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深度 | 智慧水利现状分析及建设初步设想

作者:admin 添加时间:2019-05-09 08:48:23

当前,新一代信息技术与经济社会的深度融合,深刻改变着政府社会管理和公共服务的方式。党的十九大报告强调要建设网络强国、数字中国、智慧社会。全国水利厅局长会议明确,全面加快智慧水利建设,大力推进水利科技创新。

为进一步提升水利信息化水平,推动智慧水利建设,水利部参事咨询委员会会同水利部规划计划司、水利部信息中心等单位组成调研组,对智慧水利进行了专题调研。《智慧水利专题调研报告》从智慧社会的发展状况、推动智慧水利的基础及存在的问题,以及关于智慧水利建设的初步设想等方面进行了论述。



智慧社会的概念和发展状况


新一轮信息化浪潮正席卷全球,新一代信息技术与经济社会深度融合,智慧城市、智慧社区、智能电网、智慧交通、智慧医疗等在发达地区和相关行业得到应用,深刻改变着政府社会管理和公共服务的方式。


1.智慧社会理念的提出与发展


智慧社会在云计算、物联网、大数据、移动互联网、人工智能等新一代信息技术的支撑下,通过全面感知、识别、模拟和预测社会态势,辅助政府和企业进行精细管理、快速响应、协同调度、科学决策,进而提供人性化服务,让经济社会发展更高效、更集约、更智能。智慧社会的理念由IBM公司于2008年首先提出,次年该公司推出的《智慧地球赢在中国》计划书重点提出了“智慧城市”“智慧交通”“智慧电力”“智慧医疗”和“智慧银行”等方案。


2010年,科技部立项开展智慧城市建设关键技术研究,并将深圳和武汉作为全国智慧城市建设试点。2011年,浙江省在全省范围内开展智慧城市建设试点。2012年,住建部开始推动智慧城市试点建设。2013年,国家测绘地理信息局开展智慧城市时空信息云平台的建设及试点。2014年8月,国家发展改革委等八部委联合印发《关于促进智慧城市健康发展的指导意见》,从国家层面统筹推进智慧城市建设。从2015年开始,国家发展改革委、中央网信办牵头,会同国家标准委、工业和信息化部、水利部等25个相关部门成立了智慧城市建设部级协调工作组,共同加快推进智慧城市建设,并在“十三五”期间推进100个示范性智慧城市建设。

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智慧城市


在智慧城市建设的过程中,结合行业信息化推进实践,交通、电力、卫生等行业纷纷提出智慧交通、智能电网、智慧医疗等概念,并积极探索和推进。


习近平总书记在党的十九大报告中特别强调要建设网络强国、数字中国、智慧社会,把智慧社会作为建设创新型国家的重要内容,从顶层设计的角度,为经济发展、公共服务、社会治理提出了全新要求和目标,为智慧社会建设指明了方向。智慧水利是智慧社会建设的重要组成部分,应按照党的十九大精神和习近平总书记的要求,找准短板、把握方向、大力推进。


2.智慧社会的主要特征


一是透彻感知。透彻感知是智慧社会的“感官”,通过全方位、全对象、全指标的监测,为社会管理与公共服务提供多种类、精细化的数据支撑,是实现智慧社会的前提和基础。透彻感知既需要传统监测手段,也需要物联网、卫星遥感、无人机、视频监控、智能手机等新技术的应用;既需要采集行业内的主要特征指标,也需要采集与该行业相关的环境、状态、位置等数据。


二是全面互联。全面互联是智慧社会的“神经网络”,实现感知对象和各级平台之间的互联互通,关键在于广覆盖、大容量,为随时、随地的应用提供网络条件。全面互联不仅需要光纤、微波等传统通信技术的支撑,也需要物联网、移动互联网、卫星通信、WiFi等现代技术的应用。


三是深度整合。深度整合是智慧应用的基本要求。不仅包括数据和业务的整合,还包括通过云计算技术等实现基础设施整合,关键是让分散的基础设施、数据和应用形成合力。


四是广泛共享。广泛共享是智慧社会实现管理与服务高效便捷的关键,通过各类数据的全参与、全交换,实现对感知数据的共用、复用和再生,为随需、随想的应用提供丰富的数据支撑。广泛共享既需要行业内不同专业数据的共享,也需要相关行业不同种类数据的共享,丰富数据源,为大数据技术的应用提供支撑。不仅财政资金支持的数据必须共享,而且要广泛应用社会不同渠道的数据。


