“智慧澧水”建設(shè)方案探討

楊恒玲，諶 嵐，羅 汸

（湖南澧水流域水利水電開(kāi)發(fā)有限責(zé)任公司，湖南 長(zhǎng)沙 410014）

1 “智慧澧水”建設(shè)的背景

隨著云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)和人工智能等新一代信息技術(shù)日趨成熟，流域綜合管理對(duì)現(xiàn)代化技術(shù)的需求越來(lái)越迫切?！爸腔鬯笔撬畔⒒l(fā)展的高級(jí)階段，是水利現(xiàn)代化的關(guān)鍵，其貫穿于防洪減災(zāi)、水資源配置、水環(huán)境保護(hù)與水管理服務(wù)等體系?！爸腔鬯惫芾碇笇?dǎo)思想是“重應(yīng)用、重效果、重安全”，體現(xiàn)出了推進(jìn)水資源數(shù)據(jù)由零散分布向統(tǒng)一共享、風(fēng)險(xiǎn)管控模式由被動(dòng)向主動(dòng)、運(yùn)行管理由人為主導(dǎo)向系統(tǒng)智能、資源調(diào)配由局部?jī)?yōu)化向整體優(yōu)化、信息系統(tǒng)由孤立分散向融合互聯(lián)的“五大轉(zhuǎn)變”，目的在于實(shí)現(xiàn)水資源管理“全數(shù)字化移交、全智能化運(yùn)營(yíng)、全生命周期管理”。

澧水是湖南四大河流中洪澇災(zāi)害最為嚴(yán)重的河流，與長(zhǎng)江流域的防洪安全緊密相關(guān)。目前，澧水流域管理部門(mén)已建設(shè)了部分信息化系統(tǒng)，已建系統(tǒng)主要是針對(duì)防洪調(diào)度、發(fā)電調(diào)度等方面，對(duì)流域立體監(jiān)測(cè)及綜合管理的能力建設(shè)還很不夠。庫(kù)區(qū)管理、現(xiàn)場(chǎng)巡查、綜合決策等業(yè)務(wù)缺乏高新科技支撐，導(dǎo)致無(wú)法實(shí)現(xiàn)精細(xì)化管理。

2 建設(shè)“智慧澧水”的必要性

1）國(guó)家大力推進(jìn)水資源管理信息化、智慧化。信息化是當(dāng)今世界發(fā)展的大趨勢(shì)，我國(guó)正處在信息化快速發(fā)展的歷史進(jìn)程之中。國(guó)家已經(jīng)明確提出“工業(yè)化和信息化融合發(fā)展水平進(jìn)一步提高，促進(jìn)信息技術(shù)向市場(chǎng)、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)等環(huán)節(jié)滲透”等要求。工信部信息化發(fā)展規(guī)劃特別強(qiáng)調(diào)要“加快推進(jìn)水資源管理信息化、智能化進(jìn)程，構(gòu)建布局合理、動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、信息共享和科學(xué)決策的水利智能應(yīng)用體系，強(qiáng)化水資源信息資源共享”。國(guó)家對(duì)信息化發(fā)展的一系列工作部署對(duì)澧水流域綜合管理信息化、智能化的發(fā)展提供了前所未有的發(fā)展機(jī)遇。

2）技術(shù)進(jìn)步推動(dòng)水利信息化、智慧化。隨著信息技術(shù)的高速發(fā)展和新技術(shù)廣泛應(yīng)用，為全行業(yè)帶來(lái)了新變革。以云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、5G 為代表的新技術(shù)新業(yè)態(tài)迅速興起，不斷推動(dòng)社會(huì)發(fā)生深刻變革。泛在感知、虛擬化資源、知識(shí)處理等新技術(shù)形態(tài)顯著提升了行業(yè)智能化水平。通過(guò)泛在感知，使識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理更加智能化；通過(guò)虛擬化資源，使資源擴(kuò)展、配置、利用、運(yùn)行、維護(hù)和管理更加便捷化、集約化；通過(guò)知識(shí)化處理，使得管理、決策、評(píng)估、監(jiān)督更有科學(xué)依據(jù)。這些新技術(shù)日益成為創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展的先導(dǎo)力量，必將重塑水利信息化的發(fā)展模式，促使“數(shù)字水利”向“智慧水利”提升。

