县域智慧水利建设实践

甄世森 吴 浩

(1.寿光市水利局，山东 寿光 262700；2.中国水利水电科学研究院，北京 100048)

智慧水利是以新一代信息技术为支撑的一项复杂系统工程，在顶层设计的指导下，需立体化多维度地进行统筹集约化建设。根据《智慧水利总体方案》总体规划和网络安全架构，智慧水利建设涉及多个层级，其中县级网络节点(县域智慧水利)属于智慧水利业务网的下层和末端，扮演业务系统基础用户角色。

县域智慧水利的构建以物理基础设施建设和水利业务信息服务为主，通过水情、工情、视频、水质等感知网及传输支撑网络、数据管理中心等基础设施的建设，实现县域内水务行政部门各类水业务信息的互联互通，为管理者和公众提供可知可视的水信息服务，助力上层智慧水利全网态势感知和区域性决策指挥，使顶层达到“智能应用”的目的。因此，县域智慧水利是智慧水利体系建设的“神经末梢”和“感知神经元”，是实现智慧水利顶层规划的基础和重点。

本文结合山东省寿光市水利信息化现状和实际需求，从建设目标、总体框架和功能设计等方面详细介绍了寿光市智慧水利公共服务平台，以期为类似县域智慧水利建设提供经验和参考。

1 现状及需求分析

2018年、2019年连续两年汛期的极端天气，使山东省尤其是地处多条河流下游的寿光市遭受了严重水患，究其原因是水利设施严重不足、水利工程严重欠账。为此，寿光市按照“根治水患,防治干旱”的要求，统筹全域治水患，持续开展水利工程建设，同时，开发建立了寿光市重点水利工程质量管控系统，对建设会战中重点水利工程建设进行全过程控制，实现工程建设过程资料的收集、审核及查询等功能。

为进一步提升信息技术在汛期对于河湖运行管护、工程建设管理和应急物资调控等的支撑保障，亟需构建统一的寿光市智慧水利公共服务平台。在智慧水利顶层设计下，一是坚持统筹规划、协调推进，统一技术架构、强化资源整合、促进信息共享；二是实现全市范围内弥河、丹河、尧河、东西张僧河、小清河等重点河流防洪治理、水毁桥梁新建及维修加固工程等重点水利工程建设质量管控体系的信息化；三是实现弥河、丹河等事关生产发展、生活安定、生命安全的重点河流防汛管控体系的数字化；四是实现重要河道巡查监督体系的移动化。通过统一规范的技术标准和安全可靠的保障体系，全面提升水利综合管理能力，有力推动水利现代化建设。

2 建设目标和原则

2.1 建设目标

寿光市水利局深入贯彻落实党中央、国务院关于加快灾后水利薄弱环节建设的决策部署，按照新时期防灾减灾救灾工作“两个坚持，三个转变”的新理念、新要求，积极谋划，针对连续两年汛期防灾减灾暴露出的短板和问题，全域统筹、长远规划、系统治理，坚持问题导向，打造完整的、覆盖全市重点河流防汛相关业务和部门的数据中心，为全市重点河流防汛指挥工作提供辅助决策支撑。

重点建设1个智慧水利公共服务平台，包含重点水利工程质量管控系统、重点河流防汛管控系统、视频监控系统、统一查询系统4个子系统，1个智慧水利小程序和1个智慧水利APP，从而实现寿光市重点水利工程建设过程质量管控，重点河流防汛应急信息维护及查询，弥河、丹河监控实时查看等功能目标。

2.2 建设原则

当前新一代信息技术蓬勃发展，新设备新手段不断涌现，系统平台的建设要慎重选择平台架构、网络通信和采集感知设备及相应技术，既要保证设备和技术的先进性，也要有利于未来平台的业务扩展和升级换代，避免资源浪费和重复建设[3]。为满足实际应用，平台架构主要遵循以下几项原则[3-6]：

a.技术先进、稳定可靠。系统可靠性是系统长期稳定运行的基石，平台从设计理念到架构搭建，秉承着系统可靠性原则，采用成熟的技术对系统进行建设，具备较高的可靠性、较强的容错能力。

b.兼容度高、扩展性强。平台充分考虑扩展性，采用标准化设计思维，严格遵循水利部智慧水利要求和行业标准，确保平台的系统之间的透明性和互通互联。

c.顶层设计、分步实施。全面、系统地规划设计总体框架，提出总体思路和建设目标要求，明确路线图和时间表，分步实施，协调推进。

d.综合分析、安全至上。综合考虑设备安全、网络安全和数据安全，采取可靠手段杜绝非法访问、入侵或攻击行为。

3 总体架构与平台功能

3.1 总体架构

3.1.1 架构设计

以智慧水利总体方案为纲，按照寿光市智慧水利公共服务平台的建设规模和功能需求，充分整合硬件设施与软件系统，搭建完整、标准、结构化的智慧水利平台，包括数据层、服务层、通信层、应用层、用户层，具体见图1。

