云南省建設(shè)智慧水文的思考

李伯根，馬紹雄

（云南省水文水資源局，云南 昆明 650106）

0 引言

《中華人民共和國國民經(jīng)濟和社會發(fā)展第十三個五年規(guī)劃綱要》提出要加強現(xiàn)代信息基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，推進大數(shù)據(jù)和物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展，建設(shè)智慧城市[1]。《水利信息化發(fā)展“十三五”規(guī)劃》提出：水利信息化要強調(diào)從側(cè)重基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)向全面提升應用水平轉(zhuǎn)變，從分散建設(shè)向集約化建管轉(zhuǎn)變，從面向行業(yè)服務向面向社會服務拓展轉(zhuǎn)變，從強調(diào)發(fā)展向強化安全發(fā)展轉(zhuǎn)變，從數(shù)字水利向智慧水利轉(zhuǎn)變[2]。

2018年2月在《水利部關(guān)于印發(fā)加快推進新時代水利現(xiàn)代化的指導意見的通知》中指出：全方位推進智慧水利建設(shè)，把智慧水利建設(shè)作為推進水利現(xiàn)代化的著力點和突破口，加快推進智慧水利建設(shè)，大幅提升水利信息化水平[3]。2019年水利部陸續(xù)印發(fā)了《水利業(yè)務需求分析報告》《智慧水利總體方案》《加快推進智慧水利指導意見》《水利網(wǎng)信水平提升三年行動方案（2019—2021年）》4 項重要成果，并以《水利部關(guān)于印發(fā)加快推進智慧水利的指導意見和智慧水利總體方案的通知》要求，加快推進智慧水利的建設(shè)。

智慧水利的總體目標是充分運用云計算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、移動互聯(lián)、人工智能等新一代信息技術(shù)，深化業(yè)務流程再造和模式創(chuàng)新，強化信息技術(shù)與水利業(yè)務深度融合，構(gòu)建覆蓋全國江河水系、水利工程和管理運行體系的基礎(chǔ)大平臺，建立水利部、流域、省三級自治和邏輯統(tǒng)一的，服務于各層級、專業(yè)水利業(yè)務應用的水利大數(shù)據(jù)，建立涵蓋洪水、干旱、水工程安全運行、水工程建設(shè)、水資源開發(fā)利用、城鄉(xiāng)供水和節(jié)水、江河湖泊、水土流失和水利監(jiān)督等主要水利業(yè)務需求的應用大系統(tǒng)，建立多層級、一體化、主動感知、智能防御的網(wǎng)絡大安全，補齊防洪工程、供水工程、生態(tài)修復工程、信息化4個短板，支持強監(jiān)管[4]。

智慧水文需以智慧水利為依托，借助新一代信息技術(shù)的應用，以“全感知、大平臺、重應用、立標準”為主線開展建設(shè)，逐步形成“大平臺、大整合、大數(shù)據(jù)、大協(xié)同”的布局，最終實現(xiàn)“測得準、傳得快、算得清、撐得好”的目標。

1 云南智慧水文建設(shè)存在的問題

近年來云南省水文信息化雖然有了較大發(fā)展，但與全面建設(shè)智慧水文，支撐智慧水利及現(xiàn)代化管理還有一定的差距。

1.1 水文智能感知水平低

按照《智慧水利總體方案》和《關(guān)于水文現(xiàn)代化建設(shè)技術(shù)裝備有關(guān)要求的通知》的要求，云南智慧水文建設(shè)要實現(xiàn)水文全要素自動監(jiān)測、智能感知的目標。目前云南省水文要素的監(jiān)測中，降水量、水位依然還有人工監(jiān)測或校測，水溫、水面蒸發(fā)量、泥沙基本沒有自動監(jiān)測，流量主要依靠流速儀和纜道進行人工測驗計算獲得，土壤墑情起步雖高但缺乏經(jīng)費已基本停測，水質(zhì)監(jiān)測基本靠人工。監(jiān)測自動化水平較低，感知自動化智能化差距很大。

1.2 信息化建設(shè)及資源“條塊分割”“相互封閉”

