山東水文信息化頂層設(shè)計構(gòu)想

王效忠

（山東省水文局，山東濟南250002）

1 項目背景

以習近平同志為核心的黨中央高度重視、發(fā)展和治理互聯(lián)網(wǎng)，把推動網(wǎng)絡(luò)安全與信息化發(fā)展作為促進社會進步、增進人民福祉的基礎(chǔ)性工程。水利部提出水利工程補短板、水利行業(yè)強監(jiān)管的水利改革發(fā)展總基調(diào)，大力推進智慧水利［1］，全力驅(qū)動水利治理體系和治理能力現(xiàn)代化。山東省順勢而為推進數(shù)字山東數(shù)字政府建設(shè)，加快推進政府治理體系和治理能力現(xiàn)代化。水利廳組織編制了數(shù)字水利頂層規(guī)劃等規(guī)劃方案積極推進數(shù)字水利建設(shè)。為全面落實各級政府關(guān)于信息化工作的總體部署，全面規(guī)范數(shù)字水文建設(shè)，亟須制定山東水文信息化頂層設(shè)計。

2 編制意義

按照山東水文改革發(fā)展三步走的戰(zhàn)略目標，統(tǒng)籌考慮全身水文信息化工作現(xiàn)狀、問題和需求，統(tǒng)攬全局，針對信息化工作中亟待解決的全局性、系統(tǒng)性、原則性問題，站在全局的高度，著眼全省，提出推進信息化工作的基本原則、發(fā)展目標、總體架構(gòu)、建設(shè)思路、主要任務(wù)、建設(shè)方法、進度計劃和保障措施等，作為當前和今后一個時期指導全省水文信息化建設(shè)的綱領(lǐng)性文件，全面推進水文信息化工作。

3 水文職能

貫徹實施國家有關(guān)水文的系列政策、法規(guī)文件；負責水文站網(wǎng)的規(guī)劃、建設(shè)與管理；開展降水、蒸發(fā)等各種水文要素監(jiān)測評價和資料匯交；開展水文科研和情報預報，為防汛抗旱及國民經(jīng)濟發(fā)展提供水文科學支撐等。

4 現(xiàn)狀評估

山東高度重視水文信息化工作，通過國家防汛抗旱指揮系統(tǒng)、中小河流、國家地下水、大江大河等項目建設(shè)，基本建成覆蓋江河湖庫、總體布局合理、監(jiān)測項目齊全、整體功能較強的水文監(jiān)測站網(wǎng)體系，實現(xiàn)了對基本水文情勢的有效控制。水文設(shè)施工程建設(shè)項目的實施，將進一步完善水文監(jiān)測站網(wǎng)，健全水文業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)，改善軟硬件設(shè)施環(huán)境，提升水情預報能力，為山東水文從“傳統(tǒng)水文”向“數(shù)字水文”和“智慧水文”的轉(zhuǎn)變打下了良好的基礎(chǔ)。

5 存在問題

水文信息化建設(shè)雖然取得了較大成績，但仍存在信息系統(tǒng)整合不足、服務(wù)效能不高、數(shù)據(jù)資源開發(fā)利用水平低等問題，信息資源碎片化、業(yè)務(wù)應(yīng)用條塊化、服務(wù)分割化等問題依然明顯，提升治理體系和治理能力現(xiàn)代化的作用尚未充分發(fā)揮，改革意識、管理機制、資源整合、業(yè)務(wù)協(xié)同水平有待提升。

5.1 思想認識不足

一是對水文信息化重要性認識不夠，機構(gòu)、人才和資金投入嚴重不足。立項缺少依據(jù)，審查裝備標準低，缺乏建設(shè)標準，重建輕管，缺少運維經(jīng)費，已建系統(tǒng)很難持續(xù)發(fā)揮效益。二是責任不清、邊界不明。常把水文業(yè)務(wù)和信息化割裂開來，把信息化當輔助工具，對信息化需要整體推進才能充分發(fā)揮效益認識不足，注重單一應(yīng)用，缺乏總體規(guī)劃，未將水文信息化全面融入水文事業(yè)改革與創(chuàng)新發(fā)展全進程。

