王 菂，鄭 凱，賈真真

（1.山東省水利勘測設(shè)計(jì)院，山東 濟(jì)南250014；2.山東傳媒職業(yè)學(xué)院，山東 濟(jì)南250200；3.泰安市水利勘測設(shè)計(jì)研究院，山東 泰安271000）

2019年6月，水利部印發(fā)《水利網(wǎng)信水平提升三年行動(dòng)方案（2019—2021年）》，明確要以習(xí)近平新時(shí)代中國特色社會(huì)主義思想為指導(dǎo)，積極踐行“節(jié)水優(yōu)先、空間均衡、系統(tǒng)治理、兩手發(fā)力”治水方針和網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)國戰(zhàn)略思想。自20世紀(jì)90年代以來，水利信息化事業(yè)經(jīng)過20余年的建設(shè)，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了從無到有、從點(diǎn)到面、從硬件設(shè)置到系統(tǒng)集成、由單一業(yè)務(wù)到綜合服務(wù)、由數(shù)字水利向智慧水利發(fā)展的歷程。隨著物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能等新技術(shù)的快速發(fā)展，智慧水利的內(nèi)涵也得以迅速拓展提升。省、部和地市級(jí)智慧水利平臺(tái)建設(shè)漸趨完善，縣市級(jí)智慧水利平臺(tái)建設(shè)也已逐步展開。本文僅就縣市級(jí)智慧水利平臺(tái)建設(shè)談幾點(diǎn)膚淺的認(rèn)識(shí)。

1 縣市級(jí)智慧水利平臺(tái)建設(shè)的總體目標(biāo)

縣市級(jí)智慧水利平臺(tái)建設(shè)應(yīng)該結(jié)合實(shí)際情況，搭建形成一個(gè)上聯(lián)縣市級(jí)政府及相關(guān)上級(jí)水利主管部門，橫聯(lián)各業(yè)務(wù)科室和水管單位，下聯(lián)鄉(xiāng)鎮(zhèn)水利站所和水利設(shè)施管理單位，覆蓋縣市全域范圍的綜合管理服務(wù)體系。縣市級(jí)智慧水利平臺(tái)的搭建，也為地市、省級(jí)、甚至國家級(jí)智慧水利平臺(tái)的信息數(shù)據(jù)庫儲(chǔ)備必要的數(shù)據(jù)，是上級(jí)平臺(tái)運(yùn)行管理的基礎(chǔ)。

2 平臺(tái)總體架構(gòu)

縣市級(jí)智慧水利平臺(tái)總體架構(gòu)由客觀感知、信息傳輸、數(shù)據(jù)管理、平臺(tái)支撐和功能服務(wù)5個(gè)層面組成，如圖1所示。

圖1 縣市級(jí)智慧水利平臺(tái)總體構(gòu)架示意圖

客觀感知層是所有信息的源泉，既通過雨量計(jì)、流速儀，水位、水質(zhì)、工情、墑情、濁度、溫度、風(fēng)速、風(fēng)向等傳感器，直接客觀地采集水情、雨情、工情等信息；也使用視頻、遙感、定位等綜合技術(shù)，形成空天一體化監(jiān)測感知體系；還通過合法數(shù)據(jù)提取程序從其它數(shù)據(jù)庫（如氣象數(shù)據(jù)庫、遙感影像數(shù)據(jù)庫等）獲取相應(yīng)信息；亦基于個(gè)人計(jì)算機(jī)、手機(jī)等終端填報(bào)、采集相關(guān)信息。

信息傳輸層主要依托公用有線網(wǎng)絡(luò)、無線網(wǎng)絡(luò)、水利專用網(wǎng)絡(luò)或衛(wèi)星等通訊設(shè)施，在程序控制交換系統(tǒng)、加密系統(tǒng)的輔助下，進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞。

數(shù)據(jù)管理層在存儲(chǔ)客觀感知并傳輸過來的所有信息的同時(shí)，還要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行過濾、清除、加工、整合等管理與服務(wù)工作。

