洛陽(yáng)智慧水務(wù)平臺(tái)設(shè)計(jì)與研究

李若鵬，賈閃丹 ，程 琳

（1.洛陽(yáng)水利建設(shè)投資集團(tuán)有限公司，471002，洛陽(yáng)；2.洛陽(yáng)農(nóng)發(fā)投資集團(tuán)有限公司，471002，洛陽(yáng)；3.水利部綜合事業(yè)局，100053，北京）

一、洛陽(yáng)市水務(wù)信息化發(fā)展現(xiàn)狀

智慧水務(wù)采用先進(jìn)的信息技術(shù)，通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)、 移動(dòng)互聯(lián)等設(shè)備對(duì)雨情、水情、工情、內(nèi)澇、墑情、水質(zhì)、氣象等實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行全面感知、智能分析和科學(xué)決策。 智慧水務(wù)是數(shù)字水務(wù)的進(jìn)一步深化和拓展，全方位解決水資源、水管理、水安全、水生態(tài)、水環(huán)境等城市涉水事務(wù)，是新階段水利高質(zhì)量發(fā)展的標(biāo)志。

1.發(fā)展現(xiàn)狀

近年，河南省洛陽(yáng)市水利局積極推進(jìn)信息化建設(shè)，在水利信息化基礎(chǔ)設(shè)施、業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)、保障河湖環(huán)境等方面取得快速發(fā)展，為洛陽(yáng)水務(wù)信息化從“數(shù)字水務(wù)”向“智慧水務(wù)”轉(zhuǎn)變打下良好基礎(chǔ)。

（1）基礎(chǔ)設(shè)施不斷完善

經(jīng)過(guò)多年建設(shè)，洛陽(yáng)市水務(wù)信息化建設(shè)取得一定成效，初步形成基礎(chǔ)設(shè)施體系，監(jiān)測(cè)能力明顯增強(qiáng)，水務(wù)業(yè)務(wù)應(yīng)用水平明顯改善，為全面落實(shí)最嚴(yán)格水資源管理制度，科學(xué)制定并實(shí)施洛陽(yáng)市水資源總量控制、用水效率控制、水功能區(qū)限制納污三條紅線提供支撐手段， 對(duì)全市提高用水效率、保障水安全、調(diào)節(jié)水資源起到重要的推動(dòng)作用。

（2）水務(wù)業(yè)務(wù)應(yīng)用逐步深化

2017 年《洛陽(yáng)市全面推行河長(zhǎng)制實(shí)施方案》（洛辦〔2017〕41 號(hào)）印發(fā)，按照市委“9+2”工作布局和生態(tài)環(huán)境建設(shè)相關(guān)要求，以保護(hù)水資源、防治水污染、改善水環(huán)境、修復(fù)水生態(tài)、確保水安全為主要任務(wù)，在全市河湖渠全面推行河長(zhǎng)制。 同時(shí)利用河長(zhǎng)信息平臺(tái)進(jìn)行各地市的重點(diǎn)河段監(jiān)測(cè)、巡河數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)及考核。 洛陽(yáng)智慧水務(wù)基于物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控平臺(tái)和管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)供水總公司對(duì)下屬二次供水泵房設(shè)施的信息化管理，實(shí)現(xiàn)二次供水的遠(yuǎn)程數(shù)字化、集約化和智能化的目標(biāo)。

2.存在問(wèn)題

目前， 洛陽(yáng)市水利局主要利用河南省河長(zhǎng)信息平臺(tái)進(jìn)行河長(zhǎng)制日常工作，但省級(jí)平臺(tái)功能主要偏重于省級(jí)對(duì)各地市的巡河數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)及考核， 在重點(diǎn)流域及河段監(jiān)控、 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)共享、河湖“四亂”跟蹤處理等方面缺乏有效的科技支撐，已不能滿足洛陽(yáng)市實(shí)際水利業(yè)務(wù)需求。目前洛陽(yáng)市智慧水務(wù)建設(shè)仍存在以下短板：

（1）數(shù)據(jù)孤島

洛陽(yáng)市水務(wù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分散于各個(gè)不同部門，水質(zhì)、水雨情監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分別存放于環(huán)保部門、 防汛抗旱系統(tǒng)，雖然部分城區(qū)段沿河已安裝監(jiān)控系統(tǒng)，但重點(diǎn)流域及河段的岸線監(jiān)控有待建設(shè)， 數(shù)據(jù)難以統(tǒng)一管理與共享，形成數(shù)據(jù)割據(jù)和信息孤島。 各區(qū)縣信息化平臺(tái)建設(shè)情況參差不齊，難以做到精準(zhǔn)調(diào)度，相關(guān)數(shù)據(jù)資源亟須規(guī)范化整合與整理，有待形成洛陽(yáng)市全市的水利管理體系。

