省級水利時空信息網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建的思考及建議
——以貴州省為例

劉心怡，茍勝國，朱孟蘭，劉 冉

(中國電建集團貴陽勘測設(shè)計研究院，貴州 貴陽 550081)

1 省級水利時空信息網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的必要性分析

2008年，水利部出臺《加快推進水利信息化資源整合與共享指導(dǎo)意見》[1]，2017年出臺《水利部政務(wù)信息系統(tǒng)整合共享工作方案》[2]，一系列共享工作方案的出臺旨在進一步加快水利信息系統(tǒng)的整合共享，深化水利信息資源的綜合利用，促進支撐“放管服”改革，進一步提升政務(wù)治理能力。近年來，隨著水利信息化投入的不斷增加[3]，對于各業(yè)務(wù)領(lǐng)域的支撐逐漸完善，但業(yè)務(wù)領(lǐng)域之間數(shù)據(jù)卻難以共享，資源相對獨立容易形成孤島。那么如何打破數(shù)據(jù)壁壘，為各類業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)搭建橋梁，最終形成信息網(wǎng)絡(luò)，顯得尤為重要。時空信息網(wǎng)絡(luò)是一個十分寬泛的概念，所有水利行業(yè)監(jiān)管的對象都有著相應(yīng)的時空屬性，而對于各種關(guān)注對象的監(jiān)管，嚴格上來說亦是對其本體屬性在時空四維概念中變化情況的監(jiān)管。由此可見，只要利用好時空屬性，以時空為橋梁鏈接各類信息數(shù)據(jù)，將從數(shù)據(jù)層面上打破壁壘為水利信息系統(tǒng)的整合共享打下堅實的基礎(chǔ)。

2 貴州省級水利時空信息數(shù)據(jù)現(xiàn)狀基礎(chǔ)分析

根據(jù)《貴州省水利信息化發(fā)展“十三五”規(guī)劃》相關(guān)要求，“十三五”期間，貴州省水利時空信息化主要從基礎(chǔ)設(shè)施整合優(yōu)化、資源共享與服務(wù)、資源深度開發(fā)與利用3個主要層面進行擴展[4]。以信息化資源管理與服務(wù)為核心的水利信息化建設(shè)體系，將包括基礎(chǔ)設(shè)施與運行環(huán)境體系、信息化資源管理與服務(wù)體系、綜合應(yīng)用體系和之配套的保障體系等4個方面，形成具有感知識別普適化、異構(gòu)設(shè)備互聯(lián)化、聯(lián)網(wǎng)終端多樣化、管理決策智能化特征的新階段信息化建設(shè)體系?，F(xiàn)階段進入“十三五”末期，貴州省水利信息化在物聯(lián)網(wǎng)的構(gòu)建上、云環(huán)境的搭建上都取得了長足的進步。但在調(diào)研中發(fā)現(xiàn)各業(yè)務(wù)部門對于信息化成果的應(yīng)用并不普遍，建設(shè)成果對技術(shù)單位依賴性較強，上下調(diào)度仍采用傳統(tǒng)方法，跨部門數(shù)據(jù)獲取通道仍未打通，現(xiàn)有的幾十個應(yīng)用系統(tǒng)也多以“煙囪式”的方式存在，在提升工作效率，加強監(jiān)管等方面沒能展現(xiàn)出應(yīng)用的優(yōu)勢。

3 貴州省級水利時空信息網(wǎng)建設(shè)步驟及建議

省級水利時空信息網(wǎng)數(shù)據(jù)模型、應(yīng)用關(guān)系見圖1。

3.1 業(yè)務(wù)需求為舵，標準規(guī)范為帆

3.1.1 業(yè)務(wù)需求的深度調(diào)研與分析

根據(jù)國家及貴州省水利信息化發(fā)展方向，利用好水利一張圖已有建設(shè)成果，積極服務(wù)“六網(wǎng)會戰(zhàn)”，目光長遠地分析“水網(wǎng)”建設(shè)過程中對于時空信息數(shù)據(jù)的需求。以需求為導(dǎo)向，制定時空數(shù)據(jù)信息網(wǎng)編織方案。

