电子信息智能化在智慧水利中的应用

黄陈珽

（福清市水利局，福建 福清 350300）

0 引 言

水利部发布的《水利信息化发展“十三五”规划》中提到，水利信息化作为水利现代化的基础支撑和重要标志，必须加强立体化监测、精准化管理、规范化监督、智能化决策和便捷化服务能力建设，以水利信息化基础设施整合为先导，以水利信息资源共享为核心，以水利业务应用推进为重点，以水利网络安全为保障，以水利信息化保障环境为基础，进一步完善水利信息化综合体系，推进水利信息和全面渗透、深度融合、加速创新、转型发展，推动“数字水利”向“智慧水利”转变，推进水治理体系和水治理能力现代化。

水安全、水环境关系到人民群众的生命财产安全，关系到当地经济发展和社会稳定，我市位处沿海城市常有台风登入，时常面临的台风、洪涝、环境污染等情况。

1 水利业务存在的问题

（1）福清市水利业务信息化工程己经取得了一定的成效，但在应对防汛防风任务、灾害频发、水质污染严重、生态系统退化等严峻形势下，水利信息化仍无法有效地支撑水利管理工作。

（2）目前水利信息资源缺乏互连互通，存在信息孤岛、资源分散、分析决策能力较差，急需整合共享，尚未形成统一标准、统一规划、统一部署的水利数据库，无法与智慧岛大数据中心更好地对接共享。

（3）当前业务应用系统中主要存在信息共享程度低、技术标准和开发平台不统一、系统应用覆盖面不够、协同联动能力差、信息展示不直观、无法三维立体化的获取现场状态信息等客观问题。

2 智慧水利的需求

智慧水利的核心是“智慧大脑”，需要完善的“数字神经系统”，以便提升感知、分析、预测和风险防范能力。福清市“智慧水利”根据福建省水利厅推进的一张网、一张图、一个中心、一个平台、一个窗口的“五个一工程”建设，需把水利全要素动态智能感知网、水利全业务空间地理信息电子地图、高度集成的水利数据资源中心、综合业务应用支撑平台、水利公共服务与信息发布窗口等方面整合起来，强化新一代信息技术与水利业务的深度融合，深化业务流程再造和业务模式创新，建立涵盖主要水利业务需求的应用大系统，解决水利信息化中的碎片化和信息孤岛问题，促进水利信息化提档升级。

3 电子信息智能化对智慧水利应用现实意义

智慧水利中电子信息智能化，涵盖水旱灾害防御业务应用、流域水环境分析、水利工程管理等方面，系统可按照需求对业务应用进行可持续扩展，并基于智慧水利统一框架，对区水利局用户、权限进行统一管理，有效提高各科室业务协同效率，充分利用现有资源，减少重复开发；利用物联网等信息化手段，开发智慧水利指挥决策大屏，实现水利不同业务场景的应用，为水旱灾害防御、水资源管理、水利工程调度的会商决策提供支撑服务；利用先进的科学技术实施严格的管理手段予以保证，通过开发“实用、先进、可靠、高效”的水资源监控及业务管理系统，实现对水资源的合理配置；利用先进的计算机技术、水文分析计算技术，对接收数据进行合理性检查，并对水雨情遥测异常数据进行自动预警和人工干预校正，实现水文监测数据分析处理的科学化、自动化、智能化，有效提高水文监测数据的分析处理能力和效率，为防汛决策、水利工程建设、水资源管理等提供可靠的水文基础信息服务。

大幅度提高水利工程水雨情的预报预测能力以及流域水环境数据的分析，对于水利信息化管理、远程实时监测监视水利工程动态情况、及时响应灾害险情、防灾减灾、有效整合城市水利资源、提升社会资源利用效率、实现资源共享、降低管理成本、提升办公效率、提高管理决策有着非常重要的意义。

通过“智慧水利”的建设，可有效解决当前城市面临的台风、洪涝等自然灾害频发的形势，水资源合理优化配置、河湖水库管理和治理的迫切需求等问题，全面提升水利局在防灾减灾、河湖水库管理等各项业务工作水平，减少灾害损失，改善水环境水生态问题，提升公众服务效率及服务能力，更好地满足城市经济社会发展和政府的宏观决策。