云南省水文信息化屬于分散構(gòu)建模式。云南省水文水資源局（以下簡稱省水文局）和各分局建設(shè)各自的信息中心，各業(yè)務部門單項業(yè)務也建設(shè)信息中心，導致出現(xiàn)數(shù)量眾多的服務器和通信信道，據(jù)統(tǒng)計，省水文局部署的服務器有12套，分局部署的服務器最少的也有7套，最多的達到18套。全省通信信道通過因特網(wǎng)接入共有200多條，帶寬從 10～200 Mbit/s 不等。測站監(jiān)測數(shù)據(jù)上報方式統(tǒng)計為：采用衛(wèi)星方式的測站有159站，采用公共信道的測站有1587站，采用光纖或?qū)拵У臏y站有40站。水文信息化建設(shè)“條塊分割”“相互封閉”，導致信息資源不能有效流動，基礎(chǔ)設(shè)施不能共用共享，業(yè)務應用不能交互協(xié)同，也制約著云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)的應用。

1.3 業(yè)務應用系統(tǒng)簡單復制

省水文局和各分局安裝的業(yè)務系統(tǒng)共有110套，其中具有信息接收轉(zhuǎn)發(fā)、展示查詢、統(tǒng)計分析等功能的系統(tǒng)有62套，具有資料整編、洪水預報、水資源分析等功能的系統(tǒng)有23套，測站測驗系統(tǒng)有15 套，行政辦公系統(tǒng)有6套，數(shù)據(jù)庫及網(wǎng)絡應用有3 套，這些系統(tǒng)分別占已建應用系統(tǒng)總數(shù)的 56%，21%，14%，5%，3%。應用系統(tǒng)的研發(fā)基本為傳統(tǒng)模式，沒有實現(xiàn)模塊化開發(fā)、共享共用，功能簡單復制、重復開發(fā)，信息資源復用率低，前沿信息技術(shù)的應用十分缺乏。

1.4 網(wǎng)絡安全防護體系不健全

水文系統(tǒng)網(wǎng)絡安全重視不夠，投入不足，網(wǎng)絡安全防護處于防病毒入侵階段，網(wǎng)絡安全威脅感知、重要信息系統(tǒng)等保定級、政務內(nèi)網(wǎng)分級保護、外網(wǎng)身份認證體系改造、密碼基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、國產(chǎn)密碼應用等網(wǎng)絡安全架構(gòu)還未起步建設(shè)。

1.5 信息化沒有整體系統(tǒng)規(guī)劃

水文系統(tǒng)目前還沒有一個信息化的頂層設(shè)計，省水文局各處室、分局在規(guī)劃中各自謀劃需求，自定目標，業(yè)務系統(tǒng)零亂，信息化各環(huán)節(jié)不能很好地銜接協(xié)同，信息化得不到整體推進。

2 云南智慧水文的定位

水文作為水利的基礎(chǔ)和前哨、尖兵、耳目，智慧水利迫切需要智慧水文的基礎(chǔ)支撐。對照《智慧水利總體方案》的架構(gòu)和構(gòu)建感知網(wǎng)的要求找準智慧水文的定位，才能使云南省水文信息化發(fā)展統(tǒng)一思想，明確目標和任務，融入全國水利信息化的發(fā)展中。

2.1 網(wǎng)絡架構(gòu)

按照《智慧水利總體方案》，水利信息網(wǎng)包括水利業(yè)務網(wǎng)和工控網(wǎng)，水利業(yè)務網(wǎng)又分廣域網(wǎng)和部門網(wǎng)，廣域網(wǎng)又分四級，一級為水利部機關(guān)及直屬單位，二級為省級水行政主管部門及直屬單位，三級為地市級水行政主管部門及直屬單位，四級為縣級水行政主管部門及直屬單位。各部門建設(shè)的部門網(wǎng)通過廣域網(wǎng)互聯(lián)互通。在部門網(wǎng)中，省級以上水行政主管部門、關(guān)鍵信息基礎(chǔ)設(shè)施運行管理單位可建設(shè)數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡。

定位分析：省水文局在水利信息網(wǎng)中屬于二級網(wǎng)絡節(jié)點，省水文局下屬各水文分局目前按省及州（市）雙重管理，可屬于三級網(wǎng)絡節(jié)點，也可屬于省局二級網(wǎng)絡節(jié)點的部門網(wǎng)。

