“智慧泗河”设计探析

徐永兵，宋厚清，牛会泽，张 晨

（山东省水利勘测设计院，山东 济南 250013）



“智慧泗河”设计探析

徐永兵，宋厚清，牛会泽，张 晨

（山东省水利勘测设计院，山东 济南 250013）

摘 要：泗河是南四湖湖东地区最大的山洪河道，也是山东省着力打造的首批生态河道，国家发展战略和信息化方针的调整对泗河水利工程信息化管理工作提出新的要求。结合泗河现状和规划发展远景，就“智慧泗河”的建设目标、内容和设计方案展开分析和探讨，提出“智慧泗河”项目要重点为雨洪资源充分利用和保证河道生态系统均衡发展提供信息化的管理手段，并指出“智慧泗河”建设需要认真研究和思考的关键问题。“智慧泗河” 的建设可为类似的生态河流工程信息化建设提供借鉴思路。

关键词：智慧泗河；水利信息化；信息采集；物联网；云计算

0 引言

泗河流经济宁市泗水、曲阜、兖州、邹城、微山，于任城区辛闸村入南阳湖，主河道全长 159 km，贺庄水库以下主河道长 138 km，是沂沭泗流域重要组成部分，是东调南下工程的骨干工程。近年来济宁市加大对泗河的综合开发力度，努力提高泗河流域防洪减灾和水资源供给保障能力，努力将泗河打造成为济宁都市区的安全屏障、生态长廊和经济社会发展的聚集轴。当前以“云、物、移、大、智”为代表的新兴信息技术，深刻影响着经济社会的发展。国家发展战略和信息化方针的调整对泗河水利工程信息化管理工作提出了新的要求。新技术的应用，促使管理和服务模式发生根本性改变，推动智慧城市[1]、智慧地球[2]的发展，也推动智慧流域[3]的发展。

智慧流域是借鉴智慧地球、城市的相关研究成果，为推动流域的信息化、现代化和可持续发展提供的全新的流域综合管理战略理念。与数字流域的视角不同，智慧流域以实体物理设施和信息化设施的连接为特色，数字代表信息和信息服务，智慧代表智能与自动化。数字流域以信息资源应用为中心，智慧流域以自动化智能应用为中心，虽然二者有关联与交集，但所强调的内涵不同。智慧流域不但具有数字流域的特点，更强调人类与物理流域相互作用，实现流域物理世界中人与水、水与水、人与人之间的便利交流，与数字流域的巧妙结合，突出新一代流域变革理念的特色和生命力[4]。

泗河综合开发工程可行性研究报告已通过济宁市发展和改革委员会组织的审查，“智慧泗河”是泗河综合治理开发项目中的信息化建设内容，是在泗河现有水利信息化建设成果的基础上，综合运用物联网、云计算、大数据、移动互联网、空间地理信息集成等新一代信息技术，实现资源共享与智能管理，对各类信息进行及时分析和处理，自动做出相应的处理结果与辅助决策建议，使泗河综合治理开发的方案制定、综合决策、应急处置等业务工作更加精细，动态，智能，有效提升泗河流域雨洪资源利用、水生态保护与工程管理等业务工作的效率与效能。

1 “智慧泗河”指导思想与建设目标

1.1 指导思想

以提高泗河工程管理和服务能力为核心，坚持“节水优先、空间均衡、系统治理、两手发力”的治水理念，依据国家和水利发展要求，把握技术发展趋势顺势转变思路。逐步实现数据的知识化处理，打造“创新应用”能力；逐步实现业务的智能化管理，打造“智慧泗河”管理体系；全面提升泗河流域信息化水平，以信息化手段提升雨洪资源利用效率，在保证生态系统均衡发展的前提下，最大限度地满足居民、游人的亲水需求。加快传统水利向现代水利转变，为加快经济文化建设，保护生态环境做出更大的贡献。

1.2 建设目标

强化资源整合，促进协同共享，建成覆盖泗河全流域的泛在智能的水利基础设施、全方位共享的水利信息资源、纵横联动的水利业务应用和全方位优化的水利信息化保障等体系。实现信息采集处理规范化、自动化、数字化，信息传输快速化、准确化，预警预报准确化、及时化，决策调度指挥智能化、科学化和可视化，行政办公自动化、智能化。建成的系统工程高效可靠、实用先进、资源最大程度共享，为防汛减灾与应急管理、水资源综合利用、水环境保护、水土保持等决策与管理、水利工程及日常管理提供科学依据和现代化的手段。大大提高泗河综合管理的效率和效能，促进泗河水利信息化跨越式发展，为生态、人文泗河的建设提供有力支撑[5]。

2 “智慧泗河”需求分析

泗河综合治理开发以理念创新为先导，确立防汛抗旱、雨洪资源充分利用统筹发展，以及人文、生态、经济泗河的人水和谐发展的思路。随着泗河综合治理开发的逐步推进和信息化技术的快速发展，泗河工程信息化管理进入了一个新的发展阶段，成为泗河流域可持续发展的重要支撑。“智慧泗河”建设的需求和对信息化技术实现的要求主要表现在以下几个方面：

