冶運(yùn)濤, 蔣云鐘, 曹引, 黃建雄, 關(guān)昊哲, 顧晶晶, 董甲平

(1.中國水利水電科學(xué)研究院,北京 100038; 2.水利部數(shù)字孿生流域重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100038)

智慧水利建設(shè)對(duì)貫徹落實(shí)國家網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)國戰(zhàn)略、推動(dòng)水利高質(zhì)量發(fā)展、強(qiáng)化流域治理管理、應(yīng)對(duì)氣候變化挑戰(zhàn)等具有重要意義[1-3],是新階段我國數(shù)字治水的重要手段和數(shù)智化時(shí)代的必然選擇[4-5]。標(biāo)準(zhǔn)對(duì)我國智慧水利(包括數(shù)字孿生流域、數(shù)字孿生水網(wǎng)、數(shù)字孿生水利工程等)的建設(shè)實(shí)施與可持續(xù)發(fā)展不僅具有重要的戰(zhàn)略性、基礎(chǔ)性作用,而且具有重要的支撐保障作用[6-8],是保證智慧水利的規(guī)劃導(dǎo)向性、設(shè)計(jì)操作性、建設(shè)實(shí)用性和互操作性、運(yùn)行可持續(xù)性、迭代升級(jí)擴(kuò)展性的重要抓手。智慧水利標(biāo)準(zhǔn)體系是引領(lǐng)我國流域機(jī)構(gòu)、省級(jí)、地市級(jí)和縣級(jí)不同層級(jí)智慧水利健康發(fā)展的重要手段,是打破信息孤島、盤活僵尸系統(tǒng)、提高數(shù)據(jù)利用率、增加應(yīng)用系統(tǒng)使用頻次、增強(qiáng)用戶體驗(yàn)等的重要支撐,是推進(jìn)新一代信息技術(shù)與水利領(lǐng)域融合創(chuàng)新進(jìn)行規(guī)?；茝V、實(shí)戰(zhàn)化應(yīng)用的必要條件,也是我國數(shù)字孿生水利的先行先試工作的科學(xué)實(shí)施、真實(shí)達(dá)效和持續(xù)優(yōu)化的重點(diǎn)內(nèi)容和充分保障。

《水利技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系表》自2001年由水利部發(fā)布,已歷經(jīng)2008年、2014年、2021年3次修訂。這4個(gè)版本的《水利技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系表》根據(jù)當(dāng)時(shí)水利工作的需要和技術(shù)發(fā)展條件均指出水利信息化標(biāo)準(zhǔn)體系是由已編制標(biāo)準(zhǔn)、計(jì)劃修訂標(biāo)準(zhǔn)、擬編制標(biāo)準(zhǔn)組成。其中,2021年修訂的《水利技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系表》規(guī)劃了34項(xiàng)有關(guān)分類編碼、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、傳輸交換、圖示表達(dá)、產(chǎn)品服務(wù)、信息系統(tǒng)建設(shè)管理、水利網(wǎng)絡(luò)安全等的水利信息化標(biāo)準(zhǔn)體系。水利信息化標(biāo)準(zhǔn)體系為規(guī)范我國不同階段信息化建設(shè)發(fā)揮了指導(dǎo)性作用[9],同時(shí)為智慧水利標(biāo)準(zhǔn)體系研究提供了工作基礎(chǔ)和積累了經(jīng)驗(yàn)。

2021年,水利部在推進(jìn)數(shù)字孿生流域建設(shè)工作會(huì)議上提出要“完善標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范”和“全面梳理檢視現(xiàn)有水利技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)規(guī)范,特別是監(jiān)測(cè)感知、數(shù)據(jù)資源、模型計(jì)算、業(yè)務(wù)流程等方面的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范,找出缺失以及不滿足、不適應(yīng)、不銜接數(shù)字孿生流域建設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范,加以制定或修訂”。水利部共印發(fā)了5類(行政類、規(guī)劃類、工作類、技術(shù)類、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范類)21個(gè)文件,其中與本文研究內(nèi)容相關(guān)的技術(shù)類文件4個(gè)和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范類文件7個(gè)(見表1),這些文件尚未達(dá)到正式發(fā)布標(biāo)準(zhǔn)的要求。同時(shí),中國水利水電科學(xué)研究院立項(xiàng)《智慧水利標(biāo)準(zhǔn)體系設(shè)計(jì)與評(píng)價(jià)指標(biāo)研究》,全面、系統(tǒng)地開展以數(shù)字孿生水利(流域、水網(wǎng)、水利工程等)為核心的智慧水利標(biāo)準(zhǔn)體系研究工作。

表1 數(shù)字孿生水利相關(guān)文件[10-20]

數(shù)字孿生水利是數(shù)字孿生理論技術(shù)在水利行業(yè)的應(yīng)用[4],數(shù)字孿生技術(shù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)智慧水利中數(shù)字孿生水利標(biāo)準(zhǔn)體系制定具有借鑒意義。當(dāng)前,國際國內(nèi)數(shù)字孿生標(biāo)準(zhǔn)的制定剛剛起步,相關(guān)國際國內(nèi)數(shù)字孿生標(biāo)準(zhǔn)見表2和表3[21-22]。國際組織ISO/TC 184、ISO/IEC JTC1、ITU-T SG20等啟動(dòng)了數(shù)字孿生標(biāo)準(zhǔn)制定工作。與其同步,我國也開展了數(shù)字孿生標(biāo)準(zhǔn)的制定工作,但數(shù)字孿生水利方面的標(biāo)準(zhǔn)還比較欠缺[21]。

表2 數(shù)字孿生國際標(biāo)準(zhǔn)

表3 數(shù)字孿生國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)

綜合分析水利信息化標(biāo)準(zhǔn)和數(shù)字孿生標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀,以下問題有待解決:①目前智慧水利的術(shù)語標(biāo)準(zhǔn)和評(píng)價(jià)導(dǎo)則缺乏,智慧水利系統(tǒng)架構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)尚未出臺(tái),這導(dǎo)致智慧水利建設(shè)和實(shí)施過程難以對(duì)基本概念和系統(tǒng)架構(gòu)達(dá)成共識(shí),造成系統(tǒng)間不能有效地實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)集成、聯(lián)動(dòng)協(xié)作;對(duì)智慧水利系統(tǒng)的建設(shè)成效缺乏定量評(píng)價(jià),對(duì)建設(shè)方向不清晰[23]。②缺乏智慧水利的信息基礎(chǔ)設(shè)施、數(shù)據(jù)底板、模型平臺(tái)、知識(shí)平臺(tái)、業(yè)務(wù)應(yīng)用等標(biāo)準(zhǔn)的參考,就會(huì)導(dǎo)致水利模型間、水利數(shù)據(jù)間、水利模型與水利數(shù)據(jù)間、水利知識(shí)與水利模型間、水利知識(shí)與水利數(shù)據(jù)間、系統(tǒng)間等集成難、相互兼容性低、互操作性不強(qiáng)等問題,從而又形成新的數(shù)據(jù)孤島、知識(shí)孤島、模型孤島和系統(tǒng)煙囪[23]。③缺乏網(wǎng)絡(luò)安全保障、建設(shè)與運(yùn)行管理標(biāo)準(zhǔn),會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)存在安全隱患和系統(tǒng)的不可持續(xù)性發(fā)展。

針對(duì)上述問題,基于水利部提出的智慧水利框架以及數(shù)字孿生流域、數(shù)字孿生水網(wǎng)、數(shù)字孿生水利工程、數(shù)字孿生灌區(qū)等相關(guān)指導(dǎo)文件,結(jié)合水利信息化標(biāo)準(zhǔn)、數(shù)字孿生標(biāo)準(zhǔn)的制定現(xiàn)狀,分析智慧水利標(biāo)準(zhǔn)體系的建設(shè)需求,提出一套以數(shù)字孿生水利為核心的智慧水利標(biāo)準(zhǔn)體系,以期為智慧水利標(biāo)準(zhǔn)研究人員提供參考,并為智慧水利規(guī)范化建設(shè)提供指導(dǎo)。

1 智慧水利標(biāo)準(zhǔn)需求分析

1.1 智慧水利概念達(dá)成共識(shí)需標(biāo)準(zhǔn)指導(dǎo)

目前已有成果對(duì)智慧水利有不同的理解和認(rèn)識(shí)。在概念認(rèn)知方面,蔣云鐘等[5]認(rèn)為智慧水利是運(yùn)用大數(shù)據(jù)、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、移動(dòng)互聯(lián)等新一代信息通信技術(shù),基于自然水系、水利工程體系和水利管理體系,智慧地將適量適質(zhì)的水適時(shí)送到適地,為實(shí)現(xiàn)長久水安瀾、優(yōu)質(zhì)水資源、宜居水環(huán)境、健康水生態(tài)提供支撐;王忠靜等[24]在物聯(lián)網(wǎng)概念基礎(chǔ)上提出了水聯(lián)網(wǎng)概念,并認(rèn)為智慧水利是水聯(lián)網(wǎng)的另一種表達(dá);趙然杭等[25]認(rèn)為智慧水利是融合數(shù)據(jù)采集、分析、決策、控制、反饋等信息流程為一體,實(shí)現(xiàn)自主生存、自主自考、自主應(yīng)對(duì)、自主學(xué)習(xí)的面向水利應(yīng)用的規(guī)模信息生態(tài)系統(tǒng);蔡陽[26]認(rèn)為智慧水利是應(yīng)用新一代信息技術(shù),實(shí)現(xiàn)對(duì)水利對(duì)象及活動(dòng)的透徹感知、全面互聯(lián)、智能應(yīng)用與泛在服務(wù);蔡旭東[27]認(rèn)為智慧水利是全方位解決水資源、水管理、水安全、水生態(tài)、水環(huán)境等涉水事務(wù)的智能化超大型系統(tǒng);張建云等[28]認(rèn)為智慧水利是運(yùn)用新一代信息通信技術(shù)促進(jìn)水利規(guī)劃、工程建設(shè)、運(yùn)行管理和社會(huì)服務(wù)的智慧化。在系統(tǒng)架構(gòu)方面,蔡陽[29]認(rèn)為智慧水利總體框架應(yīng)以水利信息基礎(chǔ)設(shè)施為基礎(chǔ),以數(shù)字孿生水利和業(yè)務(wù)應(yīng)用為重點(diǎn),以網(wǎng)絡(luò)安全體系和綜合保障體系為保障;包志炎等[30]認(rèn)為浙江智慧水利框架采用“四縱三橫”總體架構(gòu),“四橫”指業(yè)務(wù)應(yīng)用、應(yīng)用支撐、數(shù)據(jù)資源和基礎(chǔ)設(shè)施等體系,“三縱”指政策制度、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范和組織保障體系;葉健[31]認(rèn)為江蘇智慧水利總體框架為1個(gè)統(tǒng)一門戶、4個(gè)基礎(chǔ)服務(wù)平臺(tái)、1個(gè)水利云服務(wù)中心、N個(gè)業(yè)務(wù)應(yīng)用和1套安全保障機(jī)制;王曉輝等[32]認(rèn)為深圳智慧水務(wù)總體框架由標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范和信息安全兩大體系組成,包含智能感知、基礎(chǔ)設(shè)施、水務(wù)大數(shù)據(jù)、智慧應(yīng)用和門戶5個(gè)層次;程海洲等[33]認(rèn)為寧波市智慧水利總體框架由1張水利感知網(wǎng)、1個(gè)智慧能力中心、1套智慧應(yīng)用、2組環(huán)境保障體系構(gòu)成。