2.2 水利云架構(gòu)

按照《智慧水利總體方案》，水利云實行分層架構(gòu)設(shè)計，包括兩節(jié)節(jié)點：一節(jié)節(jié)點為水利部/流域管理機構(gòu)；二節(jié)節(jié)點為省級水行政主管部門，面向各級管理部門提供云計算服務。關(guān)鍵信息基礎(chǔ)設(shè)施運行管理單位可根據(jù)業(yè)務需要構(gòu)建云平臺，面向單位內(nèi)部提供服務。各級水利部門未來新建的業(yè)務應用，應由水利云平臺統(tǒng)一提供基礎(chǔ)軟硬件資源支撐，實現(xiàn)基礎(chǔ)設(shè)施資源、數(shù)據(jù)資源、業(yè)務應用與服務的國家級一級大集中，或國家、流域、省（區(qū)域）三級大集中，實現(xiàn)資源集約使用和管理。

定位分析：未來省水文局業(yè)務應用需要的云計算應由云南省水利廳（以下簡稱省水利廳）（水利云二級節(jié)點）提供服務。作為關(guān)鍵信息基礎(chǔ)設(shè)施運行管理單位，省水文局可以構(gòu)架面向單位內(nèi)部業(yè)務應用的云平臺，分局業(yè)務應用需要的云計算從省水文局或省水利廳云平臺中獲取。

2.3 網(wǎng)絡安全架構(gòu)

按照《智慧水利總體方案》，水利網(wǎng)絡安全針對不同層級業(yè)務主體設(shè)計，包括一級（水利部）、二級（省和流域管理機構(gòu)）、三級四級（市、縣管理機構(gòu)）、大型和重要中型及中小型工程管理單位的網(wǎng)絡安全5個層級。三級四級和中小型工程管理單位的網(wǎng)絡安全，不擔負統(tǒng)一身份認證、密碼、威脅情報等服務設(shè)施和異地災備數(shù)據(jù)系統(tǒng)建設(shè)。

定位分析：省水文局和分局網(wǎng)絡安全可以依托省水利廳的二級網(wǎng)絡安全服務設(shè)施和異地災備數(shù)據(jù)系統(tǒng), 獲得統(tǒng)一身份認證、密碼、威脅情報等應用。

2.4 應用架構(gòu)

按照《智慧水利總體方案》，智慧水利包含業(yè)務應用、綜合決策、公共服務、綜合運維等大系統(tǒng)，系統(tǒng)將按照“基礎(chǔ)大平臺、業(yè)務系統(tǒng)、信息大門戶”的核心理念開展，按照業(yè)務資源整合共享、全面消除應用孤島的思路，將內(nèi)在關(guān)系耦合關(guān)聯(lián)的專項業(yè)務應用統(tǒng)一歸并到一個大系統(tǒng)，建設(shè)統(tǒng)一門戶，面向各類政府、企業(yè)和公眾用戶，提供統(tǒng)一入口和個性化信息展示。布局按照三級部署、多級應用的思路展開，核心內(nèi)容主要部署在水利部、流域、省級三級節(jié)點，按照服務調(diào)用的方式實現(xiàn)不同層級之間的業(yè)務應用聯(lián)動。

定位分析：省水文局和分局業(yè)務系統(tǒng)將被整合到省水利廳業(yè)務系統(tǒng)中，或者省水文局建設(shè)省水利廳業(yè)務系統(tǒng)的子系統(tǒng)，分局業(yè)務系統(tǒng)整合到子系統(tǒng)中，通過服務調(diào)用實現(xiàn)業(yè)務應用聯(lián)動。基礎(chǔ)大平臺和信息大門戶須依托省水利廳的大平臺和大門戶。

2.5 數(shù)據(jù)架構(gòu)

