长江中游“智慧水文”实践与思考

张驰 香天元 盛钟铭 陈嘉翰 瞿兰兰

摘要：长江中游水文水资源勘测局近年来实施“智慧水文”建设取得了一系列成果。在总结长江中游“智慧水文”工作的基础上指出了存在的问题，分析了“智慧水文”发展趋势。从“智慧水文”顶层设计和基础建设、保证建设和维护资金投入、重视高层次人才培养等方面对下一阶段工作提出了建议，可为长江水文现代化发展提供有益参考借鉴。

关键词：智慧水文;水文信息化;水文大数据;长江中游

中图法分类号：P33-39文献标志码：ADOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2021.05.014

文章编号：1006 - 0081（2021）05 - 0058 - 05

近年来，长江中游水文水资源勘测局（以下简称“中游局”）大力推进“智慧水文”建设，使中游局信息化基建水平和业务能力大幅提升，并为改革水文测验方式、增强水文信息服务能力和扩展服务领域提供了基础[1-3]。经过多年的建设与发展，中游局“智慧水文”建设工作在信息基础设施、数据资源、业务与事务应用等方面均取得了重大进展，中游局“智慧水文”智能控制重点实验室荣获长江水利委员会首批科技创新基地试点称号，中游局现代化程度越来越高。

本文对近年来中游局实施的“智慧水文”工作进行了总结，描述了“智慧水文”工作取得的成果和存在的问题，分析了当下“智慧水文”先进技术和发展构想，从“智慧水文”顶层设计和基础建设、保证建设和维护资金投入、重视高层次人才培养等方面对“智慧水文”下一阶段的工作提出了建议，期望能为长江水文现代化发展提供有益的参考借鉴。

1 “智慧水文”建设现状

1.1 信息采集层

中游局下属水文监测站点全部采用了计算机智能控制、GPS定位流量施测技术，实现了水位、雨量、水温、气象、蒸发自动化测量、传输、数据校核与入库，部分重点水文站部署了网络视频监控系统，积极开展了国产超高频雷达测流、缆道雷达波自动测流、视频图像测流、定点雷达波测流、无人机“水位-流量”一体化监测、视频水位监测、国产H-ADCP测验等新型監测仪器设备运用，全局联网计算机、移动平板等数据录入设备越来越多。

1.2 网络传输层

中游局建成了覆盖局机关、勘测分局（中心）、水情分中心的计算机骨干传输网。与长江水利委员会（以下简称“长江委”）、水文局机关及其他勘测局实现了网络互联互通，基于移动网络、有线网络、水利卫星信道建立了下连测站、上达水文局的实时报汛网络体系，完成了中游局汉口分局5G网络试点，在核心网络上部署了防火墙、APT攻击预警平台等网络安全设备。

1.3 数据资源层

中游局共配置服务器25套，建成了实时水情数据库、仪器设备管理数据库、车船管理数据库、37码头水质在线监测数据库等基础数据库。此外，中游局部分部门和勘测分局（中心）根据生产与服务需要，建设了多个面向应用的数据库。

1.4 业务与事务应用层

中游局建成了分局信息平台、仪器设备管理系统、车船管理系统、水文缆道远程控制系统、中游局视频会议系统、37码头水质在线监测系统等业务系统，基本覆盖了中游局业务的主要领域。根据各级要求[4-6]，推广应用了综合办公系统、RTX、财务报销管理系统、合同信息管理系统、水利蓝信安全移动平台、档案管理系统、长江水文APP、水文监测APP、长江水文云桌面、水文局水环境实验室信息管理系统（LIMS系统）等，初步实现了中游局事务综合管理系统的集成，基本实现事务综合管理的移动互联。目前，全局各级部门开发配置的各类应用软件达28套。在中游局业务与事务管理中，信息技术的广泛应用从根本上改善了中游局工作的整体技术条件，提升了装备和业务能力。

2 “智慧水文”发挥的作用

通过近年“智慧水文”的建设与发展，相关现代化技术已在中游局水文监测、水质监测分析、河道勘测、水文应急监测、水文科技研究开发和单位事务管理等方面得到广泛应用，为单位优化生产方式、提质增效生产成果、减少人力劳动危险程度、提高监测能力和监测成果的时效性等方面发挥了重要作用。

