长江大保护时空大数据云平台建设需求分析

邓宇杰，郑和震，陈英健

(长江勘测规划设计研究有限责任公司，湖北 武汉 430010)

1 概述

长江是我国第一大河流，干流全长6300余km，流域面积约180万km2，涉及19个省(市、自治区)，是我国重要的资源支撑和生态屏障，具有重要的战略地位[1]。长江流域实行流域管理与行政区域管理相结合的水管理体制，水利、生态环境、农业、交通等部委和沿江地方政府不同程度履行部分流域涉水管理职能，体现出跨区域多部门协同管理的特征[2]。

受人类活动和气候变化影响，长江流域水旱灾害频发、水资源短缺、水生态损害、水环境污染等问题突出[3]。习近平总书记高度重视长江流域治理和保护的系统性、整体性、协同性，多次作出重要指示，要求“共抓大保护”[4]。《长江保护法》[5]《长江经济带生态环境保护规划》[6]等法律、规划要求加强长江流域信息化建设，提升管理信息化水平，统筹长江流域上中下游、江河湖库、左右岸、干支流的协同治理与综合管理，支撑长江大保护工作的开展。

近年来，国家相关部委及其派出机构、沿江地方政府部门在长江流域信息化建设和管理方面取得了较大进展，比如，当前已初步建成覆盖气象(735个国家气象站)、水文(2.9万余处各类水文站点)、水资源(488个控制断面的水位、流量)、水环境(约4500个水质监测站点)等各类信息的感知体系，开发了中国气象数据网、全国水雨情信息网、国家地表水水质自动监测实时数据发布系统、长江流域防汛抗旱指挥系统、长江流域河湖长制管理信息系统、长江流域重要站实时水情表、长江流域水资源动态管控平台、长江流域生态流量监控管理平台、长江全覆盖水监控系统以及各省市水情服务系统与业务平台等众多业务应用系统。但是，长江流域信息化依然存在监测体系尚未形成全覆盖、数据分散且信息交流共享困难、应用系统功能局限且缺少业务协同、精细化综合管理与精准化智能决策支撑能力有限、信息化管理机制体制不健全等问题[7]，难以满足长江大保护背景下的科学管理需求。

共抓大保护，关键在“共”字，亟需研发统一管理平台来支撑长江大保护背景下的综合管理[8]。随着大数据、云计算、移动互联等新一代信息技术的发展，时空大数据云平台在智慧城市、智慧国土等领域得到较好应用，已成为信息化平台建设的必然趋势[9]。因此，研究建设长江大保护时空大数据平台，以全面提升长江流域信息感知能力和综合决策水平，统筹管理长江大保护的各项工作。

需求分析是信息化平台建设的基础[10]，本文开展长江大保护时空大数据云平台建设需求分析研究，为长江大保护时空大数据平台的研发与应用提供指导。

2 需求分析技术路线

长江大保护时空大数据云平台建设需求分析分为“调研分析—现状评价—需求梳理”3步。

(1)调研分析：通过广泛的文献检索与调研分析，全面了解长江流域监测站网、数据管理、已有的系统平台、信息化管理机制现状以及国内外流域信息化、大数据云平台等建设经验。

(2)现状评价：根据长江大保护工作对长江流域信息化建设的要求，厘清长江流域管理涉及的各单位、部门的信息化资源和管理现状和存在的问题，分析长江大保护背景下各单位、部门的业务需求和信息化需求。

(3)需求梳理：基于上述分析，提出长江大保护下时空大数据云平台的建设需求，主要包括平台的建设目标、服务对象、业务需求、功能需求、数据需求、安全需求和其它需求等内容。

3 云平台建设需求

限于篇幅要求，对长江大保护时空大数据云平台建设需求分析成果进行简介，如图1所示。

图1 需求分析体系图

3.1 建设目标

以长江流域现有信息化资源为支撑，融合大数据、云计算、智能化、物联网、移动互联网等现代信息技术，研发由“一数、一图、一网、一平台、N应用”组成的长江大保护时空大数据云平台。