3）水利事業(yè)改革發(fā)展需要信息化、智慧化。當(dāng)前我國(guó)水利工作的重心已轉(zhuǎn)為“水利工程補(bǔ)短板、水利行業(yè)強(qiáng)監(jiān)管”。對(duì)江河湖泊、水資源、水利工程、水環(huán)境和水土保持等治水工作進(jìn)行監(jiān)管，需要為水利基礎(chǔ)設(shè)施配套數(shù)據(jù)采集、傳輸和處理的現(xiàn)代化裝備，需要充分利用遙感、物聯(lián)網(wǎng)等信息技術(shù)為水利行業(yè)強(qiáng)監(jiān)管提供新手段。

4）提升澧水流域綜合管理需要信息化、智慧化。目前，澧水流域綜合管理信息化應(yīng)用尚處于初始階段，信息化基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)分散、業(yè)務(wù)協(xié)同和信息化資源開(kāi)發(fā)利用水平低、對(duì)流域現(xiàn)代化綜合管理支持能力不強(qiáng)等問(wèn)題十分突出。獲取、理解和利用信息的能力還有待加強(qiáng)，具體表現(xiàn)在流域信息采集、監(jiān)測(cè)站網(wǎng)建設(shè)、平臺(tái)集成、信息共享和支撐流域管理的綜合性應(yīng)用等方面還需要加強(qiáng)。因此，推動(dòng)澧水流域綜合管理體系和治理能力現(xiàn)代化需要建設(shè)全流域信息化綜合管理平臺(tái)，通過(guò)澧水流域管理數(shù)據(jù)資源整合共享，促進(jìn)流域管理在不同系統(tǒng)、不同層級(jí)、不同部門(mén)之間數(shù)據(jù)互認(rèn)、互通，最大程度上發(fā)揮監(jiān)管作用，以業(yè)務(wù)化應(yīng)用促進(jìn)數(shù)據(jù)采集與開(kāi)發(fā)利用，提升澧水流域管理效能。

5）“一盤(pán)棋”整體部署要求澧水流域管控信息化、智慧化。為打造長(zhǎng)江利益共同體，長(zhǎng)江委提出了“全委一盤(pán)棋，共謀新發(fā)展”的整體戰(zhàn)略部署，擬在升級(jí)、重構(gòu)“數(shù)字長(zhǎng)江”的基礎(chǔ)上，充分運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等新技術(shù)開(kāi)展“智慧長(zhǎng)江”工程，推進(jìn)長(zhǎng)江資源和產(chǎn)業(yè)發(fā)展協(xié)同協(xié)作共贏、長(zhǎng)江生態(tài)共治共享，為長(zhǎng)江大保護(hù)和長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶綠色發(fā)展一體化利益共同體提供智慧服務(wù)。澧水作為長(zhǎng)江流域重要支流，澧水流域的管控應(yīng)主動(dòng)融入“一盤(pán)棋”，將“智慧澧水”建設(shè)作為“智慧長(zhǎng)江”工程頂層設(shè)計(jì)中分階段推進(jìn)建設(shè)的試點(diǎn)，可為合力實(shí)現(xiàn)一網(wǎng)融合的共建、共治、共享、共贏的長(zhǎng)江智慧提供寶貴的技術(shù)積累。

3 “智慧澧水”的建設(shè)原則

1）統(tǒng)籌規(guī)劃，頂層設(shè)計(jì)。“智慧澧水”的建設(shè)應(yīng)嚴(yán)格貫徹“節(jié)水優(yōu)先、空間均衡、系統(tǒng)治理、兩手發(fā)力”的新時(shí)代水利工作方針，結(jié)合流域綜合治理和公司產(chǎn)業(yè)發(fā)展的實(shí)際需求，明確“智慧澧水”的總體目標(biāo)和階段性任務(wù)，科學(xué)規(guī)劃建設(shè)步驟。梳理流域管理機(jī)構(gòu)現(xiàn)有的信息化系統(tǒng)，規(guī)劃綜合信息管理平臺(tái)，提出“智慧澧水”頂層設(shè)計(jì)。

2）圍繞中心，服務(wù)全局。在流域管理機(jī)構(gòu)發(fā)展的總體目標(biāo)和主要任務(wù)框架下，緊密?chē)@澧水流域水資源管理、水土保持、水利工程和水工建筑管理、庫(kù)岸管理、電力安全生產(chǎn)等中心工作，提供全方位、高效率、智能化的業(yè)務(wù)應(yīng)用。

