城市水資源智慧系統(tǒng)建設(shè)探索

李昱春，劉國平，王海洋，高芳嵐

(1.蘇州市吳中區(qū)水務(wù)局，江蘇 蘇州 215000 2.昆山市水務(wù)局，江蘇 昆山 215300；3.江蘇海創(chuàng)水保規(guī)劃設(shè)計(jì)有限公司，江蘇 蘇州 215000；4.蘇州吳中經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)行政審批局，江蘇 蘇州 215000)

為加強(qiáng)蘇州市主要提供集中供水的水源地、地下水、取用水大戶、重點(diǎn)江河的排污口、重點(diǎn)水功能保護(hù)區(qū)、河流縣際間斷面的在線監(jiān)測(cè),建立蘇州市城市水資源智慧系統(tǒng)勢(shì)在必行。蘇州市城市水資源智慧系統(tǒng)作為服務(wù)于城市供水、用水、水資源保護(hù)、水資源調(diào)配等方面的應(yīng)用系統(tǒng),核心任務(wù)是建成集信息采集、傳輸、存儲(chǔ)、處理、共享的服務(wù)設(shè)施，并形成基于城市水資源智慧系統(tǒng)下信息管理機(jī)制,實(shí)現(xiàn)蘇州市城市水資源信息“自動(dòng)采集、網(wǎng)絡(luò)傳輸、數(shù)字化存儲(chǔ)”的要求，按照“管理現(xiàn)代、決策科學(xué)、政務(wù)公開”的標(biāo)準(zhǔn)開展城市水資源業(yè)務(wù)管理,助力蘇州市嚴(yán)守水資源“三條紅線”，為經(jīng)濟(jì)、社會(huì)綠色發(fā)展提供有力的技術(shù)支撐。

蘇州市城市水資源智慧系統(tǒng)將涵蓋以下子系統(tǒng):采集和傳輸信息、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、業(yè)務(wù)應(yīng)用和安全[1]。

1 信息采集和傳輸信息系統(tǒng)

1.1 信息采集及傳輸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

信息采集及傳輸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)拓?fù)鋱D如圖1所示。

圖1 信息采集及傳輸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)拓?fù)鋱D

1.2 信息采集與傳輸系統(tǒng)監(jiān)控目標(biāo)

水資源信息采集與傳輸系統(tǒng)監(jiān)控的重點(diǎn)是水資源的開發(fā)、利用、循環(huán)等環(huán)節(jié)中的要素，即水源、供水、用水、排水。系統(tǒng)核心任務(wù)是掌握蘇州市各行業(yè)供用水情況,作為管理、保護(hù)及調(diào)度水資源的數(shù)據(jù)來源和方案依據(jù)[2]。為蘇州市水資源實(shí)時(shí)調(diào)度決策提供支持。

除了重點(diǎn)點(diǎn)位的視頻監(jiān)測(cè)外，監(jiān)測(cè)目標(biāo)還包含水源地、地下水、取用水、河流排污口、水功能區(qū)、縣級(jí)河流。其中，水源地和地下水監(jiān)測(cè)內(nèi)容除了水位、水質(zhì)外、地下水監(jiān)測(cè)還應(yīng)增加水溫的監(jiān)測(cè)，其余檢測(cè)目標(biāo)的監(jiān)測(cè)內(nèi)容均為流量和水質(zhì)。

1.3 信息采集方式

信息采集方式,包括自動(dòng)采集和人工采集兩種方式。自動(dòng)采集的完成依托在線監(jiān)測(cè)站，有些數(shù)據(jù)采用自動(dòng)采集產(chǎn)生的費(fèi)用太高，還有些數(shù)據(jù)因當(dāng)前缺少技術(shù)支撐不能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)采集，針對(duì)這些情況，需利用人工采集，主要完成方式為人工巡測(cè)。

