高新區(qū)智慧水利系統(tǒng)設(shè)計(jì)

徐俊 中鐵水利水電規(guī)劃設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司 江西省南昌市 330029

扶賽學(xué) 彭澤縣水利局 江西省九江市彭澤縣 332700

0 前言

智慧水利就是利用互聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、GIS等先進(jìn)技術(shù)，提高水利部門的管理效率和社會(huì)服務(wù)水平，推動(dòng)水利行業(yè)從工程水利向現(xiàn)代水利轉(zhuǎn)變，逐步實(shí)現(xiàn)“信息技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化、信息采集自動(dòng)化、信息傳輸網(wǎng)絡(luò)化、信息管理集成化、業(yè)務(wù)處理智能化、政務(wù)辦公電子化”。實(shí)現(xiàn)水利設(shè)施的智慧化管理和運(yùn)行，為社會(huì)公眾創(chuàng)造更美好的生活，促進(jìn)人水的和諧、水利的可持續(xù)發(fā)展。

1 概述

智慧水利建設(shè)是重要的民生工程，貫穿于防洪減災(zāi)、水資源配置、水環(huán)境保護(hù)與水管理服務(wù)等體系，經(jīng)過多年信息化建設(shè)，特別是黨的十八大以來通過智慧水利建設(shè)，全區(qū)信息水利態(tài)勢初步形成，帶動(dòng)基礎(chǔ)設(shè)施水網(wǎng)加快升級、調(diào)控能力持續(xù)提高、管理效率大幅提升。積極探索水治理體系和治理能力現(xiàn)代化的新路徑，以信息化驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)型升級正在成為水利改革發(fā)展的主旋律[1]。

2 總體框架設(shè)計(jì)

根據(jù)高新區(qū)智慧水利總體目標(biāo)，面向高新區(qū)水利智能化需求，以感知通訊網(wǎng)為基礎(chǔ)，以“一朵云一平臺(tái)一應(yīng)用體系”為核心，以網(wǎng)絡(luò)安全和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范為保障，高新區(qū)智慧水利總體框架圖見圖1。

圖1 智慧水利總體框架

2.1 感知通訊網(wǎng)

建設(shè)水利智能感知體系和水利通訊體系。感知網(wǎng)絡(luò)充分利用衛(wèi)星定位、遙感影像、地理信息系統(tǒng)、無線傳輸?shù)刃畔⒓夹g(shù)，將各類水利工程精確定位信息和實(shí)時(shí)水信息自動(dòng)采集匯集，編織一張集全區(qū)水雨情、墑情、山洪災(zāi)害、氣象、工情、水質(zhì)監(jiān)測、取水用水、入河排污、河湖管理、飲水安全、河道執(zhí)法、水土保持等相關(guān)信息的智慧水利信息感知網(wǎng)絡(luò)。

2.2 水利云

充分融合共享電子政務(wù)云、公有云等多種云平臺(tái)，結(jié)合自建云服務(wù)平臺(tái)的方式，建設(shè)面向縣（市、區(qū)）各級水利系統(tǒng)部門服務(wù)的“高新區(qū)水利云”，提供具備集約化、彈性和安全可靠的計(jì)算和存儲(chǔ)資源，探索公共服務(wù)平臺(tái)及組件開發(fā)，為上層數(shù)據(jù)應(yīng)用提供基礎(chǔ)支撐[2]。

2.3 能力平臺(tái)

能力平臺(tái)主要為上層智慧應(yīng)用提供數(shù)據(jù)服務(wù)、模型算法、應(yīng)用支撐以及水利網(wǎng)格化支撐。

數(shù)據(jù)服務(wù)和模型算法主要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化和數(shù)據(jù)質(zhì)量提升，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)分層，支撐上層應(yīng)用系統(tǒng)不斷創(chuàng)新。應(yīng)用支撐及水利網(wǎng)格化支撐主要構(gòu)建上層應(yīng)用的公共模塊，為上層應(yīng)用提供基礎(chǔ)的集成環(huán)境，實(shí)現(xiàn)用戶管理、工作流管理、信息集成、融合分析、規(guī)則引擎等開發(fā)利用和能力輸出。