除了對(duì)智慧水利的概念定義和系統(tǒng)架構(gòu)理解不同外,用戶和企業(yè)對(duì)作為智慧水利核心的數(shù)字孿生水利的理解也有所不同[34],仍未達(dá)到統(tǒng)一[35]?，F(xiàn)階段,對(duì)數(shù)字孿生水利的理解是否全面,需要深入思考和研究。

上述對(duì)智慧水利相關(guān)概念和架構(gòu)的不同理解與認(rèn)識(shí)會(huì)帶來科學(xué)研究時(shí)的交流困難、建設(shè)實(shí)施時(shí)的集成困難和業(yè)務(wù)應(yīng)用時(shí)的協(xié)作困難。因此,需要建設(shè)智慧水利基礎(chǔ)共性標(biāo)準(zhǔn),加強(qiáng)規(guī)范智慧水利術(shù)語達(dá)成社會(huì)共識(shí),規(guī)范系統(tǒng)架構(gòu)使建設(shè)內(nèi)容具有延續(xù)性,規(guī)范評(píng)價(jià)指標(biāo)使建設(shè)穩(wěn)步有序[23]。

1.2 數(shù)字孿生水利研究與實(shí)施需標(biāo)準(zhǔn)指導(dǎo)

在以水利部提出的智慧水利框架[10]為指導(dǎo)的實(shí)施過程中,由于智慧水利相關(guān)信息化基礎(chǔ)設(shè)施、數(shù)據(jù)底板、知識(shí)平臺(tái)、模型平臺(tái)、業(yè)務(wù)應(yīng)用等標(biāo)準(zhǔn)還不夠完善,目前數(shù)字孿生流域、數(shù)字孿生水網(wǎng)、數(shù)字孿生水利工程、數(shù)字孿生灌區(qū)等試點(diǎn)項(xiàng)目由不同的單位承建,而這些單位選用的軟硬件產(chǎn)品及開發(fā)的系統(tǒng)可能存在兼容性不好、互操作困難等問題,從而造成信息基礎(chǔ)設(shè)施組件、數(shù)據(jù)底板組件、模型組件、知識(shí)組件等各組件內(nèi)部之間以及兩兩組件外部之間很難集成,容易形成“僵尸系統(tǒng)”。具體包括以下兩個(gè)方面。

1.2.1 信息化基礎(chǔ)設(shè)施

在信息化基礎(chǔ)設(shè)施中,水利感知網(wǎng)(監(jiān)測(cè)感知)實(shí)現(xiàn)了江河湖泊、水利工程、水利治理管理活動(dòng)等物理水利對(duì)象向數(shù)字孿生水利空間的映射(信息上傳),也實(shí)現(xiàn)了物理水利對(duì)象接收并執(zhí)行來自數(shù)字孿生水利的反向控制或管理指令(控制反饋)。但由于在整個(gè)信息傳遞流程及反饋過程中缺乏標(biāo)準(zhǔn)指導(dǎo),對(duì)不同的物理對(duì)象如何布設(shè)監(jiān)測(cè)站點(diǎn)、感知哪些要素、傳遞哪些信息、映射哪些屬性等不甚了解,對(duì)于決策指令制定以后如何下達(dá)、接收和執(zhí)行缺乏完整鏈條的規(guī)范,這不僅會(huì)導(dǎo)致對(duì)江河湖泊、水利工程、水利治理管理活動(dòng)等對(duì)象的監(jiān)測(cè)感知沒有統(tǒng)一的接口兼容形式,而且還會(huì)帶來技術(shù)層級(jí)不明確和功能邊界不清晰等問題。

在信息化基礎(chǔ)設(shè)施中,水利信息網(wǎng)是實(shí)現(xiàn)虛實(shí)交互的關(guān)鍵,是承載水利感知網(wǎng)(監(jiān)測(cè)感知)、水利數(shù)據(jù)底板、水利模型平臺(tái)、水利知識(shí)平臺(tái)和業(yè)務(wù)應(yīng)用之間互聯(lián)互通的通道。因此,對(duì)上述組件之間的連接方式、通信協(xié)議和交互方式應(yīng)該加以規(guī)范,以解決各組件接口適配性、功能協(xié)調(diào)性的問題。

在信息化基礎(chǔ)設(shè)施中,水利云負(fù)責(zé)提供數(shù)據(jù)存儲(chǔ)管理、數(shù)據(jù)分析計(jì)算、專業(yè)模型計(jì)算和應(yīng)用系統(tǒng)部署。應(yīng)制定水利云的云資源管理、水利數(shù)據(jù)存儲(chǔ)管理、水利數(shù)據(jù)分析和模型計(jì)算支撐、水利應(yīng)用和數(shù)據(jù)遷移等標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范,以實(shí)現(xiàn)水利云資源的高效利用。

1.2.2 數(shù)字孿生平臺(tái)

數(shù)字孿生水利數(shù)據(jù)底板為物理水利和數(shù)字孿生水利深度融合提供準(zhǔn)確全面的信息源。目前各業(yè)務(wù)已有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的標(biāo)準(zhǔn),但是該標(biāo)準(zhǔn)只是針對(duì)結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù),缺乏兼顧結(jié)構(gòu)化、非結(jié)構(gòu)化、半結(jié)構(gòu)化多類型水利數(shù)據(jù)統(tǒng)一存儲(chǔ)的標(biāo)準(zhǔn)。除存儲(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)外,水利數(shù)據(jù)底板還缺乏數(shù)據(jù)分類與表示、數(shù)據(jù)組織、數(shù)據(jù)融合、數(shù)據(jù)服務(wù)等標(biāo)準(zhǔn)的指導(dǎo)。數(shù)字孿生水利模型平臺(tái)屬于智慧水利的核心引擎,目前缺乏對(duì)模型分類與表示、模型封裝、模型存儲(chǔ)、模型組裝等標(biāo)準(zhǔn),導(dǎo)致雖有很多模型,卻出現(xiàn)了模型無用的局面。數(shù)字孿生水利知識(shí)平臺(tái)由于缺乏有關(guān)水利知識(shí)分類與表示、水利知識(shí)存儲(chǔ)、水利知識(shí)融合等標(biāo)準(zhǔn)的指導(dǎo),導(dǎo)致水利領(lǐng)域尚缺乏可用的業(yè)務(wù)知識(shí)庫。

1.3 智慧水利業(yè)務(wù)應(yīng)用實(shí)施保障需標(biāo)準(zhǔn)指導(dǎo)

在智慧水利業(yè)務(wù)應(yīng)用實(shí)施保障方面,需要考慮以下兩點(diǎn):①業(yè)務(wù)應(yīng)用既是數(shù)字孿生水利“需求牽引”的出發(fā)點(diǎn),又是“應(yīng)用至上”的落腳點(diǎn),應(yīng)用效果是檢驗(yàn)建設(shè)成效的主要標(biāo)準(zhǔn)。但是在水利業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)上,由于沒有標(biāo)準(zhǔn)來規(guī)范業(yè)務(wù)應(yīng)用分析以及系統(tǒng)開發(fā)的整個(gè)過程,各業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)就會(huì)出現(xiàn)兼容性弱、互操作困難和擴(kuò)展性不強(qiáng)的問題。②智慧水利系統(tǒng)建設(shè)完后,如何評(píng)價(jià)以數(shù)字孿生水利為核心構(gòu)建的智慧水利所發(fā)揮的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、生態(tài)效益以及所具有的準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性、安全性、易用性等性能,服務(wù)于智慧水利的升級(jí)迭代和優(yōu)化提升。因此,需要智慧水利的評(píng)價(jià)、網(wǎng)絡(luò)安全、建設(shè)與運(yùn)行管理等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)來規(guī)范運(yùn)行管理工作。

針對(duì)上述智慧水利實(shí)施前“如何認(rèn)識(shí)智慧水利”,實(shí)施中“如何建設(shè)智慧水利”、實(shí)施后“如何評(píng)價(jià)智慧水利應(yīng)用成效”等階段的不同需求,迫切需要建立智慧水利標(biāo)準(zhǔn)體系。

2 智慧水利標(biāo)準(zhǔn)體系形成的基本原則

智慧水利標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)應(yīng)遵循以下原則[36]:

