監(jiān)測點時間空間布局不夠合理，移動采集能力不足，存在監(jiān)測事項不全、密度不足的問題。

2.2 基礎(chǔ)設(shè)施方面

水利專網(wǎng)承載能力較弱，網(wǎng)絡(luò)帶寬普遍較低、不足10 M 的帶寬嚴重制約了云計算、遙感影像傳輸、大數(shù)據(jù)處理、人工智能等技術(shù)的應(yīng)用。隨著應(yīng)用的持續(xù)開展，現(xiàn)有的存儲設(shè)備容量已經(jīng)不能滿足數(shù)據(jù)的存儲要求。

2.3 應(yīng)用信息化方面

業(yè)務(wù)應(yīng)用水平整體偏低，智能化水平不高，大數(shù)據(jù)分析、人工智能等技術(shù)尚未得到廣泛使用，不足以支撐對業(yè)務(wù)流程的優(yōu)化再造。信息系統(tǒng)與業(yè)務(wù)工作沒有深度融合，業(yè)務(wù)工作內(nèi)容尚未完全覆蓋。

2.4 信息保障方面

各部門對網(wǎng)信工作的重要性認識還不夠，信息化總體投入不足，信息化發(fā)展中“重建設(shè)，輕應(yīng)用；重建設(shè)，輕運維；重擁有，輕共享”現(xiàn)象還比較突出。

3 新疆智慧水利總體架構(gòu)

新疆智慧水利堅持“服務(wù)中心，需求主導(dǎo)；統(tǒng)籌謀劃，協(xié)同推進；健全機制，明確責任；工程帶動，同步發(fā)展”的要求[3]，按照“大平臺、大系統(tǒng)、大數(shù)據(jù)”一張藍圖繪到底的原則，進行統(tǒng)一規(guī)劃建設(shè)。

3.1 監(jiān)測感知架構(gòu)

監(jiān)測感知網(wǎng)包括感知要素、感知手段、傳輸網(wǎng)絡(luò)等。感知要素包括天然河湖水系（河流、湖泊、基本水文要素等）、水利工程設(shè)施（水庫、涵閘、堤防等）、人類的涉水活動（保護水環(huán)境水生態(tài)的治理活動、亂采亂建的破壞活動、參觀游玩的休閑活動及幸福河評判討論活動等）；感知手段包括物聯(lián)感知（現(xiàn)地采集終端、衛(wèi)星、雷達、無人機、視頻等）、社會感知（媒體、社交網(wǎng)絡(luò)、移動設(shè)備）和網(wǎng)絡(luò)感知（網(wǎng)絡(luò)資源、業(yè)務(wù)系統(tǒng)）[4]；傳輸網(wǎng)絡(luò)包括傳統(tǒng)的以太網(wǎng)、光纖等有線傳輸以及5G、NB-IoT等新一代無線物聯(lián)通信。

3.2 支撐平臺架構(gòu)

應(yīng)用支撐平臺主要由基礎(chǔ)應(yīng)用支撐服務(wù)、一張圖平臺、網(wǎng)格管理、水利模型、知識圖譜、機器感知、學習算法等部分組成。

基礎(chǔ)組件服務(wù)、可視化支撐、移動支撐服務(wù)為應(yīng)用層各類業(yè)務(wù)和數(shù)據(jù)資源池提供了通用性的功能支撐能力。水利網(wǎng)格化管理、水利模型為應(yīng)用層各類應(yīng)用和數(shù)據(jù)資源池提供了水利管理業(yè)務(wù)相關(guān)服務(wù)支撐能力。學習算法、機器感知和知識圖譜為上層業(yè)務(wù)應(yīng)用提供模型、算法等計算與分析的能力。

一張圖平臺以服務(wù)聚合作為數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，以空間分析作為智能應(yīng)用空間分析支撐，以空間大數(shù)據(jù)作為決策支持，為水利高質(zhì)量發(fā)展提供點、線、面、圖斑、影像、視頻、三維實景、歷史回溯、分析推演等專題特色服務(wù)。

3.3 總體架構(gòu)

新疆智慧水利基于現(xiàn)有新疆水利網(wǎng)絡(luò)、軟硬件以及數(shù)據(jù)存儲備份環(huán)境，進行集約化建設(shè)和整合，形成新疆水利云，包括政務(wù)外網(wǎng)云和互聯(lián)網(wǎng)云，為新疆水利智能應(yīng)用提供計算存儲能力。新疆水利云系統(tǒng)軟硬件采用集中式部署，總體架構(gòu)如圖1所示。