1.4 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

在蘇州市及下轄區(qū)縣的水資源管理相關(guān)單位，實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的全覆蓋。網(wǎng)絡(luò)組成形式包含廣域網(wǎng)、局域網(wǎng)，可根據(jù)水資源管理實(shí)際情況設(shè)置采用何種形式的網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)形式選擇不僅要根據(jù)網(wǎng)絡(luò)管理的需求，還應(yīng)考慮水資源管理方面的因素，例如：信息的流程、行政管理的體制。建設(shè)任務(wù)為依托現(xiàn)有防汛信息網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上,提高網(wǎng)絡(luò)性能,拓寬傳輸通道,加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)的安全性和可靠性,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)、視頻、語音的傳輸和信息共享,搭建水資源智慧網(wǎng)絡(luò)[3]。

本系統(tǒng)與省水資源管理系統(tǒng)、市水文局水文信息綜合服務(wù)系統(tǒng)、市環(huán)保局重點(diǎn)污染源在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)接,實(shí)現(xiàn)信息的共享和交換。所有對(duì)接單位都已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了政務(wù)網(wǎng)和電信VPN專線的外部網(wǎng)絡(luò)鏈路,項(xiàng)目實(shí)施時(shí),可以根據(jù)具體情況,選擇通過政務(wù)網(wǎng)或電信VPN實(shí)現(xiàn)“互聯(lián)互通”。

2 業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)

蘇州市城市水資源業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)，首先對(duì)水資源的管理業(yè)務(wù)市場(chǎng)需求進(jìn)行深入分析,然后整合組件技術(shù)、地理信息系統(tǒng)等高新技術(shù)，應(yīng)用到水資源專項(xiàng)業(yè)務(wù)管理中,按照技術(shù)先進(jìn)、效率高、易操作的原則，進(jìn)行系統(tǒng)構(gòu)建。

2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)建設(shè)包括水資源日常業(yè)務(wù)管理和水資源信息相關(guān)服務(wù)。

2.2 水資源信息服務(wù)系統(tǒng)

水資源信息服務(wù)系統(tǒng)組由三個(gè)子信息服務(wù)系統(tǒng)構(gòu)成：三條紅線預(yù)警、實(shí)況監(jiān)測(cè)、信息發(fā)布等。該系統(tǒng)以綜合數(shù)據(jù)庫和GIS技術(shù)為核心，服務(wù)對(duì)象為水資源管理部門及相關(guān)單位，為水資源管理部門的日常管理提供信息支持和服務(wù)，如查詢、水資源相關(guān)信息公開、水資源預(yù)警等[4]。

2.2.1 三條紅線監(jiān)督預(yù)警服務(wù)子系統(tǒng)

嚴(yán)控“三條紅線”，即用水總量、用水效率、水功能區(qū)納污，分別劃定為紅、黃、藍(lán)、三項(xiàng)指標(biāo)，其中，若超過黃色和紅色的報(bào)警臨界指標(biāo)，預(yù)警服務(wù)啟動(dòng)，預(yù)警方式為閃爍報(bào)警[5]。

2.2.2 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)信息服務(wù)子系統(tǒng)

監(jiān)測(cè)范圍主要是蘇州市主要流域和行政區(qū)劃。重點(diǎn)對(duì)象為蘇州市主要的河流、小型以上規(guī)模的水庫、水閘、各類監(jiān)測(cè)站、重點(diǎn)水源地和取水口等。系統(tǒng)用戶和預(yù)警對(duì)象包括責(zé)任值班人員和相關(guān)指揮人員、專家等。

該系統(tǒng)除了用戶觸發(fā)模式外，還有系統(tǒng)自動(dòng)提示模式。不論是用戶觸發(fā)狀態(tài)下人工檢索，或者自動(dòng)提示模式下系統(tǒng)收到信息，只要此時(shí)獲得的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、預(yù)報(bào)數(shù)值為報(bào)警項(xiàng)時(shí)，就立即與系統(tǒng)中的報(bào)警門限值比對(duì)，選擇彩色閃爍、聲音、光線等形式，反映相應(yīng)的實(shí)況數(shù)據(jù)、門限控制值等信息。

2.2.3 綜合信息服務(wù)子系統(tǒng)

