“智慧泗河”設(shè)計探析

徐永兵，宋厚清，牛會澤，張 晨

（山東省水利勘測設(shè)計院，山東 濟南 250013）

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“智慧泗河”設(shè)計探析

徐永兵，宋厚清，牛會澤，張 晨

（山東省水利勘測設(shè)計院，山東 濟南 250013）

摘 要：泗河是南四湖湖東地區(qū)最大的山洪河道，也是山東省著力打造的首批生態(tài)河道，國家發(fā)展戰(zhàn)略和信息化方針的調(diào)整對泗河水利工程信息化管理工作提出新的要求。結(jié)合泗河現(xiàn)狀和規(guī)劃發(fā)展遠景，就“智慧泗河”的建設(shè)目標、內(nèi)容和設(shè)計方案展開分析和探討，提出“智慧泗河”項目要重點為雨洪資源充分利用和保證河道生態(tài)系統(tǒng)均衡發(fā)展提供信息化的管理手段，并指出“智慧泗河”建設(shè)需要認真研究和思考的關(guān)鍵問題?！爸腔坫艉印?的建設(shè)可為類似的生態(tài)河流工程信息化建設(shè)提供借鑒思路。

關(guān)鍵詞：智慧泗河；水利信息化；信息采集；物聯(lián)網(wǎng)；云計算

0 引言

泗河流經(jīng)濟寧市泗水、曲阜、兗州、鄒城、微山，于任城區(qū)辛閘村入南陽湖，主河道全長 159 km，賀莊水庫以下主河道長 138 km，是沂沭泗流域重要組成部分，是東調(diào)南下工程的骨干工程。近年來濟寧市加大對泗河的綜合開發(fā)力度，努力提高泗河流域防洪減災(zāi)和水資源供給保障能力，努力將泗河打造成為濟寧都市區(qū)的安全屏障、生態(tài)長廊和經(jīng)濟社會發(fā)展的聚集軸。當前以“云、物、移、大、智”為代表的新興信息技術(shù)，深刻影響著經(jīng)濟社會的發(fā)展。國家發(fā)展戰(zhàn)略和信息化方針的調(diào)整對泗河水利工程信息化管理工作提出了新的要求。新技術(shù)的應(yīng)用，促使管理和服務(wù)模式發(fā)生根本性改變，推動智慧城市[1]、智慧地球[2]的發(fā)展，也推動智慧流域[3]的發(fā)展。

智慧流域是借鑒智慧地球、城市的相關(guān)研究成果，為推動流域的信息化、現(xiàn)代化和可持續(xù)發(fā)展提供的全新的流域綜合管理戰(zhàn)略理念。與數(shù)字流域的視角不同，智慧流域以實體物理設(shè)施和信息化設(shè)施的連接為特色，數(shù)字代表信息和信息服務(wù)，智慧代表智能與自動化。數(shù)字流域以信息資源應(yīng)用為中心，智慧流域以自動化智能應(yīng)用為中心，雖然二者有關(guān)聯(lián)與交集，但所強調(diào)的內(nèi)涵不同。智慧流域不但具有數(shù)字流域的特點，更強調(diào)人類與物理流域相互作用，實現(xiàn)流域物理世界中人與水、水與水、人與人之間的便利交流，與數(shù)字流域的巧妙結(jié)合，突出新一代流域變革理念的特色和生命力[4]。

泗河綜合開發(fā)工程可行性研究報告已通過濟寧市發(fā)展和改革委員會組織的審查，“智慧泗河”是泗河綜合治理開發(fā)項目中的信息化建設(shè)內(nèi)容，是在泗河現(xiàn)有水利信息化建設(shè)成果的基礎(chǔ)上，綜合運用物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、移動互聯(lián)網(wǎng)、空間地理信息集成等新一代信息技術(shù)，實現(xiàn)資源共享與智能管理，對各類信息進行及時分析和處理，自動做出相應(yīng)的處理結(jié)果與輔助決策建議，使泗河綜合治理開發(fā)的方案制定、綜合決策、應(yīng)急處置等業(yè)務(wù)工作更加精細，動態(tài)，智能，有效提升泗河流域雨洪資源利用、水生態(tài)保護與工程管理等業(yè)務(wù)工作的效率與效能。

