智慧太湖建设总体目标与关键内容

戴 甦，张 敏

（水利部太湖流域管理局， 上海 200434）

0 引言

太湖流域地处长江三角洲尾闾，地跨江苏、浙江、上海、安徽等三省一市，是我国经济最发达、大中城市最密集、人口最集中的地区之一，流域经济社会发展要求流域管理工作必须不断实现信息化和现代化。 为进一步加强流域管理和治理的水平，水利部太湖流域管理局（以下简称太湖局）在 2013 年就提出建设智慧太湖的设想[1]，是国内最早提出智慧化建设的流域。

近几年来，太湖流域水利信息化工作按照“突出重点、平台共享”[2]的要求，以完善基础设施，整合系统资源，推进信息共享，深化业务应用为重点，对智慧太湖建设进行了不断探索。同时依托国家防汛抗旱指挥系统、水资源监控能力建设等重要项目，不断推进信息技术成果应用，不断完善流域防洪、水资源、改善水生态的现代化调度管理体系建设，为保障流域防洪和供水安全，改善水生态提供有力的技术支撑。但是，按照智慧流域建设的更高要求，目前还存在着实时感知体系不够全面，信息资源融合共享有待进一步深化，新技术应用有待提高等方面的问题。因此，智慧太湖建设需要按照建设现代水治理体系的要求，结合流域治理和管理的需要，对信息资源进行充分整合，推进新一代信息技术在流域管理服务核心领域的应用和融合[3]，进一步优化和完善智慧太湖建设的总体框架和关键内容。

1 智慧太湖建设目标和任务

2017 年，太湖局在前期流域水利信息化的基础上，组织编制了《智慧太湖顶层设计》[4]，进一步明确了智慧太湖建设的目标、总体架构、主要建设内容和保障措施等。提出通过先进的传感和监测技术，实现各类水信息的全面实时感知；建成整合的太湖流域多业务融合通信网络，实现网络全面互联和信息实时共享；通过先进的控制方法及决策支持系统，实现高度智能的调度和业务协同，最终实现“实时感知水信息、准确把握水问题、精细调度水工程、科学管护水资源、有力保障水安全”的智慧太湖建设目标，为形成与流域经济社会发展相适应、与涉水行业发展相协调的流域综合治理和管理格局提供强大的支撑。

到 2020 年，完成智慧太湖整体框架建设，依托智慧化的技术手段和管理模式，实现对流域水信息的实时感知、全面互联和充分共享，以及对流域水问题和水规律的准确定位、系统分析、科学研判。通过及时准确的预测预报预警和科学高效的会商调度管理，实现对流域水资源的优化配置，节约保护和高效利用，进一步提高流域水安全的保障水平。

在 2025 年前后，构建起完善的智慧太湖管理体制机制，实现太湖局与区域水利、环保、气象、农林渔业等部门之间网络互联互通，信息资源共享，业务流程对接。建成太湖流域大数据平台、水利知识学习中心和业务智能（BI）平台，推进新一代信息技术在流域管理核心业务领域的充分应用与融合，重构流域防汛抗旱、水资源管理与调度、水土保持、行政管理与公共服务等核心业务体系，全面提升水利为国民经济和社会发展服务的能力和水平。

2 智慧太湖总体框架

“十二五”以来，我国各省市和流域机构相继开展了水利信息化的探索，广东省水利厅 2017 年提出“互联网 + 现代水利”行动计划[5]，以促进信息技术与水利业务的深度融合。太湖局在充分调研的基础上，基于太湖流域信息化建设基础，结合水利部正在推进的智慧流域建设试点和《智慧水利总体方案》编制工作要求，深入分析太湖智慧化“透彻感知、全面互联、深度融合、广泛共享、智能应用、泛在服务”[6]的发展需求，围绕智慧太湖发展目标及建设任务，依据“创新机制、合力推进，总体规划、分步实施，平台支撑、深化应用，创新引领、服务转型”的建设原则，提出智慧太湖建设方案，框架如图 1 所示。

图 1 智慧太湖总体架构

总体架构设计从全流域层面出发，充分考虑流域与区域业务协同需求，保障智慧太湖建设成果与水利部、太湖流域片省（市）水利系统、相关行业部门的对接，体现整体性和协调性，形成“四横两纵”的总体框架。其中，“四横”包含动态感知监测、太湖大数据、业务支撑 3 个平台及智能应用系统，“两纵”包含基础设施、安全保障 2 个体系。

通过建设全要素动态感知水利监测平台作为主要数据源，实现流域水信息的全面感知；利用太湖大数据平台与国家水利大数据中心和三省一市的政务云水利区域共享交换水利数据；业务支撑平台主要负责为智能应用系统提供环境支持，实现水利应用的快速开发与迭代；智能应用系统为流域水利工程管理、水资源管理与保护、防汛抗旱等提供全面支撑和技术保障；基础设施和安全保障体系作为建立智慧太湖的基础和前提，贯穿所有的平台与应用，在整个框架体系中起到支撑作用，保障智慧太湖的安全稳定运行。