3）融合創(chuàng)新、整合共享。將創(chuàng)新應(yīng)用作為重要驅(qū)動(dòng)力，深化信息技術(shù)與流域綜合管理工作融合，積極應(yīng)用大數(shù)據(jù)、5G、云計(jì)算、智能無(wú)人機(jī)等新一代信息技術(shù)、強(qiáng)化信息化對(duì)流域綜合管理工作的服務(wù)與支撐；強(qiáng)力推進(jìn)各類(lèi)信息化資源整合共享，強(qiáng)化跨區(qū)域、跨部門(mén)的信息資源整合共享和開(kāi)發(fā)利用，最大限度發(fā)揮澧水流域信息化資源的效率。

4）統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，安全優(yōu)先。在設(shè)計(jì)和實(shí)施中要遵循國(guó)家信息化和水利行業(yè)信息化有關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，確保經(jīng)整合后的信息化資源能夠互聯(lián)互通、業(yè)務(wù)協(xié)同，避免造成新的信息孤島。同時(shí)，要正確處理信息安全與信息化建設(shè)之間的關(guān)系，將安全作為底線，當(dāng)其他需求與安全需求沖突時(shí)，應(yīng)優(yōu)先滿足安全需求。

4 “智慧澧水”建設(shè)目標(biāo)與理念

通過(guò)應(yīng)用新一信息技術(shù)，進(jìn)一步完善澧水流域水利信息采集與工程監(jiān)控基礎(chǔ)設(shè)施、實(shí)現(xiàn)水位、雨量、水質(zhì)、工情等信息的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，整合現(xiàn)有的信息資源，建立數(shù)據(jù)中心，使各業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)統(tǒng)一存儲(chǔ)、共享、服務(wù)、管理和應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)澧水流域多源、多維、多態(tài)的水利大數(shù)據(jù)服務(wù)，實(shí)現(xiàn)水資源信息的快速傳遞、共享和綜合管理，達(dá)到澧水流域綜合管理精細(xì)化、實(shí)時(shí)化的深度管理，使澧水流域管理更高效、水利工程調(diào)度更智能、綜合決策更科學(xué)，人水關(guān)系更和諧。

“智慧澧水”采用“五個(gè)一”設(shè)計(jì)理念，即一個(gè)平臺(tái)、一張網(wǎng)絡(luò)、一張地圖、一個(gè)中心和一套保障制度。一個(gè)平臺(tái)是指所有業(yè)務(wù)系統(tǒng)集成為統(tǒng)一門(mén)戶(hù)、采用統(tǒng)一認(rèn)證；一張網(wǎng)絡(luò)是指包括無(wú)線傳感、移動(dòng)互聯(lián)在內(nèi)的專(zhuān)線傳輸網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)各種數(shù)據(jù)的融合對(duì)話和智慧服務(wù)，一張地圖即澧水一張圖，依托長(zhǎng)江一張圖，以澧水流域主要庫(kù)岸、斷面的智能傳感器單元構(gòu)建澧水CPS，以BIM 等技術(shù)，以可視化的方式呈現(xiàn)澧水流域主要工程系統(tǒng)和空間布局等，支撐澧水流域智慧決策；一個(gè)中心指統(tǒng)一數(shù)據(jù)中心，充分利用已建成的信息平臺(tái)軟硬件資源，對(duì)各業(yè)務(wù)系統(tǒng)的采集和處理的海量異構(gòu)數(shù)據(jù)按照統(tǒng)一、標(biāo)準(zhǔn)的格式進(jìn)行存儲(chǔ)和處理架構(gòu)，為各業(yè)務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)共享和外部數(shù)據(jù)交換提供支撐；一套保障制度是指建立相應(yīng)的系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)與安全保障制度，包括制定信息化軟硬件、數(shù)據(jù)與交換系統(tǒng)等各類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，構(gòu)建全生命周期信息安全防護(hù)體系。

5 “智慧澧水”建設(shè)內(nèi)容

“智慧澧水”的總體架構(gòu)如圖1 所示。主要建設(shè)內(nèi)容包括：

圖1 “智慧澧水”的總體架構(gòu)