1 “智慧泗河”指導(dǎo)思想與建設(shè)目標

1.1 指導(dǎo)思想

以提高泗河工程管理和服務(wù)能力為核心，堅持“節(jié)水優(yōu)先、空間均衡、系統(tǒng)治理、兩手發(fā)力”的治水理念，依據(jù)國家和水利發(fā)展要求，把握技術(shù)發(fā)展趨勢順勢轉(zhuǎn)變思路。逐步實現(xiàn)數(shù)據(jù)的知識化處理，打造“創(chuàng)新應(yīng)用”能力；逐步實現(xiàn)業(yè)務(wù)的智能化管理，打造“智慧泗河”管理體系；全面提升泗河流域信息化水平，以信息化手段提升雨洪資源利用效率，在保證生態(tài)系統(tǒng)均衡發(fā)展的前提下，最大限度地滿足居民、游人的親水需求。加快傳統(tǒng)水利向現(xiàn)代水利轉(zhuǎn)變，為加快經(jīng)濟文化建設(shè)，保護生態(tài)環(huán)境做出更大的貢獻。

1.2 建設(shè)目標

強化資源整合，促進協(xié)同共享，建成覆蓋泗河全流域的泛在智能的水利基礎(chǔ)設(shè)施、全方位共享的水利信息資源、縱橫聯(lián)動的水利業(yè)務(wù)應(yīng)用和全方位優(yōu)化的水利信息化保障等體系。實現(xiàn)信息采集處理規(guī)范化、自動化、數(shù)字化，信息傳輸快速化、準確化，預(yù)警預(yù)報準確化、及時化，決策調(diào)度指揮智能化、科學(xué)化和可視化，行政辦公自動化、智能化。建成的系統(tǒng)工程高效可靠、實用先進、資源最大程度共享，為防汛減災(zāi)與應(yīng)急管理、水資源綜合利用、水環(huán)境保護、水土保持等決策與管理、水利工程及日常管理提供科學(xué)依據(jù)和現(xiàn)代化的手段。大大提高泗河綜合管理的效率和效能，促進泗河水利信息化跨越式發(fā)展，為生態(tài)、人文泗河的建設(shè)提供有力支撐[5]。

2 “智慧泗河”需求分析

泗河綜合治理開發(fā)以理念創(chuàng)新為先導(dǎo)，確立防汛抗旱、雨洪資源充分利用統(tǒng)籌發(fā)展，以及人文、生態(tài)、經(jīng)濟泗河的人水和諧發(fā)展的思路。隨著泗河綜合治理開發(fā)的逐步推進和信息化技術(shù)的快速發(fā)展，泗河工程信息化管理進入了一個新的發(fā)展階段，成為泗河流域可持續(xù)發(fā)展的重要支撐?！爸腔坫艉印苯ㄔO(shè)的需求和對信息化技術(shù)實現(xiàn)的要求主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

1）保障雨洪資源充分利用與防汛減災(zāi)的需求。雨洪資源充分利用與防汛減災(zāi)作為泗河綜合治理開發(fā)的重要功能，需要實現(xiàn)智能感知、精細化預(yù)報和智慧化處置，以提高快速反應(yīng)與高效應(yīng)對能力。

2）優(yōu)化水資源配置和加強河道生態(tài)治理的需求。按照最嚴格水資源管理制度要求，實施以用水總量、用水效率和水功能區(qū)限制納污 3 條紅線控制的方案，是加快轉(zhuǎn)變經(jīng)濟發(fā)展方式的戰(zhàn)略措施[6]。優(yōu)化泗河流域水資源配置，加強河道生態(tài)治理，必須突出水量、水質(zhì)監(jiān)測與管理并重，促進資源與環(huán)境和諧發(fā)展。

