民族縣域智慧水利建設(shè)方案構(gòu)想

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［摘要］為解決我區(qū)水利信息化建設(shè)中數(shù)據(jù)共享不充分、功能單一、獨立運行及重復(fù)建設(shè)等問題，文章基于信號采集、大數(shù)據(jù)、3S及云計算等技術(shù)，研究了縣域智慧水利系統(tǒng)建設(shè)方案構(gòu)想，對水利工作效率和管理能力的提升、水資源開發(fā)與高效利用、各應(yīng)用平臺的整合共享具有較大作用，為智慧水利在各盟市及自治區(qū)的推廣建設(shè)提供研究支撐。

［關(guān)鍵詞］智慧水利;水利信息化;總體架構(gòu);建設(shè)方案

1引言

當前，信息化、智能管理等技術(shù)發(fā)展迅速，水利信息化建設(shè)成為我國水利監(jiān)管主要發(fā)展方向，也是水利建設(shè)的重要組成部分。近年來，我國“智慧水利”迅猛發(fā)展，相繼各項建設(shè)規(guī)劃，并提供系列財政支持。部分省份地區(qū)已初步建成防汛抗旱應(yīng)急指揮、水質(zhì)、水資源和水環(huán)境監(jiān)管等系統(tǒng)，設(shè)計建成了部分信息化基礎(chǔ)設(shè)備、信息中心、數(shù)據(jù)資源、專用網(wǎng)絡(luò)及業(yè)務(wù)應(yīng)用等，水利信息化、水資源優(yōu)化配置及管理水平得到大幅提高。但在建設(shè)和應(yīng)用仍存在不足:①各地重視省市級水利信息中心等頂層設(shè)計，而忽視旗縣等地方基層應(yīng)用支撐，已建成的信息中心使用效率普遍較低。②缺乏統(tǒng)一的設(shè)計標準，各單位各行其是，建成的系統(tǒng)功能及數(shù)據(jù)類型參差不齊，無法交互共享，信息使用率非常低，且重復(fù)建設(shè)嚴重，浪費較大。③部分省市為了緊跟水利信息化浪潮，巨額采購先進設(shè)備建立基礎(chǔ)設(shè)施，而缺乏應(yīng)用平臺的配套開發(fā)、升級與應(yīng)用。同時，大部分地區(qū)缺少專業(yè)的系統(tǒng)維護人員，建成的信息系統(tǒng)得不到有效維護和及時數(shù)據(jù)更新，滿足不了實際使用要求而成為擺設(shè)，導(dǎo)致大量浪費。

2智慧水利概念及意義

智慧水利是指采用信號自動采集、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、3S、云計算及終端設(shè)備等信息技術(shù)，通過采集水資源、水環(huán)境、水文水質(zhì)、供排水、防汛抗旱、氣象、農(nóng)牧業(yè)基礎(chǔ)信息及水利工程等實時與歷史數(shù)據(jù)，傳輸?shù)皆品?wù)中心進行智能運算分析、推演、判斷、仿真模擬與決策，提供智能的數(shù)據(jù)類型、監(jiān)控、輔助分析、決策、預(yù)警、資源優(yōu)化配置等服務(wù)，實現(xiàn)水利行業(yè)智能化、精細化管理和運行，有效解決水利行業(yè)的各種新老問題，提高水資源利用率，加強水環(huán)境保護，提升水利工程質(zhì)量安全和防災(zāi)減災(zāi)效果。系統(tǒng)根據(jù)區(qū)域特點使用統(tǒng)一設(shè)計標準，各單位設(shè)施共建、信息共享，統(tǒng)一調(diào)度管理，減少重復(fù)建設(shè)，增加數(shù)據(jù)利用率，進一步提高各業(yè)務(wù)部門的服務(wù)效率與能力、智能管理及自主創(chuàng)新能力等。