1）澧水指揮調(diào)度中心。澧水指揮調(diào)度中心是“智慧澧水”的大腦，建設(shè)澧水指揮調(diào)度管理中心，以數(shù)據(jù)資源匯聚、加工、整理、共享、應(yīng)用的澧水?dāng)?shù)據(jù)中心為先導(dǎo)，整合現(xiàn)有信息資源，通過(guò)集中樞紐，對(duì)水利各類(lèi)業(yè)務(wù)管理數(shù)據(jù)進(jìn)行集中采集、集中存儲(chǔ)、集中管理和集中服務(wù)，一體化地解決水利信息系統(tǒng)的建設(shè)、運(yùn)行和管理問(wèn)題，解決信息資源整合與應(yīng)用系統(tǒng)集成問(wèn)題，為澧水各級(jí)水利行政主管部門(mén)的行業(yè)監(jiān)管、業(yè)務(wù)指導(dǎo)、政務(wù)建設(shè)和公共服務(wù)能力建設(shè)提供技術(shù)保障和及時(shí)、準(zhǔn)確、完整的信息綜合服務(wù)。

澧水?dāng)?shù)據(jù)中心應(yīng)以空間信息為基準(zhǔn)，以對(duì)象為核心，采用大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等先進(jìn)技術(shù)，對(duì)澧水流域跨業(yè)務(wù)的海量異構(gòu)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與處理架構(gòu)進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)劃，通過(guò)各類(lèi)采集適配器，從數(shù)據(jù)庫(kù)、存儲(chǔ)過(guò)程、Excel 模板、日志等數(shù)據(jù)源自動(dòng)采集元數(shù)據(jù)信息，經(jīng)過(guò)統(tǒng)一的分析轉(zhuǎn)換，形成全局的數(shù)據(jù)地圖。結(jié)合具體的業(yè)務(wù)應(yīng)用，建立業(yè)務(wù)應(yīng)用的信息資源目錄。通過(guò)分析幫助管理者掌握數(shù)據(jù)變化的來(lái)源和目的，并準(zhǔn)確追蹤數(shù)據(jù)變化在全局范圍內(nèi)的影響。

2）全面物聯(lián)感知體系。物聯(lián)感知是“智慧澧水”的眼睛，以地面站網(wǎng)為基礎(chǔ)，以無(wú)人機(jī)、高清視頻、無(wú)線傳感器等新裝備、新產(chǎn)品為牽引，整合、優(yōu)化澧水流域庫(kù)岸、水利水電工程現(xiàn)有的監(jiān)測(cè)基礎(chǔ)設(shè)施，實(shí)現(xiàn)澧水流域水安全、水資源、水環(huán)境、水生態(tài)等信息的立體高效監(jiān)測(cè)，以支撐多業(yè)務(wù)應(yīng)用。充分利用現(xiàn)代科技成果，通過(guò)配置先進(jìn)的、適合澧水流域特性的新儀器、新設(shè)備，提高信息采集的精度，為澧水流域管理工作提供更好更準(zhǔn)確的信息服務(wù)。

3）全面互聯(lián)通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。通信網(wǎng)絡(luò)是“智慧澧水”的血管，建設(shè)和完善通信網(wǎng)絡(luò)，以5G、互聯(lián)網(wǎng)+、物聯(lián)網(wǎng)為技術(shù)支撐，打造澧水公司內(nèi)部各業(yè)務(wù)系統(tǒng)之間、以及公司與長(zhǎng)委等主管部門(mén)之間信息化資源的互聯(lián)共享。為澧水公司各業(yè)務(wù)部門(mén)之間以及與澧水行政管理機(jī)構(gòu)之間數(shù)據(jù)、圖像、視頻等各種信息提供高速可靠的傳輸通道，是保證實(shí)時(shí)、海量信息正確、安全傳輸?shù)幕A(chǔ)。

4）綜合業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)。業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)是“智慧澧水”的器官，將澧水流域水資源管理與澧水公司綜合管理、電力生產(chǎn)管理、財(cái)務(wù)管理和工程建設(shè)管理等業(yè)務(wù)系統(tǒng)進(jìn)行集成應(yīng)用。利用現(xiàn)代信息技術(shù)，整合現(xiàn)有信息資源，全面支撐澧水流域水庫(kù)聯(lián)合調(diào)度系統(tǒng)、水資源管理信息系統(tǒng)、防災(zāi)減災(zāi)決策指揮系統(tǒng)、水環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、水利工程管理信息系統(tǒng)等業(yè)務(wù)的綜合智能管理。建立統(tǒng)一信息門(mén)戶(hù)和身份認(rèn)證平臺(tái)，提升公司所有信息系統(tǒng)的整體性、一致性，打破信息孤島，實(shí)現(xiàn)多系統(tǒng)集成、數(shù)據(jù)共享、統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。通過(guò)單點(diǎn)登錄和身份認(rèn)證，相關(guān)業(yè)務(wù)人員根據(jù)權(quán)限處理業(yè)務(wù)，能夠有效防范風(fēng)險(xiǎn)，優(yōu)化管理，降低信息化維護(hù)成本，提升公司運(yùn)營(yíng)效益。