結(jié)合貴州省水利“十四五”規(guī)劃等指導(dǎo)性文件，對該省各級別工作人員包括基層一線工作人員的業(yè)務(wù)需求進行深度補充調(diào)研，對現(xiàn)有系統(tǒng)業(yè)務(wù)服務(wù)短板重新進行調(diào)研，對其背后所需的時空數(shù)據(jù)支撐短板進行總結(jié)，結(jié)合衛(wèi)星遙感技術(shù)、無人機采集技術(shù)等新興技術(shù)對時空數(shù)據(jù)補短板工作進行統(tǒng)一謀劃。

對發(fā)達省份水利信息化水平進行調(diào)研和對標，總結(jié)其時空數(shù)據(jù)采集及管理的經(jīng)驗教訓(xùn)，有效提升該省智慧水利應(yīng)用。根據(jù)浙江舟山、江蘇無錫、上海市等地區(qū)多部門協(xié)同利用大數(shù)據(jù)與水利結(jié)合應(yīng)用的成功案例，針對災(zāi)害易發(fā)、頻發(fā)地區(qū)，橫向?qū)油ㄐ?、氣象、自然資源、應(yīng)急管理等部門，以大數(shù)據(jù)挖掘為手段，以水利行業(yè)專業(yè)特長及優(yōu)勢為基礎(chǔ)，結(jié)合多行業(yè)多部門的數(shù)據(jù)及專長，形成多部門協(xié)同應(yīng)急的能力。

3.1.2 制定時空數(shù)據(jù)相關(guān)標準規(guī)范

根據(jù)水利業(yè)務(wù)部門的特點，針對不同業(yè)務(wù)層面、不同業(yè)務(wù)分析尺度，針對不同地域或業(yè)務(wù)邏輯，其相應(yīng)的時空數(shù)據(jù)采集類型、范圍、精度、頻次、維度等也有所不同。構(gòu)建相應(yīng)分級標準及規(guī)范，建設(shè)標準化數(shù)據(jù)庫，確保數(shù)據(jù)采集相關(guān)工作的規(guī)范化實施，引導(dǎo)各級部門采集數(shù)據(jù)順利入庫，實現(xiàn)海量數(shù)據(jù)規(guī)范化管理。

圖1 省級水利時空信息網(wǎng)數(shù)據(jù)、模型、應(yīng)用關(guān)系

水利時空數(shù)據(jù)涉及范圍廣、數(shù)據(jù)類型多而雜，其中部分數(shù)據(jù)屬于敏感涉密數(shù)據(jù)，為此，需要嚴格按照國家相關(guān)信息安全管理政策法規(guī)，建立完善的信息安全管理制度體系，研究既能保證業(yè)務(wù)應(yīng)用又能保證數(shù)據(jù)安全的兩權(quán)辦法，確保安全而高效地數(shù)據(jù)使用、數(shù)據(jù)挖掘和數(shù)據(jù)應(yīng)用研究。對所涉時空數(shù)據(jù)進行密保等級劃定，建立統(tǒng)一的水利大數(shù)據(jù)安全體系，加強重要數(shù)據(jù)和基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)的安全防護和監(jiān)管能力，同時開放低密數(shù)據(jù)面向公眾服務(wù)，提高公眾服務(wù)能力。另一方面，需要建立安全可靠的數(shù)據(jù)傳輸、遷移、交付機制以防止數(shù)據(jù)被泄密和被竊取，在此基礎(chǔ)上建立水利時空大數(shù)據(jù)的權(quán)限管理和審計機制，確保數(shù)據(jù)被正確的使用和管理。

與相關(guān)業(yè)務(wù)部門之間的時空數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)、調(diào)配等可根據(jù)應(yīng)急相關(guān)等級簽訂數(shù)據(jù)交互協(xié)議，實現(xiàn)在特殊時期特殊區(qū)域時空數(shù)據(jù)的迅速共享，共同支撐和服務(wù)于決策。

3.2 補充數(shù)據(jù)短板、編織時空網(wǎng)絡(luò)

