李伯根,馬紹雄
(云南省水文水資源局,云南 昆明 650106)
《中華人民共和國國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十三個(gè)五年規(guī)劃綱要》提出要加強(qiáng)現(xiàn)代信息基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè),推進(jìn)大數(shù)據(jù)和物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展,建設(shè)智慧城市[1]。《水利信息化發(fā)展“十三五”規(guī)劃》提出:水利信息化要強(qiáng)調(diào)從側(cè)重基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)向全面提升應(yīng)用水平轉(zhuǎn)變,從分散建設(shè)向集約化建管轉(zhuǎn)變,從面向行業(yè)服務(wù)向面向社會(huì)服務(wù)拓展轉(zhuǎn)變,從強(qiáng)調(diào)發(fā)展向強(qiáng)化安全發(fā)展轉(zhuǎn)變,從數(shù)字水利向智慧水利轉(zhuǎn)變[2]。
2018年2月在《水利部關(guān)于印發(fā)加快推進(jìn)新時(shí)代水利現(xiàn)代化的指導(dǎo)意見的通知》中指出:全方位推進(jìn)智慧水利建設(shè),把智慧水利建設(shè)作為推進(jìn)水利現(xiàn)代化的著力點(diǎn)和突破口,加快推進(jìn)智慧水利建設(shè),大幅提升水利信息化水平[3]。2019年水利部陸續(xù)印發(fā)了《水利業(yè)務(wù)需求分析報(bào)告》《智慧水利總體方案》《加快推進(jìn)智慧水利指導(dǎo)意見》《水利網(wǎng)信水平提升三年行動(dòng)方案(2019—2021年)》4 項(xiàng)重要成果,并以《水利部關(guān)于印發(fā)加快推進(jìn)智慧水利的指導(dǎo)意見和智慧水利總體方案的通知》要求,加快推進(jìn)智慧水利的建設(shè)。
智慧水利的總體目標(biāo)是充分運(yùn)用云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)互聯(lián)、人工智能等新一代信息技術(shù),深化業(yè)務(wù)流程再造和模式創(chuàng)新,強(qiáng)化信息技術(shù)與水利業(yè)務(wù)深度融合,構(gòu)建覆蓋全國江河水系、水利工程和管理運(yùn)行體系的基礎(chǔ)大平臺(tái),建立水利部、流域、省三級(jí)自治和邏輯統(tǒng)一的,服務(wù)于各層級(jí)、專業(yè)水利業(yè)務(wù)應(yīng)用的水利大數(shù)據(jù),建立涵蓋洪水、干旱、水工程安全運(yùn)行、水工程建設(shè)、水資源開發(fā)利用、城鄉(xiāng)供水和節(jié)水、江河湖泊、水土流失和水利監(jiān)督等主要水利業(yè)務(wù)需求的應(yīng)用大系統(tǒng),建立多層級(jí)、一體化、主動(dòng)感知、智能防御的網(wǎng)絡(luò)大安全,補(bǔ)齊防洪工程、供水工程、生態(tài)修復(fù)工程、信息化4個(gè)短板,支持強(qiáng)監(jiān)管[4]。
智慧水文需以智慧水利為依托,借助新一代信息技術(shù)的應(yīng)用,以“全感知、大平臺(tái)、重應(yīng)用、立標(biāo)準(zhǔn)”為主線開展建設(shè),逐步形成“大平臺(tái)、大整合、大數(shù)據(jù)、大協(xié)同”的布局,最終實(shí)現(xiàn)“測(cè)得準(zhǔn)、傳得快、算得清、撐得好”的目標(biāo)。
近年來云南省水文信息化雖然有了較大發(fā)展,但與全面建設(shè)智慧水文,支撐智慧水利及現(xiàn)代化管理還有一定的差距。