平臺(tái)支撐層主要是通過GIS平臺(tái)（提供宏觀地理信息）、遙感分析組件（遙感數(shù)據(jù)反演計(jì)算）、數(shù)模分析組件（基于云計(jì)算的計(jì)算模型類決策輔助程序）、SQL服務(wù)器等系統(tǒng)為功能服務(wù)層提供技術(shù)支撐。

功能服務(wù)層是直接面對(duì)用戶的部分。底層收集的數(shù)據(jù)傳輸?shù)狡脚_(tái)，經(jīng)數(shù)據(jù)管理層存儲(chǔ)、過濾、清除、加工、整合，交由平臺(tái)支撐層進(jìn)行相關(guān)應(yīng)用處理，最后將數(shù)據(jù)與結(jié)論根據(jù)不同應(yīng)用場景的需要提供給用戶，完成信息服務(wù)。

3 功能服務(wù)層

縣市級(jí)水利部門的決策和職能部門主要面對(duì)的是功能服務(wù)層。

功能服務(wù)層主要由水利地理信息管理系統(tǒng)、水旱災(zāi)害防御決策支持系統(tǒng)、水利工程建設(shè)管理系統(tǒng)、水資源管理系統(tǒng)、水環(huán)境與水生態(tài)管理系統(tǒng)、城鄉(xiāng)供水管理系統(tǒng)、農(nóng)村水利管理系統(tǒng)、水土保持管理系統(tǒng)、水政執(zhí)法管理系統(tǒng)、水利業(yè)務(wù)綜合辦公系統(tǒng)以及掌上水利系統(tǒng)等組成。

3.1 水利地理信息管理系統(tǒng)

水利地理信息管理系統(tǒng)建設(shè)旨在對(duì)數(shù)據(jù)管理層整合的水利大數(shù)據(jù)及功能服務(wù)層模塊基于大數(shù)據(jù)處理生產(chǎn)的信息進(jìn)行多樣化的空間顯示和開發(fā)模擬。

該系統(tǒng)由水利大數(shù)據(jù)空間顯示及系統(tǒng)管理兩個(gè)主體功能部分組成。

1）水利大數(shù)據(jù)空間顯示。該部分包括數(shù)據(jù)管理層存儲(chǔ)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)及功能應(yīng)用層各模塊處理生成的信息的空間呈現(xiàn)。顯示的內(nèi)容包括氣象觀測數(shù)據(jù)、水文觀測數(shù)據(jù)、工程安全監(jiān)測數(shù)據(jù)、各監(jiān)測站點(diǎn)采集的信息數(shù)據(jù)，土壤、植被、生物觀測數(shù)據(jù)，土地利用變化觀測等資料；此外還有功能應(yīng)用層各模塊、站網(wǎng)管理和資料整編模塊等模塊對(duì)應(yīng)用層模塊基于水利大數(shù)據(jù)處理生成的信息。

2）水利大數(shù)據(jù)系統(tǒng)管理，包括大數(shù)據(jù)的支撐管理系統(tǒng)平臺(tái)開發(fā)及變化趨勢擬合。通過機(jī)器學(xué)習(xí)和深度研究，建立相關(guān)模型，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行訓(xùn)練學(xué)習(xí)，通過在線數(shù)據(jù)進(jìn)行測試分析，不斷提高模型的準(zhǔn)確性和健康性。綜上可見，該功能提供了一個(gè)可持續(xù)擴(kuò)展的框架，使得數(shù)據(jù)資源和水利功能服務(wù)可以不斷地?cái)U(kuò)展和更新。

3.2 水旱災(zāi)害防御決策支持系統(tǒng)

該系統(tǒng)為水旱災(zāi)害防御部門及時(shí)提供雨情、水情、氣象云圖、雷達(dá)測報(bào)、災(zāi)情、險(xiǎn)情等信息。從數(shù)據(jù)庫實(shí)時(shí)提取的雨水情資料可以基本準(zhǔn)確地提供降雨、洪水和旱情等相關(guān)數(shù)據(jù)預(yù)報(bào)，為水旱災(zāi)害防御綜合調(diào)度分析提供可靠的技術(shù)支持。

3.3 水利工程建設(shè)管理系統(tǒng)

