智慧长江规划研究

唐 航

（水利部长江水利委员会网络与信息中心，湖北 武汉 430010）

1 研究背景及现状

1.1 研究背景

长江是中国水资源配置的战略水源地、重要的清洁能源战略基地、横贯东西的“黄金水道”、珍稀水生生物的天然宝库和改善北方生态与环境的重要支撑。

随着长江流域社会经济的快速发展，水资源供需矛盾日益加剧，极端水文气象和地质灾害等事件造成防洪形势日益复杂，水资源管理与保护、水生态与水环境等问题日渐突出。同时，随着南水北调东线中线一期工程、引汉济渭、引江济淮等跨流域调水工程，引江济太、引江济汉、滇中引水、鄂北水资源配置工程等骨干引排水工程，以及一大批规模以上沿江泵站、涵闸相继建成投运，水资源的时空分布和调配关系发生了深刻变化。新的形势对长江流域综合管理提出了更高的要求，尤其是随着最严格水资源管理制度的实施和长江经济带发展战略的稳步实施，流域机构的治江工作已由长江治理开发利用向长江保护与管理转变，流域机构的管理角色也由流域开发利用的推动者向长江的保护者、母亲河的守护者转变。

因此，流域机构需要在水行政管理和决策中进行思路、管理创新，需要统筹兼顾水灾害、水资源、水环境、水生态等管理目标，妥善处理流域与区域、上游与下游、左岸与右岸、丰水与枯水、供水与需水等关系，充分发挥信息化技术优势，着力提升实时感知水信息，准确把握水问题，深入认识水规律，高效运筹水资源，有力保障水安全的能力，全面提升监控、预警、处置、评价的水治理体系和能力现代化水平，从而提高科学决策水平，提升应急反应能力，有效行使管理职能[1]。为此，近年来长江水利委员会（以下简称长江委）不断加强信息化建设，在长江委信息化顶层设计中，将智慧长江建设纳入信息化建设的中远期发展布局，并开展了一系列基础工作。

1.2 研究现状

智慧长江是智慧流域的一部分，智慧流域是智慧水利的组成部分，智慧水利是智慧地球的行业应用。

智慧地球的概念于 2009 年由 IBM 首次提出，主要理念是把新一代 IT 技术充分运用到各行各业中，IBM 商业价值研究中心提出了对电力、医疗、城市、交通、供应链和银行等六大行业的智慧方案，为智慧地球从理念提出到付诸实践奠定了基础[2]。2009 年，美国建设的第 1 个智慧城市迪比克实现了水、电、油、气、交通、公共服务等方面的感知互联；里约热内卢则为迎接 2014 年世界怀，将智慧技术引入到社会治安管理领域；新加坡提出了智慧国2015 计划；日本、韩国也纷纷围绕能源和社区管理等方面开展了智慧行业管理的建设。总体而言，智慧化的建设已在全球广泛兴起，欧美等国家起步较早，发展水平相对较高，其他国家也紧跟其后。从应用范围来看，多以小的社区、地区或地域为主；从应用领域来看，涉及到水、电、油、气、交通、公共服务等多个方面，其中交通和公共服务领域最为突出，荷兰围绕水管理领域的智慧管理相对深入。

目前，我国的公安、交通、电力、卫生等行业，都提出智慧公安、交通、电网、医疗等概念，在探索和推进国产应用中已经取得初步成效。其中，平安城市、智慧公安等业务模型结构化好，市场需求大，技术和资金投入大的智慧行业发展较快。我国北京、上海、广东、江苏、浙江等省市纷纷加入智慧城市和感知中国的建设之中。从 2015 年开始，国家发展与改革委员会、中共中央网络安全和信息化委员会办公室牵头，计划在“十三五”期间推进 100 个示范性智慧城市建设[3]。相对于国土、气象、交通等信息化水平较高的部门，水利信息化水平还有较大的提升空间。随着智慧地球不断实践，对具有特殊地理特征的流域层次制定智慧化方案催生了智慧流域，其目的是为了应对全球气候变化和人类活动加剧情景下的流域问题，实行最严格的水资源管理制度，为推动流域的信息化、现代化、可持续发展提供全新的流域综合管理战略理念。目前，除数字黄河有一定的流域管理信息化理论框架借鉴意义以外，尚未发现针对大地域、多层级、跨区域的流域管理智慧化的相关研究和实践，没有可供智慧长江直接借鉴的成果和案例。智慧流域乃至智慧水利都是刚刚起步，在全面感知、全面互联、全面共享、智能应用、多目标综合业务和模拟模型研究及建立等方面，与发达地区的智慧城市建设和相关行业差距较大。水利部机关，以及浙江、江苏等省水利部门已经利用“互联网 +”和云计算等技术进行了有意义的探索和实践[4]。