1)標(biāo)準(zhǔn)體系表要全面成套。構(gòu)建全面成套的智慧水利標(biāo)準(zhǔn)體系表能夠充分體現(xiàn)智慧水利的整體性和系統(tǒng)性,抓住智慧水利建設(shè)的主要環(huán)節(jié)以及制約建設(shè)成效的主要矛盾,明確標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)的主攻方向。智慧水利標(biāo)準(zhǔn)體系是系列標(biāo)準(zhǔn)制定的依據(jù)和基礎(chǔ),它將具體標(biāo)準(zhǔn)作為實(shí)施手段和措施來完成標(biāo)準(zhǔn)體系的構(gòu)建。智慧水利標(biāo)準(zhǔn)體系表制定既要包括現(xiàn)有高新技術(shù)和未來發(fā)展高新技術(shù)的新標(biāo)準(zhǔn),又要包含已有標(biāo)準(zhǔn)的高新技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展部分。

2)標(biāo)準(zhǔn)體系層次結(jié)構(gòu)恰當(dāng)。智慧水利是按照水利業(yè)務(wù)邏輯和信息理論指導(dǎo)構(gòu)建,在架構(gòu)上做到邏輯合理、層次結(jié)構(gòu)清晰,因此每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)按照信息功能安排在合理層次上,制定科學(xué)、合理和簡化的標(biāo)準(zhǔn)體系,避免標(biāo)準(zhǔn)體系的重復(fù)、混亂甚至矛盾與不統(tǒng)一。標(biāo)準(zhǔn)體系明細(xì)表內(nèi)不同領(lǐng)域或不同分系統(tǒng)間的劃分不能按照行政系統(tǒng)進(jìn)行劃分,應(yīng)按照水利業(yè)務(wù)活動(dòng)和信息技術(shù)性質(zhì)的同一性進(jìn)行劃分。

3)適當(dāng)保護(hù)先行者的利益。由于社會(huì)經(jīng)濟(jì)條件不同,發(fā)達(dá)地區(qū)的智慧水利項(xiàng)目實(shí)施通常超前標(biāo)準(zhǔn)制定若干年,這些先頒布標(biāo)準(zhǔn)難免會(huì)與既存事實(shí)相抵觸,系統(tǒng)中的不兼容設(shè)備也不能立即替換掉,否則會(huì)影響已開展工作者的利益。因此,標(biāo)準(zhǔn)化體系研究和標(biāo)準(zhǔn)的制定工作應(yīng)在條件允許的情況下盡可能將損失減到最小。

4)兼顧水利信息化標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀,盡量采用國家已制定的標(biāo)準(zhǔn)。智慧水利是信息通信技術(shù)(Information and Communication Technology,ICT)深入融合的領(lǐng)域,ICT在很多領(lǐng)域已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化。傳統(tǒng)水利領(lǐng)域也有許多已經(jīng)或正在制定的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),故制定智慧水利標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)盡可能兼顧水利信息化已有標(biāo)準(zhǔn)以及相關(guān)的國際標(biāo)準(zhǔn)和國家標(biāo)準(zhǔn),同時(shí),還應(yīng)根據(jù)智慧水利建設(shè)的實(shí)際需求制定一些急需的關(guān)鍵標(biāo)準(zhǔn)。

5)短時(shí)間難以制定出具體標(biāo)準(zhǔn)而又非常重要的領(lǐng)域可以制定指導(dǎo)性技術(shù)文件。智慧水利是一個(gè)復(fù)雜的大系統(tǒng),服務(wù)領(lǐng)域多,功能要求多樣,牽涉非常廣泛的技術(shù)領(lǐng)域,盡管已有成熟的標(biāo)準(zhǔn)可供采用,但是如何達(dá)到數(shù)字孿生的嚴(yán)格水準(zhǔn),尚無規(guī)范可遵循。如果各地區(qū)智慧水利項(xiàng)目按需制定各自項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn),就會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)可擴(kuò)展性很差,難以保障全國范圍內(nèi)跨層級(jí)、跨部門、跨系統(tǒng)之間的兼容性,數(shù)據(jù)充分利用與共享也會(huì)成為“空中樓閣”。如果標(biāo)準(zhǔn)制定滯后很多年,那時(shí)各地智慧水利項(xiàng)目已形成規(guī)?；?yīng),標(biāo)準(zhǔn)的強(qiáng)制執(zhí)行不僅不能改變既成事實(shí),還將導(dǎo)致重復(fù)建設(shè)和無可挽回的損失。因此,對(duì)于短期內(nèi)急需卻很難較快地制定標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)鍵領(lǐng)域,可以先根據(jù)體系結(jié)構(gòu)制定出一些基本的原則或指導(dǎo)性技術(shù)文件供生產(chǎn)者、集成商參考。在實(shí)施過程中,通過積累經(jīng)驗(yàn)和厘清技術(shù)細(xì)節(jié),再以發(fā)布的基本原則或指導(dǎo)性文件為基礎(chǔ),制定詳細(xì)且可操作的標(biāo)準(zhǔn)。

3 智慧水利標(biāo)準(zhǔn)體系框架

3.1 智慧水利總體框架的演變

對(duì)智慧水利總體框架的認(rèn)識(shí)也是逐步發(fā)展的。水利部印發(fā)的《智慧水利頂層設(shè)計(jì)》和《“十四五”智慧水利建設(shè)規(guī)劃》《數(shù)字孿生流域建設(shè)技術(shù)大綱(試行)》所提出的智慧水利總體框架,均是以數(shù)字孿生流域?yàn)楹诵摹ｋS著實(shí)踐工作的推進(jìn),已形成了數(shù)字孿生流域、數(shù)字孿生水網(wǎng)、數(shù)字孿生水利工程、數(shù)字孿生灌區(qū)等組成的數(shù)字孿生水利體系。那么,以數(shù)字孿生流域?yàn)楹诵牡闹腔鬯傮w框架[10]就演變?yōu)橐詳?shù)字孿生水利(包括數(shù)字孿生流域、數(shù)字孿生水網(wǎng)、數(shù)字孿生水利工程、數(shù)字孿生灌區(qū)[37]等)為核心的智慧水利總體框架,如圖1所示。

圖1 智慧水利總體框架演變

表4—7分別給出了數(shù)字孿生流域、數(shù)字孿生水網(wǎng)、數(shù)字孿生水利工程、數(shù)字孿生灌區(qū)的框架組成。從框架來看,四者均包括了信息化基礎(chǔ)設(shè)施和數(shù)字孿生平臺(tái)兩部分內(nèi)容,同時(shí)兼顧了業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)的建設(shè)。但是在數(shù)字孿生平臺(tái)、信息化基礎(chǔ)設(shè)施一級(jí)分類下,二級(jí)分類存在差異。

表4 數(shù)字孿生流域框架內(nèi)容

表5 數(shù)字孿生水網(wǎng)框架內(nèi)容

表6 數(shù)字孿生水利工程框架組成

表7 數(shù)字孿生灌區(qū)框架組成

1)數(shù)字孿生平臺(tái)辨析。四者的數(shù)字孿生平臺(tái)均包括了數(shù)據(jù)、模型、知識(shí)三要素。關(guān)于數(shù)據(jù)要素的表達(dá),四者均用詞“數(shù)據(jù)底板”。關(guān)于模型和知識(shí)要素,數(shù)字孿生流域、數(shù)字孿生水網(wǎng)分別用詞“模型平臺(tái)”和“知識(shí)平臺(tái)”,數(shù)字孿生水利工程、數(shù)字孿生灌區(qū)則分別用詞“模型庫”和“知識(shí)庫”,雖然用詞不同,但是表達(dá)的意思相似。

2)信息化基礎(chǔ)設(shè)施辨析。在信息化基礎(chǔ)設(shè)施內(nèi)容方面,數(shù)字孿生流域用詞“水利感知網(wǎng)”“水利信息網(wǎng)”和“水利云”;數(shù)字孿生水網(wǎng)用詞“監(jiān)測(cè)感知”“通信網(wǎng)絡(luò)”“遠(yuǎn)程集控”“計(jì)算存儲(chǔ)”“應(yīng)用支撐”“調(diào)度指揮實(shí)體環(huán)境”;數(shù)字孿生水利工程用詞“監(jiān)測(cè)感知”“通信網(wǎng)絡(luò)”“工程自動(dòng)化控制”“信息基礎(chǔ)環(huán)境”;數(shù)字孿生灌區(qū)用詞“立體感知”“自動(dòng)控制”“支撐保障”。

上述用詞雖然不同,包括的內(nèi)容卻非常相似。四者均包括“監(jiān)測(cè)感知”“通信網(wǎng)絡(luò)”“計(jì)算存儲(chǔ)”“調(diào)度會(huì)商”等內(nèi)容。①關(guān)于“監(jiān)測(cè)感知”內(nèi)容,數(shù)字孿生流域用詞“水利感知網(wǎng)”,數(shù)字孿生水網(wǎng)用詞“監(jiān)測(cè)感知”,數(shù)字孿生水利工程用詞“監(jiān)測(cè)感知”,數(shù)字孿生灌區(qū)用詞“立體感知”。②關(guān)于“通信網(wǎng)絡(luò)”,數(shù)字孿生流域用詞“水利信息網(wǎng)”,其他三者用詞“通信網(wǎng)絡(luò)”,其中數(shù)字孿生灌區(qū)將其作為“支撐保障”的一部分。③關(guān)于“計(jì)算存儲(chǔ)”內(nèi)容,數(shù)字孿生流域?qū)⑵渥鳛椤八啤钡囊徊糠?數(shù)字孿生水利工程將其作為“信息基礎(chǔ)環(huán)境”的一部分,數(shù)字孿生灌區(qū)將其作為“支撐保障”的一部分。④關(guān)于“調(diào)度會(huì)商”內(nèi)容,數(shù)字孿生流域?qū)⑵渥鳛椤八啤钡囊徊糠?數(shù)字孿生水網(wǎng)用詞“調(diào)度指揮實(shí)體環(huán)境”,數(shù)字孿生水利工程將其作為“信息基礎(chǔ)環(huán)境”的一部分,數(shù)字孿生灌區(qū)將其作為“支撐保障”的一部分。這些共性要素可以納入數(shù)字孿生水利體系框架。