圖1 新疆智慧水利總體架構(gòu)

新疆水利大數(shù)據(jù)中心采用“集中+分散”數(shù)據(jù)存儲模式，業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)在主中心、分中心之間進行實時同步存儲，邏輯上集中、物理上分散。

4 重點工程建設(shè)內(nèi)容

統(tǒng)籌考慮新疆智慧水利重點亟需以及最近已開展的基礎(chǔ)工作，重點需做好以下工作。

4.1 信息采集體系建設(shè)

為了彌補監(jiān)測空白，需要圍繞新疆水利業(yè)務(wù)、事務(wù)和政務(wù)的監(jiān)管需求，完善各類監(jiān)管數(shù)據(jù)采集站網(wǎng)建設(shè)，擴大信息采集的種類、范圍和密度，提升信息采集和感知能力，促進采集體系共建共管，避免重復(fù)建設(shè)、重復(fù)采集等問題。其建設(shè)任務(wù)主要包括水庫大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)、水閘安全監(jiān)測系統(tǒng)、堤防安全監(jiān)測系統(tǒng)、水文監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)的信息采集體系的共建共管，嚴格審批信息采集系統(tǒng)及相關(guān)建設(shè)內(nèi)容，避免重復(fù)建設(shè)、重復(fù)采集等問題。

4.2 網(wǎng)絡(luò)暢通工程完善

依托現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)，面向下一代網(wǎng)絡(luò)發(fā)展，升級改造網(wǎng)絡(luò)核心設(shè)備，全面支持IPv6，優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、擴展覆蓋范圍、擴充帶寬，新建政務(wù)內(nèi)網(wǎng)，升級政務(wù)外網(wǎng)，健全新疆水利工控網(wǎng)，構(gòu)建全疆水利信息一張網(wǎng)，實現(xiàn)地（州）、縣（市）級水行政主管部門及水管單位網(wǎng)絡(luò)全覆蓋。

為了達到各類信息資源在自治區(qū)范圍內(nèi)共建共享、互聯(lián)互通的應(yīng)用效果，要求各級單位根據(jù)網(wǎng)絡(luò)資源現(xiàn)狀，參照新疆水利信息化“一張網(wǎng)”相關(guān)標準規(guī)范，加大對網(wǎng)絡(luò)設(shè)施建設(shè)的投入，補充完善水利專網(wǎng)。對于水利專網(wǎng)覆蓋不到的地方，可選擇租用運營商專線鏈路的方式進行聯(lián)通，從而確保自治區(qū)水利廳、各地州和縣級水利局、流域管理機構(gòu)及現(xiàn)地采集設(shè)施之間的互聯(lián)互通。按照新疆水利信息化資源整合共享總體要求，全面梳理優(yōu)化新疆政務(wù)內(nèi)網(wǎng)、政務(wù)外網(wǎng)、工控網(wǎng)的結(jié)構(gòu)劃分，形成完備的新疆水利計算機網(wǎng)絡(luò)。

4.3 水利大數(shù)據(jù)中心建設(shè)

根據(jù)新疆水利業(yè)務(wù)特點，在新疆水利數(shù)據(jù)管理成果基礎(chǔ)上，對新疆水利現(xiàn)有數(shù)據(jù)體系進行全面整理，建立數(shù)據(jù)資源池，整合數(shù)據(jù)資源，建設(shè)上下級數(shù)據(jù)通道和數(shù)據(jù)匯聚分析平臺，對現(xiàn)有的數(shù)據(jù)存儲體系進行完善。其建設(shè)主要任務(wù)包括以下3個方面。

（1）數(shù)據(jù)資源池建設(shè)。全面利用現(xiàn)有的新疆水利基礎(chǔ)設(shè)施資源，基于云平臺技術(shù)，完成自治區(qū)水利廳和水文局機房的“私有云”建設(shè)，使其具備200個計算節(jié)點和50 PB存儲能力。建設(shè)互聯(lián)網(wǎng)云平臺，以50個計算節(jié)點、10 PB 數(shù)據(jù)量規(guī)模的應(yīng)用提供支撐環(huán)境，形成新疆水利廳信息化云體系的數(shù)據(jù)資源池。