1）保障雨洪资源充分利用与防汛减灾的需求。雨洪资源充分利用与防汛减灾作为泗河综合治理开发的重要功能，需要实现智能感知、精细化预报和智慧化处置，以提高快速反应与高效应对能力。

2）优化水资源配置和加强河道生态治理的需求。按照最严格水资源管理制度要求，实施以用水总量、用水效率和水功能区限制纳污 3 条红线控制的方案，是加快转变经济发展方式的战略措施[6]。优化泗河流域水资源配置，加强河道生态治理，必须突出水量、水质监测与管理并重，促进资源与环境和谐发展。

3）传承历史文化和加强泗河水文化建设的需求。为延续和传承泗河及沿线丰富深厚的历史文化底蕴，创造一系列有文化底蕴的景观空间，以塑造依托于地域文化，生态优先的滨河景观带。应依托信息化的技术手段，加强水土保持和工程管理力度，保证沿河景观带能长期展现。

4）支撑泗河综合治理开发事业可持续发展的需求。泗河综合治理开发的目标能有效地提高泗河防洪标准，满足农田灌溉、河道生态用水，通过景观、生态湿地、植物配置建设，净化水质，绿化、美化环境，实现人与水和谐相处，为人们创造一个安定、舒适的生活环境，有力地支撑该地区社会经济的可持续发展，具有显著的社会、经济和环境效益。围绕这一目标，必须通过信息化手段，统筹各类监测信息并加强信息的采集、处理、管理和服务，从而提高泗河流域防汛减灾、水资源利用、水生态保护等业务的管理能力，实现可持续发展目标。

3 “智慧泗河”总体设计

3.1 总体框架结构

“智慧泗河”项目建设旨在通过应用、网络及传感 3 个层面，运用新一代物联网、移动通信网络、光网络等，利用 MSTP，3S，3G/4G 和云计算等高性能信息和数字技术，结合实际，构建一个多功能、安全高效的服务平台，形成一个上联水行政管理机关及上级流域机构，下联各管理站（所），横联各业务科室，覆盖全流域范围的综合体系。“智慧泗河”总体框架结构如图 1 所示，具体层次如下：

1）智能感知层。是基于物联网技术的信息采集和传输层，利用水位、流量、压力、雨量等各种信息传感设备和设施，按照物联网通用接口、协议，实现这些信息在任何时间、地点的连接，从而进行信息交互，以实现智能化识别、监测、监控、定位、跟踪和管理的智能感知网络。

2）快速传输层。基于 3G/4G、卫星通讯和专用光纤网络实现数据信息的快速传输。

3）云平台。基于云计算的数据存储与处理，实现各类信息资源的有效管理和智能调配，统一承载各应用系统和业务运行需求，真正实现资源共享，降低建设和运行成本。

4）应用决策层。基于大数据的智能应用，包括防汛抗旱减灾、水资源综合管理、水环境保护、水土保持、工程建设与管理、水行政管理等业务的智能应用。通过大数据技术建立各类模型，利用虚拟数据中心的海量数据进行分析计算、仿真模拟、趋势预测，自动生成解决方案，为泗河综合治理开发、生态保护和工程管理提供辅助决策，提高业务工作的效率与效能。

图 1 “智慧泗河”总体框架结构图

3.2 主要建设任务

3.2.1 信息采集系统建设

科学规划，优化布局，查漏补缺，充分利用物联网和移动终端技术，形成多元化的智能采集体系，提高信息的完备性、真实性和时效性，满足精细化业务管理要求[7]。主要工作如下：

1）统筹监测点空间、时间分布，整合已有资源，新增必要的监测点，加强完整性建设。2）结合固定点监测布局，适宜增补移动监测。3）以水文、水资源、水环境监测为主，整合建设多元信息采集系统。