“自動(dòng)控制”為數(shù)字孿生水網(wǎng)、數(shù)字孿生水利工程、數(shù)字孿生灌區(qū)的重要內(nèi)容,同時(shí)為物理流域的對(duì)象組成,但其在數(shù)字孿生流域沒有體現(xiàn)。鑒于工程自動(dòng)控制是水流調(diào)控的重要內(nèi)容,也是水利工作的重要組成部分,因此,有必要將“自動(dòng)控制”納入數(shù)字孿生水利體系框架。

“應(yīng)用支撐”為公共支撐的組件和工具,是數(shù)字孿生水網(wǎng)和數(shù)字孿生灌區(qū)的建設(shè)內(nèi)容。雖然數(shù)字孿生流域和數(shù)字孿生水利工程沒有提到它,但是鑒于“應(yīng)用支撐”是傳統(tǒng)水利信息化系統(tǒng)的重要組成部分,為了整合該項(xiàng)內(nèi)容,將“應(yīng)用支撐”納入數(shù)字孿生水利體系框架。

其他的內(nèi)容,如數(shù)字孿生流域“水利云”的“視頻會(huì)議”、數(shù)字孿生水網(wǎng)“調(diào)度指揮環(huán)境”的“融合通信系統(tǒng)”“視頻會(huì)議系統(tǒng)”“集成顯示系統(tǒng)”“聯(lián)合值班環(huán)境”等均可納入“調(diào)度會(huì)商”。數(shù)字孿生水利工程“信息基礎(chǔ)環(huán)境”的“機(jī)房環(huán)境”可納入“計(jì)算存儲(chǔ)”,作為計(jì)算存儲(chǔ)建設(shè)的環(huán)境要求。數(shù)字孿生流域“水利云”的“高性能計(jì)算”“人工智能計(jì)算”可以納入“計(jì)算存儲(chǔ)”。

3)業(yè)務(wù)應(yīng)用辨析。從表4—7可以看出,由于業(yè)務(wù)視角不同,數(shù)字孿生流域、數(shù)字孿生水網(wǎng)、數(shù)字孿生水利工程、數(shù)字孿生灌區(qū)等具體的應(yīng)用有所差異,但仍然在水利職責(zé)范圍內(nèi)。

3.2 以數(shù)字孿生水利為核心的標(biāo)準(zhǔn)框架

通過總結(jié)水利信息化和數(shù)字孿生標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展現(xiàn)狀以及分析智慧水利建設(shè)的認(rèn)知、研究、應(yīng)用等方面的標(biāo)準(zhǔn)需求,堅(jiān)持智慧水利標(biāo)準(zhǔn)體系形成基本原則,根據(jù)上述演變后的智慧水利框架,設(shè)計(jì)了由基礎(chǔ)共性標(biāo)準(zhǔn)、信息化基礎(chǔ)設(shè)施標(biāo)準(zhǔn)、數(shù)字孿生平臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)、業(yè)務(wù)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)、網(wǎng)絡(luò)安全標(biāo)準(zhǔn)、建設(shè)與運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)等各項(xiàng)子標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)成的以數(shù)字孿生水利為核心的智慧水利標(biāo)準(zhǔn)體系框架,如圖2所示。

1)基礎(chǔ)共性標(biāo)準(zhǔn)。包括智慧水利術(shù)語、智慧水利參考架構(gòu)、水利對(duì)象和信息分類與編碼、水利對(duì)象標(biāo)識(shí)、智慧水利評(píng)價(jià)導(dǎo)則、智慧水利標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用指南6部分,是用來規(guī)范智慧水利涉及的概念定義和符號(hào)、智慧水利總體框架、智慧水利業(yè)務(wù)框架、信息化基礎(chǔ)設(shè)施框架、水利數(shù)據(jù)底板框架、水利模型框架、水利知識(shí)框架、智慧水利業(yè)務(wù)應(yīng)用框架、網(wǎng)絡(luò)安全框架、保障體系框架、水利對(duì)象分類、水利信息分類、水利對(duì)象數(shù)字化標(biāo)識(shí)、評(píng)價(jià)指標(biāo)、評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)、評(píng)價(jià)方法等的基礎(chǔ)性、通用性標(biāo)準(zhǔn)。

2)信息化基礎(chǔ)設(shè)施標(biāo)準(zhǔn)。包括數(shù)字孿生水利的水利監(jiān)測(cè)感知標(biāo)準(zhǔn)、水利工程控制標(biāo)準(zhǔn)、水利信息網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)、水利云標(biāo)準(zhǔn)、水利調(diào)度會(huì)商標(biāo)準(zhǔn)5部分,用于規(guī)范智慧水利的感知站點(diǎn)布設(shè)、感知設(shè)備接入、感知設(shè)備管理、業(yè)務(wù)網(wǎng)、政務(wù)網(wǎng)、計(jì)算、存儲(chǔ)等信息化基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。

3)數(shù)字孿生平臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)。包括數(shù)字孿生水利的數(shù)據(jù)底板標(biāo)準(zhǔn)、水利模型平臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)、水利知識(shí)平臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)、映射與交互、孿生資源服務(wù)5部分,用于規(guī)范智慧水利的數(shù)據(jù)共享、模型協(xié)同以及知識(shí)交互。

4)業(yè)務(wù)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)。包括智慧水利應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)涉及的業(yè)務(wù)流程標(biāo)準(zhǔn)、業(yè)務(wù)“四預(yù)”標(biāo)準(zhǔn)、系統(tǒng)開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)、系統(tǒng)部署和遷移標(biāo)準(zhǔn)、人機(jī)交互標(biāo)準(zhǔn)5部分,用于規(guī)范流域防洪系統(tǒng)、水資源管理與調(diào)配系統(tǒng)等“2+N”業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)、迭代及優(yōu)化。

5)網(wǎng)絡(luò)安全標(biāo)準(zhǔn)。包括智慧水利的水利數(shù)據(jù)安全、水利信息系統(tǒng)安全、水利信息安全管理、水利信息基礎(chǔ)設(shè)施防護(hù)4部分,用于規(guī)范信息化基礎(chǔ)設(shè)施、數(shù)字孿生平臺(tái)、業(yè)務(wù)應(yīng)用各層級(jí)及相互之間的安全保障以及人員安全操作。

6)建設(shè)與運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)。包括智慧水利的規(guī)劃設(shè)計(jì)、建設(shè)實(shí)施、運(yùn)行管理、評(píng)估改進(jìn)4部分,用于規(guī)范智慧水利建設(shè)和運(yùn)行過程中技術(shù)、方法、流程、創(chuàng)新等方面要求。

4 智慧水利標(biāo)準(zhǔn)體系

4.1 標(biāo)準(zhǔn)體系結(jié)構(gòu)

智慧水利標(biāo)準(zhǔn)體系由基礎(chǔ)共性標(biāo)準(zhǔn)、信息化基礎(chǔ)設(shè)施標(biāo)準(zhǔn)、數(shù)字孿生平臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)、業(yè)務(wù)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)、網(wǎng)絡(luò)安全標(biāo)準(zhǔn)、建設(shè)與運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)等智慧水利的各項(xiàng)子標(biāo)準(zhǔn)體系組成,其體系結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 智慧水利標(biāo)準(zhǔn)體系結(jié)構(gòu)

4.2 基礎(chǔ)共性標(biāo)準(zhǔn)

1)術(shù)語與定義標(biāo)準(zhǔn)。主要用于規(guī)范智慧水利的信息化基礎(chǔ)設(shè)施、數(shù)字孿生平臺(tái)、業(yè)務(wù)應(yīng)用、網(wǎng)絡(luò)安全、保障體系各部分內(nèi)容涉及的標(biāo)準(zhǔn)化的術(shù)語及相應(yīng)縮略語與定義,為準(zhǔn)確理解智慧水利概念以及制定其他各部分標(biāo)準(zhǔn)提供支撐。

2)水利對(duì)象和信息分類與編碼標(biāo)準(zhǔn)。主要用于規(guī)范對(duì)象的分類及其代碼的編制,以及每類對(duì)象特征信息的分類及其代碼的編制。規(guī)范對(duì)象和信息的分類與代碼,主要解決信息語義的一致性問題。水利部已頒布了分類與編碼的系列標(biāo)準(zhǔn)[38]。在此基礎(chǔ)上,分析系列標(biāo)準(zhǔn)并對(duì)不適合數(shù)字孿生水利建設(shè)的內(nèi)容進(jìn)行修訂,對(duì)沒有的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行新編。

3)水利對(duì)象標(biāo)識(shí)標(biāo)準(zhǔn)。主要用于規(guī)范江河湖泊、水利工程、水利治理管理活動(dòng)對(duì)象的數(shù)字標(biāo)識(shí)編碼、標(biāo)識(shí)采集、標(biāo)識(shí)識(shí)讀、標(biāo)識(shí)解析、標(biāo)識(shí)注冊(cè)、標(biāo)識(shí)管理等的相關(guān)要求。該類標(biāo)準(zhǔn)以《水利對(duì)象分類與編碼總則》(SL/T 213—2020)為基礎(chǔ)進(jìn)行制定[38]。

4)參考架構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)。主要用于規(guī)范智慧水利總體框架、技術(shù)架構(gòu)、業(yè)務(wù)架構(gòu)、信息化基礎(chǔ)設(shè)施架構(gòu)、數(shù)據(jù)底板架構(gòu)、模型平臺(tái)架構(gòu)、知識(shí)平臺(tái)架構(gòu)、業(yè)務(wù)應(yīng)用架構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)安全架構(gòu)等,為智慧水利可持續(xù)建設(shè)提供基礎(chǔ)。