图1 寿光市智慧水利公共服务平台技术架构

数据层主要指数据库的物理存储及数据管理操作。物理存储数据有工程项目数据、地理信息数据、水文数据、水雨情数据、工程管理数据、应急防汛数据及运行管理数据等；数据管理操作是对上述元数据进行编辑、导出、转换、更新、编辑、入库等。服务层是对数据层进行服务封装，通过数据及信息服务引擎实现对外部数据的服务功能。通信层是服务层与应用层间的桥梁，在服务层基础上提供数据传输的统一接口。应用层是指面向用户提供具体的应用系统层，包括Web、APP、微信小程序的各类应用。用户层针对的是整个平台硬件、数据及软件的所有参与者的使用和维护。其中，寿光市智慧水利公共服务平台在5层架构基础上，对安全系统和终端接口进行了重点设计。

3.1.2 安全系统设计

实用、安全是水利信息化网络的基本要求，为保证数据和系统安全，平台设计了备用数据库和系统维护策略，从数据安全和系统安全两方面做好平台安全工作。

a.数据安全：定期建立数据库备份，一旦服务器数据库被破坏，可以使用最近的一份数据库副本进行还原。为防止服务器故障，可预备一台服务器，形成“一主一备”模式，只要主服务器出现故障，可以迅速启动预备服务器运行系统。

b.系统安全：在基础数据维护方面，对于一些基础数据，由超级管理员进行维护。在数据库备份和恢复方面，利用SQLServer2005自身提供的备份和恢复功能实现数据库备份恢复。在系统升级维护方面，分阶段对用户使用效果进行调查，根据调查结果，筛选用户提出的功能要求，对于合理的要求予以采纳，并安排人员对系统进行修改和完善。

3.1.3 终端系统及接口设计

接口是两方之间数据交互的一个标准，平台综合考虑技术、成本、性能等因素，定义了用户接口、外部接口和内部接口。

a.用户接口：按窗口化、菜单式进行设计。

b.外部接口：软件接口通过jdbc对接mysql数据库进行连接。对上接入上级省市雨情水文系统中的雨量、水文站等数据，对外部监控平台上传云平台数据，同时接入寿光市应急管理局平台部分数据。

c.内部接口：通过面向对象语言设计类，在public类中实现调用，类间实现严格封装。

3.2 平台功能

应用系统是多系统的有机整合，是基于庞大数据基础之上的不同功能应用的集合[7]。智慧水利公共服务平台包含重点水利工程质量管控系统、重点河流防汛管控系统、综合查询系统、智慧水利小程序和APP，分别实现了寿光市重点水利工程建设过程质量管控、重点河流防汛应急信息维护及查询、弥河和丹河监控实时查看、多元防汛信息关联搜索、移动巡河等功能。

3.2.1 重点水利工程质量管控系统

重点水利工程质量管控系统是在原工程质量管控系统基础上进行的整合升级，该系统的目的是对水利“大会战”中维修新建的桥、闸、涵洞、泵站、拦河坝和防洪墙等所有水工建筑物的工程质量、进度、安全三大核心要素进行管控[8]，系统界面见图2。

图2 重点水利工程分布

a.项目管理。在寿光市电子地图上用不同颜色、符号将涵闸、桥梁、道路、泵站、橡胶坝、险工段、拦河闸、堤防、波浪桩护滩、路灯监控及装配式防洪墙等境内涉及的11类水利工程要素进行一张图显示，可按照片区、标段、工程名称、位置类型、乡镇、完成状态和位置名称等属性对以上水利工程的基本信息进行动态查询和管理，实现地图上展示、浏览、定位和查询等功能。

b.质量信息管理。对各水利工程中涉及安全、质量、进度三大关键因素的制度文件、程序文件、图像视频等资料全部电子化，从开工至完工进行全生命周期的流程化管理。一个工程一张电子卡，从电子地图即可点选进入，电子卡片包含工程基本信息、参建各单位基本信息、安全管理体系和规章制度、质量管理体系和规整制度、施工过程电子化档案、各类专题会议资料及验收资料等。同时，设有问题追溯反馈模块，对施工中发现的问题进行全链条闭合管控。

3.2.2 重点河流防汛管控系统

经过应对连续两年严重水患，寿光市将汛期应急抢险所涉及人员、物资两大关键要素作为管控重点，构建覆盖境内全部河道的河流防汛管理系统，见图3。同时提供水雨情信息、应急预案和险情信息等各类实时服务，方便查看，为防汛应急工作提供数据支撑，辅助主管人员科学决策。

