基于智慧水务总体架构及建设内容

2022-12-05广东省电信规划设计院有限公司陈言樑

数字技术与应用 2022年11期

广东省电信规划设计院有限公司陈言樑

随着新时期治水方针的逐步落实，水利现代化、智能化建设已全面开启，物联网、图像识别、数字孪生等新技术的成熟，也为智慧水务体系的搭建提供了技术保障，新时代治水新思路正逐步得到落实。本文对智慧水务的总体架构与包含的建设内容进行研究，力图为智慧水务体系搭建及项目建设提供部分借鉴。

1 研究背景

新时期治水方针要求将传统水务与现代信息化技术进行深度融合，有效提升涉水业务管理能力和水平，使水务参与相关方及社会公众享受到水务的智慧化服务，实现防汛减灾、水生态管理、水资源利用等方面的涉水业务综合管控。当前水务监测体系已基本实现对水文信息采集、水资源水环境信息采集、工情信息采集、工程安全信息采集以及视频监控站点等覆盖，但由于分属不同业务部门，在不同时期建设，导致实时数据未得到很好整合，未能发挥整体效益，具体表现为监测站点布设缺乏统筹考虑，监测手段单一，缺少创新监测手段应用，以及数据资源整合利用程度低，业务应用不够深化灵活等。因此，在新一代信息技术赋能下，搭建智慧水务体系，成为了必然趋势，也具备了可落地基础。

2 智慧水务内涵

2.1 智慧水务内涵

站在水务管理部门的视角，智慧水务即紧密围绕水安全、水资源、水环境、水工程、水事务、水公共服务6大核心业务的需求，融合云计算、大数据、物联网、人工智能、数字孪生等新一代信息技术，推进涉水业务智能应用，提升信息整合共享和业务智能管理水平，全面驱动和支撑水务治理体系和治理能力现代化[1]。

（1）水安全。主要包括水灾防御、饮用水安全管理两部分内容。水灾主要为雨季型洪水、台风型洪水造成的雨涝，当有大洪水来时，通过模型进行预报预警，可以提前采取措施，预报各水库水位，腾出库容调蓄洪水，减轻库区周边和下游的防洪压力。在后汛期，根据来水预测及时拦蓄洪尾水量，尽可能多的储备水量。当预测来水量较少时，可根据水库蓄水情况和需水量分析，提前采取抗旱措施，减少旱灾的影响。饮水工程则是统筹城乡发展，改善和提高民众生活质量，促进城乡经济社会发展的重要民生基础设施，城乡饮用水安全密切关系到群众的身体健康，防范饮水安全风险十分必要。通过对人饮工程增加水质和水位自动监测，可实现城乡饮水工程供水安全自动预警，同时加强城乡饮水工程日常业务管理，提升城乡供水安全监管和应急处置能力。（2）水资源。是指有利用价值且可被利用的水源，包括地表水及地下水等。在信息化中，水资源信息包括水质信息、官网监测信息、供水厂监测信息、排污口信息、取水户信息、水库信息、水电站信息、生态流量监测信息、水利工程信息等。水资源优化配置包含了水资源管理、供水管理、灌区管理的综合优化。（3）水环境。主要通过监测站网进行监测，监测站网是指在流域内或者区域内，由适量的水质监测实验室与地表水、地下水、大气降水水质站组成的监测信息收集系统。在水环境管理及保护上，又可分为河湖长制综合管理、采砂管理、水土保持管理等。（4）水工程。包括涉水的水利工程建设管理、水利工程运行管理。（5）水事务。即以水行政事件为主线，涉及到的监管对象、业务流程等，主要为水行政执法，包括执法对象监管、执法巡查管理、执法办案管理、案件办理管理、执法队伍和装备管理、执法指挥调度等。（6）水公共服务。即水务部门面向公众提供的涉水政务服务，通过互联网、移动端、办理窗口、户外展示引导等提供，主要包括行政审批事项处理、公众水务事项解答、公众水务事项投诉处理、公众预报预警、公众节水教育、公众河湖治理宣传教育、引导公众参与河湖治理、公众水情教育等。

2.2 智慧水务总体架构

智慧水务建设可按照“四横两纵”总体架构进行，即基础设施、水务大数据中心、应用支撑平台、智能应用，以及机制保障、技术保障。智慧水务整体架构图如图1所示。

图1 智慧水务整体架构图Fig.1 Overall architecture diagram of smart water affairs

基础设施包括水务智能感知网和基础运行环境。

（1）水务智能感知网。水务智能感知网即运用无人机、无人船、物联网、5G 等新一代技术，通过构建“空-天-地-水”一体化监测感知网，实现水务要素全感知，区域感知全覆盖、感知手段全应用，全面支撑水务工作。智能感知网需要在传统水雨情、水资源、工情监测站点基础上，强化无人机、无人船等技术的综合应用，丰富采集种类、加密采集覆盖、整合采集站点、规范采集数据，进一步加强水文、水资源、水环境、水工程、农村水利等方面的信息采集，提高信息的完备性、真实性和时效性，满足精细化水务业务管理应用要求。广义上说，水务智能感知网包括河道监测站网、人饮工程监测站网、在建水利工程监测站网、水库及水电站监测站网。

