基于智慧水務(wù)總體架構(gòu)及建設(shè)內(nèi)容

廣東省電信規(guī)劃設(shè)計院有限公司 陳言樑

隨著新時期治水方針的逐步落實，水利現(xiàn)代化、智能化建設(shè)已全面開啟，物聯(lián)網(wǎng)、圖像識別、數(shù)字孿生等新技術(shù)的成熟，也為智慧水務(wù)體系的搭建提供了技術(shù)保障，新時代治水新思路正逐步得到落實。本文對智慧水務(wù)的總體架構(gòu)與包含的建設(shè)內(nèi)容進行研究，力圖為智慧水務(wù)體系搭建及項目建設(shè)提供部分借鑒。

1 研究背景

新時期治水方針要求將傳統(tǒng)水務(wù)與現(xiàn)代信息化技術(shù)進行深度融合，有效提升涉水業(yè)務(wù)管理能力和水平，使水務(wù)參與相關(guān)方及社會公眾享受到水務(wù)的智慧化服務(wù)，實現(xiàn)防汛減災(zāi)、水生態(tài)管理、水資源利用等方面的涉水業(yè)務(wù)綜合管控。當(dāng)前水務(wù)監(jiān)測體系已基本實現(xiàn)對水文信息采集、水資源水環(huán)境信息采集、工情信息采集、工程安全信息采集以及視頻監(jiān)控站點等覆蓋，但由于分屬不同業(yè)務(wù)部門，在不同時期建設(shè)，導(dǎo)致實時數(shù)據(jù)未得到很好整合，未能發(fā)揮整體效益，具體表現(xiàn)為監(jiān)測站點布設(shè)缺乏統(tǒng)籌考慮，監(jiān)測手段單一，缺少創(chuàng)新監(jiān)測手段應(yīng)用，以及數(shù)據(jù)資源整合利用程度低，業(yè)務(wù)應(yīng)用不夠深化靈活等。因此，在新一代信息技術(shù)賦能下，搭建智慧水務(wù)體系，成為了必然趨勢，也具備了可落地基礎(chǔ)。

2 智慧水務(wù)內(nèi)涵

2.1 智慧水務(wù)內(nèi)涵

站在水務(wù)管理部門的視角，智慧水務(wù)即緊密圍繞水安全、水資源、水環(huán)境、水工程、水事務(wù)、水公共服務(wù)6大核心業(yè)務(wù)的需求，融合云計算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、數(shù)字孿生等新一代信息技術(shù)，推進涉水業(yè)務(wù)智能應(yīng)用，提升信息整合共享和業(yè)務(wù)智能管理水平，全面驅(qū)動和支撐水務(wù)治理體系和治理能力現(xiàn)代化[1]。

（1）水安全。主要包括水災(zāi)防御、飲用水安全管理兩部分內(nèi)容。水災(zāi)主要為雨季型洪水、臺風(fēng)型洪水造成的雨澇，當(dāng)有大洪水來時，通過模型進行預(yù)報預(yù)警，可以提前采取措施，預(yù)報各水庫水位，騰出庫容調(diào)蓄洪水，減輕庫區(qū)周邊和下游的防洪壓力。在后汛期，根據(jù)來水預(yù)測及時攔蓄洪尾水量，盡可能多的儲備水量。當(dāng)預(yù)測來水量較少時，可根據(jù)水庫蓄水情況和需水量分析，提前采取抗旱措施，減少旱災(zāi)的影響。飲水工程則是統(tǒng)籌城鄉(xiāng)發(fā)展，改善和提高民眾生活質(zhì)量，促進城鄉(xiāng)經(jīng)濟社會發(fā)展的重要民生基礎(chǔ)設(shè)施，城鄉(xiāng)飲用水安全密切關(guān)系到群眾的身體健康，防范飲水安全風(fēng)險十分必要。通過對人飲工程增加水質(zhì)和水位自動監(jiān)測，可實現(xiàn)城鄉(xiāng)飲水工程供水安全自動預(yù)警，同時加強城鄉(xiāng)飲水工程日常業(yè)務(wù)管理，提升城鄉(xiāng)供水安全監(jiān)管和應(yīng)急處置能力。（2）水資源。是指有利用價值且可被利用的水源，包括地表水及地下水等。在信息化中，水資源信息包括水質(zhì)信息、官網(wǎng)監(jiān)測信息、供水廠監(jiān)測信息、排污口信息、取水戶信息、水庫信息、水電站信息、生態(tài)流量監(jiān)測信息、水利工程信息等。水資源優(yōu)化配置包含了水資源管理、供水管理、灌區(qū)管理的綜合優(yōu)化。（3）水環(huán)境。主要通過監(jiān)測站網(wǎng)進行監(jiān)測，監(jiān)測站網(wǎng)是指在流域內(nèi)或者區(qū)域內(nèi)，由適量的水質(zhì)監(jiān)測實驗室與地表水、地下水、大氣降水水質(zhì)站組成的監(jiān)測信息收集系統(tǒng)。在水環(huán)境管理及保護上，又可分為河湖長制綜合管理、采砂管理、水土保持管理等。（4）水工程。包括涉水的水利工程建設(shè)管理、水利工程運行管理。（5）水事務(wù)。即以水行政事件為主線，涉及到的監(jiān)管對象、業(yè)務(wù)流程等，主要為水行政執(zhí)法，包括執(zhí)法對象監(jiān)管、執(zhí)法巡查管理、執(zhí)法辦案管理、案件辦理管理、執(zhí)法隊伍和裝備管理、執(zhí)法指揮調(diào)度等。（6）水公共服務(wù)。即水務(wù)部門面向公眾提供的涉水政務(wù)服務(wù)，通過互聯(lián)網(wǎng)、移動端、辦理窗口、戶外展示引導(dǎo)等提供，主要包括行政審批事項處理、公眾水務(wù)事項解答、公眾水務(wù)事項投訴處理、公眾預(yù)報預(yù)警、公眾節(jié)水教育、公眾河湖治理宣傳教育、引導(dǎo)公眾參與河湖治理、公眾水情教育等。