图3 人员、物资分布

a.人员管理。在汛期和非汛期分别设定全市15条河道堤坝巡视检查范围、频次，实时在线显示人员在岗情况和巡视路线，巡视人员可在移动端通过图片或视频上传险情情况，并记录险情发生位置。管理人员可通过系统与现场人员对讲通话，即时展开险情处置及人员调度[9]。

如图4所示，通过电子地图点选，可进入人员管理卡片，显示队长信息、队伍人数及人员性质等队伍属性，系统自动统计堤防日常巡视检查队伍、人员、巡检情况报告，实时人员定位，确保相关责任人按时到岗。

图4 人员在岗状态

b.物资管理。防汛物资管理是险情处置的重要保障，系统显示了境内全部防汛物资点，对所有的物资装备均建立了流水台账(见图5)，可实时查看各物资储备库防汛物资使用情况，根据险情发生和未来发展情况，实现系统内物资装备的补充调度。

图5 物资装备储备情况

c.水雨情信息服务。通过本地新建、接入上级、调用同级3种方式完善境内水雨情数据，快捷提供河道各处实时水位、雨量信息，并可查询年度汛期至近1h的水雨情数据特征值。

3.2.3 综合查询系统

综合查询系统是依托平台电子地图，承继上述两大业务系统中的全部资料，统一整合水雨情、工情、视频、防汛应急等数据，在平台上通过多种筛选条件直观高效查询各类信息。

a.综合查询，将境内河道、水利工程等分为670个关键控制点，一站式综合查询各控制点的人员、物资装备、视频监控、水雨情信息、工程质量信息、应急预案等，见图6。

图6 综合查询系统服务

b.巡坝统计，主要承继了重点河流防汛管控系统中的人员队伍信息，可实现考勤的查询、统计、汇总，险情处置闭合和巡坝人员等信息浏览，对相关责任人履职尽职情况进行考核。

c.物资装备，主要承继了重点河流防汛管控系统中的物资装备信息，此处将物资装备分为临设的沿河物资点和应急管理局长设的储备库两类，方便查询调用。

d.应急预案，根据“一河一策”的相关规定，将境内相关的12条河流渠道应急预案电子化，满足应急查询响应的需要。

e.雨情水文，综合统计了所有水雨情监测点的数据，可进行实时水位、雨量过程线及特征值统计。

f.质量信息，整合质量管控系统数据，按片区、标段、工程名称、位置、完成状态等多属性列表查看工程质量情况。

g.视频监控，新建视频监控系统，实现重要河流监控全覆盖，可通过电子地图点击视频监控点进行实时查看，且可以回访历史录像，同时具备球机的远程控制功能。

h.重要防汛位置，穿堤涵闸、强排泵站、路口缺口、拦河闸坝等重点防汛位置在电子地图上总体呈现，并可进一步显示所属区划、责任单位、责任人和防汛物资装备等信息。同时，对沿河各类应急防汛物资储备库集中展示，辅助应急调度。

3.2.4 智慧水利移动端

针对汛期险情来得快、响应要求急的特点，开发了与平台关联的智慧水利小程序和APP，实现随时随地移动办公，平台用户交互多元化。智慧水利小程序接入了综合查询中的水雨情信息、工情信息、应急预案和物资储备信息以及工程质量管控系统中的安全检查、各类规章制度信息，实现全市水利基本数据的查看。智慧水利APP主要作用是实现河道巡视检查的智慧化，强化落实巡视检查责任。通过APP可记录巡检时间、参与巡检的人员及巡检轨迹，并可通过移动端即时上传险情图片影像资料、文字描述及地图标注准确位置。移动端的使用极大地提升了工作的灵活性，提高了应急响应效率和协同工作能力[10]。

4 结 语

十四五期间，我国水利将继续坚持科技引领和智慧赋能，提高水资源智慧管理水平，提升防灾减灾能力。本文以寿光市智慧水利公共服务平台为例，介绍了县域智慧水利的建设实践，立足自身需求，坚持问题导向，建立了一套可视化、数字化、信息化的综合服务平台，促进了寿光市县域水利信息化的发展，提升了工程建设管理能力和防汛减灾能力，初步进入了智慧水利初级阶段。寿光市智慧水利公共服务平台将区域内河流、水工建筑物、水利信息感知设备及人的行为、物的状态进行了数字化融合，实现了水利信息在电子地图上应用展示，推动了工程建管和防汛减灾工作的精细化管理，提高了信息共享和综合应用水平。同时，采用移动设备和互联网技术对重点工程、河道进行管护，用科技的手段压实责任，使水利事务参与者能够及时、高效地完成工作和调度。这种需求为先、急用先建的县域智慧水利建设模式可为类似县域智慧水利的建设提供经验和参考。