3）傳承歷史文化和加強泗河水文化建設(shè)的需求。為延續(xù)和傳承泗河及沿線豐富深厚的歷史文化底蘊，創(chuàng)造一系列有文化底蘊的景觀空間，以塑造依托于地域文化，生態(tài)優(yōu)先的濱河景觀帶。應(yīng)依托信息化的技術(shù)手段，加強水土保持和工程管理力度，保證沿河景觀帶能長期展現(xiàn)。

4）支撐泗河綜合治理開發(fā)事業(yè)可持續(xù)發(fā)展的需求。泗河綜合治理開發(fā)的目標能有效地提高泗河防洪標準，滿足農(nóng)田灌溉、河道生態(tài)用水，通過景觀、生態(tài)濕地、植物配置建設(shè)，凈化水質(zhì)，綠化、美化環(huán)境，實現(xiàn)人與水和諧相處，為人們創(chuàng)造一個安定、舒適的生活環(huán)境，有力地支撐該地區(qū)社會經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展，具有顯著的社會、經(jīng)濟和環(huán)境效益。圍繞這一目標，必須通過信息化手段，統(tǒng)籌各類監(jiān)測信息并加強信息的采集、處理、管理和服務(wù)，從而提高泗河流域防汛減災(zāi)、水資源利用、水生態(tài)保護等業(yè)務(wù)的管理能力，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展目標。

3 “智慧泗河”總體設(shè)計

3.1 總體框架結(jié)構(gòu)

“智慧泗河”項目建設(shè)旨在通過應(yīng)用、網(wǎng)絡(luò)及傳感 3 個層面，運用新一代物聯(lián)網(wǎng)、移動通信網(wǎng)絡(luò)、光網(wǎng)絡(luò)等，利用 MSTP，3S，3G/4G 和云計算等高性能信息和數(shù)字技術(shù)，結(jié)合實際，構(gòu)建一個多功能、安全高效的服務(wù)平臺，形成一個上聯(lián)水行政管理機關(guān)及上級流域機構(gòu)，下聯(lián)各管理站（所），橫聯(lián)各業(yè)務(wù)科室，覆蓋全流域范圍的綜合體系?！爸腔坫艉印笨傮w框架結(jié)構(gòu)如圖 1 所示，具體層次如下：

1）智能感知層。是基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的信息采集和傳輸層，利用水位、流量、壓力、雨量等各種信息傳感設(shè)備和設(shè)施，按照物聯(lián)網(wǎng)通用接口、協(xié)議，實現(xiàn)這些信息在任何時間、地點的連接，從而進行信息交互，以實現(xiàn)智能化識別、監(jiān)測、監(jiān)控、定位、跟蹤和管理的智能感知網(wǎng)絡(luò)。

2）快速傳輸層?；?3G/4G、衛(wèi)星通訊和專用光纖網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的快速傳輸。

3）云平臺。基于云計算的數(shù)據(jù)存儲與處理，實現(xiàn)各類信息資源的有效管理和智能調(diào)配，統(tǒng)一承載各應(yīng)用系統(tǒng)和業(yè)務(wù)運行需求，真正實現(xiàn)資源共享，降低建設(shè)和運行成本。

4）應(yīng)用決策層?；诖髷?shù)據(jù)的智能應(yīng)用，包括防汛抗旱減災(zāi)、水資源綜合管理、水環(huán)境保護、水土保持、工程建設(shè)與管理、水行政管理等業(yè)務(wù)的智能應(yīng)用。通過大數(shù)據(jù)技術(shù)建立各類模型，利用虛擬數(shù)據(jù)中心的海量數(shù)據(jù)進行分析計算、仿真模擬、趨勢預(yù)測，自動生成解決方案，為泗河綜合治理開發(fā)、生態(tài)保護和工程管理提供輔助決策，提高業(yè)務(wù)工作的效率與效能。