（2）數(shù)據(jù)不完善

洛陽(yáng)市河道流域廣、面積大、河道周圍情況復(fù)雜，目前巡河主要依靠人工，難以做到全方位覆蓋；河長(zhǎng)履職保障手段單一，難以提供全面、系統(tǒng)、準(zhǔn)確的巡河報(bào)告；河長(zhǎng)及河長(zhǎng)辦對(duì)河湖治理現(xiàn)狀及工作交督辦情況尚無(wú)法做到實(shí)時(shí)掌握。

（3）業(yè)務(wù)覆蓋面不足

洛陽(yáng)市智慧水務(wù)建設(shè)缺少統(tǒng)籌規(guī)劃，導(dǎo)致業(yè)務(wù)覆蓋面不足、應(yīng)用深度不夠。 目前，已建應(yīng)用系統(tǒng)沒(méi)有進(jìn)行統(tǒng)一的規(guī)劃設(shè)計(jì)，數(shù)據(jù)信息處理還停留在采集和基礎(chǔ)分析層面，智能預(yù)報(bào)、智能預(yù)警、智能調(diào)控、智能決策等輔助決策系統(tǒng)建設(shè)基本空白， 大數(shù)據(jù)、人工智能等新一代信息技術(shù)尚未發(fā)揮作用。

二、總體設(shè)計(jì)

根據(jù)洛陽(yáng)市水務(wù)管理工作實(shí)際需求， 以信息資源與基礎(chǔ)設(shè)施為依托，基于遙感、無(wú)人機(jī)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)，集“多源數(shù)據(jù)采集與融合、大數(shù)據(jù)分析與知識(shí)發(fā)現(xiàn)、智能決策與應(yīng)急處置”為一體，形成“高效感知、互聯(lián)互通、資源共享、業(yè)務(wù)協(xié)同、數(shù)字仿真、智能應(yīng)用”的智慧水務(wù)管理平臺(tái)，建立洛陽(yáng)市智慧水利信息化管理體系，推進(jìn)智慧水利與河湖水生態(tài)管理信息全方位、多層次、協(xié)同化發(fā)展。

洛陽(yáng)市智慧水務(wù)體系由物聯(lián)網(wǎng)智能感知、水利專有云平臺(tái)、網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施體系、水利數(shù)據(jù)專題庫(kù)、應(yīng)用支撐平臺(tái)以及智慧業(yè)務(wù)應(yīng)用組成，總體框架如圖1 所示。

1.物聯(lián)網(wǎng)智能感知體系

智能感知包括水雨情、水質(zhì)、工情和視頻監(jiān)控等采集內(nèi)容， 主要為智慧應(yīng)用提供數(shù)據(jù)支撐。圍繞水資源保障、河湖庫(kù)保護(hù)、水災(zāi)害防御、水發(fā)展規(guī)劃、水事務(wù)監(jiān)管和水政務(wù)協(xié)同六大業(yè)務(wù)核心應(yīng)用的感知需求， 整合現(xiàn)有水文監(jiān)測(cè)站網(wǎng)， 補(bǔ)充視頻監(jiān)控、 衛(wèi)星遙感、 無(wú)人機(jī)巡測(cè)、 輿情監(jiān)測(cè)等多種手段，形成物聯(lián)網(wǎng)智能感知系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)河流水系、水利工程和管理活動(dòng)及時(shí)、全面、準(zhǔn)確、穩(wěn)定的監(jiān)測(cè)、監(jiān)視和監(jiān)控。

2.網(wǎng)絡(luò)及基礎(chǔ)設(shè)施體系

主要依托水利數(shù)據(jù)中心、云平臺(tái)（政務(wù)云）、網(wǎng)絡(luò)工程和基礎(chǔ)設(shè)施環(huán)境等內(nèi)容，為智慧水務(wù)提供信息傳輸通道、軟件環(huán)境和硬件環(huán)境，可根據(jù)應(yīng)用業(yè)務(wù)需求按需自動(dòng)擴(kuò)容，支持彈性擴(kuò)容，實(shí)現(xiàn)故障轉(zhuǎn)移、運(yùn)維自動(dòng)監(jiān)控等。 同時(shí)加強(qiáng)水利局已有水利網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)施整合共享，提高資源利用率。

