新疆智慧水利实施方案探析

刘锡安

（新疆泰达水利水电工程有限责任公司，新疆 乌鲁木齐 830000）

2019年，水利部正式印发《智慧水利总体方案》[1]，明确了发展智慧水利建设要求，为了充分发挥新一代信息技术的驱动引领作用，大力推进新疆高新技术与水利业务深度融合，需对新疆智慧水利建设方案进行探讨。

1 概况

新疆境内山脉融雪形成大小河流570多条，水资源总量727亿m3，居全国前列[2]。进入21世纪后，新疆积极推动水利信息化工作，开展了水旱灾害防御、水资源管理等一系列系统建设和应用，水利信息化的制度体系、标准体系、技术体系初步形成，完成覆盖全疆区、地、县三级水利部门和重点流域机构的水利信息网、全疆水利异地视频会议系统等，初步构建起水利信息化基础设施环境，为新疆智慧水利建设奠定了基础。

2 存在问题

虽然新疆水利信息化取得了一定的成绩，但距离智慧水利还有一定距离，主要表现在以下几个方面。

2.1 信息采集方面

采集感知体系不完整，重要水利对象仍存在监测盲区，部分对象虽纳入监测范围，但是监测点时间空间布局不够合理，移动采集能力不足，存在监测事项不全、密度不足的问题。

2.2 基础设施方面

水利专网承载能力较弱，网络带宽普遍较低、不足10 M 的带宽严重制约了云计算、遥感影像传输、大数据处理、人工智能等技术的应用。随着应用的持续开展，现有的存储设备容量已经不能满足数据的存储要求。

2.3 应用信息化方面

业务应用水平整体偏低，智能化水平不高，大数据分析、人工智能等技术尚未得到广泛使用，不足以支撑对业务流程的优化再造。信息系统与业务工作没有深度融合，业务工作内容尚未完全覆盖。

2.4 信息保障方面

各部门对网信工作的重要性认识还不够，信息化总体投入不足，信息化发展中“重建设，轻应用；重建设，轻运维；重拥有，轻共享”现象还比较突出。

3 新疆智慧水利总体架构

新疆智慧水利坚持“服务中心，需求主导；统筹谋划，协同推进；健全机制，明确责任；工程带动，同步发展”的要求[3]，按照“大平台、大系统、大数据”一张蓝图绘到底的原则，进行统一规划建设。

3.1 监测感知架构

监测感知网包括感知要素、感知手段、传输网络等。感知要素包括天然河湖水系（河流、湖泊、基本水文要素等）、水利工程设施（水库、涵闸、堤防等）、人类的涉水活动（保护水环境水生态的治理活动、乱采乱建的破坏活动、参观游玩的休闲活动及幸福河评判讨论活动等）；感知手段包括物联感知（现地采集终端、卫星、雷达、无人机、视频等）、社会感知（媒体、社交网络、移动设备）和网络感知（网络资源、业务系统）[4]；传输网络包括传统的以太网、光纤等有线传输以及5G、NB-IoT等新一代无线物联通信。

3.2 支撑平台架构

应用支撑平台主要由基础应用支撑服务、一张图平台、网格管理、水利模型、知识图谱、机器感知、学习算法等部分组成。

基础组件服务、可视化支撑、移动支撑服务为应用层各类业务和数据资源池提供了通用性的功能支撑能力。水利网格化管理、水利模型为应用层各类应用和数据资源池提供了水利管理业务相关服务支撑能力。学习算法、机器感知和知识图谱为上层业务应用提供模型、算法等计算与分析的能力。

一张图平台以服务聚合作为数据基础，以空间分析作为智能应用空间分析支撑，以空间大数据作为决策支持，为水利高质量发展提供点、线、面、图斑、影像、视频、三维实景、历史回溯、分析推演等专题特色服务。

3.3 总体架构

新疆智慧水利基于现有新疆水利网络、软硬件以及数据存储备份环境，进行集约化建设和整合，形成新疆水利云，包括政务外网云和互联网云，为新疆水利智能应用提供计算存储能力。新疆水利云系统软硬件采用集中式部署，总体架构如图1所示。

