張小娟,唐 錨,劉 梅,王 昊
(北京市水務(wù)信息管理中心,北京 100038)
北京市智慧水務(wù)建設(shè)構(gòu)想
張小娟,唐 錨,劉 梅,王 昊
(北京市水務(wù)信息管理中心,北京 100038)
為解決北京水務(wù)信息化分散建設(shè)、整合困難、決策智能化水平不高等問題,在智慧地球、智慧北京發(fā)展理念和物聯(lián)網(wǎng)、云計算等高新技術(shù)的基礎(chǔ)上,圍繞北京水務(wù)中心工作提出智慧水務(wù)建設(shè)構(gòu)想,明確智慧水務(wù)的基本內(nèi)涵與核心特征,研究建立智慧水務(wù)的總體架構(gòu),確定未來一個時期在水務(wù)監(jiān)測體系、水務(wù)控制體系、水務(wù)數(shù)據(jù)中心、水務(wù)應(yīng)用體系 4個方面的建設(shè)任務(wù),并且提出智慧水務(wù)的實現(xiàn)方式和預(yù)期效果。
智慧水務(wù);決策指揮;融合;共享;協(xié)同
隨著全球物聯(lián)網(wǎng)、新一代移動寬帶網(wǎng)絡(luò)、云計算等信息技術(shù)的迅速發(fā)展和深入應(yīng)用,信息化發(fā)展正醞釀著重大變革和新的突破,更高階段的智慧化發(fā)展已成為必然趨勢。2008年,IBM 提出重大社會發(fā)展理念:“智慧地球”[1],認為世界的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)正在向智慧的方向發(fā)展,可感應(yīng)、度量的信息源無處不在,互聯(lián)網(wǎng)平臺讓這一切互連互通,讓一切變得更加智能化;隨后,又提出“智慧城市”的嶄新理念,歐美發(fā)達國家掀起了建設(shè)智慧城市的熱潮。2011年起,智慧城市的理念在國內(nèi)得到廣泛認同,2012年,北京市發(fā)布《智慧北京行動綱要》[2],正式開啟從“數(shù)字北京”向“智慧北京”躍升的新篇章。
借助“智慧北京”、“推進水利信息化建設(shè)”等外部大環(huán)境,積極跟蹤物聯(lián)網(wǎng)、云計算等高新技術(shù)的發(fā)展,圍繞水務(wù)中心工作謀劃北京水務(wù)信息化的新發(fā)展,提出了建設(shè)“智慧水務(wù)”的構(gòu)想,旨在通過信息化建設(shè)促進和帶動水務(wù)現(xiàn)代化,提升水務(wù)行業(yè)社會管理和公共服務(wù)能力,保障水務(wù)可持續(xù)發(fā)展。
從“十五”到“十二五”初期,北京水務(wù)信息化發(fā)展經(jīng)歷了起步萌芽(2002年前)、基本建設(shè)(2002—2005年)、業(yè)務(wù)應(yīng)用(2006—2010年)3個重要階段[3],北京水務(wù)信息化工作按照“統(tǒng)一規(guī)則、分步實施;平臺公用、資源共享;應(yīng)用先導(dǎo)、務(wù)求實效”的原則,全面開展了 1個基礎(chǔ)設(shè)施平臺、1個綜合數(shù)據(jù)庫、6 大業(yè)務(wù)應(yīng)用、3個保障環(huán)境的建設(shè)。初步形成了“數(shù)字水務(wù)”的基本成果,實現(xiàn)了支撐北京水務(wù)可持續(xù)發(fā)展的應(yīng)用績效,水務(wù)信息化建設(shè)進入“整合共享、深化應(yīng)用”的發(fā)展階段。
初步建成雨情、水情、水環(huán)境、工情、供水、排水、節(jié)水等 11 類信息采集系統(tǒng);形成上連北京市政府、水利部、海河水利委員會,橫連北京市交管局、氣象局,下連 14個區(qū)縣水務(wù)局、28個局屬單位的骨干通信網(wǎng)。建成局中心綜合數(shù)據(jù)庫,涵蓋 8 大類 45 小類業(yè)務(wù)數(shù)據(jù);建成信息共享交換平臺,向局內(nèi) 25個單位及市應(yīng)急管理辦公室,以及交通、市政市容管理委員會等部門共享數(shù)據(jù)[4]。在水資源、城市應(yīng)急防汛、供排水、郊區(qū)水務(wù)及水務(wù)工程管理等核心業(yè)務(wù)領(lǐng)域建設(shè)了一批重大應(yīng)用系統(tǒng)。初步完成信息化標準、運行管理維護及信息安全 3 大保障環(huán)境的建設(shè)。