5.2 缺乏頂層設(shè)計

水文信息化建設(shè)缺乏統(tǒng)一規(guī)劃和頂層設(shè)計，無法系統(tǒng)整體推進水文信息化工作。水文信息化建設(shè)是一個整體，全面體現(xiàn)在信息采集、傳輸、處理、存儲、分析、應(yīng)用、服務(wù)等整個生產(chǎn)服務(wù)流程，水文與信息化深度融合不可分割。實際工作中，根據(jù)資金來源和部門職能分工，立足自身需求，各搞各的系統(tǒng)，注重單一應(yīng)用，存在低水平重復開發(fā)現(xiàn)象，缺乏統(tǒng)一架構(gòu)標準，系統(tǒng)集成困難，無法整體提升水文工作的信息化水平。

5.3 缺乏全面感知

現(xiàn)有水文站網(wǎng)以監(jiān)測大流域、大水體為主，監(jiān)測尺度較大。隨著新時代治水主要矛盾的轉(zhuǎn)變，人民對水資源水生態(tài)水環(huán)境的需求越來越迫切，現(xiàn)有監(jiān)測站網(wǎng)短板日趨明顯。一是監(jiān)測對象不全。如37座大型水庫，3 處無水文站；217 座中型水庫已建水文站111處，地方自建23 處，86 處無水文站；小型水庫未建水文站。二是水文測站信息化程度偏低。三是監(jiān)測手段自動化程度偏低。四是監(jiān)測設(shè)備標準不統(tǒng)一。五是以點監(jiān)測為主，線面監(jiān)測不足。六是感知信道不健全，保證率低。

5.4 集約化程度低

信息化資源分散，運維困難，無法集約化高效利用；網(wǎng)絡(luò)通信覆蓋不全，未建成一張網(wǎng)；計算存儲能力不足；容災保障能力不足。水文數(shù)據(jù)資源缺乏整合，內(nèi)部數(shù)據(jù)管理分散，外部數(shù)據(jù)共享不足，網(wǎng)絡(luò)信息獲取不足，全方位數(shù)據(jù)挖掘和分析應(yīng)用能力不足。

5.5 決策支撐不足

受項目和資金來源限制，各個部門自行組織開發(fā)，能滿足各自水文業(yè)務(wù)工作需要。缺乏統(tǒng)一標準架構(gòu)，功能單一，集成困難部門間發(fā)展不協(xié)同，難以互聯(lián)互通協(xié)同聯(lián)動。跨部門跨專業(yè)綜合分析與信息服務(wù)等綜合分析應(yīng)用方面空白。遙感應(yīng)用和跨行業(yè)協(xié)同較少，水文信息化綜合支撐能力有待提高。

5.6 安全保障不足

管理機構(gòu)不健全，市局無專職機構(gòu)；缺乏統(tǒng)一標準規(guī)范體系；應(yīng)急監(jiān)測保障能力不足；水文科研創(chuàng)新應(yīng)用不足；運維體系不健全；信息網(wǎng)絡(luò)防護能力不足；部分應(yīng)用系統(tǒng)未測評備案上線“裸奔”；網(wǎng)站管理維護亟待加強。

6 需求分析

根據(jù)新時代水利改革發(fā)展總基調(diào)，結(jié)合數(shù)字水利智慧水利總體要求，堅持問題導向和“實用、安全”總要求，按照互聯(lián)互通、信息共享和業(yè)務(wù)協(xié)同的原則，實現(xiàn)從采集感知、數(shù)據(jù)資源、應(yīng)用支撐、業(yè)務(wù)應(yīng)用、公共服務(wù)、性能和安全、新技術(shù)應(yīng)用等各項水文業(yè)務(wù)生產(chǎn)服務(wù)的全流程貫通整合，建設(shè)智能水文感知、智能數(shù)據(jù)處理、綜合業(yè)務(wù)支撐、創(chuàng)新公共服務(wù)、系統(tǒng)安全保障、技術(shù)融合應(yīng)用體系，全面推進水文現(xiàn)代化建設(shè)。

7 指導思想

以新時代中國特色社會主義為指導，貫徹新時代水利改革發(fā)展總基調(diào)，補齊水文信息化短板，實現(xiàn)山東水文發(fā)展“三步走”的戰(zhàn)略目標，支撐水文行業(yè)服務(wù)，加快推進“數(shù)字水文”建設(shè)，以水文信息化驅(qū)動水文現(xiàn)代化，為新時代水文改革發(fā)展提供技術(shù)支撐，為山東水文改革發(fā)展提供新動能。