2.4 智慧應(yīng)用

結(jié)合“水利工程補(bǔ)短板、水利行業(yè)強(qiáng)監(jiān)管”的指導(dǎo)思想，著重提供洪水、干旱、水工程安全運(yùn)行、水工程建設(shè)、水資源開發(fā)利用、城鄉(xiāng)供水、節(jié)水、江河湖泊、水土保持及電子政務(wù)應(yīng)用及服務(wù)，實(shí)現(xiàn)政府監(jiān)管精細(xì)化、江河調(diào)度協(xié)同化、工程運(yùn)行自動(dòng)化、應(yīng)急處置實(shí)時(shí)化、公共服務(wù)便捷化。全面實(shí)現(xiàn)高新區(qū)的水利應(yīng)用智慧化[3]。

3 業(yè)務(wù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

依據(jù)“節(jié)水優(yōu)先、空間均衡、系統(tǒng)治理、兩手發(fā)力”十六字治水方針，圍繞“水災(zāi)害、水資源、水環(huán)境、水生態(tài)”四大水問題，著重分析洪水、干旱、水工程安全運(yùn)行、水工程建設(shè)、水資源開發(fā)利用、城鄉(xiāng)供水、節(jié)水、江河湖泊、水土流失等水利業(yè)務(wù)需求。其具體業(yè)務(wù)系統(tǒng)建設(shè)內(nèi)容如下：

3.1 防汛抗旱業(yè)務(wù)

（1）預(yù)測預(yù)報(bào)。全面提升預(yù)測預(yù)報(bào)能力，建立分布式洪水預(yù)報(bào)體系。

（2）水利工程調(diào)度。構(gòu)建電子化的洪水調(diào)度方案，建立影響預(yù)評估機(jī)制，構(gòu)建歷史典型洪水事件情景庫，完善會(huì)商平臺(tái)。

（3）應(yīng)急搶險(xiǎn)技術(shù)支撐。建設(shè)水利工程搶險(xiǎn)情景庫，完善搶險(xiǎn)現(xiàn)場信息采集能力。

（4）信息統(tǒng)一展示功能。在水利一張圖的基礎(chǔ)上，利用GIS、三維、VR、BIM等表現(xiàn)手段整合業(yè)務(wù)功能[4]。

（5）社會(huì)公眾服務(wù)功能。豐富洪水業(yè)務(wù)的公共服務(wù)手段，拓展水旱災(zāi)害預(yù)警預(yù)報(bào)發(fā)布廣度，發(fā)掘預(yù)警預(yù)報(bào)信息深度，實(shí)現(xiàn)汛情、災(zāi)情、險(xiǎn)情的精準(zhǔn)化推送，使社會(huì)公眾及時(shí)了解防汛工作最新動(dòng)向，全面提升各級機(jī)構(gòu)和人員的防災(zāi)減災(zāi)能力。

（6）綜合旱情分析。提供不同時(shí)間尺度的旱情綜合監(jiān)測評估產(chǎn)品查詢，展示方式包括分布圖、數(shù)據(jù)表等。提供氣象部門、水文部門和遙感等各類干旱監(jiān)測成果進(jìn)行展示與查詢。

（7）分級預(yù)警?；赪EB和GIS平臺(tái)，實(shí)時(shí)監(jiān)控江河湖庫及地下水水位（流量）變化，當(dāng)水位下降或流量減少至不同旱警水位（流量）時(shí)，及時(shí)發(fā)布水文干旱預(yù)警[5]。

（8）統(tǒng)計(jì)分析。按照河流水系、行政區(qū)劃等統(tǒng)計(jì)分析江河湖庫及地下水干旱預(yù)警情況，為抗旱決策提供技術(shù)支撐。

3.2 水利工程建設(shè)業(yè)務(wù)

◎規(guī)劃計(jì)劃：建立水利專項(xiàng)規(guī)劃庫、水利項(xiàng)目前期工作庫、水利工程建設(shè)投資計(jì)劃執(zhí)行庫等各類基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫。

◎建設(shè)管理：對于具備條件的項(xiàng)目推動(dòng)實(shí)現(xiàn)建筑信息模型（BIM）在線演示和施工現(xiàn)場實(shí)時(shí)在線視頻監(jiān)控等可視化應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目建設(shè)全過程、全方位、信息化、動(dòng)態(tài)化監(jiān)管和數(shù)據(jù)共享。在整合已有項(xiàng)目數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)上，進(jìn)一步健全項(xiàng)目信息指標(biāo)，完善勘察、設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)理、招標(biāo)代理、質(zhì)量檢測等各參建單位信息，推動(dòng)項(xiàng)目信息全面公開，并接受社會(huì)監(jiān)督。