盡管水務(wù)信息化取得了豐碩成果,但是距離“智慧北京”、“水務(wù)改革發(fā)展”的要求還有很大距離。水務(wù)信息化工作仍存在以下一些制約發(fā)展的瓶頸問題,必須充分認識、積極應(yīng)對、妥善解決:
1)監(jiān)測不夠全面。目前北京市水務(wù)監(jiān)測能力在國內(nèi)處于領(lǐng)先水平,但還存在信息采集站點內(nèi)容不夠均衡,布設(shè)密度和深度不能完全支撐水務(wù)精細化管理的要求,設(shè)備的完好性、可用性和可靠性有待進一步增強和優(yōu)化。
2)決策支持不夠科學。隨著水務(wù)信息化應(yīng)用的逐步開展,應(yīng)用系統(tǒng)建設(shè)主要集中在水文水資源、防汛抗旱、工程自動化方面,在水環(huán)境、水生態(tài)及決策支持等方面的應(yīng)用還較少;系統(tǒng)功能大都以信息服務(wù)為主,主要滿足日常管理需要,輔助決策類、統(tǒng)計分析類系統(tǒng)不足,不能有效滿足水務(wù)決策、應(yīng)急管理的需求。
3)服務(wù)不夠主動。目前水務(wù)信息化的服務(wù)對象涉及政府部門、水供應(yīng)商、社會公眾等,基本能夠滿足各類用戶的需求,但尚處于被動服務(wù)的階段,在主動性、便捷性、人性化等方面存在改進空間。
4)業(yè)務(wù)不夠協(xié)同。水務(wù)信息化現(xiàn)有的各業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)僅限于各部門內(nèi)部使用,相互之間只實現(xiàn)了數(shù)據(jù)共享,尚未實現(xiàn)應(yīng)用層面的聯(lián)通、共享,也未實現(xiàn)跨部門、層級的業(yè)務(wù)協(xié)同。
智慧水務(wù)的本質(zhì)是一種具有綜合性、整體性的行業(yè)信息化發(fā)展過程,也可以指符合智慧化特點的一個具體的城市或區(qū)域的水務(wù)系統(tǒng)。
智慧水務(wù)是指把新興的信息技術(shù)充分運用于城市水務(wù)綜合管理,把傳感器嵌入和裝備到自然水和社會水循環(huán)系統(tǒng)中,并通過普遍連接形成“感知物聯(lián)網(wǎng)”;然后通過超級計算機和云計算將“水務(wù)物聯(lián)網(wǎng)”整合起來,以多源耦合的二元水循環(huán)模擬、水資源調(diào)控、水務(wù)虛擬現(xiàn)實平臺等為支撐,完成數(shù)字城市水務(wù)設(shè)施與物理城市水務(wù)設(shè)施的無縫集成。依托機制創(chuàng)新,整合共享氣象水文、水務(wù)環(huán)境、市容綠化、建設(shè)交通等涉水領(lǐng)域的信息,構(gòu)建基于數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用系統(tǒng),為電子政務(wù)、水務(wù)業(yè)務(wù)管理、涉水事務(wù)跨行業(yè)協(xié)調(diào)管理、社會公眾服務(wù)等各個領(lǐng)域及需求提供智能化的支持,從而能以更加精細、動態(tài)、靈活、高效的方式對城市水務(wù)進行規(guī)劃,設(shè)計和管理,達到“智慧水務(wù)”的狀態(tài)[5]。
北京市智慧水務(wù)建設(shè)的總體目標如下:充分利用“十五”、“十一五”期間的建設(shè)成果,按照“深度融合、全面共享”的指導(dǎo)思想,以物聯(lián)網(wǎng)、云計算等高新技術(shù)為主導(dǎo),以“自然-人工”二元水循環(huán)理論為指導(dǎo),以計算機通信網(wǎng)絡(luò)和各采集控制終端為基礎(chǔ),基本建成集高新技術(shù)應(yīng)用為一體的智能化水務(wù)管理體系,基本實現(xiàn)信息數(shù)字化、控制自動化、決策智能化,使得感知內(nèi)容全覆蓋,采集信息全掌握,傳輸時間全天候,應(yīng)用貫穿全過程。