通過(guò)“智慧澧水”建設(shè)，實(shí)現(xiàn)如下重點(diǎn)業(yè)務(wù)應(yīng)用：

①加強(qiáng)澧水流域水旱監(jiān)測(cè)預(yù)警預(yù)報(bào)。利用天地一體化動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，結(jié)合澧水流域基礎(chǔ)地理等，重點(diǎn)開(kāi)展集中雨水情趨勢(shì)預(yù)測(cè)、山洪災(zāi)害預(yù)警、險(xiǎn)情監(jiān)測(cè)預(yù)測(cè)和災(zāi)情評(píng)估等功能于一體的澧水流域水旱災(zāi)情預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)服務(wù)。

②增強(qiáng)澧水流域水環(huán)境監(jiān)測(cè)監(jiān)管能力。開(kāi)展澧水流域水環(huán)境信息服務(wù)，通過(guò)天地一體化采集和集成多源社會(huì)監(jiān)督數(shù)據(jù)，提升水環(huán)境監(jiān)測(cè)能力。利用大數(shù)據(jù)、加強(qiáng)對(duì)水環(huán)境的關(guān)聯(lián)分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)澧水流域重要水功能區(qū)、排污口、水源地等監(jiān)測(cè)評(píng)估，增強(qiáng)水環(huán)境趨勢(shì)分析和預(yù)警能力，支撐澧水流域水環(huán)境精細(xì)化分析和監(jiān)管。

③推進(jìn)澧水流域生態(tài)環(huán)境綜合保護(hù)。圍繞提升水生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)防范等能力，建立澧水流域生態(tài)大數(shù)據(jù)應(yīng)用，整合現(xiàn)有生態(tài)流量、大鯢等珍貴水生生物保護(hù)區(qū)綜合治理等各類(lèi)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，建立統(tǒng)一的信息采集，管理與服務(wù)體系，全面支撐和服務(wù)生態(tài)流量管理、水土保持綜合管理、河岸帶生態(tài)修復(fù)和重點(diǎn)水域監(jiān)測(cè)與監(jiān)管等工作。

④提高澧水流域大壩安全監(jiān)測(cè)及智能監(jiān)控預(yù)警能力。結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、GIS、三維可視化等技術(shù)，融合大壩安全監(jiān)測(cè)理論與方法，開(kāi)展澧水公司大壩安全監(jiān)測(cè)遠(yuǎn)程集控管理及智能監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)建設(shè)，構(gòu)建流域統(tǒng)一的大壩安全管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)澧水公司對(duì)各水電站大壩安全信息的智能感知、集中管理、專(zhuān)業(yè)分析、監(jiān)控預(yù)警、綜合展示與全局共享，提升安全監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的管理和利用效率，為工程安全穩(wěn)定運(yùn)行提供科學(xué)的決策依據(jù)。

⑤提高澧水流域水庫(kù)群聯(lián)合調(diào)度能力。以大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等技術(shù)作為支撐，以提升澧水流域防洪能力和電站發(fā)電效益等方面的潛力為目標(biāo)，建立澧水流域水庫(kù)群聯(lián)合調(diào)度數(shù)學(xué)模型，提高流域防洪能力，實(shí)現(xiàn)發(fā)電效益最大化、改善發(fā)電質(zhì)量，優(yōu)化枯水期水資源配置及改善水環(huán)境，實(shí)現(xiàn)澧水流域水資源的集約合理利用。

6 結(jié) 論

在水利行業(yè)“強(qiáng)監(jiān)管、補(bǔ)短板”總基調(diào)引領(lǐng)下，以澧水流域綜合管控為對(duì)象，深化信息資源開(kāi)發(fā)利用與共享，強(qiáng)化信息技術(shù)與水利業(yè)務(wù)的深度融合，完善水利信息化基礎(chǔ)設(shè)施和水利網(wǎng)絡(luò)安全體系，推動(dòng)“數(shù)字澧水”向“智慧澧水”轉(zhuǎn)變，從而可以全面提升澧水流域治理體系和管理能力現(xiàn)代化水平。