面向长三角一体化的太湖流域智能水网建设构想

纪碧华 刘增贤 李琛 李勇涛

摘要：为推进太湖流域智能水网建设，通过分析太湖流域水利信息化发展现状及问题，构建了面向长三角区域一体化发展的“一网、一心、一平台”总体框架，提出了“水利信息全面感知、数据汇集、服务应用”为一体的智能水网建设构想。该构想对于形成业务智能化支撑的综合调度应用系统体系，提升太湖流域水利行业智能化协同监管和决策水平，示范引领长三角地区水利更高质量一体化发展具有重要借鉴意义。

关键词：智能水网;智慧太湖;水利大脑;水利信息化;长三角

中图法分类号：TV213.4文献标志码：ADOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2021.09.015

文章编号：1006 - 0081（2021）09 - 0085 - 06

2018年11月，长江三角洲区域一体化发展上升为国家战略，2019年5月，中共中央国务院印发《长江三角洲区域一体化发展规划纲要》（以下简称“纲要”），纲要对采用物联网、大数据、人工智能等专业服务提出了推动水利在内重点领域智慧应用融合发展、信息化协同和精细化管理水平的要求。完善区域水利发展布局、湖泊综合体系等重点建设项目，也对水利信息化一体化发展提出了新需求和研究方向。随着长三角区域一体化发展战略的实施，高质量发展对高标准水安全、优质水资源、宜居水环境、健康水生态提出了迫切的需求。解决好水问题，发展好水优势，是事关长三角区域一体化发展战略成败的关键[1-5]。

1 智能水网现状

1.1 水利信息化管理

依托长三角一体化发展国家战略的重要契机，建立了水利、环保部门涉水信息共享机制，组建了流域水环境综合治理信息共享平台，实现了流域内水位、流量、水质等自动监测站监测数据的实时共享，为推动水利信息标准化、部门协作常态化、区域合作规范化提供了经验。紧扣“一体化”和“高质量”两个关键，长三角在加快构建互联互通的水利基础设施网络、加强涉水一体化、智慧化监管等领域取得了诸多成效。对标长三角一体化发展要求，水利信息化仍存在以下问题。

（1）监测体系与能力有待加强。在广度、精度、自动化程度方面，现有的水信息监测网络尚无法满足透徹感知的需求，部分省界水域及流域重点河湖仍存在站点覆盖不全、布设不均的问题;部分站点自动化、智能化感知程度较低，通信保障能力偏弱，应急监测数据缺乏等问题仍然存在。

（2）资源整合与信息共享一体化水平仍需提高。数据资源目录库建设不完善，缺乏相关行业和社会公众等数据，对业务应用支撑不足，一数多源或数据缺失的情况仍普遍存在，数据库整合程度有待进一步加强;数据共享建设尚处在起步阶段，跨区域、跨部门信息资源共享服务明显滞后，缺乏完善的一体化数据共享交换共识和体系架构。

（3）新技术与业务应用发展亟待融合。水利行业业务、政务尚未实现整体协同，各业务领域融合发展、信息化协同和精细化管理水平不高，大数据、物联网、云计算等新技术尚未得到有效应用。资源存储及水利业务传输能力不足，网络安全防护能力仍需提升，部分地区行业数据与信息存在安全隐患。

1.2 太湖流域“智慧太湖”建设

太湖流域地处长江三角洲南翼，面积3.69万km2，地跨江苏、浙江、安徽和上海三省一市，是长三角一体化发展区域的核心地区和发展“引擎”。近年来，太湖流域水利信息化对于防洪、水资源、强监管等业务领域支撑力度不断提升，智慧太湖以“实时感知水信息、准确把握水问题、精细调度水工程、科学管护水资源、有力保障水安全”为建设目标，构建了“五横两纵”的框架体系[6]。“五横”为“空天地一体”监测系统、网络层、数据中心（数据层）、业务支撑层、智能应用层，“两纵”为基础设施体系与网络安全体系，目前已基本建成智慧太湖1.0，形成了与流域经济社会发展相适应，与涉水行业发展相协调的流域综合治理和管理信息化支撑体系。

太湖流域存在水利信息化建设思路和技术水平不一、监测网络不够完善、水利及其他行业相关信息共享程度不高、业务支撑体系难以系统联动等问题，难以满足全面高效支撑长三角区域水利智慧化协同管理的要求[7-8]，迫切需要构建技术先进、功能完善、高效协同、实用安全、服务大众的太湖流域一体化智能水网体系。

1.3 流域各省市“智慧水利水务”建设

上海市对接建设“智慧城市”“智慧政府”和精细化管理，充分发挥水务海洋一体化管理体制机制优势，持续推进信息化建设，基本形成了与“智慧城市”相适应的“智慧水务”基本框架，构建了具有特色的“五个一”（1张智能感知网、1个云平台、1套应用集成体系、1组信息安全保障、1套技术规范保障）服务架构和基于“水之云”的平台信息化技术体系[9]。