3 “智慧水文”建设存在的主要问题

3.1 监测设施智能化能力有待提升

监测设施是中游局事业发展的基础，也是中游局“智慧水文”的重点与难点。中游局所辖各类测站的智能化程度仍有较大提升空间，对于部分实时生产信息的自动化监测和数据共享的能力仍然不高。

（1）水文监测方面。①在流量、悬移质、推移质、颗粒分析等生产项目上仍未完全实现实时数据监测，遥感等现代监测设备设施使用率仍有待提高;②采集站前端设备状态信息监控设备远程调试和故障排查能力等需加强;③监测站点视频监控设施短缺较严重，难以基于网络和可视化条件实现站点安全监控、视频智能监测，而巡测站点、测船码头等安全事故易发区域对网络可视化管理手段需求迫切。

（2）水质监测、分析方面。①水质监测站现代化自动监测的能力有很大提升空间，如非接触式实时监测设备、测站网络、数据处理和传输系统等方面，很多监测工作仍需要到现场手工采样监测;②在水质分析方面，实验室管理信息系统与监测实验设备信息不能直接交互，导致在实验过程中很多步骤必须通过中间设备或人工进行数据信息输入，智能化生产过程信息完整度较低，且较繁琐的步骤影响了工作效率。

（3）河道勘测方面。①现代化智能设备采购、使用水平仍有提升空间，多项勘测项目仍使用老旧仪器，影响工作效率和成本;②河道勘测数据库、信息系统开发利用深度与广度不够，软硬件的技术整合有待加强，自动化和智能化程度仍有待提高。

3.2 资源共享存在困难

中游局配置的服务器和数据库分散在机关多部门和下属单位，存在“资源孤岛”现象，运维成本较高，且同一数据在不同地点储存的数值不同的现象时有发生。各类与水文、水质业务密切关联的遥感信息没有按时序正常获取与存储积累[7-8]，与信息技术应用和科技发展趋势存在差距。

3.3 信息化保障能力不足

（1） 测站至分中心、分中心至勘测局和水文局通信信道及网络带宽较小，且网络设备大多为单核心配置，仅部分节点有冷备份，发生故障后无法及时恢复;软件正版化较低，服务器相关操作系统、虚拟机、数据库等软件仍存在不少非正版;机房环境条件需优化。

（2）中游局从事网络安全运维和管理人员与需求存在不匹配现象，全局的网络安全管理和运维工作还处于起步阶段，普遍缺少专业的网络安全人员和运维人员，办公电子设备（如：办公计算机、打印机、智能手机、宣传大屏幕、会议室设备、活动室设备等设备）应用水平偏低。网络信息等相关技术具有更新频率快的特点，相关岗位职工在新技术学习、应用方面普遍缺少时间保障，与行业优秀人才交流机会有待加强。

3.4 整体规划需进一步提升

应充分结合社会水文、绿色水文、和谐水文开展“智慧水文”的建设，中游局各部门对“四个水文”的认识有待提高。虽然通过“智慧水文”建设，相关新技术运用和推广工作取得了一定成效，但在事业服务对象需求分析和“智慧水文”的服务形式上仍有较大提升空间。“智慧水文”建设专项资金有限，中游局“智慧水文”建设主要由专项业务驱动，缺乏整体规划。目前，全局已经购置或开发的应用软件越来越多，存在“单打独斗”、功能单一、低水平重复建设、技术标准不统一、运维难度大且资源整合能力有限等缺陷，相关系统的开发、应用的整体水平仍应进一步提高。

4 “智慧水文”发展趋势

近年来，“智慧水文”现代化技术在算力、数据、算法、互联互通能力等方面飞速发展，主要技术涉及物联网、云计算、大数据、人工智能4个领域[9-11]。“智慧水文”利用相关现代化技术，构建透彻感知、全面互联、智能分析、智慧应用、泛在服务、智慧运维的现代化水文体系，提高水旱灾害防御能力，优化水资源管理，保障工程安全，改善生态环境，服务社会经济发展。