4 智慧水利中电子信息智能化的应用

4.1 智慧水利的总体框架

基于电子信息智能化的智慧水利遵循国家、省、市、县各级及行业相关标准、安全体系规范，总体框架主要分为：“感知层—支撑层—数据层—应用层—用户层”多层分布式体系架构形式搭建，以保障系统具有良好的扩展性和稳定性。福清市智慧水利作为一个长期规划的项目，同时考虑为后期系统建设及数据接入预留接口，以便智慧水利总体集成。智慧水利的总体框架如图1所示。

图1 智慧水利的总体框架

感知层：主要有在水利工程部署的摄像头、雨量计、水位计、流速计等传感器。

基础设施层：包括网络设备、服务器、存储设备、安全防护产品、地理信息服务（GIS 地图）为上层应用系统提供基础支撑。

数据层：将原有数据源包括已建设的系统、水利局历史重要文件材料以及第三方公司或者网站将数据进行汇聚，通过抽取、清洗、转化、载入等数据治理搭建关系型数据库、分布式文件系统、分布式非关系型数据库，并构建“地理空间数据库”“水利专题要素数据”“水利专题图集数据”“气象实况/预报数据库”“预警告警数据库”“水系监测数据库”“水利业务数据库”“水利知识库数据库”“关系分析方案数据库”“系统管理数据库”等主题数据库对数据进行统一的管理维护；并通过数据检索服务、数据计算服务、数据分析服务为上层应用系统数据支撑服务，并通过数据共享服务将整合汇聚好的数据提供标准化接口提供福建省、福州市相关文件要求的部门和单位。

应用层：智慧水利应用平台包括流域水环境分析系统、数字防汛综合应用系统、水库信息化管理系统、水利物联感知采集管理系统、智慧水利移动应用管理系统、统一管理维护系统。实现数据采集实时化、信息利用共享化、业务流程协同化、决策分析智能化。

用户层：包括领导、业务工作人员、系统管理人员、其他人员（公众、上级相关文件需求数据对接使用人员）。

4.2 建立电子信息智能化的智慧水利应用

根据福清市智慧水利的现状和需求，“以需求为导向、以应用为核心、以服务为目标”开展建设工作，智慧水利建设规模及内容有：

4.2.1 水系物联监测站系统

通过传感器、电子遥感、工控设备监控等物联感知设备的布设搭建，建立起覆盖福清智慧水利监测站网，主要包括水雨情自动监测站、流速自动监测站、视频监控点位等监测设备补充完善等内容。

水雨情自动监测站系统：系统对水库的水雨情全面进行实时监测；另外，在重要河段进行布点，实现对流域的水位涨落情况实时监测。

流速自动监测站系统：实现在流域上游、中游以及下游分别进行流速自动监测站，实现对流域的水流量监测。

视频监控点位扩容：实现干渠沿线、流域河道沿线视频监控可视化展示。

4.2.2 智慧水利应用平台

智慧水利应用平台面向水利工作监管、防汛、河长制管理等业务工作需要，建立全面、智能的业务应用系统平台，为水利局开展各项政务工作及业务管理提供便捷的管理平台及通道，提高工作效率。整合原有应用系统的基础上，新增流域水环境分析系统、数字防汛综合应用系统、水库信息化管理系统、水利物联感知采集管理系统、智慧水利移动应用管理系统、统一管理维护系统。图2为智慧水利应用平台界面展示。

图2 智慧水利应用平台

4.2.3 流域水环境分析系统

依据“整县推进、全域治理”基本原则，整合已有建设多个业务应用的数据，实现多应用系统数据集成、分析、展示与管理，为水利局的管河治水工作实现全面的流域治理态势分析与治理决策支撑的数字化管理目的。通过汇聚当前水利局河长办具体业务的多个应用系统的基础数据、业务数据，系统功能有流域治理地图分析展示、业务数据融合分析展示、决策应用分析、综合统计分析、治理专题管理、数据集成处理管理后台。

4.2.4 数字防汛综合应用系统

数字防汛综合应用系统（图3）通过物联智能化感知网获取监测设备终端数据结合气象预报的数据分析对防汛风险要素进行预报预测推演，并结合其他防汛各类要素展示指挥图中可快速获取重要信息，辅助指挥部人员确定响应级别，并迅速通知市指挥部成员与镇街领导、具体经办等，实现防汛预案管理功能，管理各级单位预案文件，设置自动启动响应条件，在启动应急工作程序时自动生成对应级别应急方案。将防汛应急事件中上报的突发事件、汛情、灾情、险情等数据信息进行审核分析并及时反馈，同时，通过防汛数字大脑决策、模拟方案预演展示及相关预案的管理，以及通过指令下达、应急响应、灾情上报、可视化指挥调度、风险态势。使水利防汛应急指挥工作更科学、智能、便捷。