該系統(tǒng)主要由水利工程基本信息管理、水利工程建設(shè)管理、水利工程規(guī)劃管理等子系統(tǒng)組成。對(duì)于已建水利工程，海量存儲(chǔ)其基本資料，以供上報(bào)、查詢、共享等用途。對(duì)于在建水利工程，通過該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)在建項(xiàng)目的開工準(zhǔn)備、生產(chǎn)實(shí)施、質(zhì)量管理、進(jìn)度管理和資金管理等，為通過信息化手段進(jìn)行水利工程全生命周期管理奠定良好的基礎(chǔ)。對(duì)于規(guī)劃中的水利工程，通過該系統(tǒng)完成項(xiàng)目建議書、可行性研究、初步設(shè)計(jì)階段的咨詢、報(bào)告編制、專家評(píng)審、上報(bào)批復(fù)等工作。

3.4 水資源管理系統(tǒng)

通過該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)縣市全域水資源數(shù)據(jù)的收集、管理與網(wǎng)絡(luò)上報(bào)功能，其中包括水資源綜合評(píng)價(jià)，水功能區(qū)管理、水資源費(fèi)征收管理、入河排污口管理、計(jì)劃用水、取水許可管理、飲用水源地管理以及相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)管理等功能。建立相關(guān)水資源管理數(shù)據(jù)模型，結(jié)合機(jī)器學(xué)習(xí)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行訓(xùn)練，提高決策支持的準(zhǔn)確率。

3.5 水環(huán)境與水生態(tài)管理系統(tǒng)

該系統(tǒng)由水位監(jiān)測、水質(zhì)監(jiān)測、生物量監(jiān)管、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)、危機(jī)預(yù)警、安保措施、安全評(píng)價(jià)、突發(fā)事故應(yīng)急反應(yīng)預(yù)案、事故后評(píng)估以及綜合處理等子系統(tǒng)組成。通過該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)縣市級(jí)水環(huán)境與水生態(tài)信息的采集、傳輸、存儲(chǔ)、管理、查詢、評(píng)價(jià)、預(yù)測、處理、上報(bào)、共享、發(fā)布等服務(wù)。

3.6 城鄉(xiāng)供水管理系統(tǒng)

城鄉(xiāng)供水系統(tǒng)包括水源地、凈水廠、管道、泵站以及向千家萬戶送水的配水管網(wǎng),同時(shí)還提供消防及各種危急狀況下自來水的使用,是城鄉(xiāng)賴以生存的生命線系統(tǒng),所以,保證供水系統(tǒng)安全可靠地運(yùn)行,是一項(xiàng)極為重要的工作。

該系統(tǒng)主要由物聯(lián)網(wǎng)感知取水監(jiān)測點(diǎn)（圖像站、視頻站、水質(zhì)站、水量站）、與自動(dòng)化運(yùn)行控制體系組成，可實(shí)現(xiàn)全程水質(zhì)、水量實(shí)時(shí)監(jiān)控，實(shí)時(shí)掌握供水的質(zhì)與量是否達(dá)標(biāo)；監(jiān)測數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳至平臺(tái)，對(duì)數(shù)據(jù)及時(shí)進(jìn)行匯總、整理、分析和處理，確保供水系統(tǒng)安全運(yùn)行。

3.7 農(nóng)村水利管理系統(tǒng)

建設(shè)該系統(tǒng)的主要目標(biāo)：一是以行業(yè)和項(xiàng)目管理為中心，基于提高農(nóng)村水利工程建設(shè)管理水平以及資金使用效率、確保資金安全使用的要求，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目申報(bào)審批、數(shù)據(jù)上報(bào)下達(dá)、項(xiàng)目建設(shè)及時(shí)跟蹤等功能；二是以用水管理為中心，滿足合理調(diào)度、科學(xué)管理的要求，實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析等功能。內(nèi)容涵蓋農(nóng)村水利基本建設(shè)、灌區(qū)建設(shè)與改造、農(nóng)村飲水安全、泵站建設(shè)與改造、節(jié)水灌溉、小型農(nóng)田水利、山區(qū)雨水集蓄利用等農(nóng)村水利業(yè)務(wù)。

3.8 水土保持管理系統(tǒng)