◎質(zhì)量監(jiān)管和稽查：對質(zhì)量監(jiān)督人員、稽察人員進(jìn)行考核管理；對質(zhì)量監(jiān)督和稽察留存的取證原始材料、工作底稿、工作報(bào)告、整改意見通知等材料實(shí)時(shí)進(jìn)行上傳與調(diào)??；建立質(zhì)量監(jiān)督和稽察信息臺(tái)賬和電子檔案。

3.3 水利工程安全運(yùn)行業(yè)務(wù)

（1）基礎(chǔ)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析匯總：對水庫大壩水閘堤防等基礎(chǔ)信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，可信息查詢、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、信息維護(hù)。

（2）安全管理監(jiān)督：為各級用戶提供水庫大壩水閘堤防等安全全過程業(yè)務(wù)精細(xì)化動(dòng)態(tài)管理。

（4）安全監(jiān)測管理分析預(yù)警：通過收集工程巡視檢查信息、安全監(jiān)測信息并進(jìn)行智能甄別，以此進(jìn)行工程安全智能分析與評價(jià)、大壩安全水閘堤防等智能預(yù)警：工程安全全面感知、信息智能甄別、安全智能分析與評價(jià)、大壩安全智能預(yù)警、基于大數(shù)據(jù)和人工智能的工程險(xiǎn)情自動(dòng)診斷。

（5）應(yīng)急決策支持：通過應(yīng)急監(jiān)測設(shè)備快速掌握水庫大壩水閘堤防等當(dāng)前數(shù)據(jù)，技術(shù)支撐機(jī)構(gòu)快速調(diào)取歷史數(shù)據(jù)，利用信息化手段和專家會(huì)商支撐實(shí)現(xiàn)大壩安全水閘堤防等的快速分析，提供應(yīng)急處置建議。

3.4 水資源開發(fā)利用業(yè)務(wù)

◎透徹感知：利用地面監(jiān)測、衛(wèi)星遙感、視頻監(jiān)控等感知手段，對自然-社會(huì)二元水循環(huán)的全部環(huán)節(jié)、全部過程進(jìn)行感知。

◎互聯(lián)全息視圖：將感知的水資源信息和業(yè)務(wù)需要采集的數(shù)據(jù)，以及跨部門跨行業(yè)共享的數(shù)據(jù)，進(jìn)行全面互聯(lián)，形成由水利政務(wù)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)等構(gòu)成的一張網(wǎng)。

◎狀態(tài)多維診斷：構(gòu)建水資源報(bào)（預(yù)）警指標(biāo)體系，建立報(bào)（預(yù)）警標(biāo)準(zhǔn)，確定水資源預(yù)警分區(qū)，對于異常狀態(tài)及時(shí)發(fā)布預(yù)警。

◎動(dòng)態(tài)預(yù)測評價(jià)：完善水量預(yù)測、水質(zhì)預(yù)測和水資源需求預(yù)測。為適應(yīng)水資源調(diào)配需要，增強(qiáng)水資源配置合理性，開發(fā)水資源動(dòng)態(tài)評價(jià)模型，滿足來水和用水動(dòng)態(tài)的分析預(yù)估[6]。

3.5 城鄉(xiāng)供水業(yè)務(wù)

全面提升在線監(jiān)測能力，建設(shè)水資源大數(shù)據(jù)分析信息服務(wù)系統(tǒng)。對地表取水年許可取水量在100-300萬m3之間和地下取水年許可取水量在20-50萬m3以上的頒證取用水戶進(jìn)行在線監(jiān)測；對重要江河湖泊水功能區(qū)的95%進(jìn)行水質(zhì)常規(guī)監(jiān)測；水資源一級區(qū)飲用水水源地進(jìn)行水質(zhì)常規(guī)監(jiān)測信息；地表水水源地的水質(zhì)在線監(jiān)測。重要省際河流省界斷面進(jìn)行水質(zhì)常規(guī)監(jiān)測。

