浙江水利数字化转型总体框架和关键技术研究

包志炎 ，姜小俊 ，黄 康 ，谭 伟 ，金宣辰

（1.浙江省水利信息管理中心，浙江 杭州 310009；2.浙江水利水电学院，浙江 杭州 310014；3.阿里云计算有限公司，浙江 杭州 311121）

0 引言

党的十九大明确提出要建设网络强国、数字中国、智慧社会，以信息化推进国家治理体系和能力现代化。2018 年 12 月，浙江省委省政府以“最多跑一次”改革为总牵引，全面部署政府数字化转型，聚焦业务协同和数据共享，打造数字浙江，推进政府治理体系和治理能力现代化，出台了《浙江省深化“最多跑一次”改革推进政府数字化转型工作总体方案》[1]；2019 年全国水利工作会议分析了当前治水形势，提出“水利工程补短板、水利行业强监管”的水利改革发展总基调和“安全、实用”水利网信发展总要求，并将水利信息化列为四大短板之一。智慧水利是智慧社会的重要组成部分，是补短板、强监管的重要抓手。水利部出台了《加快推进智慧水利的指导意见》《智慧水利总体方案》等重要文件[2-3]，进一步强化智慧水利建设的顶层设计。

在这样的背景下，地方智慧水利建设顶层设计及其关键技术成为国内水利信息化领域学者们的研究特点[4-8]。2019 年 4 月，浙江省水利信息管理中心、阿里云计算有限公司等单位成立水利数字化转型技术支撑组，在前期研究的基础上[9-11]，以浙江省政府数字化转型重点工程——浙江省水管理平台建设为重要抓手[12]，对水利数字化转型总体框架和关键技术进行研究，明确建设目标、总体架构、技术体系和建设机制，为省市县三级协同推进智慧水利建设提供参考。

1 相关概念

本研究涉及的相关概念如下：

1）政府数字化转型。政府立足于更好地为人民服务，主动适应数字化时代，运用数字技术，对施政理念、方式、流程、工具进行全方位，系统性，重塑性变革，推动政府治理体系和治理能力的现代化[13]。水利数字化转型是政府数字化转型的重要组成内容。

2）政务云。运用云计算技术，统筹建设计算、存储、网络、安全、应用支撑等资源，为浙江省各级政务部门提供的云基础设施。

3）数据仓。基于政务云，在浙江省公共数据平台上为省级各部门、市县建立的数据仓库。

4）浙政钉。基于钉钉开发的政务专属一体化协同办公平台，支撑浙江省全体政府工作人员开展移动办公业务。

5）浙里办。浙江省一体化在线政务服务网平台，为个人与法人提供综合办事服务的移动端。

2 总体设计

2.1 建设目标

以水利部智慧水利建设和浙江省委省政府数字化转型工作要求为指导，聚焦业务协同和数据共享，开展业务流程优化与再造，全面梳理水利核心业务；依托省政府公共基础资源，按照全行业“一云一仓一平台”总体布局，在政务云建立统一的水利数据仓，数据入仓，应用上云，打造“在线互联、数据共享、业务协同、决策支持”的省市县统一工作平台，实现水利核心业务“网上办”“掌上办”，驱动省域水治理体系和治理能力现代化。

水利数字化转型目标特征：1）数据全面共享。采集方式由被动采集、离线收集向主动发现、在线感知转变，数据资源由分建专用、相互隔离向共建共享和相互融合转变，实现透彻感知，跨部门共享。2）业务高效协同。应用设计由系统林立、各自为阵向统一平台、全面协同转变，实现跨部门、系统、地域、层级的整体高效。3）决策精准科学。决策支持模式从信息监测、汇聚展示向精准预测、智能决策转变，全面支撑行业强监管。4）服务实时在线。应用服务方式由“初步在线、部分移动”向“全面在线、基本移动”转变，实现水利核心业务“网上办”“掌上办”全覆盖。

2.2 建管模式

水利数字化转型是一项复杂的系统工程，必须全省统一规划，横向协同，上下联动，统筹推进。平台建设要坚持“政府主导、市场参与”的原则，实现从“自建自用自管”向“共建共享共管”模式转变，需遵循以下 4 个原则：

1）需求导向，实用管用。按照“补短板、强监管”要求，全面开展水利核心业务梳理，明确数字化履职需求。将人民群众、企业和社会最关心的领域作为重点，通过优化资源配置、加大扶持力度，进行重点突破。以实用为前提，将新一代技术与水利经典方法结合起来，优化业务流程，确保水利应用的高效便捷。