北京市智慧水務(wù)建設(shè)按照“五年基本建成,八年基本完善”的總體部署,擬分 2個階段開展實施,第 1 階段為 2013—2017年,基本完成北京市智慧水務(wù)建設(shè),初步形成與智慧北京相適應(yīng)的水務(wù)管理能力;第 2 階段為 2018—2020年,全面完善北京市智慧水務(wù)建設(shè),為智慧北京的實現(xiàn)提供有力支撐。
3.1 智慧水務(wù)業(yè)務(wù)架構(gòu)
根據(jù)北京市水務(wù)局三定職能和水務(wù)業(yè)務(wù)的實際需要,將水務(wù)業(yè)務(wù)從宏觀上劃分為決策指揮和公共服務(wù) 2 大類,具體組成和架構(gòu)如圖1 所示。水務(wù)決策指揮層的 3 大業(yè)務(wù)需要水務(wù)信息監(jiān)測與服務(wù)類和水務(wù)工程建設(shè)與管理這 2 項基礎(chǔ)業(yè)務(wù)進行支撐。
3.2 智慧水務(wù)總體架構(gòu)
在水務(wù)業(yè)務(wù)梳理和分析的基礎(chǔ)上,按照智慧水務(wù)頂層設(shè)計的思路,借鑒目前國際國內(nèi)同類項目建設(shè)經(jīng)驗,初步搭建了北京市智慧水務(wù)總體架構(gòu),主要包括智慧水務(wù)監(jiān)測體系、控制體系、傳輸網(wǎng)絡(luò)、水務(wù)數(shù)據(jù)中心、應(yīng)用、服務(wù)對象、安全保障及推進機制等 8 大部分,具體框架如圖2 所示。
3.3 智慧水務(wù)功能架構(gòu)
智慧水務(wù)通過“智能感知、智能仿真、智能診斷、智能預(yù)警、智能調(diào)度、智能處置、智能控制、智能服務(wù)”功能體系,實現(xiàn)水安全智能保障,提高水資源調(diào)控能力,以支撐日常和應(yīng)急狀態(tài)下的防洪、水資源、水環(huán)境和水生態(tài)等管理業(yè)務(wù)工作,具體功能架構(gòu)如圖3 所示。
根據(jù)北京市水務(wù)信息化發(fā)展現(xiàn)狀和智慧水務(wù)頂層設(shè)計的總體框架,智慧水務(wù)建設(shè)任務(wù)可以概括為“4511”,即 4 大監(jiān)測體系、5 大控制體系、1個數(shù)據(jù)中心、1個應(yīng)用體系。
4.1 完善 4 大監(jiān)測體系
主要圍繞防汛、水資源、水環(huán)境和水生態(tài)管理4 類核心業(yè)務(wù),完善水務(wù)監(jiān)測體系。和傳統(tǒng)的監(jiān)測手段相比,智慧水務(wù)需要利用遙感、衛(wèi)星、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù),構(gòu)建智能感知體系,確保信息互通和資源共享,形成“空天地”一體化的水務(wù)立體感知監(jiān)測體系。
圖1 北京水務(wù)業(yè)務(wù)架構(gòu)圖
圖2 北京市智慧水務(wù)總體架構(gòu)邏輯圖
4.2 完善 5 大控制體系
洪水控制體系涵蓋潮白河、永定河、拒馬河及城市內(nèi)澇,實現(xiàn)上蓄、中疏、下排的防洪格局;水源控制體系涵蓋京密、永引、南水北調(diào)和應(yīng)急等水源,通過南水北調(diào)水入京,與本地 10個水庫、6 處水源地及再生水實現(xiàn)統(tǒng)一配置;城市供水控制體系包括城區(qū)和郊區(qū)供水控制體系,形成城內(nèi)六區(qū)一網(wǎng)和多個郊區(qū)供水單元相結(jié)合的供水格局;城市排水控制體系包括污水收集和處理體系;生態(tài)河湖控制體系包括內(nèi)城水系、生態(tài)廊道及小流域。
4.3 建成 1個水務(wù)數(shù)據(jù)中心
通過元數(shù)據(jù)庫結(jié)合數(shù)據(jù)資源目錄的方式實現(xiàn)數(shù)據(jù)的標準化管理,并在現(xiàn)有綜合庫的基礎(chǔ)上建設(shè)數(shù)據(jù)倉庫,為分析、統(tǒng)計、決策等過程提供數(shù)據(jù)支撐。建設(shè)水信息基礎(chǔ)平臺,建立形式多樣、使用靈活、方便快捷的資源共享服務(wù)系統(tǒng),形成“一張圖、一個庫、一個平臺”。
圖3 北京市智慧水務(wù)功能架構(gòu)
4.4 構(gòu)建統(tǒng)一業(yè)務(wù)應(yīng)用體系