5)評(píng)價(jià)導(dǎo)則。主要用于規(guī)范智慧水利評(píng)價(jià)指標(biāo)(以評(píng)價(jià)孿生度為核心)的基本構(gòu)成、指標(biāo)說明、評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)、計(jì)算方法和權(quán)重設(shè)定,為揭示水利建設(shè)中的短板弱項(xiàng)、樹立智慧水利建設(shè)標(biāo)桿發(fā)揮引領(lǐng)作用,引導(dǎo)智慧水利始終向著正確、健康方向發(fā)展。

6)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用指南。主要用于對(duì)智慧水利基礎(chǔ)共性標(biāo)準(zhǔn)、信息化基礎(chǔ)設(shè)施標(biāo)準(zhǔn)、數(shù)字孿生平臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)、業(yè)務(wù)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)、網(wǎng)絡(luò)安全標(biāo)準(zhǔn)、建設(shè)與運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)等的編制背景與意義、編制過程及標(biāo)準(zhǔn)使用應(yīng)注意的問題進(jìn)行說明,以切實(shí)發(fā)揮好標(biāo)準(zhǔn)對(duì)智慧水利發(fā)展的支撐和引領(lǐng)作用。

4.3 信息化基礎(chǔ)設(shè)施標(biāo)準(zhǔn)

4.3.1 水利監(jiān)測(cè)感知標(biāo)準(zhǔn)

主要對(duì)智慧水利的傳統(tǒng)水利監(jiān)測(cè)站網(wǎng)、新型水利監(jiān)測(cè)網(wǎng)、感知設(shè)備接入、感知邊緣端協(xié)作等方面進(jìn)行規(guī)范。相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及主要內(nèi)容如下。

1)傳統(tǒng)水利監(jiān)測(cè)站網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)。主要用于規(guī)范利用傳統(tǒng)水利監(jiān)測(cè)方式對(duì)江河湖泊、水利工程、水利治理管理活動(dòng)對(duì)象進(jìn)行監(jiān)測(cè)的監(jiān)測(cè)感知站點(diǎn)布設(shè)布局、監(jiān)測(cè)設(shè)備性能、監(jiān)測(cè)要素、監(jiān)測(cè)頻次、通信接口和協(xié)議、傳輸方式、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、質(zhì)量控制等的相關(guān)技術(shù)要求。

2)新型水利監(jiān)測(cè)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)。主要用于規(guī)范雨量雷達(dá)監(jiān)測(cè)、衛(wèi)星遙感觀測(cè)(如可業(yè)務(wù)化應(yīng)用的地表水體衛(wèi)星遙感監(jiān)測(cè))、無人機(jī)遙感觀測(cè)、高清視頻監(jiān)測(cè)監(jiān)控、無人船使用、地面機(jī)器人使用、水下機(jī)器人使用、衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)應(yīng)用等新型水利監(jiān)測(cè)網(wǎng)的相關(guān)技術(shù)要求。

3)感知設(shè)備接入標(biāo)準(zhǔn)。主要用于規(guī)范江河湖泊、水利工程和水利活動(dòng)對(duì)象的感知設(shè)備的感知位置、感知對(duì)象、感知要素、接入方式、接入通信協(xié)議、協(xié)議適配等的相關(guān)要求。

4)感知端邊緣計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)。主要用于規(guī)范水利感知端邊緣計(jì)算的系統(tǒng)與功能架構(gòu)、邊緣計(jì)算節(jié)點(diǎn)設(shè)備、邊緣計(jì)算節(jié)點(diǎn)接入接口、邊緣計(jì)算數(shù)據(jù)管理、邊緣計(jì)算服務(wù)接口等的相關(guān)要求。

5)感知設(shè)備管理標(biāo)準(zhǔn)。主要用于規(guī)范智慧水利感知設(shè)備的連接、設(shè)備管理、設(shè)備監(jiān)控告警、設(shè)備規(guī)則引擎等物聯(lián)管理,傳感網(wǎng)絡(luò)管理、感知管理、邊緣決策等邊緣管理,以及設(shè)備數(shù)據(jù)上報(bào)、設(shè)備狀態(tài)上報(bào)、平臺(tái)命令下發(fā)等的相關(guān)要求[39]。

4.3.2 水利工程控制標(biāo)準(zhǔn)

水利工程控制標(biāo)準(zhǔn)主要對(duì)各類工程建設(shè)控制設(shè)施設(shè)備性能、設(shè)備接入、設(shè)備控制、設(shè)備管理等進(jìn)行規(guī)范。

1)自動(dòng)控制設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)。主要用于規(guī)范蓄水工程、引水工程、提水工程、調(diào)水工程、輸配水工程等的控制設(shè)備的功能、性能等相關(guān)要求。關(guān)鍵設(shè)備要滿足自主可控的要求。

2)工程控制設(shè)備接入標(biāo)準(zhǔn)。主要用于規(guī)范工程控制設(shè)備的控制位置、控制對(duì)象、控制要素、接入方式、接入通信協(xié)議、協(xié)議適配等的相關(guān)要求。

3)工程控制指令執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)。主要用于規(guī)范工程設(shè)備運(yùn)行控制的指令接入(包括指令接口、指令格式識(shí)別轉(zhuǎn)換、指令校驗(yàn)審核、指令發(fā)布或執(zhí)行權(quán)限等)、指令響應(yīng)性能(包括指令響應(yīng)時(shí)間、指令執(zhí)行效率、時(shí)序同步等)、指令有效性能(如指令執(zhí)行的精度、穩(wěn)定性等)等的相關(guān)要求[23]。

4)工程控制設(shè)備管理標(biāo)準(zhǔn)。主要用于規(guī)范智慧水利控制設(shè)備的連接、設(shè)備管理、設(shè)備監(jiān)控告警、設(shè)備規(guī)則引擎等物聯(lián)管理,以及設(shè)備數(shù)據(jù)上報(bào)、設(shè)備狀態(tài)上報(bào)、平臺(tái)命令下發(fā)執(zhí)行等的相關(guān)要求[39]。

4.3.3 水利信息網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)

主要對(duì)智慧水利的水利業(yè)務(wù)網(wǎng)、水利工控網(wǎng)相關(guān)技術(shù)要求進(jìn)行規(guī)范。相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及主要內(nèi)容如下。

1)水利業(yè)務(wù)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)。主要用于規(guī)范智慧水利業(yè)務(wù)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)層次、網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)鏈路、網(wǎng)絡(luò)帶寬、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備選型、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、網(wǎng)絡(luò)管理、網(wǎng)絡(luò)測(cè)試等相關(guān)要求[40-41],以及水利業(yè)務(wù)網(wǎng)與電子政務(wù)外網(wǎng)融合的技術(shù)要求[42];同時(shí)規(guī)范感知設(shè)備、模型、知識(shí)、服務(wù)與數(shù)據(jù)庫之間的數(shù)據(jù)傳輸相關(guān)技術(shù)要求,包括傳輸協(xié)議、傳輸實(shí)時(shí)性、傳輸可靠性、傳輸安全等。該標(biāo)準(zhǔn)在《水利業(yè)務(wù)網(wǎng)建設(shè)技術(shù)指南》和《水利信息網(wǎng)建設(shè)指南》(SL 434—2008)內(nèi)容基礎(chǔ)上進(jìn)行修訂完善,升級(jí)為行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

2)水利工控網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)。主要用于規(guī)范智慧水利的水利工控網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)鏈路、網(wǎng)絡(luò)帶寬、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備選擇、網(wǎng)絡(luò)通信接口、網(wǎng)絡(luò)通信規(guī)約、網(wǎng)絡(luò)通信質(zhì)量保障性、通信性能、網(wǎng)絡(luò)功能等相關(guān)技術(shù)要求[43-44];同時(shí)規(guī)范感知設(shè)備、模型、知識(shí)、服務(wù)與數(shù)據(jù)庫之間的數(shù)據(jù)傳輸相關(guān)技術(shù)要求,包括傳輸實(shí)時(shí)性、傳輸可靠性、傳輸安全等。

4.3.4 水利云標(biāo)準(zhǔn)

水利云標(biāo)準(zhǔn)主要對(duì)智慧水利的水利云基礎(chǔ)設(shè)施、水利云資源管理、水利信息系統(tǒng)部署和遷移等進(jìn)行規(guī)范。

1)水利云基礎(chǔ)設(shè)施標(biāo)準(zhǔn)。主要用于規(guī)范智慧水利的水利云基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的基本原則、總體架構(gòu)和功能架構(gòu)、計(jì)算存儲(chǔ)、通信網(wǎng)絡(luò)、操作系統(tǒng)、應(yīng)用支撐中間件、虛擬化軟件、運(yùn)行性能、運(yùn)維、容災(zāi)等的相關(guān)要求[45-49]。

2)水利云應(yīng)用支撐標(biāo)準(zhǔn)。主要用于規(guī)范一張圖、地理信息、視頻監(jiān)控、數(shù)據(jù)庫、統(tǒng)一門戶、統(tǒng)一用戶、移動(dòng)服務(wù)等智慧水利使用的公共支撐工具和平臺(tái)。

3)水利云資源管理標(biāo)準(zhǔn)。主要用于規(guī)范智慧水利的水利云計(jì)算資源、水利云存儲(chǔ)資源、水利云網(wǎng)絡(luò)資源、水利云資源接口、水利云資源使用維護(hù)等的相關(guān)要求[50]。

4.3.5 水利調(diào)度會(huì)商標(biāo)準(zhǔn)

1)水利視頻會(huì)商系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)。主要用于規(guī)范視頻會(huì)商系統(tǒng)的系統(tǒng)組成、系統(tǒng)布局、功能要求、性能要求、安全性要求、環(huán)境要求等[51]。

2)水利調(diào)度指揮系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)。主要用于規(guī)范水利調(diào)度指揮系統(tǒng)的基本構(gòu)成、基本功能及主要性能要求、基指建設(shè)內(nèi)容及要求、前指裝備構(gòu)成及要求。