2 智慧长江工作基础

近年来，长江委先后完成了长江委信息化顶层设计、长江流域片流域管理水利综合监测站网规划和长江委网络安全顶层设计等 3 项基础性的信息化顶层设计，描绘了一张发展蓝图，划分了数字长江和智慧长江 2 步发展战略[5]。顶层设计的全面完成为智慧长江提供了战略框架和实施路径。

1）在管理制度方面。长江委后修订或新颁布了一系列信息化工作的管理办法和技术标准体系等规章制度，完善信息化项目立项、建设、成果整合等的工作机制，确保所有建设项目能够符合信息化顶层设计和标准，满足信息资源整合和共享的要求；进一步运用物联网，保障信息资源整合与共享的长效机制[6]。

长江委信息资源整合初见成效，已初步形成以“1 个中心数据库、1 个综合信息门户、1 张水利专题地图、1 套信息资源目录、1 朵基础设施云”为主体的整合成果。长江委中心数据库已整合 42 类水利对象、5 类涉水对象，共计 240 余万条相关数据；借助“一张图”平台汇集了 5 个来源三大类 50 余种空间数据。

雁荡山完整地记录了火山爆发、塌陷、复活隆起的完整地质演化过程，不仅是亚洲大陆边缘巨型火山带中白垩纪火山的典型代表，还是研究流纹质火山岩的天然博物馆，为中生代晚期亚欧大陆边缘复活型破火山模式的典型范例，对研究全球白垩纪时期破火山演变规律和地貌演化特征具有重要的科学意义。雁荡山融山水美学、自然科学、历史文化于一身，被誉为“海上名山、寰中绝胜”，史称“东南第一山”，是中国大地上的一颗“东方明珠”。2004年11月8-10日，联合国教科文组织地学部主任伊登博士，在考察雁荡山后题词，称赞雁荡山是“一首由岩石、水和生命组成的交响乐。”

2）在融合应用方面。以水利专题“一张图”、综合信息门户和办公等为代表的公共基础应用已日益深度融合至日常管理工作中；以联合调度信息共享、预报调度一体化、水资源综合监控管理等为代表的业务应用逐步实现域内或域间业务协同；在近期长江岸线开发利用与保护总体规划，长江经济带沿江取水口、排污口和应急水源地规划，规模以上入河排污口核查，长江干流溪洛渡以下涉河项目核查，小水库督查等工作过程中，“一张图”平台应用效果明显。

3 智慧长江规划

3.1 目标体系

立足现有信息化基础，进一步夯实数字长江建设，以透彻感知、全面互联、深度整合、广泛共享、智能应用、泛在服务为提升方向，打造符合智慧水利特征的信息化综合体系，逐步建成智慧长江，为“安澜、绿色、和谐、美丽”4 个长江和长江经济带水利支撑保障工作提供有效信息支撑。总体目标框架如图 1 所示。

具体可划分为以下 3 个目标层次：

图 1 目标框架示意图

1）信息化目标。以数字长江为基础，进一步深化运用云计算、物联网、大数据、智能化、移动互联等信息技术，基于易于汇集、便于挖掘的数据资源和启发式分析模型，在人类智慧参与的基础上，利用更加智能的信息感知、机器学习、知识理解、人工智能、辅助决策等方法为各类流域水行政管理工作提供信息支撑，着力提升实时监测、模拟预测、优化调度、动态预警、智能研判、精准监管、长效跟踪、定期评估等方面的信息化水平，促进管理模式从数字化管理向智能化管理转变[7]。

2）业务目标。按照“实时感知水信息，准确把握水问题，深入认识水规律，高效运筹水资源，有力保障水安全”的流域水利现代化目标，突出“动态掌握长江健康状况，长序积累长江健康档案，长效保持长江健康状态”这一主线条，进一步促进水利信息化与流域综合管理各个环节的深度融合，基本实现河势水情可感知，管理对象可核查，资源配置可模拟，工程运行可掌控，调度指挥可协同，着力增强水资源、水生态、水环境、水灾害统筹治理能力，助推流域综合管理效能和水平的全面提升[8]。

3）政务目标。全面支撑 4 个长江的治江目标的实现，补齐补强防洪抗旱减灾体系短板，打造“安澜长江”；优化强化水资源配置和节约利用，建设“绿色长江”；建立健全流域综合管理体制机制，构建“和谐长江”；加快推进水生态环境保护与修复，创建“美丽长江”。为有效履行流域管理职能，做好长江经济带发展战略水利支撑保障，助力流域经济社会可持续发展提供信息支撑。