图1 新疆智慧水利总体架构

新疆水利大数据中心采用“集中+分散”数据存储模式，业务数据在主中心、分中心之间进行实时同步存储，逻辑上集中、物理上分散。

4 重点工程建设内容

统筹考虑新疆智慧水利重点亟需以及最近已开展的基础工作，重点需做好以下工作。

4.1 信息采集体系建设

为了弥补监测空白，需要围绕新疆水利业务、事务和政务的监管需求，完善各类监管数据采集站网建设，扩大信息采集的种类、范围和密度，提升信息采集和感知能力，促进采集体系共建共管，避免重复建设、重复采集等问题。其建设任务主要包括水库大坝安全监测系统、水闸安全监测系统、堤防安全监测系统、水文监测预警系统的信息采集体系的共建共管，严格审批信息采集系统及相关建设内容，避免重复建设、重复采集等问题。

4.2 网络畅通工程完善

依托现有网络基础，面向下一代网络发展，升级改造网络核心设备，全面支持IPv6，优化网络架构、扩展覆盖范围、扩充带宽，新建政务内网，升级政务外网，健全新疆水利工控网，构建全疆水利信息一张网，实现地（州）、县（市）级水行政主管部门及水管单位网络全覆盖。

为了达到各类信息资源在自治区范围内共建共享、互联互通的应用效果，要求各级单位根据网络资源现状，参照新疆水利信息化“一张网”相关标准规范，加大对网络设施建设的投入，补充完善水利专网。对于水利专网覆盖不到的地方，可选择租用运营商专线链路的方式进行联通，从而确保自治区水利厅、各地州和县级水利局、流域管理机构及现地采集设施之间的互联互通。按照新疆水利信息化资源整合共享总体要求，全面梳理优化新疆政务内网、政务外网、工控网的结构划分，形成完备的新疆水利计算机网络。

4.3 水利大数据中心建设

根据新疆水利业务特点，在新疆水利数据管理成果基础上，对新疆水利现有数据体系进行全面整理，建立数据资源池，整合数据资源，建设上下级数据通道和数据汇聚分析平台，对现有的数据存储体系进行完善。其建设主要任务包括以下3个方面。

（1）数据资源池建设。全面利用现有的新疆水利基础设施资源，基于云平台技术，完成自治区水利厅和水文局机房的“私有云”建设，使其具备200个计算节点和50 PB存储能力。建设互联网云平台，以50个计算节点、10 PB 数据量规模的应用提供支撑环境，形成新疆水利厅信息化云体系的数据资源池。

（2）数据资源整合。在梳理数据资源的基础上，利用面向对象的水利数据模型，将涉及水利业务和政务应用全局的水利对象基础数据，以及水利对象空间和业务关系等数据集中统一存储于基础数据库和应用共享库，整合形成面向对象、统一语义、易于共享、易于关联、易于管理、易于挖掘的统一数据库，实现“一数一源”。同时，抽取元数据，生成数据资源目录。通过数据资源目录、数据交换与共享管理服务等进行数据共享与应用。整合后，原有生产库保持不变，实体数据的共享使用需求由“一个库”来承载，为水利业务或政务应用提供权威、全面、完整和一致的数据服务。

（3）上下级数据通道和数据汇聚分析平台建立。实现将各类管理数据下发到管理末端，将基层各类监测数据、控制数据、业务数据、视频数据上传到新疆水利数据中心。建立能够满足各类监测数据、控制数据汇聚的接入平台，建立各类数据的综合管理手段，建立视频图像数据的大数据存储分析平台，对现有的数据存储体系进行完善。