該系統(tǒng)的服務(wù)對(duì)象為從事水資源管理工作的人員和社會(huì)公眾，主要原理是利用綜合數(shù)據(jù)庫和GIS技術(shù)為服務(wù)對(duì)象構(gòu)建操作平臺(tái)，該平臺(tái)能提供水資源、水環(huán)境方面的信息服務(wù)，主要有查詢、實(shí)況監(jiān)測(cè)、統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)下載，圖形服務(wù)等。綜合信息服務(wù)子系統(tǒng)，見圖2。

2.2.4 信息發(fā)布子系統(tǒng)

本系統(tǒng)的主要功能是向廣大市民提供水資源和水環(huán)境的信息發(fā)布服務(wù)，宣傳相關(guān)政策和法規(guī)，主要形式是互聯(lián)網(wǎng)站、電視欄目、新聞發(fā)布會(huì)等。通過增強(qiáng)水資源信息服務(wù)，吸納公眾參與到水資源保護(hù)和管理的行動(dòng)中，以提升水資源行政管理單位在處理水資源應(yīng)急事件和水資源日常管理工作的能力和社會(huì)影響[6]。

圖2 綜合信息服務(wù)子系統(tǒng)示意圖

2.2.5 交換信息服務(wù)子系統(tǒng)

實(shí)現(xiàn)蘇州市水利局和江西省水利廳之間辦公信息快速傳達(dá)和上報(bào)、使蘇州市水利系統(tǒng)不同管理部門及蘇州市有業(yè)務(wù)關(guān)聯(lián)的其他部局之間的信息互聯(lián)互通、蘇州市水利單位中的水資源系統(tǒng)可與防汛抗旱應(yīng)急、水土保持站，水文站、灌區(qū)管理單位、水利電子政務(wù)等其他本市水利單位完成信息交換和資源共享。

交換信息服務(wù)子系統(tǒng)是實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)信息服務(wù)子系統(tǒng)、綜合信息服務(wù)子系統(tǒng)等其他子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ),以不同方式從不同渠道獲取各類信息,支持各類信息服務(wù),本系統(tǒng)基于應(yīng)用支撐平臺(tái)中數(shù)據(jù)交換子系統(tǒng)開發(fā)。

2.3 水資源業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)

水資源業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)主要集成省水資源監(jiān)控系統(tǒng)平臺(tái)共4個(gè)子系統(tǒng)，分別為：

2.3.1 取用水總量管理系統(tǒng)

對(duì)主干河流，編制的水量調(diào)配方案進(jìn)行管理，并編制年度水量計(jì)劃，審核后，進(jìn)行傳達(dá)。

2.3.2 用水效率監(jiān)督管理考核系統(tǒng)

主要包括考核方案與指標(biāo)體系管理，年度目標(biāo)與工作計(jì)劃管理，考核與結(jié)果管理。主要功能項(xiàng)包括實(shí)現(xiàn)考核方案與指標(biāo)體系管理、實(shí)現(xiàn)年度目標(biāo)與工作計(jì)劃管理、實(shí)現(xiàn)考核與結(jié)果管理。

2.3.3 水資源調(diào)配決策支撐系統(tǒng)

水資源部署決策支持系統(tǒng)的技術(shù)核心是建立在“ 3S”技術(shù)及水資源調(diào)度建?；A(chǔ)上，為方案的編制提供決策支持，方案主要為出水量調(diào)度、監(jiān)督計(jì)劃這兩種，同時(shí)，又具備服務(wù)于水資源管理的功能，如信息支持，分析、計(jì)算、記錄結(jié)果，綜合會(huì)商等服務(wù)。內(nèi)容涵蓋水資源管理的實(shí)時(shí)狀況評(píng)估、預(yù)測(cè)與預(yù)報(bào)，規(guī)劃與分配，年度配置計(jì)劃，月(旬)調(diào)配方案，實(shí)時(shí)調(diào)度、決策與咨詢等內(nèi)容。水資源調(diào)配決策支持系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖見圖3。

2.3.4 水資源突發(fā)事件指揮系統(tǒng)