（2）數(shù)據(jù)資源整合。在梳理數(shù)據(jù)資源的基礎(chǔ)上，利用面向?qū)ο蟮乃麛?shù)據(jù)模型，將涉及水利業(yè)務(wù)和政務(wù)應(yīng)用全局的水利對象基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，以及水利對象空間和業(yè)務(wù)關(guān)系等數(shù)據(jù)集中統(tǒng)一存儲于基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫和應(yīng)用共享庫，整合形成面向?qū)ο?、統(tǒng)一語義、易于共享、易于關(guān)聯(lián)、易于管理、易于挖掘的統(tǒng)一數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)“一數(shù)一源”。同時，抽取元數(shù)據(jù)，生成數(shù)據(jù)資源目錄。通過數(shù)據(jù)資源目錄、數(shù)據(jù)交換與共享管理服務(wù)等進行數(shù)據(jù)共享與應(yīng)用。整合后，原有生產(chǎn)庫保持不變，實體數(shù)據(jù)的共享使用需求由“一個庫”來承載，為水利業(yè)務(wù)或政務(wù)應(yīng)用提供權(quán)威、全面、完整和一致的數(shù)據(jù)服務(wù)。

（3）上下級數(shù)據(jù)通道和數(shù)據(jù)匯聚分析平臺建立。實現(xiàn)將各類管理數(shù)據(jù)下發(fā)到管理末端，將基層各類監(jiān)測數(shù)據(jù)、控制數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)、視頻數(shù)據(jù)上傳到新疆水利數(shù)據(jù)中心。建立能夠滿足各類監(jiān)測數(shù)據(jù)、控制數(shù)據(jù)匯聚的接入平臺，建立各類數(shù)據(jù)的綜合管理手段，建立視頻圖像數(shù)據(jù)的大數(shù)據(jù)存儲分析平臺，對現(xiàn)有的數(shù)據(jù)存儲體系進行完善。

4.4 業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)建設(shè)和完善

4.4.1 水旱災(zāi)害防御系統(tǒng)

水旱災(zāi)害防御體系建設(shè)任務(wù)主要包括：在托里縣、青河縣、烏什縣等73個山洪災(zāi)害防治縣開展工程治理和非工程措施完善相結(jié)合的山洪災(zāi)害防治體系建設(shè)，進一步開展洪澇災(zāi)害調(diào)查評價和分析工作；持續(xù)實施重點山洪溝防洪治理，開展策勒縣、阿拉山口市、奎屯市等21個外洪內(nèi)澇威脅縣農(nóng)村基層防汛預(yù)報預(yù)警體系建設(shè)[5]；進一步完善監(jiān)測預(yù)警平臺，完善預(yù)警指標，擴大預(yù)警信息覆蓋面，運用大數(shù)據(jù)、云共享等技術(shù)手段，提高自治區(qū)級系統(tǒng)的監(jiān)視、督查、綜合應(yīng)用和管理能力，全面提升山洪災(zāi)害防御能力；初步建立旱情監(jiān)測預(yù)警綜合平臺，利用衛(wèi)星遙感監(jiān)測及智能分析技術(shù)，建立旱情基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫，通過河流、湖泊、水庫、地下水旱警（限）水位（流量）以及氣象、水文信息，開展旱情監(jiān)測、評估和校核，實現(xiàn)旱情綜合監(jiān)測評估，提升旱情監(jiān)測預(yù)警、水量調(diào)度及應(yīng)急響應(yīng)能力。

4.4.2 水資源利用監(jiān)管及節(jié)水管理系統(tǒng)

水資源利用監(jiān)管及節(jié)水管理體系建設(shè)任務(wù)主要包括：實現(xiàn)水量分配在線監(jiān)督管理，基于水利一張圖實現(xiàn)水資源利用決策分析專題化，實現(xiàn)監(jiān)測、監(jiān)視、監(jiān)控、業(yè)務(wù)、基礎(chǔ)、大文本、影像、視頻、遙感、GIS、區(qū)域社會經(jīng)濟信息、工農(nóng)業(yè)用水調(diào)度方案、引水實況等多信息多要素的綜合分析，實現(xiàn)水資源開發(fā)利用分析評價，為水資源監(jiān)管提供決策依據(jù)；在國家水資源監(jiān)控能力建設(shè)項目的基礎(chǔ)上，完善國控一、二期建設(shè)，推進取水口監(jiān)測設(shè)施改造，擴大取用水監(jiān)管數(shù)據(jù)應(yīng)用范圍。