3)水利集控系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)。主要用于規(guī)范集控系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)功能、技術(shù)原則、控制模式、系統(tǒng)接口、系統(tǒng)性能、電源設(shè)備、電磁兼容與雷電防護(hù)、機(jī)房環(huán)境等的技術(shù)要求[52]。

4.4 數(shù)字孿生平臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)

4.4.1 數(shù)據(jù)底板標(biāo)準(zhǔn)

數(shù)據(jù)底板標(biāo)準(zhǔn)主要是對(duì)數(shù)字孿生水利所涉及的水利數(shù)據(jù)資源體系、水利數(shù)據(jù)模型描述、水利數(shù)據(jù)治理、水利數(shù)據(jù)融合與服務(wù)過程進(jìn)行規(guī)范。

1)水利數(shù)據(jù)資源體系標(biāo)準(zhǔn)。主要用于規(guī)范水利基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)管理數(shù)據(jù)、地理空間數(shù)據(jù)等的數(shù)據(jù)資源構(gòu)成、數(shù)據(jù)詞典、數(shù)據(jù)目錄、數(shù)據(jù)分級(jí)分類、數(shù)據(jù)表結(jié)構(gòu)、編碼標(biāo)識(shí)等要求。

2)水利數(shù)據(jù)模型描述標(biāo)準(zhǔn)。主要規(guī)范水利基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)管理數(shù)據(jù)、地理空間數(shù)據(jù)等的核心數(shù)據(jù)模型、語義本體模型、數(shù)據(jù)組織、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)格式、元數(shù)據(jù)等要求,為水利數(shù)據(jù)概念模型、邏輯模型和物理模型的設(shè)計(jì)和管理提供指導(dǎo)和依據(jù)。

3)水利數(shù)據(jù)采集規(guī)范。主要用于規(guī)范數(shù)據(jù)采集過程、數(shù)據(jù)采集內(nèi)容、數(shù)據(jù)采集技術(shù)、數(shù)據(jù)采集質(zhì)量控制、數(shù)據(jù)采集安全控制等相關(guān)要求,指導(dǎo)從數(shù)據(jù)源中得到原始數(shù)據(jù),通過標(biāo)準(zhǔn)化處理轉(zhuǎn)化為滿足共享與利用需求的數(shù)據(jù)。

4)水利數(shù)據(jù)存儲(chǔ)規(guī)范。主要用于規(guī)范對(duì)水利結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)、半結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)、非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)和管理的相關(guān)要求。

5)水利數(shù)據(jù)治理規(guī)范。主要用于規(guī)范水利基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)管理數(shù)據(jù)、地理空間數(shù)據(jù)等的主數(shù)據(jù)管理、元數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)質(zhì)量管理、數(shù)據(jù)使用授權(quán)管控、數(shù)據(jù)隱私與風(fēng)險(xiǎn)安全管控、數(shù)據(jù)資產(chǎn)管理、數(shù)據(jù)利用管理、數(shù)據(jù)共享與開放分級(jí)分類管理、有效治理與利用評(píng)估、數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)管理、數(shù)據(jù)測(cè)評(píng)管理等的相關(guān)要求。

6)水利數(shù)據(jù)融合標(biāo)準(zhǔn)。主要用于規(guī)范水利基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)管理數(shù)據(jù)、地理空間數(shù)據(jù)等的接入?yún)R聚、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)[53-57]、數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)、數(shù)據(jù)解析、數(shù)據(jù)建模、數(shù)據(jù)清洗、數(shù)據(jù)融合、數(shù)據(jù)分析挖掘、數(shù)據(jù)安全處理、數(shù)據(jù)服務(wù)封裝、數(shù)據(jù)服務(wù)消費(fèi)等要求。

7)水利數(shù)據(jù)開放共享標(biāo)準(zhǔn)。主要用于規(guī)范智慧水利數(shù)據(jù)開放共享的基本模式、業(yè)務(wù)需求、特征和技術(shù)要求等,指導(dǎo)數(shù)據(jù)擁有方將數(shù)據(jù)向政府政務(wù)部門、企業(yè)單位和社會(huì)公眾等相關(guān)方開放,以及在一定的條件下共同使用。

8)水利數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)。主要用于規(guī)范智慧水利數(shù)據(jù)交換的交換機(jī)制、交換體系、交換流程、交換方式、交換技術(shù)規(guī)定、適配器開放要求、交換協(xié)議、相關(guān)編碼規(guī)則、質(zhì)量控制與安全、保障機(jī)制等方面的技術(shù)要求,指導(dǎo)部門間、地域間、層級(jí)間各類數(shù)據(jù)的共享、協(xié)調(diào)一致。該類標(biāo)準(zhǔn)在水利行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《水利數(shù)據(jù)交換規(guī)約》(SL/T 783—2019)和《水利空間數(shù)據(jù)交換協(xié)議》(SL/T 797—2020)基礎(chǔ)上補(bǔ)充、修改和完善而成。

9)水利數(shù)據(jù)服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)。主要用于規(guī)范智慧水利數(shù)據(jù)服務(wù)的接口、交互協(xié)議、能力開放等,明確數(shù)據(jù)服務(wù)的形式、內(nèi)容、質(zhì)量等。

4.4.2 模型平臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)

模型平臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)主要是對(duì)智慧水利所涉及的水利專業(yè)模型(包括機(jī)理模型、數(shù)理統(tǒng)計(jì)模型、混合模型)、智能識(shí)別模型(包括視頻識(shí)別模型、語音識(shí)別模型、遙感識(shí)別模型)、可視化模型(包括自然背景、流場(chǎng)動(dòng)態(tài)、水利工程、機(jī)電設(shè)備)的建立和使用過程以及模擬仿真引擎技術(shù)要求進(jìn)行規(guī)范。

1)水利專業(yè)模型標(biāo)準(zhǔn)。主要用于規(guī)范數(shù)字孿生流域、數(shù)字孿生水網(wǎng)、數(shù)字孿生水利工程、數(shù)字孿生灌區(qū)等中的水文模型、水資源模型、水生態(tài)環(huán)境模型、水力學(xué)模型、泥沙動(dòng)力學(xué)模型、水土保持模型、水利工程安全模型等水利專業(yè)模型的分類與描述、封裝與組裝、驗(yàn)證與評(píng)估、部署與測(cè)試、運(yùn)行與管理、發(fā)布與服務(wù)等相關(guān)技術(shù)要求。

2)智能識(shí)別模型標(biāo)準(zhǔn)。主要用于規(guī)范數(shù)字孿生流域、數(shù)字孿生水網(wǎng)、數(shù)字孿生水利工程、數(shù)字孿生灌區(qū)等所涉及的遙感識(shí)別、視頻識(shí)別、語音識(shí)別等模型的分類、建模、驗(yàn)證、使用與評(píng)估以及模型服務(wù)的相關(guān)技術(shù)要求。

3)可視化模型標(biāo)準(zhǔn)。主要用于規(guī)范數(shù)字孿生流域、數(shù)字孿生水網(wǎng)、數(shù)字孿生水利工程、數(shù)字孿生灌區(qū)等所涉及的自然背景、流場(chǎng)動(dòng)態(tài)、水利工程、機(jī)電設(shè)備等三維場(chǎng)景數(shù)據(jù)采集、三維模型建模、三維圖形渲染、實(shí)體映射等相關(guān)要求。該標(biāo)準(zhǔn)在水利部印發(fā)的《數(shù)字孿生流域可視化模型規(guī)范(試行)》基礎(chǔ)上,對(duì)試行過程發(fā)現(xiàn)的問題進(jìn)行修改,按照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)編制要求進(jìn)行完善,升級(jí)為正式標(biāo)準(zhǔn)。

4)模擬仿真引擎標(biāo)準(zhǔn)。主要用于規(guī)范能夠支撐不同業(yè)務(wù)、不同場(chǎng)景、不同目標(biāo)的數(shù)字孿生流域、數(shù)字孿生水網(wǎng)、數(shù)字孿生水利工程、數(shù)字孿生灌區(qū)等的模型靈活配置和調(diào)用的模型版本管理、參數(shù)配置、組合裝配、加載調(diào)用、計(jì)算跟蹤、訓(xùn)練優(yōu)化、模型迭代等服務(wù)的相關(guān)技術(shù)要求。

5)仿真推演標(biāo)準(zhǔn)。主要用于規(guī)范數(shù)字孿生仿真推演模型構(gòu)建與優(yōu)化、仿真任務(wù)管控、仿真推演結(jié)果驗(yàn)證、仿真推演體系建設(shè)等要求,以確保仿真推演成效與數(shù)字孿生運(yùn)行規(guī)律的一致性。

4.4.3 知識(shí)平臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)

知識(shí)平臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)主要對(duì)數(shù)字孿生流域、數(shù)字孿生水網(wǎng)、數(shù)字孿生水利工程、數(shù)字孿生灌區(qū)等所涉及的水利對(duì)象關(guān)聯(lián)關(guān)系知識(shí)、業(yè)務(wù)規(guī)則知識(shí)、歷史場(chǎng)景知識(shí)、專家經(jīng)驗(yàn)知識(shí)和預(yù)報(bào)調(diào)度知識(shí)等進(jìn)行規(guī)范。

1)水利對(duì)象關(guān)聯(lián)關(guān)系知識(shí)標(biāo)準(zhǔn)。主要用于規(guī)范江河湖泊、水利工程和水利對(duì)象治理管理活動(dòng)等實(shí)體、概念及其關(guān)系的分類、編碼、描述、抽取、對(duì)齊、融合、關(guān)聯(lián)等的相關(guān)要求。

2)水利業(yè)務(wù)規(guī)則知識(shí)標(biāo)準(zhǔn)。主要用于規(guī)范水利業(yè)務(wù)管理所需的相關(guān)法律法規(guī)、規(guī)章制度、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、管理辦法、規(guī)范規(guī)程等文檔內(nèi)容進(jìn)行結(jié)構(gòu)化處理、業(yè)務(wù)規(guī)則抽取、表示、管理、業(yè)務(wù)適配等的相關(guān)技術(shù)要求。