江苏省构建了“141N1”（1个统一门户、4个基础服务平台、1个水利云服务中心、七大类35个业务应用和1套安全保障机制）智慧水利支撑体系，建成了覆盖全省统一标准的水文自动测报采集平台和覆盖4级水利部门的水利信息网，投运多个水利业务应用系统，通过信息化技术与专业技术的深度融合，提高了行政办公效率和公众服务能力。

浙江省智慧水利顶层设计采用“双中台、一门户”架构，建设基础设施层、数据资源层、应用支撑层、业务系统层，加快实现政府水治理体系和能力现代化[10-11]。基本建成省级水利数据仓，并按照“一云一仓一图一平台”总体布局，建设了浙江省水管理平台，基本完成核心业务系统整合，实现监管大屏“一站通”。

安徽省在“十三五”期间深入实施“水利安徽”战略，通过实施国家防汛抗旱指挥系统一期工程、淮干通信骨干工程、省南片防汛抗旱通信骨干工程等一批信息化项目建设，已经形成集信息采集、传输、处理、发布为一体的全省防汛抗旱指挥系统总体框架，形成“水利一张图”框架。近期实施了山洪灾害防治、水资源监控能力建设、中小河流治理等项目，感知监测与水利业务应用能力显著提升。

2 太湖流域智能水网总体架构

依托“智慧太湖”建设，充分整合了已有水利信息化建設成果，进一步拓展升级信息感知层、数据汇集层和服务应用层的建设，形成了由智能感知网、水利大数据中心及综合应用服务平台组成的“一网（智能感知网）、一心（数据汇集层）、一平台（服务应用层）”太湖流域智能水网总体框架[12-13]，如图1所示。

2.1 智能感知网

完善基础水利监测站网布局，强化水利基础设施网络互联互通，推进天空地动态感知技术的应用，扩大感知范围，提升感知水平。深化新一代信息技术与水网的融合，提高水资源与工程调度管理效能，实现终端数据采集、水利信息流和业务应用的有机集成，融合形成智能感知水网体系。

2.2 数据汇集层

汇集太湖流域范围内的水利业务数据及行业间共享数据，建立统一的数据资源池与信息共享交换平台，提升网络通信与安全防护能力，建设太湖流域水利大数据中心，完善太湖流域“水利一张图”，提供统一的水利数据服务。

2.3 服务应用层

立足流域调度系统体系及智慧水利建设现状，打造以水利云平台和智慧水利模型系统为核心的水利大脑，整合形成具备支撑预测预报、工程调度和辅助决策等功能的综合应用系统，提升水利行业与公共服务等信息化水平。

3 水利信息一体化智慧感知

水利信息一体化感知网络是智能水网建设的重要基础，涵盖了水利信息采集、感知系统建设等方面，为数据汇集层和服务应用层提供准确高效的实时信息。围绕水利九大业务和水利监督工作，实现水信息协同监测，有机衔接各省市内部监测体系，加强河流湖泊、水利工程智能感知与工程调度监测，形成一体化智慧感知网络，如图2所示。

3.1 优化水利监测体系，补齐基础设施短板

完善优化水文、河湖监测、水资源开发利用、水利工程设施运行、水土保持监测等基础水利监测体系，采用卫星遥感、无人机、5G、物联网等新技术完成终端采集技术与站网设备升级改造，实现基础水利信息感知全覆盖。

3.1.1 完善水利监测站点布局

通过增设水量水质自动监测站、水生态测站、水文情势感知预警站和视频雷达测流等装置，加强骨干河湖水流、岸线等视频监测、监控，优化整合水资源监控网。

3.1.2推进感知终端智能升级

推进感知终端智能升级，实现水利信息的全流域实时动态监测管理，完善站点监测设备，在已建的水位测站补充气压、气温、水温、风向等辅助项目数据采集。补齐和提升大中小型水库、太浦闸、望亭立交、常熟枢纽等水利工程安全及运行监测设施，加强对太湖堤防、重点城市城区防洪堤安全的运行监测，提升闸泵实时监控水平。

3.1.3丰富新型监测技术手段

充分利用物联网、遥感、无人机、移动巡查、高清视频监控、物联网等新技术，推动采集设备升级换代，全面实现水信息高精度采集、自动化采集、遥感采集等，并利用图像视频智能处理，实现对灾情、险情、应急、违建、非法采集捕捞等事件进行快速识别。