3.2 框架体系

1）动态的感知体系。作为智慧长江的神经末梢，利用物联网、传感器、遥感遥测、视频、无人机和数据采集与交换等技术手段，构建集站网监测、视频监视、遥感监测、无人机应急监测于一体的全覆盖水监控和多源信息采集等体系。

2）智联的大数据体系。作为智慧长江的供血系统，以数据中心为主要载体，利用大数据技术将各类数据进行有机融合和同化处理，支撑信息汇聚、存储、共享和挖掘服务。

3）智能的应用支撑体系。作为智慧长江的骨骼系统，是各应用系统间有效集成、有机协同的纽带，主要由用户、认证、权限管理，以及总线服务、基础工具等公共功能服务组成。

4）智慧的应用体系。作为智慧长江的神经中枢，用于支撑日常业务、事务行为和管理决策，以智能的信息处理、机器学习、知识理解、人工智能、辅助决策等技术为依托，构建有机协同、深度融合的智慧管理与决策支持体系。核心是采用整合和新建相结合的方式，对现有业务系统进一步整合，整合形成以规划成果、流域模拟、监视评价为依托的控制性水利工程综合调度和河湖保护与管理两大综合业务应用，分别用于管理水资源和水生态空间 2 类管理对象；整合形成以公文流转为依托的综合政（事）务应用，分别服务于监督、人事、计划、财务、党群的管理及行政许可等领域。

5）运行环境体系。包括机房及配套设施、网络通信系统、会商系统、计算和存储与备份资源等硬软件基础设施，为智慧长江提供基础设施支撑。

6）安全与保障环境体系。由组织、制度、标准规范、经费、人才队伍等保障及安全防护组成，为智慧长江提供安全与保障支撑。

3.3 阶段划分

智慧长江拟分为以下 3 个阶段实施：

1）近期（2018—2020 年）打基础。持续抓整合，促融合，进一步夯实有机协同，共建共享数字化的数字长江，动态感知体系能力得到有效加强，流域水安全和水生态大数据中心初现轮廓，主要业务应用按水资源和水生态空间的不同管理特征得到进一步深度整合，智慧长江建设全面启动。

2）中期（2021—2025 年）见成效。基本建成动态感知体系，智联的大数据体系初步实现涉水行业和领域信息的汇集贯通，以控制性水利工程综合调度为代表的重点应用领域实现智慧应用突破，智慧长江初见成效。

图 2 智慧长江总体架构示意图

3）远期（2025—2035 年）现水平。建成较为完善的动态感知体系，智联的大数据体系不断充实完善，实现各相关行业和领域信息的汇集贯通，实现与相关单位和部门的信息化体系深度融合、高效协同、充分共享，随着长江流域水生态共同体的各个层面逐步实现智慧管理，深度融合、综合管理现代化的智慧长江基本实现。

3.4 实施路径

近期主要以以下 2 个骨干项目为依托，启动智慧长江的建设：

1）长江流域控制性水利工程综合调度支持系统。将主要定位于水流管理，拟利用 3 a 时间，在长江上中游水库群联合调度基础上，将调度对象从目前 40 座水库扩展至 165 座引调水工程、涵闸、泵站等控制性水利工程，调度目标从防洪和水量调度扩展至水生态、泥沙、应急等方面，构建基于统一技术架构的多源数据汇集平台、大数据库、应用支撑平台为一体的综合调度支持系统，提高信息化支撑服务能力，提升调度决策智能化水平，实现流域防洪、水量、水生态等多目标综合调度，为全面推进长江经济带高质量发展提供强有力的水利支撑与保障。

2）长江流域全覆盖水监控能力建设。将主要定位于水盆管理，拟利用 5 a 时间，按照“先干流后支流、先业内后业外、先整合后新建、先常规后智能”的原则，构建全覆盖水监控系统，采用整合与新建相结合的方式，汇集水文、水质、水生态、水土保持、采砂、河道、水工程管理等方面的水监测信息，提供监测、评估、告警、处置、总结全闭合管控信息化支撑服务，进一步提升长江流域治江管水能力，为充分履行流域综合管理职责服务，从而为遏制乱占、乱堆、乱建、乱采等突出问题，增强水资源、水生态、水环境、水灾害统筹治理水平，推进“安澜长江、绿色长江、和谐长江、美丽长江”建设，助推长江经济带绿色发展提供有效的信息支撑。

4 结语

长江委经过多年的努力，数字长江已现雏形，智慧长江初现蓝图，当前，亟需按照顶层设计的总体布局，紧紧围绕“水利工程补短板、水利行业强监管”水利改革发展的新思路，不断夯实数字长江，提前谋划智慧长江的项目储备，加快建立智慧长江的评价体系，不断完善智慧长江的保障措施，分步实现智慧长江的远景建设目标，更好地支撑新时代治江事业。