3)水利歷史場(chǎng)景知識(shí)標(biāo)準(zhǔn)。主要用于規(guī)范水利歷史場(chǎng)景知識(shí)的分類,以及對(duì)數(shù)據(jù)表格或文本記錄的歷史場(chǎng)景數(shù)據(jù)進(jìn)行典型時(shí)空屬性及特征指標(biāo)的抽取、融合、存儲(chǔ)和挖掘等的相關(guān)要求。

4)水利預(yù)報(bào)調(diào)度方案知識(shí)標(biāo)準(zhǔn)。主要用于規(guī)范特定業(yè)務(wù)場(chǎng)景下流域防洪、水資源調(diào)配等預(yù)報(bào)調(diào)度方案知識(shí)分類,以及對(duì)歷史典型洪水預(yù)報(bào)、水利工程調(diào)度過程記錄或以文本形式存儲(chǔ)的預(yù)報(bào)調(diào)度預(yù)案進(jìn)行知識(shí)抽取、融合、存儲(chǔ)、管理以及場(chǎng)景適配等的相關(guān)技術(shù)要求。

5)水利專家經(jīng)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。主要用于規(guī)范描述特定業(yè)務(wù)場(chǎng)景決策時(shí)的專家經(jīng)驗(yàn)知識(shí)分類,以及對(duì)通過文字、公式、圖形圖像等形式固化的專家經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行抽取、融合、存儲(chǔ)、挖掘以及業(yè)務(wù)適配等的相關(guān)技術(shù)要求。

6)水利知識(shí)圖譜。主要用于規(guī)范流域防洪、水資源管理與調(diào)配等水利業(yè)務(wù)知識(shí)圖譜框架構(gòu)建的數(shù)據(jù)來源、技術(shù)要求、基本功能要求、非功能要求等。

7)水利知識(shí)引擎。主要用于規(guī)范水利知識(shí)運(yùn)行環(huán)境、知識(shí)運(yùn)行配置、知識(shí)運(yùn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、知識(shí)更新、知識(shí)優(yōu)化、知識(shí)增刪改查等的相關(guān)技術(shù)要求。

4.4.4 映射與交互標(biāo)準(zhǔn)

映射與交互標(biāo)準(zhǔn)主要對(duì)信息化基礎(chǔ)設(shè)施中感知控制對(duì)象、數(shù)字孿生平臺(tái)數(shù)據(jù)底板、模型、知識(shí)以及服務(wù)之間的映射與交互進(jìn)行規(guī)范。

1)連接映射標(biāo)準(zhǔn)。主要用于規(guī)范數(shù)字孿生中感知控制設(shè)備、模型、知識(shí)、孿生服務(wù)與數(shù)據(jù)底板的連接映射的相關(guān)技術(shù)要求,包含連接方式、映射模型、映射字典、映射一致性評(píng)估、映射自適應(yīng)更新與優(yōu)化、映射關(guān)聯(lián)可視化等[58]。

2)數(shù)模聯(lián)動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)。主要用于規(guī)范數(shù)字孿生中數(shù)據(jù)底板與模型聯(lián)動(dòng)所要求的數(shù)模聯(lián)動(dòng)機(jī)制自適應(yīng)更新與優(yōu)化、數(shù)模聯(lián)動(dòng)一致性評(píng)估、時(shí)空狀態(tài)初始化、時(shí)域同步驅(qū)動(dòng)、數(shù)據(jù)同步交互等技術(shù)要求。

3)交互與集成標(biāo)準(zhǔn)。主要用于規(guī)范感知控制設(shè)備、模型、知識(shí)、孿生服務(wù)與數(shù)據(jù)底板之間的交互與集成的相關(guān)技術(shù)要求,如系統(tǒng)集成方法、系統(tǒng)集成運(yùn)行機(jī)制等。

4)連接測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)。規(guī)范感知控制設(shè)備、模型、知識(shí)、孿生服務(wù)與數(shù)據(jù)底板之間的連接測(cè)試的相關(guān)技術(shù)要求,包括連接兼容性測(cè)試、連接可靠性測(cè)試、連接時(shí)間敏感性測(cè)試、交互功能與性能測(cè)試、系統(tǒng)集成測(cè)試等。

4.4.5 孿生資源服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)

數(shù)字賦能服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)主要對(duì)數(shù)據(jù)、模型、功能、產(chǎn)品等服務(wù)描述模型、服務(wù)開發(fā)、服務(wù)部署、服務(wù)運(yùn)行、服務(wù)管理、服務(wù)質(zhì)量與測(cè)評(píng)進(jìn)行規(guī)范。

1)服務(wù)描述模型標(biāo)準(zhǔn)。規(guī)范數(shù)字孿生水利中服務(wù)描述模型建模的相關(guān)技術(shù)要求,包括建模規(guī)則、建模環(huán)境、建模語言、建模流程等。

2)服務(wù)開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)。規(guī)范服務(wù)開發(fā)的相關(guān)技術(shù)要求,包括功能描述、設(shè)計(jì)規(guī)范、開發(fā)環(huán)境、開發(fā)流程、服務(wù)封裝、服務(wù)模板庫等。

3)服務(wù)部署與運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)。規(guī)范數(shù)字孿生水利中服務(wù)部署及運(yùn)行的相關(guān)技術(shù)要求,包括部署要求、運(yùn)行環(huán)境、服務(wù)實(shí)例化、運(yùn)行監(jiān)測(cè)、服務(wù)協(xié)作、服務(wù)運(yùn)行容錯(cuò)等。

4)服務(wù)管理標(biāo)準(zhǔn)。規(guī)范服務(wù)全生命周期過程管理的相關(guān)技術(shù)要求,包括服務(wù)注冊(cè)、服務(wù)搜索、供需匹配、服務(wù)優(yōu)選、服務(wù)調(diào)度、服務(wù)組合、服務(wù)容錯(cuò)、服務(wù)協(xié)作等。

5)服務(wù)質(zhì)量與測(cè)評(píng)標(biāo)準(zhǔn)。規(guī)范數(shù)字孿生水利中服務(wù)質(zhì)量與測(cè)評(píng)的相關(guān)技術(shù)要求,包括時(shí)間、成本、信譽(yù)、滿意度、非功能服務(wù)質(zhì)量(包括可伸縮性、可擴(kuò)展性、可重用性、魯棒性、可測(cè)試性)等。

4.5 業(yè)務(wù)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)

1)業(yè)務(wù)流程標(biāo)準(zhǔn)。主要規(guī)范智慧水利業(yè)務(wù)流程設(shè)計(jì)方法、業(yè)務(wù)環(huán)節(jié)、業(yè)務(wù)人員角色、業(yè)務(wù)流程時(shí)序、業(yè)務(wù)流程接口設(shè)計(jì)等的相關(guān)技術(shù)要求。

2)業(yè)務(wù)“四預(yù)”標(biāo)準(zhǔn)。主要用于規(guī)范面向流域防洪、水資源管理與調(diào)配等業(yè)務(wù)所需的預(yù)報(bào)、預(yù)警、預(yù)演、預(yù)案的基本內(nèi)涵、主要內(nèi)容和技術(shù)要求。該標(biāo)準(zhǔn)需要在水利部印發(fā)的《水利業(yè)務(wù)“四預(yù)”基本技術(shù)要求(試行)》的基礎(chǔ)上,根據(jù)各業(yè)務(wù)情況進(jìn)行修改完善。

3)系統(tǒng)開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)。主要用于規(guī)范智慧水利業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)的系統(tǒng)架構(gòu)、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)要求、系統(tǒng)基本功能(突出“預(yù)報(bào)、預(yù)警、預(yù)演、預(yù)案”功能)、系統(tǒng)基本性能、系統(tǒng)用戶界面、系統(tǒng)集成等方面的相關(guān)技術(shù)要求。

4)系統(tǒng)部署和遷移標(biāo)準(zhǔn)。主要用于規(guī)范智慧水利的流域防洪、水資源管理與調(diào)配等應(yīng)用系統(tǒng)云化部署和遷移的準(zhǔn)備、設(shè)計(jì)、執(zhí)行、交付等的相關(guān)要求[59-60]。

5)軟件系統(tǒng)人機(jī)交互標(biāo)準(zhǔn)。主要用于規(guī)范流域防洪、水資源管理與調(diào)配等應(yīng)用系統(tǒng)中人機(jī)交互宜具備的技術(shù)能力。

4.6 網(wǎng)絡(luò)安全標(biāo)準(zhǔn)

1)水利數(shù)據(jù)安全標(biāo)準(zhǔn)。主要用于規(guī)范智慧水利所涉及的重要水利數(shù)據(jù)、國家安全水利數(shù)據(jù)、高精度地理空間數(shù)據(jù)等的分類分級(jí)、采集、傳輸、使用、管理、評(píng)估等方面的安全要求。

2)水利信息系統(tǒng)安全標(biāo)準(zhǔn)。主要用于規(guī)范智慧水利依托的信息系統(tǒng)的安全防護(hù)、測(cè)試評(píng)價(jià)、信息備份、恢復(fù)等方面的要求。

3)水利信息安全管理標(biāo)準(zhǔn)。主要用于規(guī)范智慧水利信息安全管理活動(dòng)中安全等級(jí)保護(hù)、安全管理、信息共享、風(fēng)險(xiǎn)管理、網(wǎng)絡(luò)安全監(jiān)測(cè)預(yù)警平臺(tái)等方面的相關(guān)要求。

4)水利信息基礎(chǔ)設(shè)施防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)。主要用于規(guī)范智慧水利安全體系框架、水利信息安全保障、水利關(guān)鍵信息基礎(chǔ)設(shè)施保護(hù)、水利關(guān)鍵設(shè)備自主可控等方面的相關(guān)要求。

4.7 建設(shè)與運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)