3.2 构建天空地动态，提升一体化感知能力

围绕水利业务和监督工作，采用天基遥感监测、空基水利监测、地面传感器监测等技术，扩大感知范围，提升支撑水利各类业务体系的动态感知能力。

3.2.1 天基遥感监测

以国内外多源高分遥感数据为数据源，基于遥感影像自动解译功能，实现对太湖流域现状岸线、河湖及水土保持等多时相监测分析，支持太湖流域岸线调查、开发利用、生态环境监测分析等需求。

3.2.2 空基水利监测

充分利用无人机巡航、机载遥感测绘系统机动、灵活、快速等优势，实现对岸线调查、围网养殖、违法建筑、水土保持等进行随机监测。针对恶劣气象条件下水利观测特点，采用不受气候影响的机载毫米波InSAR系统获得高分辨率雷达图像加强应急监测。构建无人机巡查系统，实现流域内河道运行情况的全面监控、实时上传、实时分析、实时预警。

3.2.3地面传感器监测

整合洪水、干旱、水工程安全运行、水工程建设、水资源开发利用、城乡供水、节水、江河湖泊、水土流失等地面监测站网，利用物联网传感器网络，实现监测站点与采集中心、数据中心高速互联。

4 水利大数据中心

基于现有信息基础设施，深化数据资源整合，构建数据资源池，统一资源目录，加强行业内外数据资源充分共享，提升网络通信与安全防护能力，构建太湖流域数据汇集与服务的水利大数据中心，为水利综合调度决策和强监管等应用提供数据支撑。

4.1 打造数据资源池

在现有数据资源池基础上，加强数据库整合，建立资源统一标准，提出跨地域、跨系统、跨部门的水利数据汇集与管控体系，并根据获取方式、使用频度，协调建设集中存储的统一基础数据库、业务共享数据库，打造数据资源池。

4.2加强数据资源共享

基于水利信息资源共享管理办法等相关规定，流域机构与长三角区域合作办公室牵头研究出台流域涉水相关数据资源共享办法，制定流域各水利、气象、环保等部门分工责任，明确各部门数据共享的范围边界和使用方式，按照“一数一源”的原则构建信息资源目录，采用区块链等技术，建立数据资源共享交换平台，重点推动水利部门不同专业之间以及行业内外相关部门间的涉水信息协同共享。

4.3完善太湖“水利一张图”

为推动信息技术与水利业务深度融合，基于全国“水利一张图”框架，完善太湖流域“水利一张图”，更新完善太湖流域基础地理数据、水利基础空间数据、水利业务空间数据及水利遥感影像数据，强化大数据分析，赋能水利业务应用，支撑流域水利业务协同与智能展示。

4.4提升网络通信与安全防护能力

完善全面互联高速可靠的水利信息网络，构建网络通信与安全防护体系，为数字流域与智能水網稳定、高效、安全运行提供重要保障。加强网络传输能力建设，优化网络架构，扩展水利信息网络覆盖范围，拓宽区域内的横向连接。以智慧水利的信息系统为安全防护对象，构建太湖流域安全防护中心，定期开展水利重要信息系统和水利工程控制系统网络安全等级保护测评。

5智能水网综合应用系统

立足流域调度系统体系及智慧水利建设现状，在整合现有水利业务应用系统的基础上，充分利用大数据分析、机器学习、遥感解译、水利模型等技术，构建“以水利大脑为核心，智慧水利应用为支撑，水利公共服务为窗口”的太湖流域综合应用系统总体框架[14]，完善涵盖核心业务领域的应用系统，提升水利业务管理与服务能力。智能水网综合应用系统见图3。

5.1建设智能水利大脑

5.1.1水利云平台

在已有计算存储资源整合的基础上，基于云计算技术，建立涵盖应用服务云、数据管理云、基础设施云的太湖水利云平台，实现水利大数据分析与应用[15]。同时对接国家水利云，实现太湖云与国家水利云的网络高速连接、数据实时同步、信息透明共享和业务可靠协同，打造高效稳定的计算存储环境。

5.1.2智慧水利模型系统

构建太湖流域一体化多过程耦合的水利模型。以太湖流域水量水质预警模型为基础，耦合地区水文水动力、城市管网模型，面向各业务需求完善模型核心功能及业务应用模块化组件，提升模型预测预报精度与计算效率，优化模型接口，深化大数据挖掘，构建太湖流域知识图谱和决策知识库。

构建智能视频认知系统。基于机器学习、高性能图形处理、流媒体处理技术，对水利工程及人类活动进行智能捕捉与实时识别。形成太湖流域智能水利模拟系统，全面提升水利业务精细管理、预测预报、分析评价与决策支持能力。

5.2推进智慧水利应用

5.2.1打造智慧水利应用支撑平台

基于“水利一张图”构建应用服务支持系统，完善移动终端应用组件，规划提出业务应用的集成、升级和建设方案，推进业务应用整合，打造太湖流域智慧水利应用支撑平台，为各层级水利“四预”业务应用提供技术支撑。