圖 1 “智慧泗河”總體框架結(jié)構(gòu)圖

3.2 主要建設(shè)任務(wù)

3.2.1 信息采集系統(tǒng)建設(shè)

科學(xué)規(guī)劃，優(yōu)化布局，查漏補缺，充分利用物聯(lián)網(wǎng)和移動終端技術(shù)，形成多元化的智能采集體系，提高信息的完備性、真實性和時效性，滿足精細化業(yè)務(wù)管理要求[7]。主要工作如下：

1）統(tǒng)籌監(jiān)測點空間、時間分布，整合已有資源，新增必要的監(jiān)測點，加強完整性建設(shè)。2）結(jié)合固定點監(jiān)測布局，適宜增補移動監(jiān)測。3）以水文、水資源、水環(huán)境監(jiān)測為主，整合建設(shè)多元信息采集系統(tǒng)。

3.2.2 快速通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)建設(shè)

優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，完善通信布局，加強移動互聯(lián)，適度超級部署網(wǎng)絡(luò)能力，形成立體覆蓋、安全可靠的快速通信網(wǎng)絡(luò)體系。主要工作如下：

1）擴大水利電子政務(wù)內(nèi)外網(wǎng)的覆蓋范圍，增大網(wǎng)絡(luò)帶寬，有力支撐相關(guān)業(yè)務(wù)應(yīng)用。

2）建設(shè)沿河光纖網(wǎng)絡(luò)并加強未來網(wǎng)絡(luò)演進技術(shù)儲備。

3）推動衛(wèi)星通信與地面通信設(shè)施融合發(fā)展，提升應(yīng)急通訊能力。

3.2.3 云資源環(huán)境建設(shè)

加強資源整合，深化虛擬應(yīng)用，充實水利基礎(chǔ)設(shè)施云，實現(xiàn)資源的云化服務(wù)，促進集約化利用資源設(shè)施。主要工作如下：

1）加強與淮河水利委員會及山東省的水利數(shù)據(jù)中心的資源整合。

2）按照“云平臺”理念，以建設(shè)水利基礎(chǔ)設(shè)施云為主，以公共資源云為補充，通過對計算、存儲資源的整合，實現(xiàn)統(tǒng)一調(diào)度、管理和服務(wù)，提供集約化的基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)。

3.2.4 信息資源體系建設(shè)

豐富信息源，強化數(shù)據(jù)整合，促進信息共享，建設(shè)泗河流域水信息基礎(chǔ)平臺，逐步形成多元化采集、主體化匯聚和知識化分析的大數(shù)據(jù)能力。主要工作如下：

1）進行信息資源梳理，開展重點業(yè)務(wù)領(lǐng)域信息資源規(guī)劃。

2）采用面向?qū)ο蟮慕y(tǒng)一水利數(shù)據(jù)模型，對基礎(chǔ)、業(yè)務(wù)和政務(wù)等數(shù)據(jù)進行整合，豐富信息資源，構(gòu)建面向?qū)ο蟮幕A(chǔ)數(shù)據(jù)庫及面向事件和過程的數(shù)據(jù)庫。

3）完善數(shù)據(jù)交換平臺和信息資源服務(wù)體系，向各類業(yè)務(wù)應(yīng)用提供權(quán)威、全面、完整、一致的數(shù)據(jù)交換通道和資源服務(wù)。

4）逐步開展大數(shù)據(jù)分析平臺試點建設(shè)，加強數(shù)據(jù)知識化管理，發(fā)揮大數(shù)據(jù)效能。

3.2.5 重點業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)建設(shè)