一数：建立一套长江大保护时空大数据，实现对长江流域全面、综合的感知，形成支持大数据挖掘的核心，为平台研发与应用提供数据基础。

一图：实现长江大保护一张图，以可视化的方式呈现长江流域全要素，支持长江大保护工作智慧决策。

一网：通过物联网将智能传感器连接起来，利用互联网实现感知数据的智能传输和存储，实现各种数据的融合对话和智慧服务。

一平台：建立统一的支撑云平台，将数据资源和应用模块统一在云端，打破长江流域数据条段化与孤岛效应，提升长江大保护工作服务水平。

N应用：基于长江大保护时空大数据云平台，实现长江大保护时空大数据的智慧应用。

3.2 服务对象

长江大保护时空大数据云平台主要服务于长江流域管理相关的国家部委及其派出机构、19省(市、自治区)省级行政主管部门。其中，国家部委及其派出机构主要包括水利部、生态环境部、自然资源部、农业农村部、应急管理部、国家发展和改革委员会、中国气象局、国家林业和草原局、国家能源局、水利部长江水利委员会、生态环境部长江流域生态环境监督管理局、交通运输部长江航务管理局、农业农村部长江流域渔政监督管理办公室、中国气象局长江流域气象中心等，省级行政主管部门主要包括青海、四川、西藏、云南、重庆、湖北、湖南、江西、安徽、江苏、上海、贵州、甘肃、陕西、河南、浙江、广西、广东、福建等 19 个省(市、自治区)的水利、生态环境、住建、交通、农业、应急管理、发改、气象、林业等部门。

3.3 业务需求

根据调研分析，长江大保护时空大数据云平台应能统筹管理长江上下游、左右岸、干支流以及跨区域跨部门的共保共治行动，主要从水安全、水资源、水环境、水生态、水空间等5大板块，遵循“竖向到底、横向到边”的业务梳理要求，细化各项重点业务，见表1。

表1 长江大保护时空大数据云平台业务需求表

3.4 功能需求

长江大保护时空大数据云平台应以基础地理信息、水情、工情、气象等要素监测以及水工程运行设施监控为抓手，通过对各类数据资源等实施全面整合，实现“数据可查、成果可看、业务完整、决策可用、监督考核”的功能要求。因此，长江大保护时空大数据云平台的主体功能需求分为信息服务、业务管理、决策支持和监督考核等4类。

(1)信息服务

信息服务功能包括基础信息服务、监测信息服务、信息共享服务、信息融合服务及信息发布服务等5类，极大丰富长江大保护时空大数据资源，为长江大保护时空大数据云平台智慧应用提供数据基础。

(2)业务管理

业务管理功能包括水安全、水资源、水环境、水生态、水空间等5大板块业务的科学管理。

(3)决策支持

决策支持功能是长江大保护时空大数据云平台的“智慧”所在，在整合多源数据的基础上，进行大数据的深度挖掘分析及专业模型应用服务，将分析场景应用至水安全、水资源、水环境、水生态、水空间等5大板块业务，最终实现平台智慧应用的决策支持。

(4)监督考核

监督考核功能主要针对长江流域水安全、水资源、水环境、水生态、水空间等5大板块业务，提供移动/PC多终端一体的投诉举报、定期核查、人工抽查等多种方式以及包含单位自查、社会监督、群众监督等多种渠道的监督考核入口，从而强化业务内部管理、提高公众满意度。

3.5 数据需求

数据是长江大保护时空大数据云平台建设和应用的核心，数据需求分为数据类型与来源、多源数据整合建库、数据共享服务和数据挖掘分析等4类。

(1)数据类型与来源

经过分析，长江大保护时空大数据云平台的数据类型可分为基础时空数据、公共专题数据、物联网实时感知数据、互联网在线抓取数据等4类，可来源于监测站点、已有数据库和信息系统共享、相关统计及规划设计报告等成果、互联网在线抓取等。

