基于智慧河长制的水利信息化服务平台建设研究

2019-03-21周志敏陆桂明

浙江水利水电学院学报 2019年1期

张源，周志敏，陆桂明

(1.浙江水利水电学院信息工程与艺术设计学院，浙江杭州 310018；2.华北水利水电学院物理与电子学院，河南郑州 450046)

水是生命之源，江河湖泊具有非常重要的资源功能、生态功能和经济功能[1]。经济社会发展快速，导致我国河湖的管理和保护出现一些新的问题。涉水生态环境破坏严重，河道逐渐干涸、湖泊也开始萎缩，以及水环境状况恶化，河湖功能退化等等，如何在社会发展的同时兼顾生态环境保护，是一个全世界共同面临的难题。在我国浙江等地进行大量的探索与实践后，习近平总书记提出：“既要金山银山，又要绿水青山。宁可要绿水青山，不要金山银山，因为绿水青山就是金山银山”。“绿水青山就是金山银山”这一科学论断，成为树立生态文明观、引领中国走向绿色发展之路的理论之基。

为解决生态和发展的共生共荣关系，2016年12月中共中央办公厅、国务院办公厅印发《关于全面推行河长制的意见》，多个部委召开会议部署全面推行河长制的各项工作，在2018年底前要全面建立河长制[2]。全国各省、自治区、直辖市按照《意见》逐步构建“党政主导、分级管理、地方负责、行业监管、社会参与”的河湖管理体系和“责任明确、协调有序、监管严格、保护有力”的水生态治理长效机制。河湖管理和保护是一项复杂的工程，同时涉及河流的上下游、左右岸以及不同行政区域、行业。以信息化技术来驱动河长制的有效运转，提升河流管理科学化、精细化、智能化，为各级河长管理提供有力的决策支撑和服务体系。

1 河长制现状及问题

根据“河长制”先行实施省市的经验，如江苏、浙江、上海等地，加强信息化建设是推进河长制工作的重要保障措施，以信息化来保证过程执行、结果反馈，确保河湖管理信息及时、有效，提高相关负责人的工作效率。全面推行河长制以来，组织机构纷纷设立，市场上的河长制信息化产品纷纷涌现，比如，江苏省通过卫星遥感对河湖进行监测[3]；浙江省建立了包含河长信息、河道信息、河长巡查日志、巡查轨迹等内容的信息化管理系统[4]；江西省省环保部门实现了贯穿到县的交界断面水质监测网络建设，市、县也基本建立了河长制即时通信平台；贵州省将建立河湖管理保护大数据平台；有的省也建立了河长制工作QQ群、微信群等即时通信平台。

尽管河长制的机构建设取得了阶段性进展，河长制信息化建设也如火如荼，但目前管理手段还适应不了河长制管理形势与任务的需要，公众服务功能还不能满足社会日益增长的需求，现状及问题主要表现为：

(1)河长不只是“河长”

河湖管理保护是一个专业性比较强的系统工程，各级河长基本上是由党政主要领导担任，他们大多数不是水利行业专家，也不能全职专注河长制六大基本职能的工作，没有水利或河长制信息化专业平台来进行支撑，大部分河长基本上还是在做面上的工作和紧急问题上报工作，连协调职能都不能有效实现，更谈不上有效管理。

(2)传统河湖管理方式无法形成联动体系

传统河湖管理由于监测技术手段落后，不能及时发现问题，且管理对象摸不清，基本以突击式管理与粗放型管理为主。河湖管理工作涉及水利、环保、城建等多个部门，各专业管理部门职责不明，部门和部门之间缺乏统一的协调平台和协调机制，遇到问题互相推诿，导致执法监督协调成本高。而且各部门之间的河湖管理数据缺乏共享机制，导致关于河湖管理整体情况的数据缺少，不能为河湖管理工作决策提供信息支撑。

(3)雨后春笋般的河长制信息化

各地河长制的实施落地，带来了一大批信息化建设需求，各地方做河长制信息系统的公司如雨后春笋般的冒了出来，这里面有水利行业的传统公司，也有软件开发的公司。河长制涉及思想、理论、制度、资金、技术、模式等全方位的创新，各个地方的基础也都不一样，河长办相关人员也没办法准确描述系统需求，也都属于摸着石头过河。由于需求的不确定性，河长制信息系统建设必须是模块化式的开放架构。因此，河长制系统开发需要懂制度建设、水利业务、软件开发等复合型人才或者团队，否则肯定会只搭花架子，有形无神，没法形成有效的体系支撑。

(4)满足不了河湖管理信息化建设水利的要求

经过对各省水利信息化情况调研，信息化在河长制当中的应用广泛存在以下问题：①缺乏统一的信息管理平台。②上一级河长与组织无法实时了解责任范围内工作人员对河长制工作的落实情况，例如工作日志填报情况、河道巡查情况等。③无法实时查看重点河段、敏感区域和水利污染源等的视频监控，形成了“信息孤岛”，无法统一到同一平台进行监督、管理。