5.2.2创建九类业务专题图及数字化仿真系统

采用BIM多尺度融合、二三维空间表达、图形可视化等技术，创建面向九类业务的专题图。构建数字化仿真系统，基于“水利一张图”汇聚涉水信息，通过流域、重点区域、指定区域3个空间维度数据叠加，实现历史演变、态势感知、未来趋势3个时间维度可视化展示。

5.3提升水利公共服务泛在化水平

5.3.1打造水利公共服务品牌

构建水利政务“一网通办”门户，推进流域水利政务服务数据共享、业务协同，形成一网受理、协同办理、综合管理为一体的“一站式”水利政务服务体系，打造政务信息公开、权威政策解读、网上便民服务为一体的政民互动交流平台和水利监督举报热线服务平台。建设流域“水利一张图”公众版，以太湖流域“水利一张图”为基础，通过热点追踪、事件驱动为切入点，实现水利数据一图全搜，提供全方位社会化水利地理信息综合服务。打造“水体验中心”，在流域典型区域采用虚拟现实、三维扫描建模、高清影像采集等技术，为用户提供线下线上数据融合、智慧交互、智能泛在的水体验服务，全面提升社会的节水护水人文素养。建设“水利融媒体智慧平台”，与影响力较大的社会传播平台合作，强化水利行业主流舆论影响力，充分利用广播、电视、报刊、网站、移动客户端等多种媒介，形成全媒体融合传播矩阵，创新舆论阵地。

5.3.2 提供重点区域水信息预报与风险预警产品

以社会需求为导向，提供种类多样、内容丰富的水情水景动态指数服务。基于流域水利公众地图服务平台，向流域水管理部门、相关政府部门、企业、社会公众提供必要的流域区域宏观水文、水资源、水环境、水灾害预测预报预警及水利工程调度信息，根据需要向公众精准推送重点区域内实时水雨情、河湖健康状况、热点信息和重大事件实时应对信息。

6智能水网建设预期效益

6.1预期社会效益

在社会效益方面，基于一体化监测体系的水利大数据中心能够解决各省市间水利信息资源共享瓶颈问题，推进水利信息化资源整合共享和开发利用，强化信息化技术与水利业务深度融合，支撑并带动流域核心业务系统的建设;同时智能水网综合应用系统可实现快速定制开发，可逐步形成 “依托典范、带动后进、良性循环”的可持续发展建设局面。

6.2 预期经济效益

水利大数据中心可为流域各省市提供资源共享和大数据解决方案，既打通了数据“孤岛”，又提升了各行政、科研等部门数据交互、数据应用的能力。智慧水利大脑和应用支撑平台充分整合模型资源与应用需求，提供覆盖全流域的模拟分析与服务能力，满足定制化应用需求，减少信息化项目重复建设，可大幅节约建设资金。

7 结 语

新兴信息技术的广泛普及和深度应用，为长三角太湖流域智能水网建设提供了新的技术保障，开拓了更加广阔的前景，促使水利管理和服务模式的根本性改变。下阶段将强化各级水利部门协同合作，调整完善规划构想，有效指导长三角太湖流域水利信息化建设，实现流域全要素精细化管理与智慧服务。

面向长三角一体化的太湖流域智能水网将加强流域机构和区域水利部门之间以及水利与气象、国土、环保等有关部门间的协作配合，解决太湖流域防洪、水资源配置和保护、蓝藻与水环境治理、岸线开发利用、信息共享、应急处理等重大事项，推进新时代水利现代化建设。

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（编辑：李 晗）

Construction plan of Taihu Lake Basin intelligent water network facing to Yangtze River Delta integration

JI Bihua1， LIU Zengxian2， LI Chen2， LI Yongtao2

（1. Bureau Water Resources Quzhou，Quzhou  324000， China; 2. Water Resources Development Research Center of Taihu Basin

Authority，Shanghai 200434， China）

Abstract： In order to promote the construction of intelligent water networks in Taihu Lake Basin， by analyzing development status and existing problems of water conservancy informatization in Taihu lake basin， the overall framework of “One Network， One Center and One Platform” for the regional integration development of Yangtze River Delta region has been constructed and the concept of intelligent water network construction integrating“all-round intellisense of water conservancy information， data collection， application service” was put forward.This concept has important reference significance for forming a business intelligence-supported comprehensive dispatch application system， improving the intelligently coordinated  supervision and decision-making level of the water conservancy industry in Taihu Lake Basin， and demonstrating and leading the higher-quality water conservancy integrated development of Yangtze River Delta.

Key words：intelligent water networks; smart Taihu Lake; water conservancy brain;water conservancy informatization;Yangtze River Delta