2.2 智慧水務(wù)總體架構(gòu)

智慧水務(wù)建設(shè)可按照“四橫兩縱”總體架構(gòu)進行，即基礎(chǔ)設(shè)施、水務(wù)大數(shù)據(jù)中心、應(yīng)用支撐平臺、智能應(yīng)用，以及機制保障、技術(shù)保障。智慧水務(wù)整體架構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 智慧水務(wù)整體架構(gòu)圖Fig.1 Overall architecture diagram of smart water affairs

基礎(chǔ)設(shè)施包括水務(wù)智能感知網(wǎng)和基礎(chǔ)運行環(huán)境。

（1）水務(wù)智能感知網(wǎng)。水務(wù)智能感知網(wǎng)即運用無人機、無人船、物聯(lián)網(wǎng)、5G 等新一代技術(shù)，通過構(gòu)建“空-天-地-水”一體化監(jiān)測感知網(wǎng)，實現(xiàn)水務(wù)要素全感知，區(qū)域感知全覆蓋、感知手段全應(yīng)用，全面支撐水務(wù)工作。智能感知網(wǎng)需要在傳統(tǒng)水雨情、水資源、工情監(jiān)測站點基礎(chǔ)上，強化無人機、無人船等技術(shù)的綜合應(yīng)用，豐富采集種類、加密采集覆蓋、整合采集站點、規(guī)范采集數(shù)據(jù)，進一步加強水文、水資源、水環(huán)境、水工程、農(nóng)村水利等方面的信息采集，提高信息的完備性、真實性和時效性，滿足精細化水務(wù)業(yè)務(wù)管理應(yīng)用要求。廣義上說，水務(wù)智能感知網(wǎng)包括河道監(jiān)測站網(wǎng)、人飲工程監(jiān)測站網(wǎng)、在建水利工程監(jiān)測站網(wǎng)、水庫及水電站監(jiān)測站網(wǎng)。

（2）基礎(chǔ)運行環(huán)境。1）水務(wù)大數(shù)據(jù)中心。建設(shè)水務(wù)大數(shù)據(jù)中心，可最大程度豐富數(shù)據(jù)中心資源，實現(xiàn)各部門數(shù)據(jù)資源整合共享，提升數(shù)據(jù)共享和服務(wù)能力。2）水務(wù)專業(yè)模型?；镜墓卜?wù)基礎(chǔ)模型，方便應(yīng)用軟件開發(fā)時在其上層更加快捷地搭建業(yè)務(wù)應(yīng)用流程和構(gòu)造信息門戶，水務(wù)專業(yè)模型為應(yīng)用層提供統(tǒng)一的支撐服務(wù)。應(yīng)用支撐平臺為應(yīng)用層提供統(tǒng)一的支撐服務(wù)，是實現(xiàn)水務(wù)事件推理、水務(wù)事件協(xié)同、水務(wù)實景仿真、水務(wù)時空分析、水務(wù)行政服務(wù)等公共服務(wù)的基礎(chǔ)平臺。智慧應(yīng)用為基于專業(yè)模型構(gòu)建的應(yīng)用，包括水安全專題、水資源優(yōu)化專題、水環(huán)境保護專題等，配合綜合決策大屏、移動應(yīng)用平臺和統(tǒng)一門戶使用。3）機制體制保障。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的機制建設(shè)是工程建設(shè)重要的基礎(chǔ)性工作，是實現(xiàn)智慧水務(wù)運行管理的目標(biāo)，保證信息交換、共享和應(yīng)用支持有效性和可行性的重要前提。4）技術(shù)保障。技術(shù)應(yīng)用是系統(tǒng)運行的支柱，貫穿于整個體系架構(gòu)各層的建設(shè)過程中。