按照《智慧水利總體方案》和《關(guān)于水文現(xiàn)代化建設(shè)技術(shù)裝備有關(guān)要求的通知》的要求,云南智慧水文建設(shè)要實(shí)現(xiàn)水文全要素自動(dòng)監(jiān)測(cè)、智能感知的目標(biāo)。目前云南省水文要素的監(jiān)測(cè)中,降水量、水位依然還有人工監(jiān)測(cè)或校測(cè),水溫、水面蒸發(fā)量、泥沙基本沒有自動(dòng)監(jiān)測(cè),流量主要依靠流速儀和纜道進(jìn)行人工測(cè)驗(yàn)計(jì)算獲得,土壤墑情起步雖高但缺乏經(jīng)費(fèi)已基本停測(cè),水質(zhì)監(jiān)測(cè)基本靠人工。監(jiān)測(cè)自動(dòng)化水平較低,感知自動(dòng)化智能化差距很大。
云南省水文信息化屬于分散構(gòu)建模式。云南省水文水資源局(以下簡(jiǎn)稱省水文局)和各分局建設(shè)各自的信息中心,各業(yè)務(wù)部門單項(xiàng)業(yè)務(wù)也建設(shè)信息中心,導(dǎo)致出現(xiàn)數(shù)量眾多的服務(wù)器和通信信道,據(jù)統(tǒng)計(jì),省水文局部署的服務(wù)器有12套,分局部署的服務(wù)器最少的也有7套,最多的達(dá)到18套。全省通信信道通過因特網(wǎng)接入共有200多條,帶寬從 10~200 Mbit/s 不等。測(cè)站監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)上報(bào)方式統(tǒng)計(jì)為:采用衛(wèi)星方式的測(cè)站有159站,采用公共信道的測(cè)站有1587站,采用光纖或?qū)拵У臏y(cè)站有40站。水文信息化建設(shè)“條塊分割”“相互封閉”,導(dǎo)致信息資源不能有效流動(dòng),基礎(chǔ)設(shè)施不能共用共享,業(yè)務(wù)應(yīng)用不能交互協(xié)同,也制約著云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)的應(yīng)用。
省水文局和各分局安裝的業(yè)務(wù)系統(tǒng)共有110套,其中具有信息接收轉(zhuǎn)發(fā)、展示查詢、統(tǒng)計(jì)分析等功能的系統(tǒng)有62套,具有資料整編、洪水預(yù)報(bào)、水資源分析等功能的系統(tǒng)有23套,測(cè)站測(cè)驗(yàn)系統(tǒng)有15 套,行政辦公系統(tǒng)有6套,數(shù)據(jù)庫及網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用有3 套,這些系統(tǒng)分別占已建應(yīng)用系統(tǒng)總數(shù)的 56%,21%,14%,5%,3%。應(yīng)用系統(tǒng)的研發(fā)基本為傳統(tǒng)模式,沒有實(shí)現(xiàn)模塊化開發(fā)、共享共用,功能簡(jiǎn)單復(fù)制、重復(fù)開發(fā),信息資源復(fù)用率低,前沿信息技術(shù)的應(yīng)用十分缺乏。
水文系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)安全重視不夠,投入不足,網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)處于防病毒入侵階段,網(wǎng)絡(luò)安全威脅感知、重要信息系統(tǒng)等保定級(jí)、政務(wù)內(nèi)網(wǎng)分級(jí)保護(hù)、外網(wǎng)身份認(rèn)證體系改造、密碼基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、國產(chǎn)密碼應(yīng)用等網(wǎng)絡(luò)安全架構(gòu)還未起步建設(shè)。
水文系統(tǒng)目前還沒有一個(gè)信息化的頂層設(shè)計(jì),省水文局各處室、分局在規(guī)劃中各自謀劃需求,自定目標(biāo),業(yè)務(wù)系統(tǒng)零亂,信息化各環(huán)節(jié)不能很好地銜接協(xié)同,信息化得不到整體推進(jìn)。