4.4.3 水利工程建設(shè)與安全運行監(jiān)管平臺

著力推動水利工程補短板，加快提升水利工程保障能力，建設(shè)任務(wù)主要包括：利用“互聯(lián)網(wǎng)+”等新技術(shù)，建立水利工程建設(shè)全生命周期管理；建立新疆水利建設(shè)多信息共享平臺，理順多平臺獨立格局，增加關(guān)于水利工程建設(shè)多信息平臺通道，實現(xiàn)信息資源共建、共享，發(fā)揮大數(shù)據(jù)作用，為落實水利工程強監(jiān)管提供信息保障；加強全疆重點水庫安全運行在線監(jiān)管，實現(xiàn)對水庫運行情況的在線監(jiān)管與分析。

4.4.4 水土保持信息化系統(tǒng)

利用遙感、大數(shù)據(jù)等新技術(shù)，構(gòu)建地面監(jiān)測站點觀測數(shù)據(jù)與遙感監(jiān)測擾動圖斑數(shù)據(jù)融合模型，建設(shè)水土保持信息管理平臺，實現(xiàn)主要業(yè)務(wù)的精細化、全流程信息化管理，實現(xiàn)水土流失預(yù)測預(yù)警、生產(chǎn)建設(shè)項目動態(tài)監(jiān)測監(jiān)管全覆蓋等的智能決策支持和服務(wù)。

4.4.5 農(nóng)村飲水安全管理系統(tǒng)

完善升級農(nóng)村飲水安全管理系統(tǒng)，提升面向行業(yè)管理者、工程運行管理者和社會公眾的農(nóng)村飲水信息化管理功能，強化農(nóng)村飲水工程動態(tài)監(jiān)控，接入集中式農(nóng)村飲水工程水體監(jiān)測信息，實現(xiàn)配水、輸水、用水數(shù)據(jù)實時在線監(jiān)測、統(tǒng)計復(fù)核、預(yù)警提示、監(jiān)督檢查等，提高農(nóng)村飲水安全管理現(xiàn)代化水平。

4.4.6 河湖管理系統(tǒng)

圍繞河湖長制、水域岸線管理、河道采砂監(jiān)管、水土保持監(jiān)測監(jiān)督治理等重點需求，運用高分遙感數(shù)據(jù)解譯分析、無人機、圖像智能分析等技術(shù)，提升河湖長效保護與動態(tài)管控能力，增強河湖保護信息管理能力，到2025 年，實現(xiàn)河長制湖長制從“有名”向“有實”轉(zhuǎn)變。

4.4.7 政務(wù)管理系統(tǒng)

政務(wù)管理系統(tǒng)需要實現(xiàn)覆蓋新疆水利廳機關(guān)各部門的在線監(jiān)督管理，與辦公系統(tǒng)緊密結(jié)合，實現(xiàn)機關(guān)和下屬單位業(yè)務(wù)與數(shù)據(jù)的貫通，實現(xiàn)對事項的分解、批示、追蹤、監(jiān)控、落實，達到“發(fā)現(xiàn)、分析、解決問題，促進工作”的效果。推進政務(wù)辦公一體化進程，建立統(tǒng)一的平臺，滿足各級單位的政務(wù)信息化應(yīng)用需求。統(tǒng)一移動辦公平臺，實現(xiàn)各單位間的公文交換，實現(xiàn)電子公章，形成一體化、服務(wù)高效、應(yīng)用方便的綜合辦公體系，提高工作效率。在財務(wù)管理信息系統(tǒng)的基礎(chǔ)上實現(xiàn)資金在線監(jiān)管，滿足新疆水利資金動態(tài)監(jiān)控管理要求，全力防范資金使用和管理風險。

5 結(jié)語

通過分析探討可知，新疆智慧水利建設(shè)方案主要以現(xiàn)代信息化技術(shù)實現(xiàn)水利工程建設(shè)、監(jiān)管、運行、維護和服務(wù)的便捷化管理，提高水利業(yè)務(wù)應(yīng)用智能化和決策科學化水平，有利于解放人力，提升效力，可有效提升水資源管理與保護預(yù)警能力，實現(xiàn)水資源的優(yōu)化配置和科學調(diào)度，為新疆的經(jīng)濟社會發(fā)展提供可靠的水資源保證，支撐經(jīng)濟社會的可持續(xù)發(fā)展。