3 智慧水務(wù)建設(shè)內(nèi)容

3.1 智能感知網(wǎng)

根據(jù)水務(wù)業(yè)務(wù)應(yīng)用建設(shè)需求，以水雨情、水資源、工情監(jiān)測站點為核心基礎(chǔ)，強化無人機、無人船等技術(shù)的綜合應(yīng)用。智能感知網(wǎng)具體建設(shè)為河道監(jiān)測站網(wǎng)、人飲工程監(jiān)測站網(wǎng)、在建水利設(shè)施監(jiān)測站網(wǎng)、水庫監(jiān)測站網(wǎng)等。監(jiān)測數(shù)據(jù)包括水位、流量、雨量、濁度、酸堿度、余氯值、視頻實時畫面等。

3.2 水務(wù)大數(shù)據(jù)中心

（1）水務(wù)數(shù)據(jù)資源目錄。水務(wù)數(shù)據(jù)資源目錄建設(shè)是開展數(shù)據(jù)共享的重要手段和途徑，各級在建立數(shù)據(jù)資源目錄時，應(yīng)保持基本維度分類體系的一致，并在水務(wù)數(shù)據(jù)中心建立統(tǒng)一的目錄服務(wù)系統(tǒng)，解決各自領(lǐng)域范圍的數(shù)據(jù)資源目錄管理與發(fā)布。根據(jù)水務(wù)系統(tǒng)的實際情況，水務(wù)數(shù)據(jù)資源目錄可分為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)目錄、監(jiān)測數(shù)據(jù)目錄、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)目錄。（2）制定數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系。按照“一數(shù)一源”的原則，進行相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范制定，主要包括數(shù)據(jù)庫設(shè)計規(guī)范、數(shù)據(jù)加工存儲規(guī)范、數(shù)據(jù)資源共享規(guī)范、數(shù)據(jù)接入規(guī)范等。（3）數(shù)據(jù)資料制作。數(shù)據(jù)資料制作包括河湖現(xiàn)場全景圖、城鄉(xiāng)供水三維場景、線上虛擬館等。

3.3 應(yīng)用支撐平臺

（1）水務(wù)事件推理能力。可分為洪水預(yù)報模型、水庫來水及調(diào)度模型、視頻圖像分析模型等。洪水預(yù)報模型的構(gòu)建是為了實現(xiàn)將實時或預(yù)報水雨情數(shù)據(jù)作為輸入，通過預(yù)報模型，來實現(xiàn)對流域內(nèi)重要節(jié)點的洪水過程的預(yù)報。水庫來水預(yù)報及調(diào)度模型則通過選取水庫并運用相關(guān)建模技術(shù)，搭建水庫來水預(yù)報模型、工程調(diào)度模型、水資源優(yōu)化配置模型。視頻圖像分析模型即由具備視頻智能分析功能的攝像設(shè)備組成的智能監(jiān)控系統(tǒng)，可以按需求監(jiān)控。（2）水務(wù)事件協(xié)同能力。通過搭建一個統(tǒng)一的綜合集成門戶，在實現(xiàn)統(tǒng)一認(rèn)證、單點登錄的同時，可以根據(jù)登錄用戶的身份，確定用戶的權(quán)限，自動呈現(xiàn)不同的功能界面。另外，將應(yīng)用及展示需求通過界面整合集成到門戶中，如將水務(wù)數(shù)據(jù)中心、水務(wù)一張圖、水務(wù)綜合決策大屏、水安全科學(xué)保障專題、水資源優(yōu)化配置專題、水環(huán)境生態(tài)保護專題、水工程精細調(diào)度專題、水事務(wù)高效管理專題和水公共服務(wù)專題集成在一起。（3）水務(wù)實景仿真能力。可分為實景及數(shù)字孿生等，實景即通過720°全景攝像技術(shù)對各場景點進行多角度環(huán)視拍攝取景，使用軟件進行圖片拼合等處理，將平面照及計算機圖變?yōu)槿?，用于虛擬現(xiàn)實瀏覽。數(shù)字孿生為新一代信息技術(shù)，集成多學(xué)科、多物理量、多尺度、多概率的仿真過程，在虛擬空間中完成精準(zhǔn)映射、虛實交互，為水務(wù)業(yè)務(wù)管理呈現(xiàn)可視化場景，輔助水務(wù)管理決策。（4）水務(wù)時空分析。通過搭建GIS 平臺，為業(yè)務(wù)管理提供地圖信息的操作、瀏覽和管理等功能。（5）水務(wù)行政服務(wù)。主要包括門戶和智能問答等，門戶可通過分權(quán)分域設(shè)置，對不同角色、不同級別、不同崗位用戶所關(guān)注的信息做不同呈現(xiàn)，做到千人千面。智能問答面向內(nèi)部工作人員和社會公眾用戶，以問答形式，定位用戶所需要的提問知識，為用戶提供個性化的信息服務(wù)。