8 總體目標

充分運用物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云平臺、人工智能［2］、5G、衛(wèi)星遙感、無人機、移動互聯(lián)等新一代信息技術(shù)，研究制定統(tǒng)一的水文現(xiàn)代化標準規(guī)范體系；構(gòu)建縱向貫通、橫向互聯(lián)的水文信息采集物聯(lián)網(wǎng)；初步構(gòu)建天地一體化水文智慧感知體系；系統(tǒng)整合水文數(shù)據(jù)資源，加強跨部門數(shù)據(jù)共享，積極利用互聯(lián)網(wǎng)資源；強化信息技術(shù)與水文業(yè)務(wù)深度融合。搭建一體化水文業(yè)務(wù)支撐平臺，研發(fā)縱向高效、橫向協(xié)同的一體化服務(wù)系統(tǒng)；拓展服務(wù)領(lǐng)域，開展跨部門業(yè)務(wù)協(xié)同；建設(shè)信息網(wǎng)絡(luò)安全管控平臺；基于“水文一張圖”，為防汛抗旱、水資源開發(fā)利用、水土流失、生態(tài)環(huán)境保護、水利強監(jiān)管、應(yīng)急管理和社會公眾等，提供優(yōu)質(zhì)的水文產(chǎn)品和服務(wù)，全面推進水文現(xiàn)代化進程。

8.1 階段目標

近期，構(gòu)建起較為完善的水文水資源監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，建立起較為完善的站網(wǎng)管理運行長效機制，基本實現(xiàn)水文信息采集自動化、傳輸網(wǎng)絡(luò)化、處理科學化和服務(wù)全面化；到2035年，建成站網(wǎng)完善、功能完備、運行高效、服務(wù)優(yōu)質(zhì)的現(xiàn)代水文，全面實現(xiàn)水文現(xiàn)代化；到2050年，建成一流的現(xiàn)代化水文強省。

8.2 當前任務(wù)

完成水文設(shè)施建設(shè)工程，進一步完善全省大中型水庫及上游入庫河流、骨干河流及重要河道的水文監(jiān)測站網(wǎng)體系，提升各級水情中心綜合能力。包括新建改建水文監(jiān)測站點，完善應(yīng)急監(jiān)測設(shè)施，改建各級水情中心，初步建設(shè)水文應(yīng)用平臺與系統(tǒng)集成等。

8.3 “十四五”規(guī)劃

初步構(gòu)建天空地一體化水文感知網(wǎng)、完善全面互聯(lián)高速可靠水文業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)、建設(shè)智能分析庫、構(gòu)建創(chuàng)新協(xié)同的智能應(yīng)用、建設(shè)網(wǎng)絡(luò)安全威脅感知系統(tǒng)，提升應(yīng)急處置能力、建設(shè)智慧水文保障體系，初步實現(xiàn)水文現(xiàn)代化。主要內(nèi)容包括完善提升地表水、地下水、水資源、水生態(tài)、水土保持、城市水文等水文監(jiān)測站網(wǎng)；建設(shè)水文一體化應(yīng)用服務(wù)系統(tǒng)，包括水文物聯(lián)網(wǎng)、業(yè)務(wù)網(wǎng)、專業(yè)云、數(shù)據(jù)資源中心、應(yīng)用支撐平臺、一張圖、綜合運維平臺等；研發(fā)洪旱情報預報系統(tǒng)、水資源調(diào)查評價系統(tǒng)、水文站網(wǎng)管理系統(tǒng)、水文信息服務(wù)系統(tǒng)和大數(shù)據(jù)分析模型庫等。

9 設(shè)計原則

9.1 整體規(guī)劃、全面推進

水文信息化是一項系統(tǒng)工程。涵蓋了水文信息監(jiān)測、數(shù)據(jù)匯聚存儲處理、綜合分析應(yīng)用、設(shè)施設(shè)備運行維護和水文事務(wù)管理的方方面面，是一個有機整體，須由數(shù)字水文建設(shè)工作組統(tǒng)一組織，立足當前，著眼長遠，用可持續(xù)發(fā)展的理念通盤考慮，強化頂層設(shè)計，科學確定目標任務(wù)，統(tǒng)一規(guī)劃建設(shè)項目，科學制定實施方案、技術(shù)標準和數(shù)據(jù)規(guī)范，建立健全項目審核、備案、監(jiān)督、驗收、評價機制。按照統(tǒng)一技術(shù)架構(gòu)、整合信息資源、促進應(yīng)用協(xié)同、保障良性持續(xù)推進的原則，構(gòu)造標準化的數(shù)據(jù)資源管理與信息應(yīng)用服務(wù)體系，充分整合行業(yè)內(nèi)部外部信息資源和應(yīng)用系統(tǒng)，建設(shè)數(shù)據(jù)匯聚、存貯、計算、管控和職能分析平臺，實現(xiàn)水文業(yè)務(wù)和管理事務(wù)一體化。