五是智能应用。智能应用是智慧社会的“智慧”体现,关键在于对新型识别技术、大数据、云计算、物联网、人工智能、移动互联网等新技术的运用,对各类调控、管理对象和服务对象的行为现象进行识别、模拟、预测预判和快速响应,推动政府监管更高效、社会管理更精准、调度运行更科学、应急处置更快捷、便民服务更友好。

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水利部门汛期进行视频会商


六是泛在服务。泛在服务是智慧社会的重要落脚点,将智能系统的建设成果形成服务能力和产品,关键是人性化、便捷化、个性化。各行业的泛在服务在与用户互动方面的要求基本一致,但也各有特点,面向公众服务的应用主要是要求便捷易用,面向政府管理提供服务的应用重点是要求决策支持。


3.智慧社会建设的经验和做法


一是领导高度重视。智慧社会建设涉及方方面面、多个层级,经验表明,智慧社会抓得好的地区和行业,都得益于一把手的亲自推动、协调、督办。


二是突出顶层设计。智慧社会建设一般以行政区、行业为单元,是一个庞大而复杂的系统工程,需要做好顶层设计,明确智慧社会建设的目标,统筹考虑政府监管、社会管理、调度运行、应急处置、便民服务等工作,并突出各行业的重点领域和关注点。


三是推动全面共享。为满足智慧城市对信息共享的要求,上海、浙江、广东等地方政府明文规定,凡由财政支持的项目,产生的数据必须在部门间共享。国家电网公司等企业则通过制定数据联通标准和广泛合作打通信息来源,推动信息共享。


四是强调技术先进。由于智慧社会涉及的数据和业务快速增长,信息技术发展日新月异,以及信息基础设施后续改造提升的困难较大,因此在建设中尽可能采用先进技术,并适度考虑超前部署,为技术进步、功能扩展和性能提升预留发展空间。


五是集中建设投入。重视资金投入,扩大投资来源,针对信息技术升级换代快的特点,集中投入、集中建设,尽快见效。


推动智慧水利的基础及问题


水利部党组历来高度重视水利信息化建设,提出了以水利信息化带动水利现代化的总体要求。多年来,水利信息化建设取得了很大成就,为智慧水利建设奠定了坚实基础,但智慧水利建设与发达地区的智慧城市建设和相关行业的智慧行业建设还有较大差距,与支撑水利现代化的要求还有较大差距。2017年2月,陈雷部长在水利部科技委年会上提出要推动传统水利向现代水利、智慧水利转变,智慧水利建设已成为水利现代化的重要标志之一。


1.智慧水利建设的必要性


一是体现在水利改革发展的需求上。水利的主要管理对象是江河湖泊以及为防汛抗旱、水资源开发利用等建设的水利基础设施,服务对象是经济社会。我国地域广阔,水系多而复杂,水利工程点多、面广、量大、种类多,经济社会发展对江河安澜和水利工程安全高效运行要求很高。传统水利已经难以满足新时代经济社会发展提出的专业化、精细化、智能化管理要求,水利必须以流域为单元、以江河水系为经络、以水利工程为节点,通过智慧水利构建起现代水利基础设施网络平台,满足新时代经济社会发展新要求。


二是体现在与智慧城市、智慧行业建设的差距上。水利信息化建设虽然已经取得一定成效,为各项水利工作提供了重要支撑,但是与智慧城市、智慧交通、智慧电力等相比仍具有很大差距。差距不仅表现在对信息技术应用的范围和水平上,还表现在对大数据、云计算、物联网、移动通讯等新一代信息技术的认知上,更重要的是表现在对传统水利向智慧水利转变必要性、重要性的认识上,需要奋起直追,弯道超车,迎头赶上。


三是体现在中央的要求上。习近平总书记在党的十九大报告中明确提出要建设科技强国、质量强国、网络强国、数字中国、智慧社会,向全党全国指明了建设创新型国家的发展方向。智慧水利建设是智慧社会建设的重要组成部分,要按照中央的统一要求,大力推动科技创新,大力推进新一代信息技术在水利行业的广泛应用,构建江河水系和水利基础设施的现代化网络体系,通过智慧水利建设提高国家防洪安全、供水安全、粮食安全、生态安全的保障水平。