采用功能個性化定制的思想,水務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)由通用和個性 2 種模塊組裝的方式實現(xiàn)。水務(wù)局機關(guān)處室和其業(yè)務(wù)對口的局屬單位在共性業(yè)務(wù)上使用統(tǒng)一的通用模塊,針對個性業(yè)務(wù)可以開發(fā)個性模塊。通過管理平臺實現(xiàn)模塊的共享、升級和管理。形成上下貫通、左右協(xié)同的業(yè)務(wù)應(yīng)用鏈條,為社會公眾、水務(wù)各級管理部門提供在線服務(wù)和決策支持。
5.1 建設(shè)原則
為確保智慧水務(wù)目標的實現(xiàn),克服水務(wù)信息化發(fā)展過程中出現(xiàn)的各自為政、重復(fù)建設(shè)、信息資源分散、開發(fā)利用效率低等全局性問題,智慧水務(wù)建設(shè)應(yīng)遵循以下基本原則:
1)統(tǒng)籌規(guī)劃,穩(wěn)步推進。依據(jù)《北京市智慧水務(wù)頂層設(shè)計》部署,統(tǒng)籌安排建設(shè)任務(wù),逐一落實,協(xié)調(diào)、穩(wěn)步推進各項建設(shè)內(nèi)容,滿足當前工作的迫切需要。同時,建立有效的工作協(xié)調(diào)機制,健全相關(guān)辦法,制定標準與規(guī)范,采取有效措施,促進重點項目建設(shè)在技術(shù)上統(tǒng)一標準、框架,確保信息的互聯(lián)互通,促進資源的整合、公用、共享,充分發(fā)揮各種資源的作用和效能。
2)需求驅(qū)動、急用先建。以滿足實際需求,提升業(yè)務(wù)支撐能力為目的,建立以應(yīng)用需求為導(dǎo)向、信息技術(shù)應(yīng)用服從水務(wù)事務(wù)和業(yè)務(wù)需求的科學發(fā)展模式,在保障系統(tǒng)可擴展性的基礎(chǔ)上,選擇實用先進的信息技術(shù),建立可配置、易擴充和能演化的系統(tǒng),注重實用、好用、夠用,確保系統(tǒng)盡快發(fā)揮效益。
3)注重整合、資源共享。所有信息基礎(chǔ)設(shè)施,都必須按資源共享的原則建設(shè)和應(yīng)用;特別是要依托水務(wù)數(shù)據(jù)中心建設(shè),建立信息交換平臺,在全市水務(wù)系統(tǒng)內(nèi)部最大程度地共享信息資源,對社會公眾要最大程度地開放公共信息,實現(xiàn)資源優(yōu)化配置、信息互聯(lián)互通、政務(wù)公開透明,促進信息基礎(chǔ)設(shè)施和應(yīng)用系統(tǒng)效能最大化,避免重復(fù)建設(shè)。
4)建管并重,注重運維。加強建設(shè)項目的規(guī)范化過程管理與科學評估,明確各類信息基礎(chǔ)設(shè)施及業(yè)務(wù)應(yīng)用的合理生命周期,將所建系統(tǒng)的運行維護管理方案及合理生命周期內(nèi)所需備品備件納入設(shè)計內(nèi)容,落實運行維護經(jīng)費和組織方式,強化日常管理,保障水務(wù)信息系統(tǒng)建得成、用得好、可持續(xù)。
5.2 應(yīng)用系統(tǒng)建設(shè)模式
智慧水務(wù)的核心體現(xiàn)在應(yīng)用層面,應(yīng)用系統(tǒng)建設(shè)將以現(xiàn)有系統(tǒng)整合為主,現(xiàn)有系統(tǒng)升級改造和新建系統(tǒng)為輔的方式開展。
5.2.1 現(xiàn)有系統(tǒng)整合
現(xiàn)有系統(tǒng)整合分為數(shù)據(jù)資源與應(yīng)用系統(tǒng)整合2個層面。數(shù)據(jù)資源層面的整合針對運行良好、相互功能交集較小,但具有一定數(shù)據(jù)聯(lián)系的現(xiàn)有應(yīng)用系統(tǒng),通過分析系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)關(guān)系(數(shù)據(jù)類型、流向、共享需求等),確定整合后的數(shù)據(jù)資源結(jié)構(gòu),并對上層應(yīng)用系統(tǒng)進行相應(yīng)改造,實現(xiàn)同一數(shù)據(jù)資源上不同系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。