深度融合，強化應(yīng)用整合，促進業(yè)務(wù)協(xié)同，使泗河水利工程管理從粗放向精細轉(zhuǎn)變，從被動響應(yīng)向主動預(yù)警轉(zhuǎn)變，從經(jīng)驗判斷向大數(shù)據(jù)決策轉(zhuǎn)變，增強水利管理能力，提高公共服務(wù)水平，主要完善防汛抗旱減災(zāi)[8]與應(yīng)急管理、水資源綜合管理與調(diào)度、水環(huán)境綜合治理與保護、水土保持管理、工程建設(shè)與管理、水行政管理及綜合辦公等系統(tǒng)的建設(shè)。

3.2.6 信息化保障體系建設(shè)

信息化保障體系是“智慧泗河”持續(xù)穩(wěn)定運行的基礎(chǔ)，是信息系統(tǒng)發(fā)揮效益的根本要求，也是信息安全的根本保障。保障體系[9]以安全為核心，以保障水利信息化良性發(fā)展為目標，最大限度地釋放信息化在水利管理全局中的巨大能量。主要完成以下體系的建設(shè)：

1）制度體系。重點是信息化工程協(xié)同建設(shè)、資源整合共享方面的管理辦法。

2）安全保障體系。統(tǒng)一安全管理、防御，提高安全防護能力。

3）運行維護體系。包含運行維護機構(gòu)、經(jīng)費和技術(shù)手段。

4）標準規(guī)范體系。重點加快推進資源整合共享相關(guān)規(guī)范標準的編制、修編。

4 結(jié)語

“智慧泗河”是一項涉及面廣、技術(shù)復(fù)雜、建設(shè)周期長的系統(tǒng)性工程，它的建設(shè)將推動泗河治理從“傳統(tǒng)水利”向“現(xiàn)代水利”轉(zhuǎn)變，促進水利信息化跨越式發(fā)展，為泗河水治理和水管理能力現(xiàn)代化提供有力支撐。借鑒“智慧城市”和水利信息化的一些研究成果和建設(shè)經(jīng)驗，目前只是初步提出“智慧泗河”的建設(shè)目標和內(nèi)容。“智慧泗河”未來是“智慧淮河”、“智慧水利”項目的一個組成部分，必須和淮河及國家水利信息化建設(shè)統(tǒng)籌規(guī)劃、分步實施完成，“智慧泗河”的建設(shè)不僅需要投資的保證，更需要科學(xué)規(guī)劃和合理利用前沿信息化技術(shù)來保證?！爸腔坫艉印钡慕ㄔO(shè)下一步要研究好如何整合現(xiàn)有資源與利用公共資源實現(xiàn)集約化建設(shè)，如何使新技術(shù)引領(lǐng)傳統(tǒng)行業(yè)跨界發(fā)展高度智能化業(yè)務(wù)，如何將信息技術(shù)與業(yè)務(wù)深度融合再造廣泛協(xié)同化流程等問題。

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Analysis of "Wisdom Si River" Design

XU Yongbing, SONG Houqing, NIU Huize, ZHANG Chen
(Shandong Survey and Design Institute of Water Conservancy, Jinan 250013, China)

Abstact:The Si River is the biggest mountain torrent river in east of Nansi Lake. It is the first batch ecological river created with effort by Shandong province. The national development strategy and information policy adjustment puts forward new requirements on the Si River water conservancy project information management. Combining with the Si River situation and development planning perspective, the article analyses and discusses about the construction goal, construction content and design scheme of “Wisdom Si River”, proposes the project should focus on the information management tools of full utilization of rain and flood resources and guarantee of balanced development of river ecological system, and points out the key problems of construction of “Wisdom Si River” which need to think seriously and study. It provides a reference for similar river water conservancy informatization construction.

Key words:Wisdom Si River; water resources informatization; information collection; internet of things; cloud computing

中圖分類號：TV39；TP391

文獻標識碼：A

文章編號：1674-9405(2016)02-0069-04

收稿日期：2015-12-02

作者簡介：徐永兵（1981-），男，安徽望江人，工程師，主要研究方向：水利信息化、電氣自動化。