按照《智慧水利總體方案》，智慧水利數(shù)據(jù)架構(gòu)圍繞水利業(yè)務應用數(shù)據(jù)和大數(shù)據(jù)2類，經(jīng)數(shù)據(jù)匯聚、整理、存儲、服務、應用逐級流轉(zhuǎn)，通過數(shù)據(jù)資源池的全域數(shù)據(jù)采集，標準規(guī)范數(shù)據(jù)架構(gòu)，深度萃取數(shù)據(jù)價值，統(tǒng)一數(shù)據(jù)資產(chǎn)管理和主題式服務，形成對水利業(yè)務應用和管理決策過程的支持。數(shù)據(jù)匯聚水利行業(yè)數(shù)據(jù)（江河湖泊水系、水利工程設(shè)施和管理活動3類感知對象數(shù)據(jù)）和行業(yè)外數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)整理對匯聚后的多源（來源）多元（類型）數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一、規(guī)范整理；數(shù)據(jù)存儲邏輯構(gòu)建基礎(chǔ)庫、業(yè)務庫（如水文監(jiān)測數(shù)據(jù)）、主題庫（如歷史大洪水數(shù)據(jù)）、共享庫、決策庫等五大庫；數(shù)據(jù)服務把核心業(yè)務資產(chǎn)開放給應用層或第三方，以便發(fā)掘業(yè)務模式，提高服務水平，拓展合作空間；數(shù)據(jù)應用面向水利業(yè)務領(lǐng)域所有應用的最終體現(xiàn)。

定位分析：水文系統(tǒng)采集的監(jiān)測數(shù)據(jù)經(jīng)數(shù)據(jù)匯聚到省水利廳數(shù)據(jù)資源池，或者省水利廳在省水文局建設(shè)的子數(shù)據(jù)資源池，經(jīng)整理、存儲和服務逐級流轉(zhuǎn)，提供給水利各業(yè)務使用。水文業(yè)務需要的水利業(yè)務數(shù)據(jù)、行業(yè)外數(shù)據(jù)和業(yè)務成果，將通過省水利廳數(shù)據(jù)資源池獲取和展示。

2.6 水利感知網(wǎng)

按照智慧水利構(gòu)建天空地一體化水利感知網(wǎng)的任務要求，圍繞水利九大任務和監(jiān)督工作，利用傳感、定位、視頻、遙感等技術(shù)，實現(xiàn)感知范圍全域覆蓋。擴大江河湖泊水利工程設(shè)施和管理活動等實時在線監(jiān)測范圍，補充完善水文、水環(huán)境、水生態(tài)、水土流失、工程安全、洪澇災害、水利管理活動等監(jiān)測內(nèi)容。增強衛(wèi)星、雷達、無人機、視頻、遙控船、機器人等多種監(jiān)測手段的應用，及水利感知終端的智能升級。加強新一代物聯(lián)通信技術(shù)的應用，統(tǒng)籌智能物聯(lián)網(wǎng)平臺的建設(shè)。明確提出到 2025年擴大江河湖泊水系監(jiān)測范圍和提升水文測報自動化、智能化水平的目標。

水利部《關(guān)于水文現(xiàn)代化建設(shè)技術(shù)裝備有關(guān)要求的通知》中明確提出：降水量、水位（含地下水）、水溫、水面蒸發(fā)量、土壤墑情監(jiān)測等具備條件的應全部采用在線自動監(jiān)測；流量測驗技術(shù)和設(shè)備配置應以在線或自動監(jiān)測為主；推廣運用泥沙在線自動監(jiān)測，實現(xiàn)粒度的自動分析；水質(zhì)監(jiān)測在滿足分析精度的前提下，應優(yōu)先使用自動化、批量化分析監(jiān)測設(shè)備[5]。

定位分析：2025年之前，云南水文在規(guī)劃和建設(shè)時，需要圍繞建設(shè)水利感知網(wǎng)在線監(jiān)測的要求，加快對已建水文站點的提檔升級，將建站點充分利用新技術(shù)實現(xiàn)水文監(jiān)測要素的實時在線監(jiān)測。加快引進適用的新技術(shù)、設(shè)備，測站設(shè)施要圍繞在線監(jiān)測設(shè)備的運行要求設(shè)計。