應(yīng)用系統(tǒng)層面的整合是在云計算服務(wù)環(huán)境下,基于 SOA 架構(gòu),對當前在不同的開發(fā)平臺下,用不同的開發(fā)語言、架構(gòu)設(shè)計開發(fā),并且運行于不同網(wǎng)絡(luò)環(huán)境當中的信息系統(tǒng)進行深入分析,將業(yè)務(wù)流程分割包裝成不同的服務(wù),并整合在統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)中,對使用者提供透明化的服務(wù),從而實現(xiàn)系統(tǒng)的松散耦合。
5.2.2 現(xiàn)有系統(tǒng)升級改造
對不能滿足智慧水務(wù)業(yè)務(wù)需求的系統(tǒng)進行評估,找出目前運行狀況良好的系統(tǒng),按照智慧水務(wù)頂層設(shè)計業(yè)務(wù)需求,在云計算與物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下,基于 SOA 技術(shù)架構(gòu)對業(yè)務(wù)流程進行重新梳理,并采用工作流、可視化等技術(shù)對業(yè)務(wù)流程進行建模,構(gòu)建可變動的業(yè)務(wù)流程定制機制,實現(xiàn)對現(xiàn)有系統(tǒng)的改造,以滿足服務(wù)社會公眾和支持領(lǐng)導(dǎo)決策的需求。
5.2.3 新系統(tǒng)建設(shè)
對于無法通過升級改造達到相應(yīng)的建設(shè)目標,或者升級改造成本過高,或者承擔了新的工作和任務(wù)的系統(tǒng),需要建設(shè)新的信息系統(tǒng)。新建系統(tǒng)要基于統(tǒng)一的布局、標準和開發(fā)平臺,充分考慮軟硬件的兼容性問題,以提高各業(yè)務(wù)系統(tǒng)的開發(fā)效率,方便各業(yè)務(wù)系統(tǒng)間的集成,實現(xiàn)各系統(tǒng)間的互聯(lián)互通與信息共享,從而保障跨部門的業(yè)務(wù)協(xié)同。
5.3 智慧水務(wù)建成后預(yù)期效果
智慧水務(wù)建成后,將形成“4511”的水務(wù)信息化綜合體系,實現(xiàn)以水務(wù)局為中心,局屬單位為分中心的全市水務(wù)云服務(wù)系統(tǒng),為基層監(jiān)控、業(yè)務(wù)管理、決策支持、公共服務(wù),提供全面、可靠、靈活、便捷的信息化支撐和保障。
5.3.1 實現(xiàn)控制自動化
面向北京市水源地、自來水管網(wǎng)、排水管網(wǎng)、城市生態(tài)河湖水系等各類監(jiān)控對象,建立防洪工程、水源工程自動化、城鄉(xiāng)供水、城市排水工程和生態(tài)河湖工程等控制體系,實現(xiàn)水務(wù)工程及時、可靠、自動控制。
5.3.2 實現(xiàn)管理協(xié)同化
面向業(yè)務(wù)人員,建立市區(qū)兩級聯(lián)動的協(xié)同管理工作體制,在業(yè)務(wù)和政務(wù)管理方面實現(xiàn)統(tǒng)一流程、用戶、資源、配置的協(xié)作化管理。通過對目標、過程、執(zhí)行及結(jié)果等管理的統(tǒng)一把控,使業(yè)務(wù)人員的管理更加高效、共享和協(xié)同,實現(xiàn)精細化管理。
5.3.3 實現(xiàn)決策科學化
面向領(lǐng)導(dǎo),建立模型,實現(xiàn)多水源多用戶水資源聯(lián)合調(diào)度、洪水資源利用、風險管理等分析,為領(lǐng)導(dǎo)科學決策提供支持。通過信息支撐,以及決策依據(jù)、方法及過程的科學化,使得水務(wù)局領(lǐng)導(dǎo)的決策更加綜合、合理、可行,形成科學化決策。
5.3.4 實現(xiàn)服務(wù)主動化
面向社會公眾,建立涉及水行政、民生的公共服務(wù),提供了解水務(wù)的渠道,實現(xiàn)水務(wù)信息資源共建共享,避免重復(fù)建設(shè)。通過服務(wù)內(nèi)容、方式、品質(zhì)及社會交互,使得社會公眾體驗到水務(wù)品質(zhì)的人性化、便捷性、舒適性,實現(xiàn)主動化服務(wù)。