3.2.2 快速通信网络系统建设

优化网络架构，完善通信布局，加强移动互联，适度超级部署网络能力，形成立体覆盖、安全可靠的快速通信网络体系。主要工作如下：

1）扩大水利电子政务内外网的覆盖范围，增大网络带宽，有力支撑相关业务应用。

2）建设沿河光纤网络并加强未来网络演进技术储备。

3）推动卫星通信与地面通信设施融合发展，提升应急通讯能力。

3.2.3 云资源环境建设

加强资源整合，深化虚拟应用，充实水利基础设施云，实现资源的云化服务，促进集约化利用资源设施。主要工作如下：

1）加强与淮河水利委员会及山东省的水利数据中心的资源整合。

2）按照“云平台”理念，以建设水利基础设施云为主，以公共资源云为补充，通过对计算、存储资源的整合，实现统一调度、管理和服务，提供集约化的基础设施服务。

3.2.4 信息资源体系建设

丰富信息源，强化数据整合，促进信息共享，建设泗河流域水信息基础平台，逐步形成多元化采集、主体化汇聚和知识化分析的大数据能力。主要工作如下：

1）进行信息资源梳理，开展重点业务领域信息资源规划。

2）采用面向对象的统一水利数据模型，对基础、业务和政务等数据进行整合，丰富信息资源，构建面向对象的基础数据库及面向事件和过程的数据库。

3）完善数据交换平台和信息资源服务体系，向各类业务应用提供权威、全面、完整、一致的数据交换通道和资源服务。

4）逐步开展大数据分析平台试点建设，加强数据知识化管理，发挥大数据效能。

3.2.5 重点业务应用系统建设

深度融合，强化应用整合，促进业务协同，使泗河水利工程管理从粗放向精细转变，从被动响应向主动预警转变，从经验判断向大数据决策转变，增强水利管理能力，提高公共服务水平，主要完善防汛抗旱减灾[8]与应急管理、水资源综合管理与调度、水环境综合治理与保护、水土保持管理、工程建设与管理、水行政管理及综合办公等系统的建设。

3.2.6 信息化保障体系建设

信息化保障体系是“智慧泗河”持续稳定运行的基础，是信息系统发挥效益的根本要求，也是信息安全的根本保障。保障体系[9]以安全为核心，以保障水利信息化良性发展为目标，最大限度地释放信息化在水利管理全局中的巨大能量。主要完成以下体系的建设：

1）制度体系。重点是信息化工程协同建设、资源整合共享方面的管理办法。

2）安全保障体系。统一安全管理、防御，提高安全防护能力。

3）运行维护体系。包含运行维护机构、经费和技术手段。

4）标准规范体系。重点加快推进资源整合共享相关规范标准的编制、修编。

4 结语

“智慧泗河”是一项涉及面广、技术复杂、建设周期长的系统性工程，它的建设将推动泗河治理从“传统水利”向“现代水利”转变，促进水利信息化跨越式发展，为泗河水治理和水管理能力现代化提供有力支撑。借鉴“智慧城市”和水利信息化的一些研究成果和建设经验，目前只是初步提出“智慧泗河”的建设目标和内容。“智慧泗河”未来是“智慧淮河”、“智慧水利”项目的一个组成部分，必须和淮河及国家水利信息化建设统筹规划、分步实施完成，“智慧泗河”的建设不仅需要投资的保证，更需要科学规划和合理利用前沿信息化技术来保证。“智慧泗河”的建设下一步要研究好如何整合现有资源与利用公共资源实现集约化建设，如何使新技术引领传统行业跨界发展高度智能化业务，如何将信息技术与业务深度融合再造广泛协同化流程等问题。

参考文献：

[1] 王静远，李超，熊璋. 以数据为中心的智慧城市研究综述[J]. 计算机研究与发展，2014 (2): 239-259.

[2] 李芫庆. 智慧地球[J]. 电脑迷，2014 (11): 6-7.

[3] 卢卫，李红石，王明琼. 浙江省“智慧流域”建设思路探讨[J]. 人民长江，2014 (18): 104-106.

[4] 蒋云钟，冶运涛，王浩. 基于物联网理念的流域智能调度技术体系争议[J]. 水利信息化，2010 (4): 1-5

[5] 蒋云钟，冶运涛，王浩. 智慧流域及其应用前景[J]. 系统工程理论与实践，2011，31 (6): 1174-1181.

[6] 马维中，高芳琴，张新，等. 水务海洋信息化技术架构顶层设计[M]. 上海：上海科学技术出版社，2015: 23-27.

[7] 李臣明，曾焱，王慧斌. 全国水利信息化“十三五”建设构想与关键技术[J]. 水利信息化，2015 (1): 9-13.

[8] 段家贵. 信息化进程下的防洪调度决策系统的构建研究[J]. 水利规划与设计，2014 (6): 15-17.

[9] 丁维馨，张李荪. 制订信息化规划应注意的问题[J]. 水利规划与设计，2008 (6): 13-15.

Analysis of "Wisdom Si River" Design

XU Yongbing, SONG Houqing, NIU Huize, ZHANG Chen
(Shandong Survey and Design Institute of Water Conservancy, Jinan 250013, China)

Abstact:The Si River is the biggest mountain torrent river in east of Nansi Lake. It is the first batch ecological river created with effort by Shandong province. The national development strategy and information policy adjustment puts forward new requirements on the Si River water conservancy project information management. Combining with the Si River situation and development planning perspective, the article analyses and discusses about the construction goal, construction content and design scheme of “Wisdom Si River”, proposes the project should focus on the information management tools of full utilization of rain and flood resources and guarantee of balanced development of river ecological system, and points out the key problems of construction of “Wisdom Si River” which need to think seriously and study. It provides a reference for similar river water conservancy informatization construction.

Key words:Wisdom Si River; water resources informatization; information collection; internet of things; cloud computing

中图分类号：TV39；TP391

文献标识码：A

文章编号：1674-9405(2016)02-0069-04

收稿日期：2015-12-02

作者简介：徐永兵（1981-），男，安徽望江人，工程师，主要研究方向：水利信息化、电气自动化。