水資源危機(jī)發(fā)生時(shí)，水資源突發(fā)事件指揮系統(tǒng)的信息服務(wù)、預(yù)案管理、調(diào)度、會(huì)商管理四個(gè)專項(xiàng)應(yīng)急模塊啟動(dòng)，進(jìn)入應(yīng)急狀態(tài)下的水資源管理模式，原理是通過水資源信息應(yīng)急采集和傳送、調(diào)取備份的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、指揮中心的安控機(jī)制，分析突發(fā)事件的類型，然后再保證供水安全的前提下，第一時(shí)間產(chǎn)生危機(jī)處理方案和具體處理措施。水資調(diào)應(yīng)急管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖見圖4。

3 安全系統(tǒng)

蘇州市城市水資源實(shí)時(shí)監(jiān)控與管理系統(tǒng)的安全防護(hù)，從系統(tǒng)可靠性和系統(tǒng)安全性兩個(gè)方面進(jìn)行建設(shè)。系統(tǒng)可靠性主要通過數(shù)據(jù)、線路、路由、設(shè)備的冗余設(shè)計(jì)，軟件可靠性設(shè)計(jì)，雷電防護(hù)和斷電措施設(shè)計(jì)來保證；系統(tǒng)安全性主要從防黑客攻擊和安全認(rèn)證角度進(jìn)行了網(wǎng)絡(luò)安全和應(yīng)用安全設(shè)計(jì)。

固態(tài)存儲(chǔ)器安裝在各個(gè)監(jiān)測(cè)站后，監(jiān)測(cè)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)可實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)、自動(dòng)重傳。骨干網(wǎng)絡(luò)采用光纖專線作為信道，監(jiān)測(cè)站到監(jiān)控中心的信道采用GPRS(無線測(cè)站)作為信道。

核心路由器具備雙電源、雙引擎和模塊熱插拔等功能核心交換機(jī)應(yīng)配置雙電源。網(wǎng)絡(luò)交換中心必須安裝防火墻軟件，主干網(wǎng)絡(luò)路由器配置方式根據(jù)路線選擇，即OSPF動(dòng)態(tài)路由器設(shè)置在主線路上，靜態(tài)路由器設(shè)置在備用線路上。

圖3 水資源調(diào)配決策支持系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖

圖4 水資調(diào)應(yīng)急管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

防雷擊措施上，監(jiān)測(cè)站建筑物內(nèi)應(yīng)設(shè)置接地母線，方式為閉合式，重要監(jiān)測(cè)站需在房頂配套設(shè)置閉合式均壓帶，另對(duì)所有監(jiān)測(cè)站內(nèi)的電力和通信線路均實(shí)施屏蔽，包括連接傳感器的信號(hào)線及電話、電源等接線，設(shè)置的接地電阻要符合規(guī)范要求。野外站點(diǎn)根據(jù)情況，可適當(dāng)降低標(biāo)準(zhǔn)。在市水務(wù)局配置1臺(tái)入侵防御系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)黑客攻擊的主動(dòng)防范和及時(shí)報(bào)警，并配置1套病毒防護(hù)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)病毒的防范。

4 結(jié) 語

項(xiàng)目實(shí)施后，增加了水資源時(shí)空調(diào)配能力，通過實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)和信息化數(shù)據(jù)傳輸，提高了數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性，城市水資源在時(shí)空配置方面得到有力的信息化保障，促進(jìn)了水資源專項(xiàng)費(fèi)用征繳工作的開展，使水資源專項(xiàng)費(fèi)用全面覆蓋各用水戶和單位，解決了項(xiàng)目實(shí)施前漏征、少征現(xiàn)象。城市智慧水利信息系統(tǒng)建成每年能降低城市用水消耗5000萬m3，有力推動(dòng)了節(jié)水型城市的創(chuàng)建，為工農(nóng)業(yè)發(fā)展節(jié)約出寶貴的水資源，提升了水資源服務(wù)經(jīng)濟(jì)的能力，通過水利信息化辦公的信息高效傳遞和利用，水利工作辦公效率也得以增強(qiáng)，管理經(jīng)費(fèi)呈下降趨勢(shì)。