水文作為水利的基礎(chǔ)和前哨、尖兵、耳目,智慧水利迫切需要智慧水文的基礎(chǔ)支撐。對(duì)照《智慧水利總體方案》的架構(gòu)和構(gòu)建感知網(wǎng)的要求找準(zhǔn)智慧水文的定位,才能使云南省水文信息化發(fā)展統(tǒng)一思想,明確目標(biāo)和任務(wù),融入全國水利信息化的發(fā)展中。
按照《智慧水利總體方案》,水利信息網(wǎng)包括水利業(yè)務(wù)網(wǎng)和工控網(wǎng),水利業(yè)務(wù)網(wǎng)又分廣域網(wǎng)和部門網(wǎng),廣域網(wǎng)又分四級(jí),一級(jí)為水利部機(jī)關(guān)及直屬單位,二級(jí)為省級(jí)水行政主管部門及直屬單位,三級(jí)為地市級(jí)水行政主管部門及直屬單位,四級(jí)為縣級(jí)水行政主管部門及直屬單位。各部門建設(shè)的部門網(wǎng)通過廣域網(wǎng)互聯(lián)互通。在部門網(wǎng)中,省級(jí)以上水行政主管部門、關(guān)鍵信息基礎(chǔ)設(shè)施運(yùn)行管理單位可建設(shè)數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)。
定位分析:省水文局在水利信息網(wǎng)中屬于二級(jí)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn),省水文局下屬各水文分局目前按省及州(市)雙重管理,可屬于三級(jí)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn),也可屬于省局二級(jí)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的部門網(wǎng)。
按照《智慧水利總體方案》,水利云實(shí)行分層架構(gòu)設(shè)計(jì),包括兩節(jié)節(jié)點(diǎn):一節(jié)節(jié)點(diǎn)為水利部/流域管理機(jī)構(gòu);二節(jié)節(jié)點(diǎn)為省級(jí)水行政主管部門,面向各級(jí)管理部門提供云計(jì)算服務(wù)。關(guān)鍵信息基礎(chǔ)設(shè)施運(yùn)行管理單位可根據(jù)業(yè)務(wù)需要構(gòu)建云平臺(tái),面向單位內(nèi)部提供服務(wù)。各級(jí)水利部門未來新建的業(yè)務(wù)應(yīng)用,應(yīng)由水利云平臺(tái)統(tǒng)一提供基礎(chǔ)軟硬件資源支撐,實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)設(shè)施資源、數(shù)據(jù)資源、業(yè)務(wù)應(yīng)用與服務(wù)的國家級(jí)一級(jí)大集中,或國家、流域、省(區(qū)域)三級(jí)大集中,實(shí)現(xiàn)資源集約使用和管理。
定位分析:未來省水文局業(yè)務(wù)應(yīng)用需要的云計(jì)算應(yīng)由云南省水利廳(以下簡(jiǎn)稱省水利廳)(水利云二級(jí)節(jié)點(diǎn))提供服務(wù)。作為關(guān)鍵信息基礎(chǔ)設(shè)施運(yùn)行管理單位,省水文局可以構(gòu)架面向單位內(nèi)部業(yè)務(wù)應(yīng)用的云平臺(tái),分局業(yè)務(wù)應(yīng)用需要的云計(jì)算從省水文局或省水利廳云平臺(tái)中獲取。
按照《智慧水利總體方案》,水利網(wǎng)絡(luò)安全針對(duì)不同層級(jí)業(yè)務(wù)主體設(shè)計(jì),包括一級(jí)(水利部)、二級(jí)(省和流域管理機(jī)構(gòu))、三級(jí)四級(jí)(市、縣管理機(jī)構(gòu))、大型和重要中型及中小型工程管理單位的網(wǎng)絡(luò)安全5個(gè)層級(jí)。三級(jí)四級(jí)和中小型工程管理單位的網(wǎng)絡(luò)安全,不擔(dān)負(fù)統(tǒng)一身份認(rèn)證、密碼、威脅情報(bào)等服務(wù)設(shè)施和異地災(zāi)備數(shù)據(jù)系統(tǒng)建設(shè)。