2.智慧水利建设已具有较好的基础


一是开展了规划工作。2003年,水利部正式印发了《全国水利信息化规划(“金水工程”规划)》,成为第一部全国水利信息化规划。从“十一五”开始,水利信息化发展五年规划成为全国水利改革发展五年规划重要的专项规划,均对水利信息化建设作出安排。


此外,还印发了《水利信息化顶层设计》《水利信息化资源整合共享顶层设计》《水利网络安全顶层设计》以及防汛抗旱、水资源管理、水土保持、农村水利等方面的技术指导文件,发挥了水利信息化发展的指导和引领作用。


二是基础设施已初具规模。截至2016年年底,综合信息采集体系初步形成,水雨情、工情等各类信息采集点超过20万处,自动采集率达到80%以上。网络通信保障能力明显提高,全部省级、95%地市级、76%县级水利部门实现了业务网联通,新一代水利卫星通信网的卫星小站扩充到810个。


计算存储方面,初步建成了水利部基础设施云,并搭建了“异地三中心”的水利数据灾备总体布局,省级以上水利部门配置各类服务器近6000套,存储能力近3PB。建立了水利视频会商系统,实现了流域机构、省市县三级地方水利部门基本覆盖,已成为防汛抗旱、建设管理、水资源调度的重要平台。


三是业务应用深入推进。水利信息资源开发利用有效推进,建成数据库990个、积累数据量近1PB,特别是第一次全国水利普查收集了9900多万个普查对象、约4亿项数据。依托水利信息化重点工程建设,扩大了信息化范围,完善了业务应用,促进业务水平大幅度提升,并不断向基层水利部门延伸。


例如,通过国家防汛抗旱指挥系统工程、山洪灾害预警系统等项目建成了近10万个水雨情测报站点,形成覆盖全国的水雨情、工情、旱情信息采集系统,建成了信息的采集、存储、传输和处理技术支撑体系,为防汛抗旱信息管理、预报调度、决策会商提供了有力支撑。


国家水资源管理系统对国控取用水监测点、国家重要饮用水水源地、重要省界水质断面、重要省界水量断面实现了监测和自动传输,初步支撑了最严格水资源管理和“三条红线”考核。


此外,还建设了全国水土保持监测网络与管理信息系统、全国农村水利管理系统、全国水库移民管理信息系统、电子政务系统等。


四是大数据、云计算等新技术已开始应用。水利部搭建了基础设施云,实现计算、存储资源的池化管理和按需的弹性服务,有力支撑了国家防汛抗旱指挥系统、国家水资源监控能力建设、水利财务管理信息系统等13个项目的快速部署和应用交付。


黄委对云计算、大数据应用进行了初步探索,实现了围绕突发事件对水情、工情和位置等信息的自动定位和展现。江苏无锡水利部门利用物联网技术,对太湖水质、蓝藻、湖泛等进行智能感知,实现蓝藻打捞、运输车船智能调度。浙江水利部门在舟山应用大数据、“互联网+”,通过公共通信部门提供的手机实时位置信息,及时掌握台风防御区的人员动态情况,结合气象部门的台风路径、影响范围等信息进行分析后,自动通过短信等方式最大范围地发布预警和提醒信息。

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太湖蓝藻感知和智能打捞车船调度


五是各地在智慧水利建设方面进行了有益探索。为推动数字水利向智慧水利转变,近年水利部积极参与促进智慧城市健康发展相关工作,作为新型智慧城市部际联络工作组成员单位,积极推进水利行业智慧水利建设,在浙江台州开展的智慧水务试点工作已初具成效。


全国一些流域、地方也陆续开展了一些局部性、试点性的智慧水利建设。太湖局利用水文、气象和卫星遥感等信息和模型对湖区水域岸线和蓝藻进行监测,提升了引江济太工程调度等工作的预判性。上海市构建了覆盖全市的雨情自动测报、积水自动监测采集网,与气象、市政、公安、交通、环保等部门形成防汛防台应急指挥联动调度。江苏省作为水利部数据整合共享试点省份,完成了厅机关和厅直属单位的基础设施和数据整合。江西省水利厅出台《江西省智慧水利建设行动计划》,依托智慧抚河信息化工程等项目建设积极开展智慧水利建设。