“智慧水務(wù)”是北京水務(wù)落實“智慧北京”的重要載體,總體框架和建設(shè)內(nèi)容是對《“十二五”北京水務(wù)信息化發(fā)展規(guī)劃》的細化和補充,是指導(dǎo)未來十年北京市水務(wù)信息化統(tǒng)籌發(fā)展和協(xié)調(diào)建設(shè)的重要依據(jù),目前已應(yīng)用于年度信息化項目申報工作中,作為審批水務(wù)信息化項目的主要依據(jù)。
今后將在智慧水務(wù)總體框架指導(dǎo)下,重點研究水務(wù)數(shù)據(jù)中心建設(shè)方案、業(yè)務(wù)應(yīng)用體系整合聯(lián)通解決方案等,實現(xiàn)水務(wù)普查數(shù)據(jù)與日常業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的融合,以及面向全市水務(wù)系統(tǒng)的信息共享和業(yè)務(wù)協(xié)同,推進全局統(tǒng)籌、集約、協(xié)調(diào)發(fā)展。
[1] 張永民. 解讀智慧地球與智慧城市[J]. 中國信息界,2010 (10): 23-29.
[2] 崔婧.《智慧北京行動綱要》誕生記[J]. 中國經(jīng)濟和信息化,2012 (7): 75-79.
[3] 王昉,萬爍. 北京水務(wù)信息化發(fā)展歷程及展望[J]. 北京水務(wù),2011 (4): 70-72.
[4] 張小娟. 利用信息化手段推進水資源精細化管理[C]//北京市水文科學技術(shù)研討會論文集. 北京:中國水利水電出版社,2009: 304-308.
[5] 北京市水務(wù)局. 北京市智慧水務(wù)頂層設(shè)計[S]. 北京:北京市水務(wù)局,2013.
Conception of Wisdom Water Affair Construction in Beijing
ZHANG Xiaojuan, TANG Mao, LIU Mei, WANG Hao
(Beijing Water Information Management Center, Beijing 100038, China)
Aiming at the problems of water information system, such as separate construction, difficulty to integrate, low level intelligent decision-making etc., based on the development idea of smarter planet, wisdom Beijing, and the advanced technology of internet of things and cloud computing, this article puts forward the idea of wisdom water affair construction around Beijing water center work. It defines the basic connotation and core characteristic of wisdom water affair, sets up the general framework, ensures four construction tasks of water monitor system, water control system, water data center and water application system in the future, and analyzes its implementation model and expect effect.
wisdom water affair; decision-making and command; integrated; share; coordination
TP393;TV213.4
A
1674-9405(2014)01-0064-05
2013-10-11
張小娟(1982-),女,河南偃師人,工程師,從事水務(wù)信息化管理工作。