定位分析:省水文局和分局網(wǎng)絡(luò)安全可以依托省水利廳的二級(jí)網(wǎng)絡(luò)安全服務(wù)設(shè)施和異地災(zāi)備數(shù)據(jù)系統(tǒng), 獲得統(tǒng)一身份認(rèn)證、密碼、威脅情報(bào)等應(yīng)用。
按照《智慧水利總體方案》,智慧水利包含業(yè)務(wù)應(yīng)用、綜合決策、公共服務(wù)、綜合運(yùn)維等大系統(tǒng),系統(tǒng)將按照“基礎(chǔ)大平臺(tái)、業(yè)務(wù)系統(tǒng)、信息大門戶”的核心理念開展,按照業(yè)務(wù)資源整合共享、全面消除應(yīng)用孤島的思路,將內(nèi)在關(guān)系耦合關(guān)聯(lián)的專項(xiàng)業(yè)務(wù)應(yīng)用統(tǒng)一歸并到一個(gè)大系統(tǒng),建設(shè)統(tǒng)一門戶,面向各類政府、企業(yè)和公眾用戶,提供統(tǒng)一入口和個(gè)性化信息展示。布局按照三級(jí)部署、多級(jí)應(yīng)用的思路展開,核心內(nèi)容主要部署在水利部、流域、省級(jí)三級(jí)節(jié)點(diǎn),按照服務(wù)調(diào)用的方式實(shí)現(xiàn)不同層級(jí)之間的業(yè)務(wù)應(yīng)用聯(lián)動(dòng)。
定位分析:省水文局和分局業(yè)務(wù)系統(tǒng)將被整合到省水利廳業(yè)務(wù)系統(tǒng)中,或者省水文局建設(shè)省水利廳業(yè)務(wù)系統(tǒng)的子系統(tǒng),分局業(yè)務(wù)系統(tǒng)整合到子系統(tǒng)中,通過服務(wù)調(diào)用實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)應(yīng)用聯(lián)動(dòng)?;A(chǔ)大平臺(tái)和信息大門戶須依托省水利廳的大平臺(tái)和大門戶。
按照《智慧水利總體方案》,智慧水利數(shù)據(jù)架構(gòu)圍繞水利業(yè)務(wù)應(yīng)用數(shù)據(jù)和大數(shù)據(jù)2類,經(jīng)數(shù)據(jù)匯聚、整理、存儲(chǔ)、服務(wù)、應(yīng)用逐級(jí)流轉(zhuǎn),通過數(shù)據(jù)資源池的全域數(shù)據(jù)采集,標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范數(shù)據(jù)架構(gòu),深度萃取數(shù)據(jù)價(jià)值,統(tǒng)一數(shù)據(jù)資產(chǎn)管理和主題式服務(wù),形成對(duì)水利業(yè)務(wù)應(yīng)用和管理決策過程的支持。數(shù)據(jù)匯聚水利行業(yè)數(shù)據(jù)(江河湖泊水系、水利工程設(shè)施和管理活動(dòng)3類感知對(duì)象數(shù)據(jù))和行業(yè)外數(shù)據(jù);數(shù)據(jù)整理對(duì)匯聚后的多源(來源)多元(類型)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一、規(guī)范整理;數(shù)據(jù)存儲(chǔ)邏輯構(gòu)建基礎(chǔ)庫、業(yè)務(wù)庫(如水文監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù))、主題庫(如歷史大洪水?dāng)?shù)據(jù))、共享庫、決策庫等五大庫;數(shù)據(jù)服務(wù)把核心業(yè)務(wù)資產(chǎn)開放給應(yīng)用層或第三方,以便發(fā)掘業(yè)務(wù)模式,提高服務(wù)水平,拓展合作空間;數(shù)據(jù)應(yīng)用面向水利業(yè)務(wù)領(lǐng)域所有應(yīng)用的最終體現(xiàn)。