（2）基础运行环境。1）水务大数据中心。建设水务大数据中心，可最大程度丰富数据中心资源，实现各部门数据资源整合共享，提升数据共享和服务能力。2）水务专业模型。基本的公共服务基础模型，方便应用软件开发时在其上层更加快捷地搭建业务应用流程和构造信息门户，水务专业模型为应用层提供统一的支撑服务。应用支撑平台为应用层提供统一的支撑服务，是实现水务事件推理、水务事件协同、水务实景仿真、水务时空分析、水务行政服务等公共服务的基础平台。智慧应用为基于专业模型构建的应用，包括水安全专题、水资源优化专题、水环境保护专题等，配合综合决策大屏、移动应用平台和统一门户使用。3）机制体制保障。标准规范的机制建设是工程建设重要的基础性工作，是实现智慧水务运行管理的目标，保证信息交换、共享和应用支持有效性和可行性的重要前提。4）技术保障。技术应用是系统运行的支柱，贯穿于整个体系架构各层的建设过程中。

3 智慧水务建设内容

3.1 智能感知网

根据水务业务应用建设需求，以水雨情、水资源、工情监测站点为核心基础，强化无人机、无人船等技术的综合应用。智能感知网具体建设为河道监测站网、人饮工程监测站网、在建水利设施监测站网、水库监测站网等。监测数据包括水位、流量、雨量、浊度、酸碱度、余氯值、视频实时画面等。

3.2 水务大数据中心

（1）水务数据资源目录。水务数据资源目录建设是开展数据共享的重要手段和途径，各级在建立数据资源目录时，应保持基本维度分类体系的一致，并在水务数据中心建立统一的目录服务系统，解决各自领域范围的数据资源目录管理与发布。根据水务系统的实际情况，水务数据资源目录可分为基础数据目录、监测数据目录、业务数据目录。（2）制定数据标准规范体系。按照“一数一源”的原则，进行相关标准规范制定，主要包括数据库设计规范、数据加工存储规范、数据资源共享规范、数据接入规范等。（3）数据资料制作。数据资料制作包括河湖现场全景图、城乡供水三维场景、线上虚拟馆等。

3.3 应用支撑平台

（1）水务事件推理能力。可分为洪水预报模型、水库来水及调度模型、视频图像分析模型等。洪水预报模型的构建是为了实现将实时或预报水雨情数据作为输入，通过预报模型，来实现对流域内重要节点的洪水过程的预报。水库来水预报及调度模型则通过选取水库并运用相关建模技术，搭建水库来水预报模型、工程调度模型、水资源优化配置模型。视频图像分析模型即由具备视频智能分析功能的摄像设备组成的智能监控系统，可以按需求监控。（2）水务事件协同能力。通过搭建一个统一的综合集成门户，在实现统一认证、单点登录的同时，可以根据登录用户的身份，确定用户的权限，自动呈现不同的功能界面。另外，将应用及展示需求通过界面整合集成到门户中，如将水务数据中心、水务一张图、水务综合决策大屏、水安全科学保障专题、水资源优化配置专题、水环境生态保护专题、水工程精细调度专题、水事务高效管理专题和水公共服务专题集成在一起。（3）水务实景仿真能力。可分为实景及数字孪生等，实景即通过720°全景摄像技术对各场景点进行多角度环视拍摄取景，使用软件进行图片拼合等处理，将平面照及计算机图变为全景，用于虚拟现实浏览。数字孪生为新一代信息技术，集成多学科、多物理量、多尺度、多概率的仿真过程，在虚拟空间中完成精准映射、虚实交互，为水务业务管理呈现可视化场景，辅助水务管理决策。（4）水务时空分析。通过搭建GIS 平台，为业务管理提供地图信息的操作、浏览和管理等功能。（5）水务行政服务。主要包括门户和智能问答等，门户可通过分权分域设置，对不同角色、不同级别、不同岗位用户所关注的信息做不同呈现，做到千人千面。智能问答面向内部工作人员和社会公众用户，以问答形式，定位用户所需要的提问知识，为用户提供个性化的信息服务。

3.4 水务专题应用

（1）水安全科学保障专题。聚焦水灾防御工作需要，围绕预案、预报、预警、预演等因素建设，实现与水灾防御工作精细化管理要求。预案应做到结构化管理，由静态预案向动态预案转变。预报则通过多模型耦合方式，由经验预报向科学预报过渡。通过自动监测预警和预警回执，打造预警工作的闭环流程。在人饮工程上增加水质和水位自动监测，实现饮水工程供水安全自动预警，提升供水安全监管和应急处置能力。（2）水资源优化配置专题。基于GIS 平台的展示基础，实现水质、视频监控、水位、雨量等监测站点以及水文局、气象局、生态环境局共享的监测站点等监测数据的叠加展示，为水质监管、水资源业务协同、水资源优化配置、动态评价、供水监控预警、供水运营管理、供水统计分析、灌区管理等应用服务。（3）水环境生态保护专题。聚焦河湖长制管理、采砂管理、水土保持管理等应用，建设投诉、采砂计划管理、采砂许可证管理、采砂量动态监控、水土流失情况分析及呈现、政策法规宣传等模块。（4）水工程精细调度专题。引入信息化手段，将招投标管理、工程资料、工资支付、工程过程等文件数字化，实现工程业务数字化，同时基于GIS 平台，将在建项目、已建项目、规划项目做叠加展示，实现工程全景可视化、工程安全自动预警、调度管理可视化等目标。（5）水事务高效管理专题。以水行政事件为主线，主要建设执法监视、执法巡查计划制定和下达、执法信息（包括执法队伍、执法艇、执法车、执法装备等）的动态更新、调度指挥等模块。（6）水事务公共服务专题。建设审批事项服务、智能问答、公众投诉服务、水务信息服务、水务资讯、节水宣传等模块。（7）移动应用，开发移动应用系统，通过移动办公，实现无时无刻、随时随地信息查询和办公管理。