2）统分结合，环节管理。省级部门加强顶层设计，统一编制总体方案，明确职责分工。信息化部门统建标准化高、通用性强的公共资源和基础支撑，为建设单位提供建设标准和技术指导；业务处室统建共性业务应用，供各级水行政主管部门直接使用；市县负责特色应用建设、数据归集和感知体系建设，支撑各类水利应用。省级部门应加强对市县方案设计、模块建设、项目验收等关键节点管理，确保在统一建设框架下同步推进。

3）标准统一，集约建设。统一编制建设与管理标准，建立“统一用户、统一数据、统一门户、统一标准、统一安全”的应用建设规范体系；构建数据共享交换平台和微应用资源共享池，最大程度整合已建、统筹在建、规范新建。列入省级统建的公共资源和业务应用，市县原则上不再另建；已归集的水利数据，按权限开放共享，不得多源采集，杜绝重复建设。

4）安全可靠，有序运行。坚持网络安全与平台建设同步规划、建设和运行，建立健全水利安全综合防护和运维保障体系，从物理、网络、数据、应用等多维度全方位保障平台安全稳定，有序运行。

2.3 建设框架

水利数字化转型采用“四横三纵”总体架构，“四横”为业务应用、应用支撑、数据资源和基础设施等体系；“三纵”为政策制度、标准规范和组织保障等体系，如图 1 所示。

省市县统一工作平台以浙政钉、浙里办为掌上办公和办事的移动端统一入口，以水管理平台主页为 PC 端统一门户。围绕水利部门职能，按照“部门履职全覆盖、事项颗粒度最小化”的原则，在科学的方法论指导下，开展核心业务梳理，构建部门核心业务体系。汇聚一批省市县通用的应用服务、组件和接口，形成微应用资源池，构建应用支撑体系，让各类应用拥有“水利大脑”。编制水利数据资源目录，建设水利数据仓，研发数据共享交换平台，开展数据治理，构建数据资源体系。基于政务云、政务网和视联网，建设水利云、专网和视联网，提供计算、存储、网络、容灾、安全、异地备份等公共基础资源服务；构建空天地网一体化监测设施，实现水利要素透彻感知，构建完备的基础设施体系。强化政策规范供给，制定水利数字化转型工作评价指标体系。强化标准规范建设，形成涵盖数据、业务、技术、安全等数字化转型关键标准。强化组织保障，建立数字化转型工作“一把手”责任制，明确信息化、业务部门的职责分工，建立横向之间、纵向之间的协调推进机制，加强水利信息化专业人才配备。

图 1 水利数字化转型总体架构

3 基本方法

实现水利业务与信息技术的深入融合是开展数字化转型的关键。核心业务梳理涉及平台需求分析，是开展数字化转型的第一步，也是至关重要的一步。通过业务梳理，实现业务数字化，才能开展数字化平台的有效开发。为此，在浙江省政府数据共享和业务协同两大模型的基础上，构建水利业务协同和数据共享开发模型，指导水利部门有效开展核心业务梳理。

3.1 水利业务协同开发模型

为实现水利业务数字化，引入模块层、单元层、事项层、指标层等 4 个层级。一个部门一般包含不同条线的职责，每一条线对应数字化后一个业务模块；同一条线一般包含多项职责，每项职责对应数字化后一个业务单元；同一项职责履行一般由多个办事环节构成，每个环节对应数字化后一个业务事项；要完成事项办理，需要相关数据支撑，办理结果如何可用业务指标来衡量，如图 2 所示。

图 2 部门核心业务梳理

业务协同开发的目标是确保数字化履职整体高效。它从部门职能出发，通过业务梳理和流程优化，输出业务事项、指标及共享数据清单，明确跨部门协同关系，如图 3 所示。在具体实现上，牵头部门先围绕核心业务，按照“高内聚、低藕合”原则进行业务模块划分；再根据“相同职责划到同一单元”原则将业务模块拆分成若干业务单元；在确定业务流程的基础上，业务单元可按需要细分为最末端的业务事项，最终梳理出与事项相关的量化指标和共享数据；相关协同部门要对业务模块、单元、事项 3 个层级的协同关系进行确认。

需要指出，在开展核心业务梳理过程中，全盘否定现有的业务流程，完全另起再造往往是行不通的；应尊重业务部门意见，在满足现有业务工作需求的前提下，不断发展、完善、优化业务流程，以期有效推进。

3.2 水利数据共享开发模型

图 3 业务协同开发流程

数据共享包括行业内共享和行业外共享。目前水利业务部门都各自研发了业务系统，建立了相应的数据库，如果抛开已建系统和数据库研究行业内数据共享是不符合实际的。一种可行的思路是在全省统一的水利数据中心同时建立业务部门和公共数据仓，将业务部门原有数据库迁移至业务部门数据仓，保证原有系统正常运行；那些使用频率高、需要多部门调研的数据由数源部门的业务系统同步更新至公共数据仓，实现行业内数据共享。