4.4 业务应用系统建设和完善

4.4.1 水旱灾害防御系统

水旱灾害防御体系建设任务主要包括：在托里县、青河县、乌什县等73个山洪灾害防治县开展工程治理和非工程措施完善相结合的山洪灾害防治体系建设，进一步开展洪涝灾害调查评价和分析工作；持续实施重点山洪沟防洪治理，开展策勒县、阿拉山口市、奎屯市等21个外洪内涝威胁县农村基层防汛预报预警体系建设[5]；进一步完善监测预警平台，完善预警指标，扩大预警信息覆盖面，运用大数据、云共享等技术手段，提高自治区级系统的监视、督查、综合应用和管理能力，全面提升山洪灾害防御能力；初步建立旱情监测预警综合平台，利用卫星遥感监测及智能分析技术，建立旱情基础数据库，通过河流、湖泊、水库、地下水旱警（限）水位（流量）以及气象、水文信息，开展旱情监测、评估和校核，实现旱情综合监测评估，提升旱情监测预警、水量调度及应急响应能力。

4.4.2 水资源利用监管及节水管理系统

水资源利用监管及节水管理体系建设任务主要包括：实现水量分配在线监督管理，基于水利一张图实现水资源利用决策分析专题化，实现监测、监视、监控、业务、基础、大文本、影像、视频、遥感、GIS、区域社会经济信息、工农业用水调度方案、引水实况等多信息多要素的综合分析，实现水资源开发利用分析评价，为水资源监管提供决策依据；在国家水资源监控能力建设项目的基础上，完善国控一、二期建设，推进取水口监测设施改造，扩大取用水监管数据应用范围。

4.4.3 水利工程建设与安全运行监管平台

着力推动水利工程补短板，加快提升水利工程保障能力，建设任务主要包括：利用“互联网+”等新技术，建立水利工程建设全生命周期管理；建立新疆水利建设多信息共享平台，理顺多平台独立格局，增加关于水利工程建设多信息平台通道，实现信息资源共建、共享，发挥大数据作用，为落实水利工程强监管提供信息保障；加强全疆重点水库安全运行在线监管，实现对水库运行情况的在线监管与分析。

4.4.4 水土保持信息化系统

利用遥感、大数据等新技术，构建地面监测站点观测数据与遥感监测扰动图斑数据融合模型，建设水土保持信息管理平台，实现主要业务的精细化、全流程信息化管理，实现水土流失预测预警、生产建设项目动态监测监管全覆盖等的智能决策支持和服务。

4.4.5 农村饮水安全管理系统

完善升级农村饮水安全管理系统，提升面向行业管理者、工程运行管理者和社会公众的农村饮水信息化管理功能，强化农村饮水工程动态监控，接入集中式农村饮水工程水体监测信息，实现配水、输水、用水数据实时在线监测、统计复核、预警提示、监督检查等，提高农村饮水安全管理现代化水平。

4.4.6 河湖管理系统

围绕河湖长制、水域岸线管理、河道采砂监管、水土保持监测监督治理等重点需求，运用高分遥感数据解译分析、无人机、图像智能分析等技术，提升河湖长效保护与动态管控能力，增强河湖保护信息管理能力，到2025 年，实现河长制湖长制从“有名”向“有实”转变。

4.4.7 政务管理系统

政务管理系统需要实现覆盖新疆水利厅机关各部门的在线监督管理，与办公系统紧密结合，实现机关和下属单位业务与数据的贯通，实现对事项的分解、批示、追踪、监控、落实，达到“发现、分析、解决问题，促进工作”的效果。推进政务办公一体化进程，建立统一的平台，满足各级单位的政务信息化应用需求。统一移动办公平台，实现各单位间的公文交换，实现电子公章，形成一体化、服务高效、应用方便的综合办公体系，提高工作效率。在财务管理信息系统的基础上实现资金在线监管，满足新疆水利资金动态监控管理要求，全力防范资金使用和管理风险。

5 结语

通过分析探讨可知，新疆智慧水利建设方案主要以现代信息化技术实现水利工程建设、监管、运行、维护和服务的便捷化管理，提高水利业务应用智能化和决策科学化水平，有利于解放人力，提升效力，可有效提升水资源管理与保护预警能力，实现水资源的优化配置和科学调度，为新疆的经济社会发展提供可靠的水资源保证，支撑经济社会的可持续发展。