3.2.2 現(xiàn)有多源異構(gòu)時空數(shù)據(jù)治理

(1)長期以來，隨著水利行業(yè)采集數(shù)據(jù)能力不斷提升，水利行政部門在日常和應(yīng)急工作中積累了大量數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)呈現(xiàn)出多源異構(gòu)、分布廣泛和動態(tài)增長的趨勢[5]。通過對數(shù)據(jù)進行分析，從來源類別看，來源于不同自然環(huán)境特征、不同應(yīng)用專題、不同業(yè)務(wù)分析尺度、不同體系、不同物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備及交叉業(yè)務(wù)領(lǐng)域等；從數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)格式看，存在結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，以及不同數(shù)據(jù)的存儲和交換格式；從數(shù)據(jù)時間維度看，來源于不同采集時間、不同監(jiān)測頻次以及歷史階段采集數(shù)據(jù)等。而目前已覆蓋區(qū)域仍然存在數(shù)據(jù)采集不完整、不全面情況。對以上數(shù)據(jù)進行全面治理，任務(wù)艱巨，但基礎(chǔ)工作決定了上層建筑。地基不牢，則系統(tǒng)應(yīng)用只能飄在空中，對業(yè)務(wù)的支撐也無法實現(xiàn)。

(2)對現(xiàn)有數(shù)據(jù)范圍進行解析，就時空數(shù)據(jù)空白區(qū)域結(jié)合實際業(yè)務(wù)需求及未來發(fā)展方向，補充相應(yīng)關(guān)注點、線、面空間數(shù)據(jù)及智能感知終端、覆蓋范圍等的空間位置并對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行二三維一體化可視化集成顯示，對大面積基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的缺失，則需制定相應(yīng)采集規(guī)劃或采集方案，逐步實現(xiàn)全省水利相關(guān)時空數(shù)據(jù)的完善。

3.2.3 時空數(shù)據(jù)標準化

(1)基于實現(xiàn)“一數(shù)一源、一源多用”的原則，通過搭建統(tǒng)一數(shù)據(jù)庫框架、編織數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)高效集成與互聯(lián)互通；通過統(tǒng)一的空間數(shù)據(jù)庫框架打破數(shù)據(jù)牢籠，消除業(yè)務(wù)壁壘，實現(xiàn)多源異構(gòu)數(shù)據(jù)的整體應(yīng)用。

(2)反向制定各類數(shù)據(jù)采集尺度、標準以及入庫、查詢、提取統(tǒng)一編碼規(guī)則，實現(xiàn)數(shù)據(jù)標準化管理。通過統(tǒng)一的架構(gòu)和集成方式實現(xiàn)數(shù)據(jù)的標準化采集，標準化錄入、標準化儲存，集中管理、集中應(yīng)用和集中聯(lián)動更新，有效降低數(shù)據(jù)交換和共享的復(fù)雜度及耗時度，提高數(shù)據(jù)使用效率。向上與國家水利一張圖相互銜接，向下支撐全省各層級水利信息化查詢、分析、計算、規(guī)劃及決策。橫向?qū)送ㄐ?、氣象、自然資源體系國土空間規(guī)劃等，進行跨行業(yè)、跨部門、多維度、多角度的數(shù)據(jù)使用與分析計算，實現(xiàn)水利時空數(shù)據(jù)賦能。

(3)構(gòu)建多層級數(shù)據(jù)體系，對時空數(shù)據(jù)進行甄別和分等定級，建立完善的信息安全管理體制。對供給側(cè)按照業(yè)務(wù)需求及數(shù)據(jù)等級進行數(shù)據(jù)管理和資源調(diào)配，精簡數(shù)據(jù)提取流程，提升數(shù)據(jù)使用效率，全面支撐各級業(yè)務(wù)部門信息交換及工作調(diào)度。全面支撐各級主管部門水利規(guī)劃、實施及監(jiān)督的相關(guān)工作；而對于需求側(cè)公眾服務(wù)，則自動提供低風險或脫密數(shù)據(jù)，提升公眾服務(wù)能力。

(4)建立完善的數(shù)據(jù)索引，對已存在水利信息的原始數(shù)據(jù)進行分析，解析各類數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和邏輯關(guān)系，利用時空數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)在繁雜的水利大數(shù)據(jù)中迅速查詢并提取到關(guān)鍵的數(shù)據(jù)[6～8]，保證時空數(shù)據(jù)的使用效率。建立資源目錄，優(yōu)化索引機制，建立動態(tài)索引維護機制，對數(shù)據(jù)進行增、刪、查、改操作時，自動完成索引迭代更新。