对于行业外共享，可通过浙江省政府公共数据共享交换平台实现，前提是完成数据归集，关键是明确共享流程。

1）数据归集。采用 V 字模型，开展数据归集，分下行、上行 2 个阶段和中间 1 个环节，其中下行是数据特征的梳理分析过程，上行是数据结果的有效验证过程，中间是数据归集操作，如图 4 所示。

2）共享流程。数据归集到全省水利数据仓后，需建立合理的共享流程实现数据共享，如图 5 所示。数据需求部门对所需共享数据按规范进行定义，并依此在浙江省水利数据共享交换平台进行需求检索。若数据已归集，则可在形成数据共享任务清单后发起共享服务申请，通过数据共享接口或批量库表数据完成共享；若数据未归集，需求单位通过平台进行需求提交，省级信息化部门对提交需求描述格式规范性进行审核，审核通过后向数源部门下达数据责任清单；数源部门对数据项及相关要素进行确认，并关联该资源对应的数据目录，形成数据提供责任表，并依次进行数据归集。

4 关键技术

图 4 数据归集共享 V 字模型

图 5 数据共享流程

构建水利数字化转型“五统一、双中台”技术体系。“五统一”指省市县各级应用建设实现“统一用户体系、统一工作门户、统一水利数据仓、统一水利地图、统一安全防御”的技术和方法；“双中台”指水利数据和业务 2 个中台。

4.1 统一用户体系

浙江省市县各级水利应用打通用户体系，破解多系统多账户的尴尬局面，实现一处认证、全网漫游。基于浙政钉人员架构，建设省、市、县、乡、村、小组（网格）六级水利系统人员体系。各级按权限维护，实时更新。采用密码验证、凭证识别、生物识别、多账号登录等用户多认证方式，研发票据认证、用户验证、基于令牌的用户详情、票据生成、单点登出等标准接口，实现浙政钉统一用户认证，同步生成用户访问日志。制定统一用户体系接口规范，提供统一登录模块的用户自动获取、账户绑定、角色管理、用户鉴权等公共服务，实现多层级多部门用户的分级访问。

4.2 统一工作门户

全行业水利应用的移动端、PC 端入口分别集成到同一个工作门户，破解系统林立、各自为政的困局。基层水利工作人员针对不同条线履职，只需要1 个移动终端，登录 1 个平台。编制接入统一工作门户的技术规范，各类应用应通过第三方测试后方可进行集成。在实现层面，采用前后端分离开发技术，基于 RESTful 风格 API 实现前端应用和后端服务的交互。前端重点关注界面展现和用户体验，将业务逻辑的分析计算交由后端业务模型处理，以更加轻量级的开发模式满足用户的个性化需求，提高业务应用升级迭代效率。

4.3 统一数据中心

浙江省市县各级水利应用建立在同“一朵云”、同一个数据中心，打破分建专用、相互隔离局面，避免出现信息孤岛。基于政务“一朵云”，建设省市县“两级物理分布，三级逻辑统一”，涵盖基础库、监测库、业务库、主题库和元数据库，服务跨层级、领域水利应用的统一水利数据仓，如图 6 所示。通过水利数据纵向归集及回流模块，实现全省水利行业纵向数据交换；通过水利部三级贯通软件，实现与水利部、流域机构、其他省份间数据的共享交换；通过省政府公共数据平台，实现同级部门横向数据交换。研发全省水利数据共享交换平台，支持水利数据服务的发布、维护、检索、申请、审批、访问、运行监控等功能。

4.4 统一水利地图

在全国水利一张图的基础上，建设浙江水利一张图。编制水利空间数据资源目录，制定资源采集、处理、汇聚、共享、更新等方面的规范和标准，研发具有水利特色的在线电子地图。整合省市县三级水利基础地理空间数据资源，集成水利专题空间数据、水利工程三维模型、BIM 模型、倾斜摄影模型、河景等资源，建立水利空间数据资源体系。开发水利空间数据服务，全过程监控服务运行状态，为省市县三级提供统一、权威、标准的水利空间数据服务。

图 6 基于政务云的统一水利数据仓

4.5 统一安全体系

依托浙江省政务云统一的网络安全技术体系，建设全省水利行业网络安全监测预警和应急响应体系建设，提升纵深防御能力。建设水利行业安全态势预警决策指挥平台，通过大数据分析、挖掘，主动发现网络、数据及应用安全隐患及威胁，及时预警，有效处置。完善安全运行维护规范，提升数据和应用安全防护能力，对重要数据资源和应用实行分级分类安全管理。建立水利应用和数据的安全管理主体责任和信息通报机制，明确相关部门和运维的责任人，增强数据采集、传输、使用各环节人员的保密意识，提高风险防控能力。