3.智慧水利建设与智慧社会要求还有较大差距


一是全面感知不够。目前,各类水利设施的监测远未做到全面感知。例如,水库安全监测方面,仅有73%的大型水库建立了工程安全监测设施和数据自动采集系统,多数中型水库和几乎所有小型水库都没有安全监测设施,大部分小型水库甚至没有水情监测报汛设备。感知技术手段也存在较大差距,自动化水平不高。


二是全面互联差距大。首先是网络覆盖面小。还有24%的县级水利部门不能直接连接水利业务网,县级以下水利单位仅有6个省区通达乡镇级水利站,基层水利部门无法使用水利信息系统。其次是网络通道窄。由于带宽限制,许多宝贵的数据无法及时传输。再次是上下左右联通不畅。集中体现在工程控制系统隔离在各个工程管理单位,不同工程的业务系统信息共享和业务协同困难。


三是基础支撑不足。主要体现在机房总体规模小而分散,计算存储能力不足,基础支撑软硬件薄弱。


四是共享不足。内部专业部门之间的信息共享不足,外部与环保、交通、国土等部门的相关数据还不能做到部门间共享。


五是智能应用不够。对于新一代信息技术的应用,水利行业总体上还处于初级阶段。大数据、人工智能、虚拟现实等技术尚未得到广泛应用、智慧功能尚未得到充分显现。


六是认识不到位。很多基层水利单位对智慧水利建设目标不清晰、任务不明确、效果不确定,存在畏难情绪。



智慧水利建设初步设想

在各地政府和相关行业通过智慧社会建设全面推动社会治理体系和治理能力的现代化背景下,水利部党组把智慧水利建设作为水利现代化新的着力点,无疑是十分正确的,必将推动新一代信息技术在水利行业的广泛应用,通过新一代信息技术系统解决水利信息化中的碎片化和信息孤岛问题,在智慧水利层面上全面提升新时代水治理体系和水治理能力的现代化水平。


1.智慧水利建设目标的确定


智慧水利建设首先必须科学确定目标,而目标的确定必须与水利实际相结合。水利管理的主要对象是江河湖泊、水资源、水利工程、水旱灾害以及各类涉水主体等,涉及国家防洪安全、供水安全、粮食安全和生态安全,因此,智慧水利建设应围绕水利中心工作,总体目标应聚焦在政府监管、江河调度、工程运行、应急处置、便民服务等方面,构建全国江河水系、水利基础设施体系、管理运行体系三位一体的网络大平台,建设各层级、各专业和相关行业的大数据,以及建立业务支撑、决策支持、公共服务的大系统,清晰描述智慧水利建设的蓝图。


2.关于顶层设计的考虑


水利是一个大系统,按照《水法》的规定,在管理层级上涉及中央、流域机构和地方,在专业上涉及防汛抗旱、工程建设与运行、水资源管理、河湖保护、农田水利、水土保持等方方面面,在智慧水利建设上要统筹中央和地方,统筹各个专业领域,防止碎片化。因此,智慧水利建设要做好顶层设计,统一规划、统一标准、统一要求。


统一规划就是把智慧水利作为一个有机整体通盘考虑,从层级上既要考虑智慧机关,又要考虑智慧流域,还要考虑区域智慧水利,专业实现统筹兼顾。

统一标准就是统一制定设施设备、系统接口、信息资源等标准,从根本上解决设备通信困难、信息编码不一致、功能接口不能互操作等问题,支撑全面互联。

统一要求就是按照水利部确定的智慧水利建设目标和总体方案,根据中央和地方事权划分,各负其责、整体推进。


3.智慧水利建设的重点


水利在信息化、数字化建设中存在诸多方面的薄弱环节,需要作为智慧水利建设的重点,强力推进。


一是全面提升感知能力。

①建设河流湖泊全面监测网格。在现有水文监测站网基础上,对流域面积100km2的22909条河流、1km2以上的2865个湖泊进行全面监测,力争覆盖流域面积50km2以上的45203条河流,全面提升防汛抗旱预警预报水平和江河湖泊日常监管能力。