(2)多源数据整合建库

长江大保护时空大数据云平台数据来源广泛、数据量巨大、数据格式多样、内容丰富，且各类数据之间存在着紧密的联系，互为彼此使用和管理的重要依据。为了提高数据整体管理效能、加强数据共享，节约资源建设，更好的服务于长江大保护时空大数据云平台的业务应用，需要对多源数据整合建库，主要包括数据汇聚、数据处理、数据建库等3个步骤。

(3)数据共享服务

长江大保护时空大数据云平台不但需要集成已有的各种数据，还要向相关单位、部门共享各业务系统的数据，保持数据的联动更新，提高信息资源利用效率。针对全国水雨情信息网、各省市水情服务系统、国家地表水水质自动监测实时数据发布系统、中国气象数据网等已有系统的水雨情、水文、水资源、水质、气象等相关数据，长江大保护时空大数据云平台应与各系统进行充分的数据共享与交换，支撑相关单位、部门共享应用数据，科学履行职责业务。

(4)数据挖掘分析

为了充分发挥数据价值，满足长江大保护业务管理决策需求，长江大保护时空大数据云平台利用各种数据资源的融合，通过大数据分析模型和水文气象预报模型、洪水灾情预测模型、水资源预测模型、水生态环境预测模型、调度模型等各类专业模型，辅助决策管理，支撑水安全、水资源、水环境、水生态、水空间等5大板块业务应用。

3.6 安全需求

长江大保护时空大数据云平台的建设成果包括物联感知体系、基于大数据和云计算等新技术的业务应用系统等，在信息安全方面有着强烈的需求，需按照《中华人民共和国网络安全法》《信息安全等级保护管理办法》、GB/T 25070—2010《信息系统等级保护安全设计技术要求》、GB/T 22239—2019《信息安全技术网络安全等级保护基本要求》等相关法律法规和规程规范的要求，建立“可信、可控、可管”的信息安全保障体系，使得平台能够按照预期运行，免受攻击和破坏。

3.7 其它需求

3.7.1性能需求

物联感知性能方面，应能快速获取信息，汇聚的监测数据精度应满足相关规程规范的要求，多源数据应传输顺畅；专业模型性能方面，各专业模型应在满足业务需求的情况下最大程度提高计算效率和计算精度，且能长期稳定运行；业务应用性能方面，应能满足平台全部用户同时在线操作，响应速度能满足业务工作要求。

3.7.2接口需求

为了保证长江大保护时空大数据云平台高效、准确地交换信息，接口需求如下：①平台与外部系统接口应具备完整性、规范性、开放性和灵活性；②接口定义应遵循易理解、易使用、易交流和易扩展的原则；③保证平台与外部系统中的数据一致性；④在满足业务需求的前提下，使接口数据量尽量少，最大限度地减轻数据提供方压力；⑤具有可靠完善的接口数据传输与错误处理机制；⑥平台的服务接口应符合开放系统的标准协议，且具有安全控制机制和扩展能力。

3.7.3界面需求

长江大保护时空大数据云平台建设要强调结构化、模块化、标准化，做到界面清晰，连接畅通。界面完全遵照 GUI(图形用户界面)的标准，用户只要了解业务应用的工作流程和操作系统的使用方法，无需经过复杂的操作培训即可很方便地使用。菜单格式、快捷键等要充分考虑用户习惯，做到方便易用。

3.7.4运维需求

长江大保护时空大数据云平台应定期巡检、检修，必要时进行升级、更新，发生故障后应及时处理故障并出具故障调查处理报告，定期编制平台运维分析报告。

4 结论

为解决当前长江流域信息化建设难以满足长江大保护背景下的科学管理需求的现实问题，研究建设长江大保护时空大数据云平台十分必要。本研究按照既定的技术路线，提出了科学合理的平台建设需求。

长江大保护时空大数据云平台建设需求分析可为平台研发与应用提供指导，同时为其它时空大数据云平台建设需求分析提供参考。下一步将继续深入研究长江大保护时空大数据平台建设方案，积极推进长江大保护时空大数据平台尽快研发，以全面提升长江流域信息感知能力和综合决策水平，统筹管理长江大保护的各项工作，开创长江大保护的新局面。