4.6 水利数据中台

结合水利行业特点，开展对数据规划、建库、编目、治理、开放等环节的关键技术研究，在此基础上打造数据中台，实现海量异构数据的加工和利用，为前台基于数据的创新及为业务中台基于数据反馈的持续演进提供强大支撑。通过水利数据资源目录管理，按照业务主题、行政区域、流域水系等多种方式编目，实现数据的资源统计、地图分析、血缘分析、图谱分析、多模检索、资源编码，以及资源版本管理和管理流程配置等功能。通过数据治理，对集成的海量多源异构数据进行质量评估，利用大数据分析方法提高数据治理效率。定制开发数据抽取、清洗、转换、融合、加载流程，将原始分散、重复、低质量的数据，治理成为格式、类型、单位统一，编码和逻辑一致，数源清晰的高质量数据集。通过数据安全管理，实现按组织、角色、岗位、用户进行权限分配，数据权限可分配到功能、菜单、数据和字段级别。

4.7 水利业务中台

按照“平台上移、服务下延”的理念和“小前台、大中台”的技术架构，将标准化高、通用性强的业务事项或算法封装成微服务，建设统一微应用资源池，打造业务中台，构建开放、共享的应用开发和使用环境，提升平台整体应用开发和服务的质量。研发微应用服务管理中心，支持微服务封装、注册、发布等功能，主要含 3 类微应用：1）基础微应用。如协同填报、信息检索、考核考评、日志审计、任务调度等通用基础组件。2）业务微应用。将使用频率高、相对独立的业务功能，形成组件化产品，以 API 接口、独立功能页面嵌入等形式，提供给前台各业务应用使用，如水位、流量、雨量、取用水量等监测数据服务，水利工程基础信息、水利空间规划等海量信息的快速检索服务等。3）智能微应用。既包括水利业务智能分析模型，如洪水预报预警、防洪形势研判、流域洪水联合调度、区域水资源承载能力预警、水域动态监测异常预判、台风路径预测、相似台风风险评估等，也包括基于浙江省政府公共基础支撑平台的大数据分析、机器感知、知识图谱、人工智能、区块链等通用智能算法。

5 实践应用

2019 年 4 月以来，水利数字化转型技术支撑组以浙江水利为研究对象，根据机构改革后部门职能，梳理形成水发展规划、水资源保障、河湖库保护、水灾害防御、水事务监管和水政务协同等 6 个业务模块，54 项业务单元，171 个业务事项，672 个量化指标，3 494 个共享数据项，124 张协同关系图，图 7 给出了以水资源保障为例的浙江水利核心业务体系，表 1 给出了以节水评价为例的跨部门数据共享清单。经过近 1 a 的研发，基本建成全行业统一水利数据仓和浙江水利一张图，初步建成浙江省水管理平台 V1.0 版。上线 2 个月以来，数据仓汇聚跨行业数据 4 800 万条，数据超市上架共享服务 765 个，跨厅局数据调用近 1 400 万次；浙江水利一张图整合了全省 64 000 个水利工程和 9 450 条河流水系的水利专题数据；浙江省水管理平台用户覆盖省市县三级水利主管部门人员共 12 298 人，PC 端、移动端分别有 41 和 24 个模块上线，其中 6 个业务模块数字看板全上线，实现监管大屏“一站通”，水资源管理、防洪减灾、水库协同管理、河湖长制管理、三级公文交换等模块均已实现省市县贯通，154 项水利政务服务事项上线，跨部门实现数据共享，全面支持“网上办”和“掌上办”。

6 结语

水利数字化转型是推进智慧水利建设的重要抓手。聚焦业务协同和数据共享，初步建立了一套适合水利数字化转型的总体框架、关键技术和方法，主要包括全行业“一云一仓一平台”布局，“四横三纵”总体架构，水利数据共享和业务协同两大开发模型、“五统一、双中台”技术体系及“共建共享共用”的建管模式。这些理论和方法部分目前还存在很多不完善之处，需要在实践中不断丰富和发展。近 1 a 的实践表明，研究成果有助于打通水利行业数据资源“信息孤岛”，实现跨部门数据共享；有助于打破各级水利应用“各自为政”，实现跨层级业务协同，对全国各级水利主管部门，特别是省市级推进智慧水利建设具有一定的借鉴推广价值。

图 7 浙江水利核心业务体系

表 1 跨部门数据共享需求清单