3智慧水利建設(shè)要求及目標

(1)構(gòu)建“天空地”全方面、全天候、多功能的感知控制系統(tǒng)，采集過程自動化，動態(tài)信息更新及時，數(shù)據(jù)信息準確可靠。(2)建設(shè)多維度、多數(shù)據(jù)源的云計算中心，將水資源調(diào)度、水環(huán)境檢測及防汛抗旱等信息集成管理，進行智能、精確、科學地運算、判斷、分析與模擬，提供智能的監(jiān)控、輔助分析、預(yù)警、決策、資源優(yōu)化配置等服務(wù)。(3)系統(tǒng)根據(jù)區(qū)域特點使用統(tǒng)一的運行環(huán)境、數(shù)據(jù)接口、技術(shù)標準及安全保障，各單位設(shè)施共建、信息共享，統(tǒng)一調(diào)度管理，建立一個面向政府、企業(yè)和個人的信息共享平臺，增加數(shù)據(jù)利用率，減少重復(fù)建設(shè)，提高水資源利用率，加強水環(huán)境保護，提升水利工程質(zhì)量安全和防災(zāi)減災(zāi)效果，進一步提高各業(yè)務(wù)部門的服務(wù)效率與智能管理水平。(4)把各部門已建成的較為分散的雨情墑情監(jiān)測、氣象站、視頻監(jiān)控、防汛預(yù)警、中心機房及水利專網(wǎng)等基礎(chǔ)設(shè)施納入智慧水利各子系統(tǒng)中，形成協(xié)同、智慧、統(tǒng)一的平臺，避免資源浪費。(5)平臺管理功能要實現(xiàn)管理范圍、工作全過程、業(yè)務(wù)信息3個全覆蓋，系統(tǒng)可在移動終端應(yīng)用，為社會提供及時的信息服務(wù)。

4智慧水利建設(shè)內(nèi)容

4．1系統(tǒng)總體架構(gòu)

4．2系統(tǒng)主要組成

4．2．1感知控制層感知控制層是整個系統(tǒng)的信息來源與執(zhí)行機構(gòu)，由終端采集、遠程監(jiān)控及網(wǎng)絡(luò)傳輸組成，系統(tǒng)組成，見圖2。系統(tǒng)利用各類傳感器、攝像頭、無人機和衛(wèi)星等終端設(shè)備及合法的數(shù)據(jù)接口采集所需信息，并通過GSM、NB－Iot、GPRS及互聯(lián)網(wǎng)等將數(shù)據(jù)傳輸至數(shù)據(jù)存儲中心，實現(xiàn)“天空地”三位一體感知。同時接收控制信號控制執(zhí)行原件動作，感控層設(shè)備構(gòu)成及作用，見表1。

4．2．2數(shù)據(jù)服務(wù)層數(shù)據(jù)服務(wù)層由大數(shù)據(jù)存儲中心及數(shù)據(jù)分析平臺構(gòu)成。大數(shù)據(jù)存儲中心將錄入的行政地名、地形地貌、水利工程及各專題數(shù)據(jù)信息存入基礎(chǔ)歷史數(shù)據(jù)庫作為數(shù)據(jù)分析的標準及信息基礎(chǔ)，將防汛抗旱、水資源、水環(huán)境等實時數(shù)據(jù)存入業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫以備隨時調(diào)用。同時系統(tǒng)可通過數(shù)據(jù)接口接收農(nóng)牧業(yè)、氣象等跨部門信息。數(shù)據(jù)分析平臺利用云計算和專家決策系統(tǒng)技術(shù)，根據(jù)需要調(diào)用各類數(shù)據(jù)進行集成、運算、對比判斷、分析及模擬仿真，將結(jié)果傳輸至平臺支撐層。

4．2．3平臺支撐層平臺支撐層主要是為業(yè)務(wù)應(yīng)用層提供技術(shù)支撐，通過GIS、遙感及無人機技術(shù)結(jié)合歷史基礎(chǔ)數(shù)據(jù)形成宏觀“一張圖”及各類專題地圖，包含基礎(chǔ)地理信息。通過BIM平臺提供水利工程建筑模型與相關(guān)參數(shù)。所有數(shù)據(jù)都顯示在相應(yīng)的子系統(tǒng)中，用戶登錄后可搜索需要的數(shù)據(jù)信息，生成報表并打印。同時，用戶可將結(jié)果數(shù)據(jù)在平臺中預(yù)測、模擬，并進行輔助決策和預(yù)案。