定位分析:水文系統(tǒng)采集的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)經(jīng)數(shù)據(jù)匯聚到省水利廳數(shù)據(jù)資源池,或者省水利廳在省水文局建設(shè)的子數(shù)據(jù)資源池,經(jīng)整理、存儲(chǔ)和服務(wù)逐級(jí)流轉(zhuǎn),提供給水利各業(yè)務(wù)使用。水文業(yè)務(wù)需要的水利業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)、行業(yè)外數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)成果,將通過省水利廳數(shù)據(jù)資源池獲取和展示。
按照智慧水利構(gòu)建天空地一體化水利感知網(wǎng)的任務(wù)要求,圍繞水利九大任務(wù)和監(jiān)督工作,利用傳感、定位、視頻、遙感等技術(shù),實(shí)現(xiàn)感知范圍全域覆蓋。擴(kuò)大江河湖泊水利工程設(shè)施和管理活動(dòng)等實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)范圍,補(bǔ)充完善水文、水環(huán)境、水生態(tài)、水土流失、工程安全、洪澇災(zāi)害、水利管理活動(dòng)等監(jiān)測(cè)內(nèi)容。增強(qiáng)衛(wèi)星、雷達(dá)、無人機(jī)、視頻、遙控船、機(jī)器人等多種監(jiān)測(cè)手段的應(yīng)用,及水利感知終端的智能升級(jí)。加強(qiáng)新一代物聯(lián)通信技術(shù)的應(yīng)用,統(tǒng)籌智能物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的建設(shè)。明確提出到 2025年擴(kuò)大江河湖泊水系監(jiān)測(cè)范圍和提升水文測(cè)報(bào)自動(dòng)化、智能化水平的目標(biāo)。
水利部《關(guān)于水文現(xiàn)代化建設(shè)技術(shù)裝備有關(guān)要求的通知》中明確提出:降水量、水位(含地下水)、水溫、水面蒸發(fā)量、土壤墑情監(jiān)測(cè)等具備條件的應(yīng)全部采用在線自動(dòng)監(jiān)測(cè);流量測(cè)驗(yàn)技術(shù)和設(shè)備配置應(yīng)以在線或自動(dòng)監(jiān)測(cè)為主;推廣運(yùn)用泥沙在線自動(dòng)監(jiān)測(cè),實(shí)現(xiàn)粒度的自動(dòng)分析;水質(zhì)監(jiān)測(cè)在滿足分析精度的前提下,應(yīng)優(yōu)先使用自動(dòng)化、批量化分析監(jiān)測(cè)設(shè)備[5]。
定位分析:2025年之前,云南水文在規(guī)劃和建設(shè)時(shí),需要圍繞建設(shè)水利感知網(wǎng)在線監(jiān)測(cè)的要求,加快對(duì)已建水文站點(diǎn)的提檔升級(jí),將建站點(diǎn)充分利用新技術(shù)實(shí)現(xiàn)水文監(jiān)測(cè)要素的實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)。加快引進(jìn)適用的新技術(shù)、設(shè)備,測(cè)站設(shè)施要圍繞在線監(jiān)測(cè)設(shè)備的運(yùn)行要求設(shè)計(jì)。
云南水文應(yīng)以智慧水利建設(shè)為契機(jī),建設(shè)智慧水文,推動(dòng)前沿信息新技術(shù)的應(yīng)用,深化水文工作機(jī)制的改革,充分融入數(shù)字云南建設(shè),推動(dòng)水文信息化、現(xiàn)代化的全面和深度發(fā)展,體現(xiàn)全面貫徹落實(shí)治水新思路,踐行“水利工程補(bǔ)短板、水利行業(yè)強(qiáng)監(jiān)管”的改革總基調(diào),為建設(shè)造福人民的幸福河湖提供堅(jiān)實(shí)水文支撐。