3.6 節(jié)水業(yè)務(wù)

匯總和統(tǒng)計(jì)分析區(qū)域用水效率、行業(yè)用水效率，并進(jìn)行監(jiān)測統(tǒng)計(jì)分析以及用水效率評價(jià)。構(gòu)建用水監(jiān)測預(yù)警體系，實(shí)現(xiàn)對未實(shí)現(xiàn)用水監(jiān)測、用水異常等用水單位的預(yù)警，實(shí)現(xiàn)對用水計(jì)劃下達(dá)指標(biāo)合理性的預(yù)警。

3.7 水土保持業(yè)務(wù)

（1）業(yè)務(wù)管理：利用信息化手段進(jìn)行生產(chǎn)建設(shè)活動(dòng)管理、水土流失治理、重點(diǎn)治理工程管理、動(dòng)態(tài)監(jiān)測統(tǒng)計(jì)與分析。

（2）流程管理：實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土保持方案、水土流失綜合治理實(shí)施方案在線申報(bào)、審核與審批。在共享自然資源部國土變更調(diào)查成果的基礎(chǔ)上，自動(dòng)識(shí)別并提醒生產(chǎn)建設(shè)擾動(dòng)疑似違法違規(guī)行為，按權(quán)限和流程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)下發(fā)地方核查。

（3）決策支持：識(shí)別水土流失影響因子，共享相關(guān)數(shù)據(jù)，利用大數(shù)據(jù)、人工智能技術(shù)進(jìn)行不同時(shí)段、年度、行政區(qū)域、特定區(qū)域的水土流失面積、強(qiáng)度計(jì)算?；谒亮魇鷳B(tài)安全預(yù)警指標(biāo)，智能判斷并自動(dòng)提示不同區(qū)域水土流失生態(tài)安全狀況。

（4）應(yīng)急管理：根據(jù)管理信息系統(tǒng)的基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)，對重大水土流失災(zāi)害實(shí)時(shí)信息進(jìn)行采集和分析。

（5）公眾服務(wù)：瀏覽查詢水行政主管部門公開和發(fā)布的各類水土保持信息。

3.8 電子政務(wù)

水利政務(wù)應(yīng)用：主要圍繞公眾、政府的需要，優(yōu)先發(fā)展業(yè)務(wù)協(xié)同、政務(wù)公開、監(jiān)督監(jiān)察三類業(yè)務(wù)，包括綜合辦公、水利規(guī)劃計(jì)劃、水利財(cái)務(wù)、水利人事勞動(dòng)教育、水利信訪、水利檔案等行政資源管理系統(tǒng)和水利網(wǎng)上行政審批、水利政務(wù)公開等公眾信息服務(wù)系統(tǒng)。

水利政務(wù)門戶：政務(wù)門戶是水利電子政務(wù)的展現(xiàn)界面，各應(yīng)用系統(tǒng)和公開信息統(tǒng)一在門戶上集中進(jìn)行展現(xiàn)。

4 結(jié)束語

高新區(qū)智慧水利層次分明“一朵云兩張網(wǎng)三個(gè)平臺(tái)N個(gè)應(yīng)用的六橫兩縱”為建設(shè)框架，數(shù)據(jù)采集層完成全面采集水文信息、水利工程信息、物聯(lián)網(wǎng)信息及共享行業(yè)外的信息等。建設(shè)水利信息感知網(wǎng)，充分利用衛(wèi)星定位、遙感影像、地理信息系統(tǒng)、無線傳輸?shù)刃畔⒓夹g(shù)，實(shí)現(xiàn)水利信息采集自動(dòng)化。基礎(chǔ)設(shè)施層主要是作為水利信息數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)設(shè)施通過虛擬化等信息技術(shù)手段與高新區(qū)政務(wù)云形成一個(gè)有機(jī)整體，提供全區(qū)水利數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、計(jì)算、數(shù)據(jù)應(yīng)用等功能與一體的高新區(qū)水利云。智慧應(yīng)用層主要涵蓋智慧水文、智慧水旱災(zāi)害防御、智慧水資源、智慧建管、智慧監(jiān)管、智慧河湖、智慧水保、智慧灌區(qū)、智慧水政、智慧政務(wù)等各項(xiàng)業(yè)務(wù)應(yīng)用。