4．2．4業(yè)務(wù)應(yīng)用層業(yè)務(wù)應(yīng)用層是人機交互界面，根據(jù)防汛抗旱、水利工程監(jiān)管、供排水、水土流失、水資源開發(fā)、江河湖泊水庫管理及水環(huán)境保護等業(yè)務(wù)需求，分別設(shè)計水旱災(zāi)害防御決策、水利工程建設(shè)與安全運行監(jiān)管、水資源監(jiān)測和節(jié)水管理、水生態(tài)與水土保持管理、河湖長與動態(tài)監(jiān)管及水利綜合管理等六個子系統(tǒng)嵌入“一張圖”主操作界面中，畫面效果，見圖3。用戶可通過WEB門戶、移動終端或現(xiàn)場展示中心查看歷史數(shù)據(jù)、決策信息、報警及應(yīng)急預(yù)案、二三維模型及現(xiàn)場音頻等，跨部門間可聯(lián)合會商，同時各子系統(tǒng)可根據(jù)業(yè)務(wù)應(yīng)用功能的增減或更改進行模塊化拓展。

4．2．5系統(tǒng)標準規(guī)范系統(tǒng)標準規(guī)范建設(shè)主要是通過制定統(tǒng)一、完整、科學的運行環(huán)境、門戶、數(shù)據(jù)類型和接口、技術(shù)標準及規(guī)章制度等，建立一個政府、企業(yè)及個人的信息共享平臺，數(shù)據(jù)信息交換共享、高效應(yīng)用。統(tǒng)一的運維中心、集控中心，實現(xiàn)設(shè)備的統(tǒng)一運維與管理，為智慧水利業(yè)務(wù)應(yīng)用提供可靠保障。

4．2．6系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)安全系統(tǒng)在現(xiàn)有水利專網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)安全資源基礎(chǔ)上，結(jié)合數(shù)據(jù)安全和用戶訪問權(quán)限等技術(shù)，重點提升網(wǎng)絡(luò)速度，建設(shè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)應(yīng)用及其它安全防護，構(gòu)建縣域智慧水利管理系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)與數(shù)據(jù)安全保障系統(tǒng)，形成集建設(shè)管理、運行維護、監(jiān)督檢查和應(yīng)急預(yù)案等于一體的高效網(wǎng)絡(luò)安全機制，為智慧水利安全穩(wěn)定運行提供可靠保障，并通過網(wǎng)絡(luò)映射實現(xiàn)與各單位系統(tǒng)平臺及移動終端的互聯(lián)互通。

5結(jié)束語

智慧水利作為智慧社會的重要組成，是新時代下對水利信息化建設(shè)提出的新要求。本文經(jīng)廣泛調(diào)研，結(jié)合內(nèi)蒙古某縣水利信息化現(xiàn)狀，提出了縣域智慧水利建設(shè)方案的構(gòu)想，為各級政府、企業(yè)及公眾提供信息服務(wù)，對水利工作效率提升、水資源開發(fā)與高效利用、水利各應(yīng)用平臺的整合共享具有較大作用。同時可加速各單位間交流合作，推動其他行業(yè)共同發(fā)展，有效提升區(qū)域水利綜合管理能力，實現(xiàn)區(qū)域水利現(xiàn)代化。

參考文獻

［1］樊進，呂忍，舒楠．基于信息化技術(shù)的智慧水利應(yīng)用及其發(fā)展研究［J］．科技推廣與應(yīng)用，2019(9)

［2］邱利民．“智慧水利”的發(fā)展和技術(shù)研究［J］．中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2018(8)(上)

作者：牛俊奎 李振剛 姚佳男 單位：中國水利水電科學研究院牧區(qū)水利科學研究所