2 智慧河长制建设思路

通过先行先试河长制的省份研究发现，这些省份都是从加强组织领导、健全工作机制、细化工作任务、强化考核问责、加强社会监督等这些方面开展工作的，新的信息化手段也正在被应用到河长制的管理工作中。所以说，这些先进省份的“河长制”实施经验为智慧河长制建设，提供了一定的技术基础和借鉴经验，使得我们对开展智慧河长制建设有了一定的基础和经验积累，有利于我们以问题为导向，去打造河长制整个生命周期的服务体系。

全面推行河长制，必须由专业的科研机构组织专业的培训，以提升河长的工作能力，必须采取信息化的手段去辅助河长们执行工作，以提升河长制机制工作效率。但是问题的症结就在于没有针对性的培训毫无价值，不切实际的信息化产品根本是纸上谈兵，盲目抄袭会引发河长制“事故”。但是建设“美丽中国”的步伐不会因任何问题而中止，河长制“六大任务”必然完成，智慧河长制顶层设计势在必行。因此，必须运用科技信息化手段推行河长制，提高河道的保护水平，对河道、环境信息资源实现管理统一、服务共享，应增强不同部门的信息共享、公开，促进数据的合理流通，从而能及时、全面的获取各种信息，发挥信息资源在河道保护、管理以及决策中的作用，最终使河长制工作取得实效。

3 智慧河长制建设目标

依托水利信息化建设工作的基础，以信息化驱动河长制工作，整合各个部门的河湖管理基础信息、监测数据，从而实现实时的向各级河长、工作人员、社会公众提供查询、上报和管理服务，构架河湖生态联动管理体系，实现河长制建设的智慧化。

3.1 河长制数据建设和整合

通过河长制管理信息系统，促进跨业务部门的河湖管理信息共享与互联互通，形成最完整的河道基础数据体系，方便查询展示各类数据，为各级河长和工作人员提供数据支撑，为市辖各县提供辅助决策支持。

3.2 实现河道分段巡查管理

以河道、乡镇(街道)行政区域为河长责任范围将河道划分为一个个河段，将各类事件处置、河道部件、污染源的管理划分到更具体的范围与责任人。加强对河道污染的管理能力和处理速度，形成“上报—派发—处理—反馈”的闭环处理流程。

3.3 重点治水项目在线管理

对水利工程项目实现信息化管理，实现对河道整治等重点项目的在线统计以及分析功能。重点项目信息由各级河长办录入系统中，并负责维护相关信息。实时掌握项目进展情况及存在的问题，自动生成各类统计报表。

3.4 基础信息在线监测

系统汇集河流相关各类基础信息，实现信息的在线展示。由地方整理上报基础信息，然后上级河长办再审核入库，并由各地来对基础数据进行维护。

3.5 动态业务信息在线监测

提供3河长制管理所需的各类实时的动态信息的在线监测功能，由人工报送和软件自动获取这两种方法来实现信息上报，其中软件自动获取是通过数据接口对接相关部门的信息汇集系统，再通过软件定期的来自动获得最新的实时信息，最后更新入库[5]。

3.6 在线发布公告通知

实现实时下发与接收河长制管理的相关通知公告、任务信息。

3.7 目标责任电子化考核

建立工作考核指标体系，通过系统直观展现各级河长河道考核统计信息。上一级河长可以通过该平台实现对下一级河长的监督考核。

3.8 群众日常监督及公众参与

通过开放群众问题上报途径，大力畅通民意渠道。运用官网、微信、APP等新媒体和移动互联技术引导公众参与治水管河。设立互动平台让群众动态参与河道监督，做到处置公开透明，通过群众监督，有力推动问题的解决。

3.9 河长制指挥调度联席联动

在河长的组织领导下，各河长制领导小组单位应密切配合、协调联动，依法履行河流管理保护的职责，通过系统实现多方视频会议，召开联席会议。

在分析河流水系、地形地貌、社会经济、产汇流等特点基础上，建立基于物理模型和机器学习模型相结合的流域二元水循环及其伴生过程的模型系统，实现对流域水量水质的同步预测和实时调度。根据河长制业务需求及功能需求，为业务应用提供综合展现、业务管理、日常管理、应急管理、决策支持、远程控制以及系统运维管理等支持。分析不同级别河长制的业务职能及信息需求，开发针对省、市、县三级河长的移动端，支持APP和微信公众号两项功能。构建支撑省、市、县三级河长协同会商的软硬件环境，实现省、市、县三级河长的即时通讯和视频会议。