1)規(guī)劃設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。主要用于規(guī)范指導(dǎo)智慧水利總體規(guī)劃、頂層設(shè)計(jì)、實(shí)施方案制定、技術(shù)導(dǎo)則(或指南)、設(shè)計(jì)成果數(shù)字交付等的相關(guān)要求。該類標(biāo)準(zhǔn)通過解決《數(shù)字孿生流域建設(shè)技術(shù)大綱(試行)》《數(shù)字孿生水利工程建設(shè)技術(shù)導(dǎo)則(試行)》《數(shù)字孿生水網(wǎng)建設(shè)技術(shù)導(dǎo)則(試行)》《數(shù)字孿生灌區(qū)建設(shè)技術(shù)指南(試行)》等在試行過程中的問題,并經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)編制流程進(jìn)行修改完善,升級(jí)為正式標(biāo)準(zhǔn)。

2)建設(shè)實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)。主要用于規(guī)范智慧水利項(xiàng)目建設(shè)部署、共建共享共治、實(shí)施流程、實(shí)施成本、實(shí)施質(zhì)量、實(shí)施采購、質(zhì)量評(píng)定與驗(yàn)收、項(xiàng)目管理等的相關(guān)要求。

3)運(yùn)行管理標(biāo)準(zhǔn)。主要用于規(guī)范智慧水利運(yùn)行管理相關(guān)流程、要求、方法、工具、經(jīng)費(fèi)(如運(yùn)維定額、升級(jí)迭代費(fèi)用等)等的要求,保障智慧水利的可持續(xù)運(yùn)行。

4)評(píng)估改進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)。主要為智慧水利相關(guān)信息基礎(chǔ)設(shè)施、數(shù)據(jù)、平臺(tái)、應(yīng)用等相關(guān)建設(shè)及服務(wù)情況提供評(píng)估評(píng)價(jià)方法、流程和依據(jù)等,確保智慧水利建設(shè)達(dá)到預(yù)定目標(biāo),并持續(xù)改進(jìn)。

5 智慧水利標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展路徑

智慧水利標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)仍處于初級(jí)階段,在組織、研究和應(yīng)用方面都還不完善,標(biāo)準(zhǔn)先行是智慧水利可持續(xù)發(fā)展的必要條件。在智慧水利標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)中應(yīng)該明確4個(gè)關(guān)鍵點(diǎn):政府支持的重要性[61]、頂層設(shè)計(jì)和關(guān)鍵標(biāo)準(zhǔn)先行[62]、標(biāo)準(zhǔn)宣貫和落地策略的選擇、以效益為目標(biāo)導(dǎo)向。根據(jù)其他領(lǐng)域標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展經(jīng)驗(yàn)[63]和目前水利行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)困境,提出了智慧水利標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展路徑如下。

1)組建多方參與,完成頂層規(guī)劃。從智慧城市、智慧林業(yè)、智慧交通、智慧礦山等標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展情況以及TD技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)盟的分析[61]來看,作為智慧水利的指導(dǎo)單位,第一步應(yīng)該組建由水利信息化主管部門牽頭,行業(yè)內(nèi)具備相關(guān)能力的企業(yè)、科研院所和高校參與的專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)制定組織。該組織應(yīng)包含水利行業(yè)專家、多家龍頭企業(yè)、軟硬件供應(yīng)商等,還應(yīng)具備持續(xù)的財(cái)力、影響力和示范力。組織的首要任務(wù)是討論研究智慧水利標(biāo)準(zhǔn)頂層規(guī)劃,明確目標(biāo)和方向。

2)從關(guān)鍵標(biāo)準(zhǔn)入手,逐步完善標(biāo)準(zhǔn)體系。以智慧水利標(biāo)準(zhǔn)體系為指導(dǎo),全面梳理檢視現(xiàn)有水利技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)規(guī)范,特別是監(jiān)測(cè)感知、數(shù)據(jù)資源、模型計(jì)算、業(yè)務(wù)流程等方面的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范,找出缺失以及不滿足、不適應(yīng)、不銜接數(shù)字孿生水利建設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范,明確關(guān)鍵標(biāo)準(zhǔn)并加快制定或修訂,逐步完善標(biāo)準(zhǔn)體系。標(biāo)準(zhǔn)體系既要具備前瞻性、科學(xué)性,又要符合實(shí)際,能解決實(shí)踐問題,還要分析智慧水利建設(shè)現(xiàn)狀,確定哪些標(biāo)準(zhǔn)先行、哪些應(yīng)用先行、哪些標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)強(qiáng)制實(shí)施等。針對(duì)以上諸多問題,出臺(tái)規(guī)范文件和智慧水利標(biāo)準(zhǔn)集。

3)開展試點(diǎn)示范,加強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)宣貫。結(jié)合數(shù)字孿生流域、數(shù)字孿生水網(wǎng)、數(shù)字孿生水利工程、數(shù)字孿生灌區(qū)等先行先試項(xiàng)目,在項(xiàng)目實(shí)施過程中開展標(biāo)準(zhǔn)試點(diǎn)示范,既能檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)的完備性,又能提高標(biāo)準(zhǔn)在各地區(qū)應(yīng)用的可操作性,從而加強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)體系的指導(dǎo)性和可接受程度,吸引更多的企業(yè)、科研院所和高校加入到標(biāo)準(zhǔn)制定中,為標(biāo)準(zhǔn)宣貫提供有利條件。

4)發(fā)揮、推廣標(biāo)準(zhǔn)化優(yōu)勢(shì),擴(kuò)大影響力。智慧水利標(biāo)準(zhǔn)升級(jí)是智慧水利發(fā)展不可跨越的途徑,持續(xù)的評(píng)價(jià)升級(jí)是智慧水利標(biāo)準(zhǔn)具備生命力的有效手段。標(biāo)準(zhǔn)的廣泛使用是證明標(biāo)準(zhǔn)有效性的明顯特征,因此結(jié)合內(nèi)外部環(huán)境制定合適的標(biāo)準(zhǔn)推廣策略,比如利用標(biāo)準(zhǔn)的外部性、成立標(biāo)準(zhǔn)咨詢組織等,是強(qiáng)化標(biāo)準(zhǔn)生命力、影響力的有效保障措施。標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)升級(jí)、加強(qiáng)推廣是實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化最終目標(biāo)的關(guān)鍵。

6 結(jié)語

本文從智慧水利概念達(dá)成共識(shí)、數(shù)字孿生水利研究與實(shí)施、智慧水利業(yè)務(wù)應(yīng)用實(shí)施保障3個(gè)方面分析了以數(shù)字孿生水利為核心的智慧水利標(biāo)準(zhǔn)的建設(shè)需求。結(jié)合水利部設(shè)計(jì)的以數(shù)字孿生水利為核心的智慧水利總體框架,提出了由智慧水利的基礎(chǔ)共性標(biāo)準(zhǔn)、信息化基礎(chǔ)設(shè)施標(biāo)準(zhǔn)、數(shù)字孿生平臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)、業(yè)務(wù)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)、網(wǎng)絡(luò)安全標(biāo)準(zhǔn)、建設(shè)與運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)6項(xiàng)子標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)成的以數(shù)字孿生水利為核心的智慧水利標(biāo)準(zhǔn)體系框架,并闡述了這6部分子標(biāo)準(zhǔn)體系,期望能夠?yàn)橹腔鬯麡?biāo)準(zhǔn)研究與制定工作提供有益參考。

智慧水利標(biāo)準(zhǔn)很多工作有待深入開展,未來工作重點(diǎn)主要集中在以下幾個(gè)方面:

1)總體規(guī)劃、標(biāo)準(zhǔn)先行。智慧水利標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展對(duì)智慧水利建設(shè)至關(guān)重要。目前,智慧水利已逐步進(jìn)入研究建設(shè)階段,但智慧水利標(biāo)準(zhǔn)遠(yuǎn)滯后于智慧水利的發(fā)展,國內(nèi)發(fā)布的標(biāo)準(zhǔn)與智慧水利標(biāo)準(zhǔn)體系的要求還有差距。因此,需要結(jié)合“先行先試”試點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)和水利信息化現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)的缺失,加強(qiáng)智慧水利標(biāo)準(zhǔn)體系總體規(guī)劃,用來指導(dǎo)我國智慧水利標(biāo)準(zhǔn)明細(xì)表的制定。

2)智慧水利基礎(chǔ)共性標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)作為先導(dǎo)標(biāo)準(zhǔn)盡快制定;信息化基礎(chǔ)設(shè)施層作為智慧水利的基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn),應(yīng)充分結(jié)合水利特點(diǎn)進(jìn)行專業(yè)化處理;數(shù)字孿生平臺(tái)作為智慧水利的核心標(biāo)準(zhǔn),應(yīng)根據(jù)行業(yè)資源進(jìn)行重點(diǎn)建設(shè),以確保數(shù)字孿生提供水利決策的前瞻性。

3)我國智慧水利標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展,應(yīng)首先組建專業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)組織,然后完成頂層規(guī)劃和關(guān)鍵標(biāo)準(zhǔn)的制定,再開展試點(diǎn)示范推廣標(biāo)準(zhǔn)化優(yōu)勢(shì),逐步完善標(biāo)準(zhǔn),升級(jí)標(biāo)準(zhǔn),實(shí)現(xiàn)智慧水利標(biāo)準(zhǔn)制定、實(shí)施、宣貫、優(yōu)化的發(fā)展路徑。

4)智慧水利標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)任重道遠(yuǎn),筆者基于對(duì)標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀的調(diào)查以及實(shí)際經(jīng)驗(yàn),分析了現(xiàn)狀和存在的問題,初步提出了智慧水利標(biāo)準(zhǔn)體系,作為拋磚引玉,希望能夠得到全社會(huì)關(guān)注,能夠促進(jìn)智慧水利標(biāo)準(zhǔn)的深入研究。

致謝:感謝水利部信息中心錢峰副主任的具體指導(dǎo)和周逸琛工程師的幫助!