該系統(tǒng)以電子地圖GIS軟件為基礎(chǔ)空間數(shù)據(jù)庫，構(gòu)建以水土保持?jǐn)?shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)、分析、管理為一體的架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)水土保持監(jiān)測評(píng)價(jià)、生態(tài)治理、綜合管理等功能。

水土保持監(jiān)測通過物聯(lián)網(wǎng)、遙感、大數(shù)據(jù)分析等先進(jìn)的數(shù)據(jù)采集分析技術(shù)，對(duì)水土流失的發(fā)生、發(fā)展及其危害進(jìn)行監(jiān)測，記錄水土流失的類型、強(qiáng)度、分布特征以及造成的危害。通過分析監(jiān)測數(shù)據(jù)，掌握水土流失的影響因子、發(fā)展規(guī)律、動(dòng)態(tài)變化趨勢，以便對(duì)水土流失綜合治理、生態(tài)環(huán)境建設(shè)的宏觀決策提出科學(xué)、合理、系統(tǒng)地水土保持措施。

3.9 水政執(zhí)法管理系統(tǒng)

該系統(tǒng)由水政監(jiān)察遙感動(dòng)態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)、水政執(zhí)法巡查管理系統(tǒng)、執(zhí)法檔案管理系統(tǒng)、執(zhí)法文書管理系統(tǒng)等組成。通過該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)水事案件從產(chǎn)生、發(fā)現(xiàn)、舉報(bào)、登記、立案、調(diào)查、處理、聽證、結(jié)案全過程的信息化管理，大大提高了水政執(zhí)法的效率和水平。

3.10 水利業(yè)務(wù)綜合辦公系統(tǒng)

縣市級(jí)水利部門業(yè)務(wù)綜合辦公系統(tǒng)建設(shè)的主要目標(biāo)：一是服務(wù)于局機(jī)關(guān)領(lǐng)導(dǎo)辦公和政務(wù)工作；二是服務(wù)于各部門的辦公和政務(wù)工作；三是有利于局、科、室、站、所之間的協(xié)作、交流；四是實(shí)現(xiàn)辦公流程化、規(guī)范化、自動(dòng)化、資源共享和信息電子化，有利于加強(qiáng)工作管理，提高辦公辦事效率，提升輔助領(lǐng)導(dǎo)決策的能力。該系統(tǒng)可以為縣市水利局提供一套現(xiàn)代化的PC終端和移動(dòng)端的辦公平臺(tái)。

4 結(jié)語

信息是智慧水利的基礎(chǔ)，縣市級(jí)水利局和鄉(xiāng)鎮(zhèn)水利站所的主要工作在基層，直接采集、監(jiān)測、匯總、上傳海量的水利信息。知識(shí)是智慧水利的核心，要利用先進(jìn)的信息技術(shù)，充分挖掘信息的潛力，從中提取有用的知識(shí)，以便進(jìn)一步積累、梳理、研究和升華。實(shí)際應(yīng)用和能力提升是智慧水利的目的，縣市級(jí)智慧水利平臺(tái)建設(shè)應(yīng)該基于實(shí)際縣市級(jí)水利事業(yè)的需要而進(jìn)行設(shè)置，運(yùn)行過程中須結(jié)合用戶的反饋信息，反復(fù)多次優(yōu)化，切實(shí)提升工程檢測、監(jiān)測、預(yù)測、預(yù)報(bào)、調(diào)度、決策、運(yùn)行、管理以及解決實(shí)際問題的能力。

智慧水利平臺(tái)是水利人、水利工程、水環(huán)境、水生態(tài)、水利信息等與物理傳感、數(shù)據(jù)采集、信息傳輸、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能技術(shù)和產(chǎn)品等深度融合的產(chǎn)物，其研究內(nèi)容屬于新興學(xué)科“信息生態(tài)學(xué)”的范疇，涉及水利行業(yè)的各個(gè)層面，需要相關(guān)行業(yè)的科技工作者精誠合作，加強(qiáng)知識(shí)體系建設(shè)，共同努力，團(tuán)結(jié)攻關(guān)，不斷改進(jìn)工作手段，提升工作效率，持續(xù)推動(dòng)智慧水利事業(yè)的發(fā)展和進(jìn)步。