新时代的 “智慧水文”建设在水文信息化资源整合共享顶层设计的指导下进行，应加强水文改革顶层设计，通过资源整合、统筹共建以及必要补充，优化水文资源配置，以在更广范围和更高层次上为社会各行业提供水文服务。新时代的“智慧水文”发展主要借助智能感知+物联网、互联网（移动）+大数据分析、云计算+业务模型、人工智能+智慧应用等高新技术，通过普遍连接形成水文物联网即“大感知”。然后，通过云计算将水文物联网整合形成水文“大数据”，实现社会与水文信息资源的整合，水文业务的深度融合形成“大应用”，进一步优化站网、监测能力、服务和保障水平，如图1所示。

5 “智慧水文”未来发展与思考

中游局“智慧水文”发展应进一步强化“智慧水文”产业建设，在传统生产基础上充分结合信息化主流技术构架——中游局“云”“网”“端”体系，生产不可或缺的水文、水质、河道成果;进一步强化“智慧水文”模式的运用，把传统水文、水质、河道积累的数据和经验转变成科技服务，快速实现数字化转型，更好地助力“智慧水文”支撑“四个水文”可持续发展。

结合“智慧水文”相关技术发展的新特点[12-13]，做好顶层设计和建设、保证建设和维护资金投入、重视高层次人才培养是解决当前“智慧水文”中存在的主要问题和推动建设取得突破的关键。

5.1 顶层设计与建设

以长江委、水文局“智慧水文”相关设计工作思路为指导，结合中游局“智慧水文”实际，加强大数据战略性研究，进一步梳理“智慧水文”建设，从顶层设计把握中游局“智慧水文”，以服务需求推动“智慧水文”建设。

5.1.1 智能感知层

智能感知层是“智慧水文”最基础的配置。通过应用声、光、电等先进感知设备，破解流量、泥沙等要素在线自动监测的技术难题，提高监测站点自动化程度。通过各种自动化、智能化的监测设备开发和运用，优化测点布局、线路设置、仪器配备等，拓展信息采集站网，丰富采集种类，规范监测技术，整合监测站点，制定常规、应急等信息采集策略，实现水文、水质、河道等业务的全面感知，从而构建天空地网智能一体化水文感知体系，提高信息感知的完备性、时效性和准确性。通过运用可视化智能视频监控技术和加强测站监测设备运行状态远程访问能力，开发测站监测运维可视化智能管理平台，对所有测站进行可视化控制与管理，通过关键绩效指标工具使监测站点实现自动化监控、智能化预警、移动化连接、实时化响应，提高监测工作效率、降低风险损失。

5.1.2 网络层

网络层采用信息化网络技术，对网络逻辑结构进行规划和布置，是“智慧水文”的第二层级。对于网络层，在感知层的各种硬件设备支持下，选择相互匹配的网络结构，成为各种数据的传输通道。为满足网络数据传输的稳定性和高效性，需高度重视网络的逻辑隔离和网络安全配套建设工作。例如：对于生产数据，采用物理隔离的独立网络构建专网，配合边界与出口网络安全防护，再同时建立适当的涉密网络专区和涉密PC终端;对于办公数据，采用互联网方式，将服务器与业务终端分级接入核心层和汇集层，以方便使用。根据“智慧水文”建设需求不断完善应急通信系统，对防汛重点区和公网能力薄弱地区，设立应急通信网络，进一步确保重要信息传输的安全稳定。

5.1.3 应用层

应用层通过即席查询、多维分析、交互式计算为上层服务层提供基础数据，采用分层实施按视野区域展现，以云计算、大数据等技术作为支撑，为不同种类用户提供管理和服务的运行支撑环境，是实现水文数据交互整编、视频监控会商、工作流传递、权限管理的空间信息服务平台。首先，应着力加快基础数据治理工作进程，通过整理水文监测数据、水质数据、河道勘测数据以及办公专项数据等基础数据，按照各级标准规定，建立统一互联、安全共享的核心数据库、编辑数据库和系统数据库，形成数据资源管理中心，整合各类数据资源，实现集中存储、集中管理和集中共享。其次，针对中游局面向多服务单位、多主管部门的特点，需要定义统一标准、兼容性强的通用类型软件，在应用过程中，逐步优化各类专用软件，积累通用模块，形成通用软件功能库，便于后期與其他行业和部门的协同作业。