3.水利數(shù)據(jù)專題庫(kù)

整合水利部門內(nèi)部和外部共享數(shù)據(jù)，形成按業(yè)務(wù)過(guò)程、公共基礎(chǔ)和主題應(yīng)用分層的水利數(shù)據(jù)專題庫(kù)和數(shù)據(jù)資源目錄。 對(duì)接入平臺(tái)的多種數(shù)據(jù)進(jìn)行梳理、清洗、甄別和校驗(yàn)，保障平臺(tái)的數(shù)據(jù)質(zhì)量，并對(duì)外提供標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)共享交換服務(wù)。 基于大數(shù)據(jù)分析技術(shù)， 挖掘數(shù)據(jù)間隱藏的相互關(guān)系，為智慧水務(wù)提供一個(gè)集模擬、 預(yù)測(cè)、評(píng)估和調(diào)度等為一體的全方位、多尺度的智慧決策服務(wù)環(huán)境，為應(yīng)用支撐平臺(tái)提供技術(shù)支持。

圖1 洛陽(yáng)市智慧水務(wù)平臺(tái)總體架構(gòu)圖

4.應(yīng)用支撐平臺(tái)

應(yīng)用支撐平臺(tái)包括應(yīng)用和展示服務(wù)，是洛陽(yáng)市智慧水務(wù)平臺(tái)的公共能力聚集平臺(tái)和智慧使能平臺(tái)，在公共支撐能力基礎(chǔ)上，建立滿足水利應(yīng)用需求的公共基礎(chǔ)服務(wù)，包含統(tǒng)一服務(wù)管理、統(tǒng)一服務(wù)網(wǎng)關(guān)、基礎(chǔ)服務(wù)引擎和水利一張圖等水利應(yīng)用公共支撐服務(wù)。 統(tǒng)一服務(wù)管理提供對(duì)外服務(wù)注冊(cè)能力，統(tǒng)一服務(wù)網(wǎng)關(guān)提供安全認(rèn)證、流量控制、負(fù)載均衡等能力，基礎(chǔ)服務(wù)引擎能夠支撐各層級(jí)、 各部門、各應(yīng)用的快速高效搭建。

5.智能業(yè)務(wù)應(yīng)用體系

智能業(yè)務(wù)應(yīng)用體系覆蓋河南省“四水同治”、洛陽(yáng)市河湖長(zhǎng)制和水文化遺產(chǎn)等領(lǐng)域，可滿足洛陽(yáng)市水利局各業(yè)務(wù)部門的管理需求， 以豐富、靈活的界面設(shè)計(jì)和應(yīng)用組裝能力，構(gòu)建滿足市、縣、鄉(xiāng)、村四級(jí)結(jié)構(gòu)和社會(huì)公眾需求的業(yè)務(wù)應(yīng)用，包含綜合信息管理、實(shí)時(shí)監(jiān)管、巡河管理、考核評(píng)估、任務(wù)交辦、河湖健康評(píng)估、綜合展示發(fā)布等功能， 支持移動(dòng)端和微信應(yīng)用，基于統(tǒng)一應(yīng)用門戶訪問(wèn)。

6.標(biāo)準(zhǔn)和保障體系

在水利標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系框架下，制定支撐智慧水務(wù)數(shù)據(jù)共享和業(yè)務(wù)協(xié)同的相關(guān)管理和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，在建設(shè)運(yùn)行過(guò)程中加強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的實(shí)施評(píng)估，及時(shí)組織修訂完善，推動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范全面貫徹落實(shí)。 基于洛陽(yáng)市智慧水務(wù)平臺(tái)的安全保障體系，為智慧水務(wù)提供基礎(chǔ)環(huán)境、網(wǎng)絡(luò)設(shè)施等方面的安全防護(hù)，強(qiáng)化用戶授權(quán)、認(rèn)證、審計(jì)管理， 防范數(shù)據(jù)遺失和泄露風(fēng)險(xiǎn)，保障平臺(tái)及應(yīng)用安全。

三、應(yīng)用設(shè)計(jì)

洛陽(yáng)市智慧水務(wù)應(yīng)用體系基于水務(wù)大數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析與挖掘，在此基礎(chǔ)上構(gòu)建智慧河湖服務(wù)、智慧河湖門戶、移動(dòng)應(yīng)用、防汛抗旱指揮決策、水資源管理和智慧輿情等模塊，形成了“1+N”（即 1 個(gè)水利數(shù)據(jù)專題庫(kù)，N 個(gè)智慧應(yīng)用）智慧水務(wù)應(yīng)用體系，實(shí)現(xiàn)了信息化對(duì)水資源、水環(huán)境、水安全等業(yè)務(wù)的智能支撐。