图3 数字防汛综合应用系统

4.2.5 水库信息化管理系统

实现对水库水雨情及工程安全的实时监控、监视和监测，实现对水库工程信息的标准化、数字化入库处理，实现水库运行调度计划和防洪抢险预案的可视化运用，达到“无人值班、少人值守”的科学管理目的。水库信息化管理系统（图4）通过前端传感器的数据收集，水库历史积累数据，以及降水量数据的采集，形成水库水情信息数据库。系统功能模块有水库实景可视化、水库综合监测监控、水库调度方案管理、水库告警管理、统计报表管理、水库名录管理等模块，将全市的水库基础信息、物联监测信息、监控信息同水库安全调度、应急预案等进行多维分析和综合应用。

图4 水库信息化管理系统

4.2.6 水利物联感知采集管理系统

实现水利物联感知传感设备的统一管理、统一标准规范、统一数据处理、分析与应用，为智慧水利应用平台的各大应用系统提供标准的监测数据资源。系统内容有水利物联传感器设备管理、监测对象管理、视频监控管理以及监测数据从采集、解析、转化、处理、核实校正、入库到数据分析、展示应用的全过程功能模块。

4.2.7 智慧水利移动应用管理系统

实现城市居民可以实时了解风情雨情等气象情况，防汛动态资讯，灾情上报让工作人员多渠道了解汛情灾情与上报信息。工作人员可以快速掌握江河水库及预警告警信息，应急预案信息，通过防汛通讯录可快速查找对应负责人，接收防汛过程中各类消息，实现移动办公工作；并提供城市积水分布信息地图以及水利知识库AI 助手服务。系统包括公众移动服务、移动业务应用、城市水知道、水利知识库AI 助手、移动应用用户中心、水利知识库后台管理、协同文件管理与分享、城市水知道后台管理八个模块。

4.2.8 统一管理维护系统

通过该系统对各个智慧水利业务应用系统进行各业务应用安全与数据的管理和维护、提升系统运维自身管理水平、提高各业务应用系统的服务能力、提升各类数据的有效利用率。统一管理维护系统可分安全管理子系统，数据汇聚交换子系统两个部分。由单位机构管理、用户管理、角色权限管理、统一登录认证授权门户、模块配置管理、数据字典管理、日志管理、汇聚数据接口管理、数据共享服务管理等功能模块组成。

4.2.9 水利数据资源（含基础设施及安全体系）

水利数据资源中心根据国家、省及行业相关标准规范及要求，利用现代信息管理技术建立完善的基础水利信息数据和水利额外数据等数据资源，将水利局基础数据进行一体化汇聚、治理、存储、管理、服务，为上层应用系统提供数据支撑，并提供标准数据接口为上级单位或者横向单位提供数据共享服务，实现资源整合和综合利用，最大限度地满足水利局信息化发展的需求。搭建应用平台的硬软件运行环境及安全环境，构建一套基于“云”的模型服务平台，集成水文、水质，水力学等所有与水相关的模型、计算方法，打造一套集防洪、水文分析、水资源等所有服务的模型计算平台，统一管理、统一服务，为洪水预报、智慧水利提供智能分析决策支撑。

5 结 论

电子信息智能化在智慧水利应用中围绕信息资源由“零散”走向“综合”、工作模式由“孤立”走向“协同”、管理方式由“传统”走向“智能”的整体建设目标，重点推进感知网络全面覆盖、数据融合共享及关键业务智能应用，快速提升水利局在防灾减灾、河湖水库管理等各项业务工作水平和强监管支撑能力，同时将防汛抗旱的工作逐步从被动转为主动，通过完善的预警机制和应急指挥系统，实时地对可能或正在发生的汛情、险情、灾情进行动态监视，对领导决策和减少洪水灾害，排除汛期隐患，缓解城市的防洪压力，危险状况预警，保障人民生命财产的安全，提升公众服务效率及服务能力，提高水利信息化水平具有重要作用。下一步，我们应该继续扩电子信息智能化在智慧水利应用的推广领域，在水利业务日常办公也引入“电子信息智能化在智慧水利”理念，将电子信息智能化新时代技术广泛并巧妙地应用于水利信息化的实践中。