9.2 需求牽引、問題導向

要把水文信息化建設(shè)同水利工程補短板、水利行業(yè)強監(jiān)管的水利改革發(fā)展總基調(diào)結(jié)合起來，緊緊圍繞數(shù)字山東、數(shù)字政府和數(shù)字水利建設(shè)，以問題為導向，深入開展水文業(yè)務(wù)需求分析，結(jié)合重大水利工程補短板項目建設(shè)，在頂層設(shè)計框架下，規(guī)劃建設(shè)水文信息化項目，有計劃地分步推進數(shù)字水文建設(shè)。

9.3 整合資源、強化支撐

水文數(shù)據(jù)是水文工作的立足之本，是水文事業(yè)發(fā)展的寶貴資源，信息化建設(shè)要始終以數(shù)據(jù)為本，把水文數(shù)據(jù)的匯聚、存儲、整合、共享、交換、挖掘、服務(wù)作為信息化建設(shè)的核心。在水文系統(tǒng)現(xiàn)有監(jiān)測數(shù)據(jù)、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，整合各類涉水數(shù)據(jù)資源，按照統(tǒng)一的數(shù)據(jù)資源體系，整合水文數(shù)據(jù)資源，建設(shè)數(shù)據(jù)智能分析應(yīng)用支撐平臺，應(yīng)用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)資源的全面互聯(lián)和充分共享，強化對水文業(yè)務(wù)應(yīng)用的數(shù)據(jù)支撐。

9.4 全面應(yīng)用、強化服務(wù)

依托省政務(wù)云平臺、政務(wù)網(wǎng)、水利業(yè)務(wù)網(wǎng)和水文網(wǎng)，建設(shè)山東水文專用云平臺，在數(shù)據(jù)資源整合的基礎(chǔ)上，基于大數(shù)據(jù)分析技術(shù)進行數(shù)據(jù)智能分析［3］，將現(xiàn)代信息技術(shù)與水文工作深度融合，全面推動信息技術(shù)在監(jiān)測服務(wù)、預報服務(wù)、水資源服務(wù)、水生態(tài)環(huán)境服務(wù)、水文行業(yè)管理與公眾服務(wù)等方面的應(yīng)用，全面提升水文業(yè)務(wù)、管理和服務(wù)的能力和水平。

9.5 實用先進、安全高效

水文信息化建設(shè)要解決水文工作實際問題，讓信息技術(shù)更好地造福水文，提高工作效率，減輕勞動強度，全面提升水文服務(wù)能力和水平，把全面推進水文工作作為出發(fā)點和落腳點。充分利用物聯(lián)網(wǎng)、云計算、移動互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)和人工智能等先進信息技術(shù)，以解決四水問題為重點，在保障信息安全的前提下，全面提升水文業(yè)務(wù)、事務(wù)管理和水文服務(wù)水平。

9.6 創(chuàng)新機制、權(quán)責分明

理順水文信息化建設(shè)管理體制，建立健全管理機構(gòu)，制定適用于山東水文信息化建設(shè)的立項備案、實施、監(jiān)督、驗收、應(yīng)用、推廣、維護和考核等管理制度，明確各處室和各市局在信息化建設(shè)各個階段的事權(quán)劃分，明確職責分工，加強制度考核。建立健全水文信息化建設(shè)管理和運行維護資金保障長效機制，確保信息化建設(shè)穩(wěn)步推進，持續(xù)發(fā)揮效益。

10 設(shè)計構(gòu)想

將新一代信息技術(shù)廣泛應(yīng)用到水文業(yè)務(wù)領(lǐng)域，從信息采集、網(wǎng)絡(luò)傳輸、數(shù)據(jù)整合到深度挖掘、智能應(yīng)用、水文決策與公眾服務(wù)等，各部分密切銜接、彼此耦合，形成智慧感知［3］、智能分析、輔助決策和信息發(fā)布的智慧水文體系?；谒囊惑w化云平臺，重點建設(shè)水文智慧感知、水文大數(shù)據(jù)、水文智慧應(yīng)用和綜合保障四大體系。