1.智慧河湖服務(wù)

智慧河湖服務(wù)利用衛(wèi)星遙感、無(wú)人機(jī)、視頻監(jiān)控及人工智能分析等多種技術(shù)手段， 與人工管理相結(jié)合，建立覆蓋全市主要河流的多元化河湖監(jiān)控與保護(hù)體系，提升河湖管理的科學(xué)化、智能化和精細(xì)化水平。

2.智慧河湖門戶

智慧河湖門戶是各級(jí)河長(zhǎng)及河長(zhǎng)制辦公人員迅速掌握轄區(qū)內(nèi)相關(guān)業(yè)務(wù)整體監(jiān)管成效及推進(jìn)各項(xiàng)監(jiān)管工作的入口。 綜合展示轄區(qū)的空間信息和涉水業(yè)務(wù)信息，為各級(jí)河長(zhǎng)和河長(zhǎng)制辦公人員提供轄區(qū)內(nèi)河湖水況、涉水事務(wù)以及巡河履職等綜合概況。

3.移動(dòng)應(yīng)用

移動(dòng)應(yīng)用主要是統(tǒng)籌管理轄區(qū)內(nèi)的人員組織、河湖事務(wù)、各項(xiàng)數(shù)據(jù)等一系列工作。 按照層級(jí)架構(gòu)對(duì)人員組織結(jié)構(gòu)及對(duì)應(yīng)的履職情況進(jìn)行分類歸類查看，利用一張圖的方式多維度統(tǒng)計(jì)與分析監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，巡河及處理日常發(fā)生的問(wèn)題事件、 公文等工作，便捷查詢河湖相關(guān)文檔。

4.防汛抗旱指揮決策

防汛抗旱指揮決策應(yīng)用是基于現(xiàn)有的雨情、河道水情、水庫(kù)水情、城市積水點(diǎn)、視頻等監(jiān)測(cè)能力，融合其他行業(yè)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)降雨、河道防汛、水庫(kù)防汛、城市防汛的市、縣、鄉(xiāng)、村四級(jí)信息共享與在線聯(lián)動(dòng)，達(dá)到汛情可視、風(fēng)險(xiǎn)可防、基層可通的全民防汛新格局。

5.水資源管理

水資源管理應(yīng)用系統(tǒng)是集成現(xiàn)有的取用水監(jiān)控能力， 構(gòu)建地表水、地下水、再生水三大主要水源的全面監(jiān)管能力和地表水資源質(zhì)量監(jiān)管能力，優(yōu)化水資源費(fèi)計(jì)收服務(wù)，提升區(qū)域農(nóng)村飲水安全服務(wù)行業(yè)監(jiān)督水平，為水資源可持續(xù)優(yōu)化利用提供決策支撐服務(wù)。

6.智慧輿情

智慧輿情與河湖公眾服務(wù)，可實(shí)現(xiàn)洛陽(yáng)市河長(zhǎng)制工作具體運(yùn)行實(shí)施的公開(kāi)化，并起到公眾監(jiān)督管理的作用。 利用公共服務(wù)管理平臺(tái)開(kāi)放洛陽(yáng)市河長(zhǎng)制工作，達(dá)到與社會(huì)公眾溝通的效果，以實(shí)現(xiàn)政府及社會(huì)公眾對(duì)河湖治理共同監(jiān)督、維護(hù)的作用。

四、結(jié) 論

新時(shí)代智慧水務(wù)是實(shí)現(xiàn)水利現(xiàn)代化的重要手段， 智慧水務(wù)建設(shè)必須全面、深度融合水利各項(xiàng)業(yè)務(wù)，結(jié)合已有可利用資源，統(tǒng)籌各專業(yè)領(lǐng)域，打通各部門間的數(shù)據(jù)壁壘和信息孤島。 洛陽(yáng)市探索形成的“五聯(lián)治水”新模式，做到了“上下聯(lián)推、縱橫聯(lián)動(dòng)、城鄉(xiāng)聯(lián)建、標(biāo)本聯(lián)治、內(nèi)外聯(lián)督”，實(shí)現(xiàn)了管理信息采集自動(dòng)化、管理信息化、決策科學(xué)化，為洛陽(yáng)水務(wù)高質(zhì)量發(fā)展提供了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)保障。