3 云南智慧水文建設(shè)的工作思路

3.1 以智慧水利為藍本規(guī)劃智慧水文發(fā)展目標

云南水文應以智慧水利建設(shè)為契機，建設(shè)智慧水文，推動前沿信息新技術(shù)的應用，深化水文工作機制的改革，充分融入數(shù)字云南建設(shè)，推動水文信息化、現(xiàn)代化的全面和深度發(fā)展，體現(xiàn)全面貫徹落實治水新思路，踐行“水利工程補短板、水利行業(yè)強監(jiān)管”的改革總基調(diào)，為建設(shè)造福人民的幸福河湖提供堅實水文支撐。

《智慧水利總體方案》將自上而下地指導全國水利行業(yè)信息化的發(fā)展。省水利廳對全省水利信息化工作有統(tǒng)一的部署：云南水文可依托《智慧水利總體方案》的目標、設(shè)計與架構(gòu)，結(jié)合云南水文的現(xiàn)狀、存在問題與發(fā)展需要等實際情況，編制云南智慧水文發(fā)展規(guī)劃，完成頂層設(shè)計；制定年度行動計劃，依托水利部信息化項目和資金，加快智慧水文發(fā)展的步伐。

3.2 研究確定水文信息中心建設(shè)模式

按照《智慧水利總體方案》，省水利廳作為省級中心節(jié)點，省水文局作為關(guān)鍵信息基礎(chǔ)設(shè)施運行管理單位，省水文局應成立全省水文信息中心，建設(shè)省水利廳節(jié)點下的網(wǎng)絡子節(jié)點、數(shù)據(jù)子資源池和業(yè)務子系統(tǒng)，依托省水利廳節(jié)點資源，筑牢網(wǎng)絡安全體系，建立一中心一平臺，實現(xiàn)水文系統(tǒng)信息的資源整合、集中管護和安全運行。

鑒于云南省水文信息中心分散構(gòu)建模式，水文監(jiān)測數(shù)據(jù)不可篡改，數(shù)據(jù)使用可追蹤可溯源，以及國際河流數(shù)據(jù)保密等需求，也需嘗試研究引進區(qū)塊鏈技術(shù)，利用區(qū)塊鏈的去中心化、數(shù)據(jù)資產(chǎn)化和加密性、信息不可篡改性、系統(tǒng)開放性等特點[6]，建立水文行業(yè)區(qū)塊鏈，實現(xiàn)水文信息現(xiàn)代化管理，支撐社會發(fā)展需求的跨越式發(fā)展。

3.3 加快水文監(jiān)測智能感知新設(shè)備新技術(shù)應用研究

根據(jù)全國水利、水文工作會議精神，云南省水利、水文工作會議的部署，按照水利部《關(guān)于水文現(xiàn)代化建設(shè)技術(shù)裝備有關(guān)要求的通知》的要求，按監(jiān)測要素分類分析，根據(jù)云南水文的實際情況，按水文監(jiān)測“一站一策”的原則，對已成熟的監(jiān)測儀器設(shè)備全面普及使用，有條件限制不能普及的儀器設(shè)備，具備條件的站點先上，不具備條件的站點分析原因創(chuàng)造條件上。以取消人工監(jiān)測，淘汰落后儀器設(shè)備為目標，加快水文監(jiān)測智能感知能力的提升。

4 結(jié)語

智慧城市、水利是國家治理體系和能力現(xiàn)代化的具體體現(xiàn)，云南省水文工作者須切實解放思想，深刻領(lǐng)悟智慧理念的內(nèi)涵[7]，推動智慧水文的發(fā)展?！吨腔鬯傮w方案》是智慧水利的頂層設(shè)計，智慧水文的定位、規(guī)劃、設(shè)計，應遵循總體方案的目標、系統(tǒng)架構(gòu)、技術(shù)路線、項目部署，與智慧水利有效銜接，整體推進，同步發(fā)展。建設(shè)一中心一平臺的水文信息中心模式，符合《智慧水利總體方案》設(shè)計，有利于資源共享、集中管護和安全運行。加快新一代智能感知技術(shù)設(shè)備的應用研究和推廣普及，迅速補齊水文監(jiān)測要素實時在線監(jiān)測的短板，是推動智慧水文發(fā)展的基礎(chǔ)和重點任務。