3.4 水務(wù)專題應(yīng)用

（1）水安全科學(xué)保障專題。聚焦水災(zāi)防御工作需要，圍繞預(yù)案、預(yù)報、預(yù)警、預(yù)演等因素建設(shè)，實現(xiàn)與水災(zāi)防御工作精細化管理要求。預(yù)案應(yīng)做到結(jié)構(gòu)化管理，由靜態(tài)預(yù)案向動態(tài)預(yù)案轉(zhuǎn)變。預(yù)報則通過多模型耦合方式，由經(jīng)驗預(yù)報向科學(xué)預(yù)報過渡。通過自動監(jiān)測預(yù)警和預(yù)警回執(zhí)，打造預(yù)警工作的閉環(huán)流程。在人飲工程上增加水質(zhì)和水位自動監(jiān)測，實現(xiàn)飲水工程供水安全自動預(yù)警，提升供水安全監(jiān)管和應(yīng)急處置能力。（2）水資源優(yōu)化配置專題。基于GIS 平臺的展示基礎(chǔ)，實現(xiàn)水質(zhì)、視頻監(jiān)控、水位、雨量等監(jiān)測站點以及水文局、氣象局、生態(tài)環(huán)境局共享的監(jiān)測站點等監(jiān)測數(shù)據(jù)的疊加展示，為水質(zhì)監(jiān)管、水資源業(yè)務(wù)協(xié)同、水資源優(yōu)化配置、動態(tài)評價、供水監(jiān)控預(yù)警、供水運營管理、供水統(tǒng)計分析、灌區(qū)管理等應(yīng)用服務(wù)。（3）水環(huán)境生態(tài)保護專題。聚焦河湖長制管理、采砂管理、水土保持管理等應(yīng)用，建設(shè)投訴、采砂計劃管理、采砂許可證管理、采砂量動態(tài)監(jiān)控、水土流失情況分析及呈現(xiàn)、政策法規(guī)宣傳等模塊。（4）水工程精細調(diào)度專題。引入信息化手段，將招投標(biāo)管理、工程資料、工資支付、工程過程等文件數(shù)字化，實現(xiàn)工程業(yè)務(wù)數(shù)字化，同時基于GIS 平臺，將在建項目、已建項目、規(guī)劃項目做疊加展示，實現(xiàn)工程全景可視化、工程安全自動預(yù)警、調(diào)度管理可視化等目標(biāo)。（5）水事務(wù)高效管理專題。以水行政事件為主線，主要建設(shè)執(zhí)法監(jiān)視、執(zhí)法巡查計劃制定和下達、執(zhí)法信息（包括執(zhí)法隊伍、執(zhí)法艇、執(zhí)法車、執(zhí)法裝備等）的動態(tài)更新、調(diào)度指揮等模塊。（6）水事務(wù)公共服務(wù)專題。建設(shè)審批事項服務(wù)、智能問答、公眾投訴服務(wù)、水務(wù)信息服務(wù)、水務(wù)資訊、節(jié)水宣傳等模塊。（7）移動應(yīng)用，開發(fā)移動應(yīng)用系統(tǒng)，通過移動辦公，實現(xiàn)無時無刻、隨時隨地信息查詢和辦公管理。

3.5 基礎(chǔ)資源及網(wǎng)絡(luò)

包括應(yīng)用服務(wù)器，數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，數(shù)據(jù)采集服務(wù)器，數(shù)字孿生應(yīng)用服務(wù)器，線上虛擬館應(yīng)用服務(wù)器，以及存儲、網(wǎng)絡(luò)、安全等設(shè)備，一般結(jié)合建設(shè)及租用成本、自身維護能力綜合分析，可采用租用外部云資源的方式建設(shè)。

3.6 安全體系

信息系統(tǒng)要求的安全體系，包括系統(tǒng)物理安全、網(wǎng)絡(luò)安全、信息安全、系統(tǒng)安全、運行安全、安全制度等。

4 結(jié)語

總之，智慧水務(wù)建設(shè)是一個長期、動態(tài)的過程，涵蓋領(lǐng)導(dǎo)決策人員、業(yè)務(wù)人員、橫向相關(guān)單位、專家、巡查人員、企業(yè)單位、社會公眾等眾多用戶對象，因此做好頂層規(guī)劃和基礎(chǔ)平臺、專業(yè)模型的搭建，為不同用戶提供個性化業(yè)務(wù)支持是建設(shè)過程中的聚焦方向。此外，在建設(shè)中還應(yīng)重視項目建設(shè)的后評估分析，及時調(diào)整。