4 智慧河长制建设的总体框架

智慧平台总体建设内容包括物联感知、网络传输、河长制数据中心、智慧河长制等四个层面，并以信息安全体系、标准规范体系和工作机制为保障，为省、市、县河长办以及水利、环保、农业等部门及公众提供服务。这四个层面、两大保障体系、以河长办为主的服务对象共同构成智慧平台的总体框架(见图1)。

4.1 物联感知层

物联感知层通过智能传感器，实现水雨情、水质、视频、航天遥感、航空遥感、水上移动监测(无人船)、北斗导航等信息的采集，平台全方位整合与接入各类已建涉水基础数据信息。还包括与自动控制相关的设备状态感知和行为执行的传感器以及执行器。包括与智能手机相关的轨迹监测和定位服务相关的信息获取。

4.2 网络传输层

网络通信层提供了通过不同方式采集的数据上传汇集的网络环境，主要包括移动互联网[3]、固定/移动通信网、物联网、专业通讯网、IPV6下一代互联网等。

图1 智慧平台总体框架

4.3 河长制数据中心层

河长制数据中心层包括综合数据库、大数据分析、模型知识库。其中，综合数据库包括基础数据库、监测数据库、业务数据库、空间数据库。该数据库将系统中所有数据信息存储与管理的逻辑表现，实现对各类数据资源的统一存储、统一管理，以构成业务应用层的数据资源支撑环境；智慧河长制获取相关环境大数据资源后，建立大数据综合数据服务库，将采集的数据录入进库，将原有分散在不同系统中的数据进行聚合，然后按照大数据管理标准和要求，进行集中管理和维护；建立模型知识库，对众多的水环境模型进行统一管理，基于地理信息系统，建立复杂的空间模型以及空间数据的多方式应用。

4.4 智慧河长制层

为政府与社会共同管理与保护河湖提供信息支撑和科学的管理手段，为各级河长、河长办、社会公众提供基于监控平台、业务平台和服务平台的综合信息化环境[6]，以推动河长制组织工作的规范化、促进河湖管理协同工作的高效化、推进河湖管理对象的网格化、实现执法监督工作的实时化、保障考核评价结果的准确化、保证河长制信息的公开化。

5 智慧河长制建设的创新点

5.1 模型知识库

近年来快速发展的计算机技术，促进了深入研究水环境模型的步伐，随着河长制的全国推广，在综合治理水环境的过程中需要用到大量的应用模型。水环境模型需要描述各类化学物质在水环境中的运移转化，涉及到物理、化学和生物等过程，所以这种模型都复杂。由于大部分模型在软件环境、硬件环境、数据逻辑、模型精度等方面开发差别很大，导致很多同类应用模型具有不同的内部结构[7]。虽然有大量的应用模型，但是其架构难以统一，这就导致在解决实际问题时无法选择合适的模型。所以对水环境模型的管理和使用是河长制深入治理水环境要急需解决的问题。

建立水环境模型库是解决上述问题的唯一途径，实现统一管理水环境模型。虽然水动力过程和化学物质在水环境中有明显的空间特性，但上述模型对这种空间数据管理较弱。地理信息系统可以管理空间数据、建立复杂的空间模型和空间数据的多方式展示查询，达到GIS与水环境模型在功能上的互补性。

5.2 河长制大数据

大数据时代的信息化建设是以数据为核心，由党政一把手负责的河长制，是进行水利内部数据整合及横向部门相关数据获取的一个重要契机，河长制大数据的挖掘与应用，为各级河长的精细化管理和决策提供强大的数据支撑，所以河长制建设重点将紧紧围绕大数据进行。河长制管理信息平台全面收集内外部数据资源，整合、共享、联动、开发数据，努力实现全数据采集管理。

应用水环境模型、大数据等技术实现水环境质量模拟预测、污染源-水质响应关系建立，集流域各断面自动监测、排向具体河道的污染源废水排污口在线监控、排污申报、移动执法等，采集、整合河流相关数据，建立流域水系关系、河流与监测断面的关系、监测断面与排污口关系、排污口与企业关系、企业与污染因子关系五种数据关系，当某一个监测站点数据超过安全阈值或正常标准时，判定其污染程度，同时进行污染溯源，通过水环境模型预测出下游河道的污染水质变化趋势况，给出处置措施建议并提供评估管理。基于目前河长制系统建设背景，河长制大数据分析包括数据汇集、数据存储、数据处理分析、数据应用四个层次(见图2)。

图2 河长制大数据分析过程

针对广泛的水利、环保大数据应用，构建大量高效的通用性或定制性服务，通过对用户和业务数据的分析挖掘，智能地获取用户最感兴趣的数据指标。同时，利用水利一张图和统一门户，通过统一简洁的界面，直观的向用户展示各种实时和历史信息以及分析预报的结果，以帮助用户正确理解和应用分析成果。实现水环境质量模拟、流域断面自动监测、排污口在线监测、水质污染变化趋势、水质预警。