10.1 水文云平臺

按照大中臺、小前臺、微服務(wù)的架構(gòu)，基于云架構(gòu)整合水文信息存儲計算資源，充分利用政務(wù)云、水利云等資源,構(gòu)建集約高效、穩(wěn)定可靠的水文綜合應(yīng)用支撐云平臺，將水文業(yè)務(wù)應(yīng)用的共性剝離，由平臺統(tǒng)一提供基礎(chǔ)軟件運行支撐、框架結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)組件服務(wù)支撐，減少重復開發(fā)建設(shè)，實現(xiàn)水文業(yè)務(wù)協(xié)同與融合，支撐水文業(yè)務(wù)應(yīng)用的快速定制開發(fā)，包括水文管理平臺、應(yīng)用支撐平臺和水文一張圖等。

10.2 水文智慧感知

依托山東省政務(wù)云平臺和山東省政務(wù)網(wǎng)，充分利用衛(wèi)星、無人機、5G、物聯(lián)網(wǎng)和自動監(jiān)測與控制技術(shù)等先進信息技術(shù)，構(gòu)建常規(guī)與應(yīng)急互補、點線面配套、空中地表地下同步監(jiān)測的天地一體化山東水文信息采集物聯(lián)網(wǎng)，形成覆蓋全省的各類監(jiān)測對象、各類要素的全方位信息獲取、網(wǎng)絡(luò)傳輸、信息匯聚及設(shè)備運行狀態(tài)感知運維管控能力，實現(xiàn)對水文要素動態(tài)感知，為數(shù)字水文建設(shè)提供基礎(chǔ)信息支撐。

10.3 水文大數(shù)據(jù)

水文數(shù)據(jù)資源是水文大數(shù)據(jù)發(fā)展基礎(chǔ)和核心，依托水文云平臺、政務(wù)網(wǎng)、水利網(wǎng)和水文信息采集物聯(lián)網(wǎng)，提升數(shù)據(jù)獲取能力，基于水文監(jiān)測信息，充分匯聚集成來自水利、氣象、測繪、國土、環(huán)保、交通、能源等行業(yè)和社會公眾及網(wǎng)絡(luò)的信息資源，建設(shè)數(shù)據(jù)資源池、水文數(shù)據(jù)中臺和水文應(yīng)用中臺為水文大腦建設(shè)提供數(shù)據(jù)和應(yīng)用支撐，為水文工作提供智慧應(yīng)用支撐。

10.4 水文智慧應(yīng)用

基于水文云平臺和大數(shù)據(jù)支撐，建立既相互獨立又彼此協(xié)同的水文業(yè)務(wù)應(yīng)用模塊的水文大腦。在整合現(xiàn)有水文業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，優(yōu)化業(yè)務(wù)處理流程，進行模塊封裝復用，利用大數(shù)據(jù)云平臺，開展水文數(shù)據(jù)深度挖掘和應(yīng)用，建設(shè)模型庫、算法庫和數(shù)據(jù)圖譜等，實現(xiàn)站網(wǎng)運行管理、水文預警預報、水資源管理、水生態(tài)保護、水環(huán)境監(jiān)測、水土保持、超采區(qū)治理和海水入侵等綜合應(yīng)用分析評價預測，全面提升新時代水文服務(wù)能力，為防汛抗旱、水資源管理、水環(huán)境保護提供技術(shù)支撐，為社會公眾提供優(yōu)質(zhì)水文服務(wù)。

10.5 綜合保障

水文信息化是現(xiàn)代信息技術(shù)與水文工作的高度融合，信息技術(shù)日新月異，為保障水文信息化工作的持續(xù)推進，須建立健全水文信息化的綜合保障機制。強化水文信息化建設(shè)管理，構(gòu)建水文信息網(wǎng)絡(luò)安全保障體系，完善水文信息化建設(shè)標準體系，建立工作協(xié)調(diào)機制、資金投入機制和人才培養(yǎng)機制等。確保項目建設(shè)管理規(guī)范有序，運行維護專業(yè)可靠、平臺架構(gòu)平穩(wěn)高效運行，保障建設(shè)項目持續(xù)發(fā)揮效益。

水文信息化建設(shè)永遠在路上，需要一代又一代人付出艱苦的努力。山東水文認真貫徹落實“水利工程補短板、水利行業(yè)強監(jiān)管”水利改革發(fā)展總基調(diào)，以需求為導向，以“安全、實用”為重點，立足山東水文工作實際，按照數(shù)字政府、數(shù)字水利建設(shè)要求，緊緊圍繞新時代水文服務(wù)水利和國民經(jīng)濟發(fā)展大局，大力推進數(shù)字水文建設(shè)，更好地服務(wù)經(jīng)濟社會發(fā)展。