3.3 優(yōu)化分析模型、支撐智能應(yīng)用

3.3.1 現(xiàn)有模型優(yōu)化升級

(1)數(shù)據(jù)導(dǎo)向型短板補充，已有系統(tǒng)中，部分時空演算模型為經(jīng)典模型，在研究與實驗中均能取得理想的計算結(jié)果，在大量實踐中獲得證明其演算結(jié)果與現(xiàn)實對應(yīng)性強，但在特定區(qū)域?qū)嶋H應(yīng)用中，分析結(jié)果卻與現(xiàn)實情況差距較大，分析其問題根源，往往來自于該區(qū)域基礎(chǔ)時空數(shù)據(jù)的缺失。數(shù)據(jù)精度不達標、數(shù)據(jù)范圍不充足、數(shù)據(jù)時限性不滿足等都會造成分析結(jié)果的大相徑庭。對于這一類問題，應(yīng)針對性的補充采集相關(guān)時空數(shù)據(jù)，支撐分析計算，真正實現(xiàn)輔助決策。

(2)模型導(dǎo)向型短板補充。在原有系統(tǒng)中，水利分析模型往往基于一些經(jīng)驗?zāi)Ｐ突蚴歉拍钅Ｐ?，模型?gòu)建基于某區(qū)域抽樣數(shù)據(jù)或小范圍數(shù)據(jù)，在參數(shù)的選擇及權(quán)重的確定上具有偶然性或不確定性，在理想狀態(tài)下可以進行部分情況的現(xiàn)實模擬，但在實際應(yīng)用中，雖時空數(shù)據(jù)量充足其計算仍然頻頻出現(xiàn)偏差。針對類似原有時空分析模型已不滿足于實際需求的，應(yīng)基于大數(shù)據(jù)處理思維對原有模型進行優(yōu)化或重新研發(fā)，結(jié)合時空數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的編織、引入神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、機器學(xué)習(xí)等先進技術(shù)，構(gòu)建全新算法模型，支撐和適應(yīng)不斷變化的水利業(yè)務(wù)計算需求。

(3)原有系統(tǒng)平臺中，對于已不符合現(xiàn)實情況、業(yè)務(wù)需求已更新、或算法已過時的模型塊進行及時剔除，減少系統(tǒng)冗余。

3.3.2 智能應(yīng)用輕量精準

在大數(shù)據(jù)及分析模型的支撐下，應(yīng)用應(yīng)盡量輕量化，能精準的觸及業(yè)務(wù)痛點。專業(yè)而龐大的應(yīng)用系統(tǒng)過于繁瑣而且使用門檻較高，通過對專業(yè)分析功能進行模塊化處理，簡化優(yōu)化應(yīng)用功能及操作，實現(xiàn)應(yīng)用智能化，行業(yè)智慧化。

水利時空大數(shù)據(jù)從多個方面對頂層應(yīng)用進行支撐，其涉及類型主要分為基礎(chǔ)測繪地理信息數(shù)據(jù)、地理信息專題數(shù)據(jù)，而結(jié)合實際業(yè)務(wù)需求，對這兩種數(shù)據(jù)中的一部分數(shù)據(jù)對象增加時間維度后，則形成了第三種用于時間屬性的時空數(shù)據(jù)。三種數(shù)據(jù)類別共同搭建了整個時空數(shù)據(jù)的底層基礎(chǔ)，而模塊化的分析計算工具是數(shù)據(jù)流向應(yīng)用的交通橋梁，基礎(chǔ)、頂層輕量化應(yīng)用直接解決客戶需求，從而三者相互支撐，共同編織形成貴州省水利時空信息大數(shù)據(jù)網(wǎng)。

4 結(jié)語

隨著信息化的快速發(fā)展，水利信息化建設(shè)面臨著新的變革與挑戰(zhàn)。在《貴州省水利信息化發(fā)展“十三五”規(guī)劃》期間，貴州省實現(xiàn)了“數(shù)字水利”到“智慧水利”的轉(zhuǎn)變，水利信息化建設(shè)取得了一定的成效。但在時空信息化建設(shè)方面仍存在一定的不足，本文分析了水利信息化中時空信息網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的必要性，并從業(yè)務(wù)、數(shù)據(jù)、模型三個方面對時空信息化網(wǎng)絡(luò)提出建設(shè)意見，以業(yè)務(wù)需求為導(dǎo)向、數(shù)據(jù)完善為基礎(chǔ)，優(yōu)化分析模型輔助進一步加強貴州省水利信息化建設(shè)，提升水利信息智能化應(yīng)用。