《智慧水利總體方案》將自上而下地指導(dǎo)全國水利行業(yè)信息化的發(fā)展。省水利廳對(duì)全省水利信息化工作有統(tǒng)一的部署:云南水文可依托《智慧水利總體方案》的目標(biāo)、設(shè)計(jì)與架構(gòu),結(jié)合云南水文的現(xiàn)狀、存在問題與發(fā)展需要等實(shí)際情況,編制云南智慧水文發(fā)展規(guī)劃,完成頂層設(shè)計(jì);制定年度行動(dòng)計(jì)劃,依托水利部信息化項(xiàng)目和資金,加快智慧水文發(fā)展的步伐。
按照《智慧水利總體方案》,省水利廳作為省級(jí)中心節(jié)點(diǎn),省水文局作為關(guān)鍵信息基礎(chǔ)設(shè)施運(yùn)行管理單位,省水文局應(yīng)成立全省水文信息中心,建設(shè)省水利廳節(jié)點(diǎn)下的網(wǎng)絡(luò)子節(jié)點(diǎn)、數(shù)據(jù)子資源池和業(yè)務(wù)子系統(tǒng),依托省水利廳節(jié)點(diǎn)資源,筑牢網(wǎng)絡(luò)安全體系,建立一中心一平臺(tái),實(shí)現(xiàn)水文系統(tǒng)信息的資源整合、集中管護(hù)和安全運(yùn)行。
鑒于云南省水文信息中心分散構(gòu)建模式,水文監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)不可篡改,數(shù)據(jù)使用可追蹤可溯源,以及國際河流數(shù)據(jù)保密等需求,也需嘗試研究引進(jìn)區(qū)塊鏈技術(shù),利用區(qū)塊鏈的去中心化、數(shù)據(jù)資產(chǎn)化和加密性、信息不可篡改性、系統(tǒng)開放性等特點(diǎn)[6],建立水文行業(yè)區(qū)塊鏈,實(shí)現(xiàn)水文信息現(xiàn)代化管理,支撐社會(huì)發(fā)展需求的跨越式發(fā)展。
根據(jù)全國水利、水文工作會(huì)議精神,云南省水利、水文工作會(huì)議的部署,按照水利部《關(guān)于水文現(xiàn)代化建設(shè)技術(shù)裝備有關(guān)要求的通知》的要求,按監(jiān)測(cè)要素分類分析,根據(jù)云南水文的實(shí)際情況,按水文監(jiān)測(cè)“一站一策”的原則,對(duì)已成熟的監(jiān)測(cè)儀器設(shè)備全面普及使用,有條件限制不能普及的儀器設(shè)備,具備條件的站點(diǎn)先上,不具備條件的站點(diǎn)分析原因創(chuàng)造條件上。以取消人工監(jiān)測(cè),淘汰落后儀器設(shè)備為目標(biāo),加快水文監(jiān)測(cè)智能感知能力的提升。
智慧城市、水利是國家治理體系和能力現(xiàn)代化的具體體現(xiàn),云南省水文工作者須切實(shí)解放思想,深刻領(lǐng)悟智慧理念的內(nèi)涵[7],推動(dòng)智慧水文的發(fā)展?!吨腔鬯傮w方案》是智慧水利的頂層設(shè)計(jì),智慧水文的定位、規(guī)劃、設(shè)計(jì),應(yīng)遵循總體方案的目標(biāo)、系統(tǒng)架構(gòu)、技術(shù)路線、項(xiàng)目部署,與智慧水利有效銜接,整體推進(jìn),同步發(fā)展。建設(shè)一中心一平臺(tái)的水文信息中心模式,符合《智慧水利總體方案》設(shè)計(jì),有利于資源共享、集中管護(hù)和安全運(yùn)行。加快新一代智能感知技術(shù)設(shè)備的應(yīng)用研究和推廣普及,迅速補(bǔ)齊水文監(jiān)測(cè)要素實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)的短板,是推動(dòng)智慧水文發(fā)展的基礎(chǔ)和重點(diǎn)任務(wù)。