5.1.4 服务层

服务层是“智慧水文”的最高层级，通过各种移动终端和综合门户的展示，面对各类型不同需求的用户，为决策者提供智能化的决策服务，进而实现自主管理，而非数字水文的信息集合，是智慧化的最终体现。将中游局水文信息资料融入流域治理、执法巡查、考核评定等业务流程，为长江流域水库群梯级调度、河长制、最严格水资源管理制度和三条红线等管理制度等提供决策支持。同时，加强公共服务和应用服务，采用公共网站、微信公众号、重要区域二维码覆盖、手机 APP 等方式，为用户和公共提供丰富的信息服务。

5.2 保证建设和维护资金投入

建设和维护资金是中游局“智慧水文”发展和建设的重要保障。多年来，在主管部门努力下，合理使用国家专项资金，较好地提升了中游局的基础设施现状，但距离水文信息化和“智慧水文”尚有差距。只有积极建立资金投入機制，申请专项建设资金和后期运行维护资金，才能保证良好的“智慧水文”系统建设和运行环境。

5.3 重视高层次人才培养

需要引进精通水文、水质、河道专业知识与信息化的复合型人才，以谋求长江水文事业的现代化发展。随着传统水文向“智慧水文”的转变，工作方式、职能分工发生变化，要注重互联网、物联网、云计算、大数据、人工智能等专业人才在重要业务部门的占比，还要加强对职工的集中技术培训，以不断提高其信息化技术水平。

6 结 语

在长江“智慧水文”的总体框架下，中游局“智慧水文”建设取得了显著成绩，初步形成了包括智能监测、网络互连、业务应用系统及运行管理制度规范等在内的“智慧水文”体系，是中游局践行“四个水文”发展战略的重要支撑。但是，随着物联网、大数据、云计算、人工智能等相关科技的进步和水文学研究的不断深入，中游局的“智慧水文”建设在向纵深发展、提升综合服务能力等方面依然面临很多问题，需要进一步提高认识、理清思路、统一规划、注重协调，结合信息技术发展的新特点，解决当前中游局“智慧水文”中存在的主要问题，进一步推动“智慧水文”建设。

参考文献：

[1] 长江委水文中游局. 长江委水文中游局推进“四个水文”实施方案[R]. 武汉：长江委水文中游局，2018.

[2] 国务院. 国家新型城镇化规划（2014-2020年）[R]. 北京：国务院，2014.

[3] 李伯根，马绍雄. 云南省建设“智慧水文”的思考[J]. 水利信息化，2020（10）： 11-14.

[4] 李佐斌，曾俊轩. 长江水利信息网络顶层设计探讨[J]. 人民长江，2016， 47（4）： 93-96.

[5] 刘雅鸣. 关于长江委信息化建设的思考[J]. 人民长江，2015 （1）： 1-5.

[6] 唐航. 智慧长江规划研究[J]. 水利信息化，2018 （6）： 1-5.

[7] 陈春华，程海云，肖志远. 长江水文信息化建设实践与发展思考[J]. 人民长江，2015，46（3）： 70-73.

[8] 许弟兵. “智慧水文”构建初探[J]. 中国水利，2017（19）： 15-18.

[9] 查治荣，宋云江，徐保超. “智慧水文”建设发展研究[J]. 水资源开发与管理，2018（5）：12-14.

[10] 杨鹏. 关于建设“智慧长江”的思考[J]. 人民长江，2014（23）：30-34.

[11] 蔡阳. 水利信息化“十三五”发展应着力解决的几个问题[J]. 水利信息化，2016（1）： 1-5.

[12] 张建云，刘九夫，金君良. 关于智慧水利的认识与思考[J]. 水利水运工程学报，2019（6）： 1-7.

[13] 袁勇， 王飞跃.  区块链技术发展现状与展望[J].  自动化学报，2016，42（4）：481-494.

（编辑：李 慧）

Abstract： The intelligent hydrology construction of Middle Changjiang River Bureau of Hydrology and Water Resources Survey has made some remarkable achievements in recent years. This paper summarizes the practice of intelligent hydrology of Middle Yangtze River， introduces the achievement and existed problems， analyzes the developing trend of intelligent hydrology. Some suggestions are given in terms of top-level design and infrastructure construction， investment assurance to the construction and maintenance and personnel training. It can provide reference to the modern development of hydrology.

Key words： intelligent hydrology; hydrology informationization; hydrology big data; Middle Yangtze River