②建立水资源管理全面感知网络。在水资源监控能力建设项目、国家地下水监测工程等项目的基础上,对重要水源地、规模以上取用水户、规模以上入河排污口、行政区界河流断面进行水量、水质监测。

③建设水利工程运行管理监测感知网。对水库、重要堤防、重要闸坝(节制闸)、规模以上泵站、大中型灌区、引调水等水利工程进行全面感知。

④建设水生态环境感知网络。对建有水利工程的江河生态流量、国家重要水功能区、水土保持重点治理区等进行生态监测。

⑤加强感知能力建设。在已有的地面监测站网基础上,充分利用物联网、卫星遥感、无人机、视频监控等技术和手段,构建天地一体化监测体系,提高感知能力和技术水平。

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无人机进行河流监测


二是全面加强互联互通。从目前水利信息化的发展状况看,网络覆盖范围和支撑能力与智慧水利建设的要求差距很大,应加大建设力度,弥补网络能力的不足。


一方面是扩大互联范围,不仅要实现所有河流湖泊、水资源、水利工程、水生态环境等感知对象的联通,还要实现水利部、流域机构、地方各级水行政主管部门、各级各类水利企事业单位的互联互通,并力争做到与相关部门互联互通。


另一方面要扩大互联网络通道,按照能把视频在内的海量数据实时传输到各级主管部门和管理运行单位的目标要求进行网络通道建设,并预留适度通道带宽,为水利业务拓展预留必要的空间。


三是切实提高基础设施能力。水利数据种类多、数量大,实现智慧水利后的数据更是呈海量增长,需要强有力的计算和存储等基础设施支撑。

①加强计算和存储能力建设,进一步扩展计算和存储设备,运用云计算技术,建成国家、流域、省三级水利基础设施云,实现基础设施资源、数据资源、业务应用与服务三个层次上的集中共享。

②加强水利信息灾备系统建设,考虑到智慧水利建设必然带来数据规模的极大提升,现有的灾备体系难以满足数据安全存储的需求。宜在现有的水利部与南北备份中心的基础上,按照网络信息安全的要求,在北京构建同城灾备中心,同时加强南北两备份中心建设,形成互备架构,保障水利信息安全。

③加强计算与存储环境建设,满足智慧水利对远程监控、计算、存储、灾备、会商等要求。


四是实现信息的充分共享。信息孤岛是信息化建设中的普遍现象,也是水利信息化建设的薄弱环节,应作为智慧水利建设重点解决的问题。

①实现水利部门不同专业的信息共享,涵盖防汛抗旱、水利建设、水资源管理、河湖保护、城乡供水、农业灌溉、水土保持等各类业务,包括文字、图表、音视频、影像等各类数据。

②实现各级水利部门之间的信息共享,构建水利部、流域、省三级数据存储中心、各级水利部门共享的数据使用格局。

③实现水利与外行业部门的共享,主要包括环保、交通、国土、住建、工信、民政、测绘等部门数据,尤其要实现与测绘部门矢量地图数据、航天部门卫星遥感数据的共享。


五是大力推进智能应用。要针对水利行业对新一代信息技术应用不够的问题,在智慧水利建设中大力推广信息新技术的广泛应用。如通过气象信息、水文信息、地理信息、区域经济社会信息等,利用大数据技术,结合洪水预报模型,更准确进行预警预报、分析研判可能的受灾范围、提出应对措施。


智慧灌溉也是智慧应用的重要领域。通过对天气状况、土壤墒情、水源条件、灌溉设施等全面实时监测,结合作物生长规律,计算出最优灌溉方案,进而通过自动控制设施进行精准灌溉,实现节水与农业增产、农民增收双赢。


新一代信息技术还可以应用在水资源精细管理、以BIM技术为支撑的水利工程建设、水利工程智能化管理、水库群联合调度、水土保持监管等领域。关键是各级水利部门都应把新一代信息技术应用作为重要抓手,强力推进智慧水利建设,从而实现从传统水利向现代水利的跨越。


结  语


智慧水利建设要求迫切、任务繁重、技术要求高、推进难度大,需要水利部统一规划,全行业协力推进,建议一是加强组织领导,二是编制总体方案,三是注重技术合作,四是营造有利的政策氛围,五是在有关地区先行先试。

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