3 智慧太湖建设主要内容

3.1 全要素动态感知监测平台

动态感知监测平台包含水文要素、河道基础资料、水利工程、水资源、水土保持、应急等 6 个监测方面，监测平台体系如图 2 所示。依靠卫星遥感、无人机、无人船、气象雷达、机载毫米波InSAR 系统等现代监测手段，结合地面监测、人工巡测等传统手段，太湖流域将逐步建立起空天地一体化的监测体系。形成对水文、河道、水利工程、水资源、水土保持、应急情况的标准化监测监控和监视网络，对现有的流域监测站网进行升级改造，增加数据类型和采样频次，实现监测站点自动化、智能化管理，为建设太湖大数据、业务支撑等平台，实现智能应用提供数据基础。

图 2 智慧太湖全要素动态感知监测平台示意图

3.2 太湖大数据平台

目前，大数据领域不断涌现大量新的技术，成为大数据获取、存储、处理分析的有效手段，能够将大规模数据中隐藏的信息与知识挖掘出来，提高行业运行效率[7]。依据现有数据资源、基础服务、应用支撑建设基础，结合人工智能中深度、监督、强化学习等技术，建立太湖大数据平台，对水利进行网格化处理，建立包含河湖管理、水利工程、水土保持等数据库在内的太湖流域水利数据中心，形成完善的太湖流域水利数据资源体系[8]，平台架构如图 3 所示。利用区块链技术，建立数据交换共享平台，形成与流域内气象、交通、环保等行业的数据交换与共享，同时大数据平台还应具备数据资源、目录管理等基础服务功能。

3.3 业务支撑平台

业务支撑平台包含太湖流域水利知识学习中心、业务智能平台、流域水利一张图、高清视频实时监控识别平台、基础设施运维系统 5 个部分，具体架构如图 4 所示。建设水利知识学习中心和业务智能平台，利用机器学习和虚拟仿真技术，对海量数据进行学习，并通过建立水利模型库，实现对工程、水利灾害和水资源调度模型的参数检验和仿真模拟及预警预测等功能，为用户提供开放的可定制工具，实现应用软件的个性化定制。建立全流域多尺度、时空的水利“一张图”服务，包含太湖流域水资源管理、水土保持、遥感数据、河湖管理等多个专业图层。建立高清视频实时监控识别平台，利用视频识别和智能算法实现高清视频监控、自动识别、参数自动检测、系统自动告警，以视频分析和识别为手段获取更加直观、丰富、及时的信息。

3.4 智能应用系统

流域智能应用系统包含综合信息服务、水文综合业务管理、水资源管理（节水）、水资源保护、水政监察、防汛抗旱、水土保持等 7 个系统，如图 5 所示。利用三维仿真、AR/VR、深度学习等新技术，形成满足水利业务、政务和服务需求的流域级应用系统体系，进一步提升流域水资源管理与保护、防汛抗旱、水政监察、水土保持等方面的业务能力。

图 3 智慧太湖大数据平台架构

图 4 智慧太湖业务支撑平台架构

图 5 智能应用系统示意图

3.5 基础设施体系

基础设施体系包含网络、机房、计算与存储、会商环境等 4 个方面，主要提供信息传输、基础环境、数据计算与存储、指挥调度与视频会商等基础服务，是智慧太湖建立与发展的基础与前提。建立太湖水利云，通过融合流域内三省一市的政务云水利区域，以公共云为补充，构建融合云平台，将云存储、云计算等连接到一起。通过太湖水利云的智能调度分发，提供更可靠、快速、易用的基础设施服务，保障数据安全，实现无缝切换，并对云服务进行自动化运维管理。

3.6 安全保障体系

从物理、网络、数据、应用和管理等安全方面分别对太湖流域信息化安全进行设计与建设，建立全方位的态势感知网络安全保障体系。水利重要信息系统和关键信息基础设施安全防护能力应达到国家等级保护制度的相关要求，为智慧太湖平台安全、稳定的运行提供保障。

4 结语

全要素动态感知监测、太湖大数据、业务支撑等平台和智能化的水利应用体系，以及自主可控的基础设施和安全保障体系是智慧太湖建设的核心内容。现代信息技术的高速发展，为智慧太湖建设提供了有效的技术支撑，同时也使“四横两纵”的智慧太湖框架体系更加集成高效。下阶段，还需进一步加强云计算、物联网、大数据、人工智能等新兴技术在智慧太湖建设中的应用，研究智慧太湖关键技术和指标体系，完善智慧太湖建设的详细技术方案。

总之，智慧太湖建设将为实现流域与区域管理提供现代化的管理手段和措施。在完善流域监测平台的基础上，实现太湖流域管理局部门之间，流域机构与区域水利部门之间，流域内水利与气象、国土、环保等部门之间的信息基础设施共建，信息资源共享，业务流程协同，构建流域防汛抗旱、水资源管理与保护等基本的智能化业务应用体系，打造随时随地、便捷高效的工作模式，实现管理流程的再造，显著提高流域治理与管理的信息化工作水平和协同能力。